Verwendung von BLDC-Motoren für Mechanismen mit niedrigen Drehzahlen*
Die bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) werden zunehmend in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, insbesondere um Mechanismen mit niedriger Drehzahl anzutreiben, wie z.B. Radnabenmotoren.
Um jedoch ein hohes Drehmoment bei diesen niedrigen Geschwindigkeiten zu erreichen, ist die Integration eines Getriebes oft unerlässlich.
Dieser Artikel stellt die Rolle der Getriebe, ihre Haupttypen sowie die notwendigen Berechnungsgrundlagen vor, um die Nutzung von BLDC-Motoren in diesem Kontext zu optimieren.
1. Bei niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment: die Bedeutung des Getriebes
Die Getriebe spielen eine wesentliche Rolle bei der Umwandlung der Motordrehzahl in ein verfügbares Ausgangsdrehmoment.
Sie ermöglichen es, das übertragene Drehmoment auf das Rad oder die Abtriebswelle zu vervielfachen, was in Anwendungen, die eine hohe Kraft bei niedriger Geschwindigkeit erfordern (mobile Roboter, Direktantriebe, Präzisionsantriebe usw.), entscheidend ist.
Berechnung des Übersetzungsverhältnisses
Das Übersetzungsverhältnis R wird wie folgt definiert:
wobei:
- \(n_{ausgang}\) : Motordrehzahl (U/min)
- \(n_{motor}\) : Drehzahl am Getriebeausgang (U/min)
Das Ausgangsdrehmoment wird dann durch die folgende Beziehung gegeben:
wobei:
- \(T_{motor}\) : Nennmoment des Motors
- \(R\) : Übersetzungsverhältnis
- \(\eta_{trans}\) : Gesamtwirkungsgrad des Übertragungssystems
Diese Formel zeigt, dass das Ausgangsdrehmoment proportional zum Übersetzungsverhältnis zunimmt, unter Berücksichtigung der mechanischen Verluste (Reibung, Spiel, Verformungen usw.).
2. Besonderer Fall des Radnabenmotors
In einer Radnabenmotor-Anwendung passt das Getriebe nicht nur die Geschwindigkeit an:
es trägt auch die radialen und axialen Lasten, die durch das Gewicht des Fahrzeugs und die dynamischen Kräfte entstehen.
Somit:
die Dimensionierung der Lager muss sorgfältig durchgeführt werden,
die mechanische Steifigkeit des Getriebes muss eine gute Stoßfestigkeit gewährleisten,
und die Dichtigkeit ist oft ein wichtiges Zuverlässigkeitskriterium (Außenbereich, Staub, Feuchtigkeit usw.).
3. Arten von Getrieben, die für BLDC-Motoren geeignet sind
| Getriebetyp | Vorteile | Nachteile | Typische Anwendungen |
| Schneckengetriebe | Hohes Übersetzungsverhältnis, Kompaktheit | Niedriger Wirkungsgrad, mögliche Erwärmung | Motorisierte Türen, Aktuatoren |
| Planetengetriebe | Hervorragende Kompaktheit, guter Wirkungsgrad, hohe Robustheit | Höhere Kosten, präzise Montage erforderlich | Radnabenmotoren, Roboter, AGV |
| Stirnradgetriebe | Einfachheit, guter Wirkungsgrad | Geräuschentwicklung, Platzbedarf | Werkzeugmaschinen, feste Antriebe |
| Riemenantrieb | Flexibilität der Positionierung, Stoßdämpfung | Mögliches Rutschen, regelmäßige Wartung | Förderbänder, flexible Antriebe |
4. Sicherheit und Halt bei Stromausfall
Für Systeme, bei denen die Position im Stillstand gehalten werden muss, wird die Verwendung einer stromlosen Bremse empfohlen.
Dieser Bremsentyp, oft federbelastet, löst sich nur unter Spannung (über einen Elektromagneten).
Vorteile:
Erhöhte Sicherheit bei Stromausfall
Mechanische Halterung des Systems an Steigungen oder in fester Position
Schutz vor unbeabsichtigten Bewegungen
Dieses Gerät ist besonders nützlich für mobile Anwendungen, Aufzüge oder jedes System, das einen sicheren Halt erfordert.
5. Fazit
Der Einsatz von BLDC-Motoren für Mechanismen mit niedrigen Drehzahlen stellt eine leistungsstarke und zuverlässige Lösung dar.
Die Hinzufügung eines gut dimensionierten Getriebes ermöglicht es:
das verfügbare Drehmoment zu maximieren,
den Gesamtwirkungsgrad zu optimieren,
und die Sicherheit und Haltbarkeit des Systems zu gewährleisten.
Durch die Auswahl des geeigneten Getriebetypen und die Durchführung der entsprechenden Berechnungen ist es möglich, effiziente Antriebe zu entwerfen, die genau den Anforderungen jeder Anwendung entsprechen.
*: Die in diesem Artikel präsentierten technischen Informationen dienen nur zu Informationszwecken. Sie ersetzen nicht die offiziellen Anleitungen der Hersteller. Vor jeder Installation, Handhabung oder Nutzung konsultieren Sie bitte die Produktdokumentation und beachten Sie die Sicherheitsanweisungen. Die Website Torque.works kann nicht für eine unsachgemäße Verwendung oder eine falsche Interpretation der bereitgestellten Informationen verantwortlich gemacht werden.