Beta – die TEA Academy ist neu. Die Inhalte dienen dem Lernen, sind sorgfältig erstellt, aber noch nicht fachlich freigegeben. Sie ersetzen keine Auslegung nach Herstellerangaben. Fehler gefunden? Schreiben Sie uns.

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MODUL 1 VON 8

Lastprofil, Drehmoment, Trägheit

5 Einheiten · ca. 33 Minuten gesamt · Schritt 1 von 7

Einstieg

In diesem Modul geht es um den ersten Schritt jeder Antriebsauslegung: aus einer Anwendung die richtigen Kenngrößen für die spätere Motorauswahl ableiten. Sie lernen, wie Drehmoment, Leistung und Drehzahl zusammenhängen, wie Lastprofile und Betriebsarten nach IEC 60034-1 die zulässige Motorgröße beeinflussen und wie sich die Massenträgheit einer Last auf die Motorwelle reduzieren lässt.

Rechenaufgaben, Karteikarten und eine Fallstudie zu einem anfahrenden Förderband machen die Theorie konkret; ein Selbsttest am Ende zeigt, ob der Stoff sitzt. Modul 2 baut direkt darauf auf und behandelt die Auswahl von Motor und Frequenzumrichter.

Lernziele – nach diesem Modul können Sie:

  • Drehmoment, Leistung und Drehzahl mit M = 9550 · P / n ineinander umrechnen;
  • ein Lastprofil anhand der Betriebsarten S1–S10 und der Einschaltdauer (ED %) einordnen;
  • das Massenträgheitsmoment für Standardgeometrien berechnen und auf die Motorwelle reduzieren;
  • das Trägheitsverhältnis J_red/J_Motor anhand der Ampel-Bewertung bewerten;
  • den vollständigen Ablauf von der Anforderung bis zur Motorgröße nachvollziehen und typische Fehler vermeiden.

Lerneinheiten

Fünf kurze Lerneinheiten (5–10 Minuten) mit Lernzielen, Beispiel und Wissenscheck – eigenständige Lerninhalte dieses Moduls, unabhängig von den Ratgebern der Website gepflegt. Der Fortschritt bleibt lokal in diesem Browser gespeichert.

Rechner-Aufgabe 1: Drehmoment

Ein Motor gibt eine Leistung von P = 5,5 kW bei einer Drehzahl von n = 1.450 min⁻¹ ab.

Berechnen Sie das Drehmoment M.

Zum Nachrechnen: Drehmoment-Rechner (öffnet in neuem Tab)

Rechner-Aufgabe 2: Massenträgheit und Reduktion

Ein Vollzylinder hat m = 20 kg und r = 0,1 m. Ein nachgeschaltetes Getriebe hat die Übersetzung i = 10.

Berechnen Sie das Massenträgheitsmoment J und die auf die Motorwelle reduzierte Trägheit J_red.

Zum Nachrechnen: Massenträgheits-Rechner (öffnet in neuem Tab)

Karteikarten: Drehmoment und Trägheit

Acht Fachbegriffe aus dem Glossar – auf die Karte klicken (oder Enter/Leertaste drücken), um die Definition zu sehen.

Karteikarten

Antippen, um die Definition zu sehen.

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Drehmoment
Rotatorisches Kraftmoment, das eine Drehbewegung erzeugt oder ihr entgegenwirkt – angegeben in Newtonmeter (Nm), definiert als Produkt aus Kraft und Hebelarm (M = F · r). Quelle: Glossar „Drehmoment"
Nennmoment
Das maximal dauerhaft übertragbare Drehmoment einer Maschine oder eines Antriebselements unter Nennbedingungen – die wichtigste Auswahlgröße bei Motoren, Getrieben und Kupplungen. Quelle: Glossar „Nennmoment"
Nenndrehzahl
Die im Nennbetrieb festgelegte Drehzahl eines Motors oder Getriebes – angegeben in min⁻¹ und der Bezugspunkt für alle weiteren Leistungsdaten des Antriebs. Quelle: Glossar „Nenndrehzahl"
Massenträgheitsmoment
Beschreibt den Widerstand eines Körpers gegen die Änderung seiner Rotationsbewegung (Einheit kg·m²) – analog zur Masse bei geradliniger Bewegung; hängt von der Massenverteilung zur Achse ab. Quelle: Glossar „Massenträgheitsmoment"
Überlastfaktor für Aussetzbetrieb (f_Ü)
Faktor, mit dem sich ein Motor bei Aussetzbetrieb (S3) gegenüber Dauerbetrieb überlasten lässt – abhängig von der Einschaltdauer ED: je kürzer ED, desto höher der zulässige Überlastfaktor. Nicht zu verwechseln mit dem Anwendungsfaktor K_A aus Modul 3 (im Katalog oft „Betriebsfaktor" genannt). Quelle: Glossar „Überlastfaktor für Aussetzbetrieb (f_Ü)"
Wirkungsgrad
Verhältnis von abgegebener zu zugeführter Leistung (η = P_ab / P_zu) – das Maß für die Energieeffizienz eines Antriebssystems, als Wert zwischen 0 und 1 bzw. 0–100 %. Quelle: Glossar „Wirkungsgrad"
Übersetzungsverhältnis
Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl (i = n₁/n₂) – die zentrale Kenngröße eines Getriebes für Drehzahlreduktion und Drehmomentverstärkung. Quelle: Glossar „Übersetzungsverhältnis"
Reduziertes Trägheitsmoment
J_red = J_Last / i² – ein Getriebe senkt die auf die Motorwelle zurückgerechnete Lastträgheit um das Quadrat der Übersetzung i, z. B. bei i=5 auf ein Fünfundzwanzigstel. Quelle: Glossar „Reduziertes Trägheitsmoment"

