Auswahl eines Elektromotors für den Getriebeantrieb eines Futtermischers

Futtermischer verarbeiten geschrotetes Getreide, Extraktionsschrot, Mineralzusätze und flüssige Komponenten zu einer homogenen Mischung. In Mischern mit horizontaler Welle, Paddel- oder Bandmischern (Ribbon-Mischern) dreht die Mischwelle langsam, mit einigen zehn Umdrehungen pro Minute. Ein Elektromotor läuft dagegen mit etwa 1000, 1500 oder 3000 U/min, daher ist immer eine Drehzahluntersetzung dazwischengeschaltet: meist ein Getriebe, manchmal zusätzlich eine vorgeschaltete Riemen- oder Kettenstufe. Dieser Beitrag behandelt, was bei der Auswahl eines Elektromotors für den Getriebeantrieb eines Futtermischers auf der Antriebsseite zu prüfen ist, was das Getriebe verlangt und welche Angaben für die Bestellung nötig sind.

Aufgabenteilung zwischen Elektromotor und Getriebe im Mischer

In einem Getriebeantrieb erzeugt der Elektromotor die Leistung, das Getriebe senkt die Drehzahl und erhöht das Drehmoment. Das Drehmoment am Getriebeabtrieb ergibt sich grob aus dem Motordrehmoment multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis, abzüglich der Getriebeverluste. Ein „starker“ Mischer hängt deshalb nicht allein von einem großen Elektromotor ab: Ein Getriebe mit der richtigen Übersetzung ermöglicht mit einem Antrieb angemessener Leistung ein hohes Drehmoment an der Mischwelle.

Der häufigste Fehler bei der Auswahl ist die Verwechslung der Drehzahl der Mischwelle mit der Motordrehzahl. Die Drehzahl des Mischers wird durch die vom Maschinenhersteller gewählte Getriebeübersetzung bestimmt. Wird bei gleichem Getriebe statt eines Elektromotors mit 1500 U/min einer mit 1000 U/min eingebaut, läuft der Mischer um ein Drittel langsamer, und bei gleicher Leistung steigt das Drehmoment an der Motorwelle. Die Mischzeit verlängert sich, die Mischqualität kann sich ändern. Umgekehrt beschleunigt ein Elektromotor mit höherer Drehzahl den Mischer; Paddel und Behälter verschleißen stärker, und das Produkt kann zerdrückt werden. Deshalb wird die Motordrehzahl nach der Antriebsdrehzahl auf dem Typenschild des Getriebes gewählt.

Was auf dem Getriebe-Typenschild abzulesen ist

• Übersetzungsverhältnis (i): Verhältnis von Antriebs- zu Abtriebsdrehzahl. Teilt man die Motordrehzahl durch diesen Wert, erhält man die Mischerdrehzahl.
• Antriebsdrehzahl und Antriebsleistung: Zeigen, für welche Motordrehzahl und -leistung das Getriebe ausgewählt wurde. Die Leistung des Elektromotors darf die zulässige Antriebsleistung des Getriebes nicht überschreiten.
• Betriebsfaktor: Die vom Getriebehersteller für stoßartige Lasten wie bei Mischern vorgesehene Reserve. Sie schützt das Getriebe, bestimmt aber nicht die Leistung des Elektromotors.
• Anschlussart: Wird der Elektromotor mit Flansch (über einen IEC-Adapter) angebaut oder separat auf einem Grundrahmen mit Kupplung?

Anbauarten des Elektromotors am Getriebe

Bei Futtermischern kommen drei typische Anbauarten vor. Welche verwendet wird, bestimmt unmittelbar die Bauform des zu bestellenden Elektromotors.

