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MODUL 3 · EINHEIT 2 VON 5

Wirkungsgrad und Verluste

ca. 8 Min. · Lernziele, Beispiel, Wissenscheck

Lernziele — nach dieser Einheit können Sie …

  • den Gesamtwirkungsgrad einer mehrstufigen Getriebekette als Produkt der Stufenwirkungsgrade berechnen;
  • die Verlustleistung eines Getriebes berechnen und den wichtigsten Verlustarten zuordnen;
  • erklären, warum ein Wirkungsgrad von 50 % die rechnerische Grenze der Selbsthemmung ist – im Stillstand mit dem statischen, im Lauf mit dem Betriebswirkungsgrad gerechnet.

Wirkungsgrad je Stufe und in der Kette

Der Wirkungsgrad η beschreibt, welcher Anteil der zugeführten Leistung tatsächlich an der Abtriebswelle ankommt. Der Rest wird als Reibungswärme abgeführt:

η = P_ab / P_an

P_ab = Abtriebsleistung · P_an = Antriebsleistung · η = Wirkungsgrad (0…1)

Bei mehreren Getriebestufen hintereinander (etwa einem zweistufigen Planetengetriebe) multiplizieren sich die Stufenwirkungsgrade zum Gesamtwirkungsgrad – eine häufige Fehlvorstellung ist, sie zu addieren oder zu mitteln:

η_ges = η₁ · η₂ · … · η_n

Beispiel: zwei Stufen à 95 % ergeben η_ges = 0,95 · 0,95 = 0,9025 = 90,25 % – nicht 95 %.

Die Verlustleistung, die als Wärme abgeführt werden muss, folgt direkt aus Antriebsleistung und Wirkungsgrad:

P_V = P_an · (1 − η)

P_V = Verlustleistung (Wärme)

Woher die Verluste kommen

Vier Verlustarten summieren sich zur Gesamtverlustleistung eines Getriebes:

  • Verzahnungsverluste – Gleitreibung zwischen den Zahnflanken; bei Schneckengetrieben dominant, bei Stirnradgetrieben vergleichsweise gering.
  • Lagerverluste – Reibung in den Wälzlagern jeder Welle, steigt mit der Drehzahl.
  • Dichtungsverluste – Reibung an Wellendichtringen, meist der kleinste Anteil.
  • Planschverluste – Schmieröl, das von den rotierenden Zahnrädern „verspritzt" wird; wächst mit der Drehzahl.
Typische Wirkungsgrade nach Getriebetyp
Getriebetyp Wirkungsgrad je Stufe
Stirnrad (gerad-/schrägverzahnt)95–99 %
Planeten, einstufig95–98 %
Planeten, zweistufig90–96 %
Kegelrad, Spiralverzahnung94–97 %
Hypoid90–96 %
Schnecke (i = 10)60–90 %
Schnecke (i = 50)30–60 %
Abbildung 3.2-1: Wirkungsgrad-Bandbreiten nach Getriebetyp. Quelle: Rechenweg dieser Lerneinheit
Beschreibung und Werte der Abbildung

Stirnrad- und Planetengetriebe erreichen die höchsten Wirkungsgrade (bis 99%). Schneckengetriebe mit hoher Übersetzung (hier i=50) sind hervorgehoben, weil ihre Bandbreite als einzige die 50-%-Linie unterschreiten kann: Dort hemmt das Getriebe auch im Lauf (dynamisch). Statisch selbsthemmend können Schneckengetriebe schon bei höherem Betriebswirkungsgrad sein, weil im Stillstand die größere Haftreibung wirkt. Das ist technisch nutzbar, bedeutet aber spürbar mehr Verlustleistung als bei den anderen Bauarten.

Wirkungsgrad-Bandbreiten je Getriebetyp
Namevon (%)bis (%)
Stirnradgetriebe 9599
Planetengetriebe, 1-stufig 9598
Planetengetriebe, 2-stufig 9096
Kegelradgetriebe, spiralverzahnt 9497
Hypoidgetriebe 9096
Schneckengetriebe i=10 6090
Schneckengetriebe i=50 3060

Rückwärtswirkungsgrad und die 50-%-Grenze

Der bisherige Wirkungsgrad η gilt für den Kraftfluss vom Antrieb zum Abtrieb (Vorwärts). Läuft die Last umgekehrt gegen das Getriebe an – etwa wenn ein Gewicht die Abtriebswelle zurückdrehen will –, gilt der Rückwärts-Wirkungsgrad η′, den man aus η grob abschätzen kann:

η′ ≈ 2 − 1 / η

η′ = Rückwärts-Wirkungsgrad (Last treibt an) · η = Vorwärts-Wirkungsgrad (Antrieb treibt)

Setzt man η = 0,5 ein, ergibt sich η′ = 2 − 1/0,5 = 0. Genau bei einem Wirkungsgrad von 50 % kann die Last das Getriebe rechnerisch gerade nicht mehr zurücktreiben – das ist die rechnerische Grenze der Selbsthemmung. Entscheidend ist, welcher Wirkungsgrad eingesetzt wird: Für das Halten im Stillstand zählt der statische Wirkungsgrad (Anlauf, Haftreibung), und der liegt deutlich unter dem Betriebswirkungsgrad. Ein Schneckengetriebe mit 60–70 % im Lauf kann deshalb im Stillstand selbsthemmend sein. Liegt schon der Betriebswirkungsgrad unter 50 %, hemmt das Getriebe auch im Lauf. Warum das trotzdem keine Bremse ersetzt, zeigt die Einheit „Selbsthemmung: Nutzen und Grenzen".