Fallstudie: Förderband anfahren

Ein horizontaler Kettenförderer (im Betrieb oft kurz „Förderband" genannt) transportiert Kartons mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s. Die Gesamtmasse aus Kartons und Kette beträgt 500 kg, die Reibungszahl liegt bei 0,05. Der Förderer läuft im Dauerbetrieb mit stets gleicher Last. Der Konstrukteur hat bereits berechnet: Widerstandskraft F = 245 N, Motordrehmoment (nach Getriebe und Wirkungsgrad) rund 3,4 Nm bei etwa 1.500 min⁻¹, erforderliche Leistung rund 0,53 kW. Mit einem Sicherheitsfaktor von 1,15 ergibt sich eine erforderliche Leistung von rund 0,61 kW – gewählt wird ein Katalogmotor mit 0,75 kW (nächste IEC-Normstufe oberhalb 0,61 kW), 1.500 min⁻¹, IE3-Klasse.

Leitfragen

  1. Welchem Lasttyp entspricht ein reibungsbehafteter Förderer, und was bedeutet das für die Motorleistung bei einer Drehzahländerung?
  2. Welche Betriebsart nach IEC 60034-1 passt zu diesem Förderband, das im Dauerbetrieb mit stets gleicher Last läuft?
  3. Der Einkauf schlägt vor, sicherheitshalber einen deutlich größeren Motor als berechnet zu bestellen. Was spricht laut Lerneinheit dagegen?
Musterlösung anzeigen

1. Ein reibungsbehafteter Förderer ist eine konstante Last (M = const., unabhängig von der Drehzahl). Die Leistung ändert sich dabei linear mit der Drehzahl (P = M · n): Ein Motor mit 30 kW bei 1.500 min⁻¹ benötigt nur 15 kW bei 750 min⁻¹. Der Motor muss trotzdem nach dem höchsten erforderlichen Moment dimensioniert sein.

2. S1 (Dauerbetrieb) mit konstanter Last – der Motor läuft kontinuierlich unter derselben Belastung, ohne Abkühlpausen wie bei Aussetzbetrieb (S3).

3. Eine Überdimensionierung erhöht laut Lerneinheit nicht nur den Anschaffungspreis, sondern senkt dauerhaft den Leistungsfaktor (cos φ) und verursacht Mehrkosten im Energiebezug. Statt pauschal zu vergrößern, empfiehlt die Lerneinheit, den vorhandenen Sicherheitsfaktor (1,1–1,25) korrekt anzuwenden und einen passenden IEC-Normmotor aus einer Standard-Leistungsstufe zu wählen.

Fachliche Grundlage ausschließlich: Motorauswahl nach Lastprofil (öffnet in neuem Tab)

Selbsttest

10 Fragen zu diesem Modul – sofortige Rückmeldung mit Erklärung und Quellenlink. Ab 7 von 10 Punkten gilt das Modul als abgeschlossen.

Selbsttest

10 Fragen zu diesem Modul. Sie sehen nach jeder Antwort direkt, ob sie richtig war.

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Sie geben vor jeder Antwort an, wie sicher Sie sich fühlen. Das hilft, Wissenslücken von Unsicherheit zu unterscheiden. Ohne Einfluss auf die Punktzahl.

Frage 1 von 10

Frage 1 von 10

Welche Formel verknüpft Drehmoment M (Nm), Leistung P (kW) und Drehzahl n (min⁻¹) korrekt?

Erklärung

M = 9550 · P / n ist die in der Antriebstechnik gebräuchliche Form für M in Nm, P in kW und n in min⁻¹.