• Direkter Flanschanbau: Der Elektromotor sitzt mit seinem B5- oder B14-Flansch am Antriebsadapter des Getriebes; die Motorwelle greift mit Passfeder in die Antriebswelle des Getriebes. Bei dieser Anordnung müssen IEC-Baugröße, Flanschmaß und Wellendurchmesser exakt zum Getriebeadapter passen. Für dieselbe Baugröße unterscheiden sich die Flanschmaße von B5 und B14; die gleiche Bezeichnung bedeutet noch keine Passgenauigkeit.
• Separater Grundrahmen mit Kupplung: Der Elektromotor wird in Fußausführung B3 neben dem Getriebe auf einem gemeinsamen Rahmen befestigt; dazwischen sitzt eine elastische Kupplung. Wichtig sind hier Achshöhe, Fußlochabstand und Kupplungsausrichtung.
• Riementrieb + Getriebe: Der Elektromotor treibt die Antriebswelle des Getriebes über einen Riemen an. Die Riemenscheiben bilden eine zusätzliche Drehzahlstufe und ermöglichen eine Feinabstimmung. Die Riemenspannung belastet dabei das vordere Motorlager mit Querkräften; eine möglichst nah an der Wellenschulter montierte Riemenscheibe entlastet das Lager.

Die Bauformen werden je nach Baugröße angeboten, das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt; die Optionen sind in der Frage zu den Bauformen zusammengefasst. Die zum Getriebe passenden Wellen- und Flanschmaße sind in den technischen 2D-Zeichnungen je Baugröße angegeben. Einen allgemeinen Überblick über Getriebeanwendungen bietet die Seite Elektromotoren für Getriebe.

Das besondere Lastverhalten von Mischern

Ein Futtermischer ist keine gleichmäßige Last wie eine Pumpe oder ein Ventilator. Bei der Auswahl des Elektromotors sollten folgende Eigenschaften unbedingt besprochen werden.

• Anlauf im gefüllten Zustand: In vielen Betrieben arbeitet der Mischer chargenweise: Befüllen, Mischen, Entleeren. Nach einem Stromausfall oder Not-Halt muss die Maschine unter Umständen gefüllt wieder angefahren werden. Der Elektromotor muss dann eine schwere, ruhende Masse in Bewegung setzen; in diesem Moment ist der Bedarf an Anlaufmoment am höchsten.
• Änderung von Dichte und Feuchte: Durch Zugabe von Melasse, Öl oder Wasser wird die Mischung schwerer, und der Widerstand an den Paddeln steigt. Mit jeder Rezepturänderung ändert sich auch der Motorstrom.
• Stoßartige Last: Während sich die Paddel durch die Mischung bewegen, steigt und fällt die Last periodisch. Diese Schwankung verursacht Ermüdung in Elektromotor, Kupplung und Getriebeverzahnung.
• Staub: Beim Befüllen mit trockenen Komponenten entsteht viel Staub; Kühlrippen und Lüfterhaube des Elektromotors müssen regelmäßig gereinigt werden.

Bei Maschinen, die gefüllt anlaufen können, werden häufig Direktanlauf oder ein Frequenzumrichter gewählt. Beim Stern-Dreieck-Anlauf sinkt das Drehmoment in der Sternstufe, sodass ein gefüllter Mischer in Sternschaltung womöglich keine ausreichende Drehzahl erreicht. Ein Frequenzumrichter macht den Anlauf sanfter und erlaubt zudem, die Mischgeschwindigkeit an die Rezeptur anzupassen; längerer Betrieb mit vollem Drehmoment bei niedriger Drehzahl verringert jedoch die Kühlwirkung des Eigenlüfters. Die allgemeine Regel ist in der Frage zum Umrichterbetrieb beschrieben; ist ein solcher Betrieb geplant, wird der Bedarf an einem Fremdlüfter bei der Bestellung besprochen.

Leistung und Drehzahl: Wer legt sie fest?

Die Antriebsleistung eines Mischers legt der Maschinenhersteller anhand von Behältervolumen, Paddelgeometrie, Mischzeit und Getriebeübersetzung fest. Wird an einer bestehenden Maschine der Elektromotor getauscht, sind Leistung, Drehzahl und Baugröße vom Typenschild des alten Antriebs maßgeblich. Ein Wechsel auf einen größeren Elektromotor ist nur möglich, wenn zulässige Antriebsleistung und Abtriebsdrehmoment des Getriebes nicht überschritten werden; ohne Prüfung der Werte auf dem Getriebe-Typenschild wird die Leistung nicht erhöht.