Merksatz

Wirkungsgrade multiplizieren sich über mehrere Stufen, sie addieren sich nicht. Und: Bei η = 50 % liegt rechnerisch die Grenze der Selbsthemmung – im Stillstand mit dem statischen Wirkungsgrad gerechnet, im Lauf mit dem Betriebswirkungsgrad. Getriebe mit über 90 % (Stirnrad-, Planeten-, Kegelradgetriebe) sind nie selbsthemmend.

Rechenbeispiel

Gegeben

Ein 7,5-kW-Motor treibt über ein zweistufiges Planetengetriebe eine Förderschnecke an. Stufenwirkungsgrade: η₁ = 0,96, η₂ = 0,95.

Berechnung

  • Gesamtwirkungsgrad: η_ges = η₁ · η₂ = 0,96 · 0,95 = 0,912 (91,2 %)
  • Abtriebsleistung: P_ab = P_an · η_ges = 7,5 kW · 0,912 = 6,84 kW
  • Verlustleistung: P_V = P_an − P_ab = 7,5 kW − 6,84 kW = 0,66 kW (660 W)

Die 660 W werden als Wärme über das Getriebegehäuse abgeführt und bestimmen mit, wie groß und wie gut belüftet das Gehäuse ausgelegt sein muss.

Abbildung 3.2-2: Wirkungsgradkaskade des Rechenbeispiels. Schematische Darstellung, nicht maßstäblich. Quelle: Rechenweg dieser Lerneinheit
Beschreibung und Werte der Abbildung

Die Eingangsleistung von 7,50 kW durchläuft zwei Getriebestufen. Nach Stufe 1 (Wirkungsgrad η1=0,96) bleiben 7,20 kW übrig, der Rest (0,30 kW) geht als Verlust ab. Nach Stufe 2 (η2=0,95) bleiben 6,84 kW übrig, mit weiterem Verlust von 0,36 kW. Der Gesamtverlust beider Stufen beträgt 0,66 kW, der Gesamtwirkungsgrad 6,84/7,50 ≈ 91,2%.

Wirkungsgradkaskade des Rechenbeispiels
StufeEingang (kW)WirkungsgradAusgang (kW)Verlust (kW)
Stufe 17,50η₁ = 0,967,200,30
Stufe 27,20η₂ = 0,956,840,36
Gesamt7,50η_ges ≈ 0,9126,840,66

Wissenscheck

Beantworten Sie alle drei Fragen und klicken Sie dann auf „Prüfen". Ab 2 von 3 richtigen Antworten gilt die Einheit als abgeschlossen. Wiederholen ist jederzeit möglich.

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Frage 1 von 3: Zwei Getriebestufen haben je η = 0,95. Wie berechnet sich der Gesamtwirkungsgrad η_ges korrekt?
Erklärung

Wirkungsgrade mehrstufiger Getriebe werden multipliziert: η_ges = η1 × η2 = 0,95 × 0,95 = 0,9025 = 90,25 %. Schon zwei sehr gute Einzelstufen ergeben zusammen einen spürbar niedrigeren Gesamtwirkungsgrad.

Quelle: Wirkungsgrad von Getrieben berechnen →
Frage 2 von 3: Ein Motor mit P_an = 7,5 kW treibt ein zweistufiges Getriebe mit η_ges = 0,912 an. Wie groß ist die Abtriebsleistung P_ab in kW?
kW
Erklärung

P_ab = P_an × η_ges = 7,5 kW × 0,912 = 6,84 kW. Die restlichen 0,66 kW (660 W) werden als Wärme abgeführt.

Quelle: Wirkungsgrad von Getrieben berechnen →
Frage 3 von 3: Bei welchem Wirkungsgrad η liegt rechnerisch die Grenze der Selbsthemmung (η′ = 0)?
Erklärung

Mit der Näherung η′ ≈ 2 − 1/η ergibt η = 50 % genau η′ = 0: Die Last kann das Getriebe rechnerisch gerade nicht mehr zurücktreiben. Für die statische Selbsthemmung zählt dabei der statische Wirkungsgrad (Anlauf aus dem Stillstand), für die dynamische der Betriebswirkungsgrad.

Quelle: Wirkungsgrad von Getrieben berechnen →

Bitte alle drei Fragen beantworten, um „Prüfen" zu aktivieren.

Vertiefung (optional)

Online-Rechner: Wirkungsgrad-Rechner (öffnet in neuem Tab) Ratgeber: Wirkungsgrad von Getrieben berechnen (öffnet in neuem Tab) Ratgeber: Schneckengetriebe vs. Planetengetriebe (öffnet in neuem Tab)

Lernzweck: Rechenwege und Zahlen sind vereinfachte Lehrbeispiele. Für eine reale Anlage gelten die Angaben des Herstellers, die einschlägigen Normen und die Prüfung durch eine fachkundige Person.

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

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