Quelle: Drehmoment-Rechner →
Frage 2 von 10

Was gibt beim Asynchronmotor die Grenze an, an der der Motor stehen bleibt – kein zulässiger Betriebswert?

Erklärung

Das Kippmoment eines Asynchronmotors, typisch das 2- bis 3-Fache des Nennmoments, ist die Stillstandsgrenze – kein zulässiger Betriebswert. Wie viel Drehmoment ein Motor kurzzeitig darüber hinaus abgeben darf, steht im Datenblatt und hängt vom Motortyp ab (Normmotoren nach IEC 60034-1 mindestens das 1,6-Fache für 15 s, Servomotoren oft deutlich mehr).

Quelle: Glossar: Nennmoment →
Frage 3 von 10

Welche Betriebsart beschreibt einen wiederholten Kurzzeitbetrieb mit Pausen, die nicht bis zur Umgebungstemperatur abkühlen?

Erklärung

S3 (Aussetzbetrieb) beschreibt wiederholten Kurzzeitbetrieb mit Pausen, die den Motor nicht vollständig abkühlen – typisch für Hebebühnen und Krananlagen.

Quelle: Motorauswahl nach Lastprofil →
Frage 4 von 10

Bei welcher Einschaltdauer (ED %) ist der zulässige Überlastfaktor für Aussetzbetrieb am höchsten?

Erklärung

Je kürzer die Einschaltdauer, desto mehr Abkühlzeit bleibt dem Motor – bei ED = 15 % ist der Überlastfaktor für Aussetzbetrieb mit 1,50–1,60 am höchsten.

Quelle: Motorauswahl nach Lastprofil →
Frage 5 von 10

Ein Vollzylinder hat m = 8 kg und r = 0,05 m. Wie groß ist J? (J = ½ · m · r²)

kg·m²
Erklärung

J = ½ · 8 · 0,05² = 0,01 kg·m².

Quelle: Massenträgheits-Rechner →
Frage 6 von 10

Welche Formel gilt für das Massenträgheitsmoment eines Hohlzylinders (z. B. eines Rohrs)?

Erklärung

Für einen Hohlzylinder gilt J = ½ · m · (r_a² + r_i²) mit Außenradius r_a und Innenradius r_i.

Quelle: Massenträgheits-Rechner →
Frage 7 von 10

Eine Last mit J = 0,2 kg·m² wird über ein Getriebe mit i = 4 auf die Motorwelle reduziert. Wie groß ist J_red?

kg·m²
Erklärung

J_red = J_Last / i² = 0,2 / 4² = 0,2 / 16 = 0,0125 kg·m².

Quelle: Massenträgheits-Rechner →
Frage 8 von 10

Welches Trägheitsverhältnis J_red/J_Motor gilt laut Massenträgheits-Rechner als „Optimal" für hochdynamische Servoanwendungen?

Erklärung

Ein Verhältnis bis 3:1 gilt als optimal für hochdynamische Servoanwendungen; bis 10:1 ist es grenzwertig, darüber kritisch.

Quelle: Massenträgheits-Rechner →
Frage 9 von 10

Welche Formel beschreibt den Steiner-Anteil beim Trägheitsmoment einer Exzenterscheibe, die um einen Randpunkt statt um den Schwerpunkt rotiert?

Erklärung

Bei einer Drehachse parallel zur Schwerpunktachse, aber um den Abstand d versetzt, gilt J = J_S + m · d² – der zusätzliche Anteil wächst mit dem Quadrat des Achsabstands.

Quelle: Massenträgheits-Rechner →
Frage 10 von 10

Welche Aussagen zur Motorauswahl nach Lastprofil sind richtig? (Mehrfachauswahl)

Erklärung

Ein S3-Motor (ED = 40 %) kann rund 15–30 % mehr Leistung abgeben als ein S1-Motor gleicher Baugröße (A). Beim Affinitätsgesetz gilt P ~ n³, bei 80 % Drehzahl also 0,8³ ≈ 51 % (B). Überdimensionierung senkt laut Lerneinheit den Leistungsfaktor, statt ihn zu verbessern (C ist falsch). Pro 10 °C über 40 °C sinkt die zulässige Leistung um rund 10 % (D).

Quelle: Motorauswahl nach Lastprofil →

Vertiefung (optional)

Die Quellen dieses Moduls, falls Sie tiefer einsteigen möchten. Für die Lerneinheiten und den Selbsttest ist das Lesen nicht erforderlich.

Curriculum v0.1 (Beta) · Stand 17.09.2026 · Inhalte sorgfältig erstellt und geprüft – finale Abnahme folgt

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