Löst der Motorschutz häufig aus, sollte zuerst Folgendes geprüft werden: Wird der Behälter über seine Auslegungskapazität hinaus befüllt? Wurde der Flüssigkeitsanteil der Rezeptur erhöht? Ist das Getriebeöl gealtert oder fehlt Öl? Gibt es Reibung an Paddeln oder Lagern? Diese Probleme werden nicht durch einen größeren Elektromotor gelöst, sondern durch die Instandsetzung der Maschine. Ein Vergleich des im Normalbetrieb mit der Stromzange gemessenen Stroms mit dem Bemessungsstrom auf dem Typenschild stützt die Entscheidung auf konkrete Daten.

Beispielmodelle

Die folgenden 4-poligen Modelle (1500 U/min synchron) sind Beispiele für Leistungen, die bei Mischerantrieben mit Getriebe häufig vorkommen. Die richtige Leistung ergibt sich aus der Angabe des Maschinenherstellers und dem vorhandenen Typenschild. Alle Modelle haben Schutzart IP55, Isolationsklasse F und eine Versorgung mit 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz; am 400-V-Netz werden sie im Dreieck geschaltet.

• 132S-4 mit Aluminiumgehäuse: 5,5 kW (7,5 PS), 4-polig, 1460 U/min, IEC 132S, 10,7 A bei 400 V, Nenndrehmoment 36 Nm. Bei kleinen Chargenmischern, an denen der Antrieb per Flansch am Getriebe hängt, erleichtert das geringe Gewicht die Montage.
• 160M-4 mit Graugussgehäuse: 11 kW (15 PS), 4-polig, 1465 U/min, IEC 160M, 20,4 A bei 400 V, Nenndrehmoment 71,7 Nm. Für horizontale Mischer mittlerer Kapazität.
• 200L-4 mit Graugussgehäuse: 30 kW (40 PS), 4-polig, 1475 U/min, IEC 200L, 53,8 A bei 400 V, Nenndrehmoment 194,2 Nm. Für großvolumige Anlagenmischer.

Allgemeine Informationen zu Schrot-, Förder- und Pelletiermaschinen in Futtermittelwerken finden Sie auf der Seite Elektromotoren für Futtermittelmaschinen.

Hypothetisches Beispiel: Elektromotor an den Antriebsflansch des Getriebes anpassen

Der folgende Fall ist kein realer Kundenvorgang, sondern wurde zur Veranschaulichung des Auswahlablaufs konstruiert. Angenommen, in einem Futtermittelwerk ist der Antrieb eines horizontalen Paddelmischers durchgebrannt. Auf dem Getriebe-Typenschild stehen eine Antriebsdrehzahl von 1450 U/min, das Übersetzungsverhältnis 40 und eine Antriebsleistung von 11 kW; das alte Typenschild zeigt 11 kW, rund 1460 U/min und die Baugröße 160M. Der Elektromotor ist mit B5-Flansch am Getriebe befestigt. In diesem Fall ist das 4-polige Modell 160M-4 der Kandidat; die Mischerdrehzahl beträgt dann etwa 1465 / 40 ≈ 37 U/min. Vor der Bestellung werden Flanschmaß und Wellendurchmesser des Getriebeadapters mit der technischen Zeichnung verglichen. Läuft die Maschine nach Stromausfällen gefüllt an, muss auch das Anlaufverfahren bei der Bestellung angegeben werden.

Erforderliche Angaben für die Bestellung

Damit wir den zum Getriebe passenden Elektromotor für Ihren Futtermischer bestimmen können, senden Sie uns bitte folgende Angaben:

• Foto des alten Typenschilds oder die Leistungs- und Drehzahlangabe des Maschinenherstellers
• Getriebe-Typenschild: Übersetzungsverhältnis, Antriebsdrehzahl, Antriebsleistung, Adaptertyp
• Anbauart: Flansch (B5/B14), Fuß mit Kupplung (B3) oder Riementrieb
• Netzspannung und Anlaufverfahren; ob ein Anlauf im gefüllten Zustand vorkommt
• Chargendauer, tägliche Betriebszeit und Staubbelastung der Umgebung

Passende Modelle und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen. Mit dem Typenschild Ihres alten Antriebs können Sie nach einem passenden Modell fragen; wenn Sie die Getriebedaten beifügen, stimmen wir die Zuordnung gemeinsam ab. Für weitere Fragen steht Ihnen unsere Kontaktseite zur Verfügung.