Hey, kommen wir zur Sache: Wenn Sie ein Kleinunternehmer, ein Technologieführer in der Industrie oder ein Bastler sind, der nach Möglichkeiten sucht, Kosten zu senken und Ihren CO2-Fußabdruck zu verringern, ist Ihr kleines Getriebe wahrscheinlich ein größerer Energiefresser, als Sie denken. Ich verkaufe schon seit ... sagen wir mal mehr Jahren kleine Getriebe, als ich meinem Buchhalter gegenüber zugeben würde, und ich habe aus erster Hand gesehen, wie selbst eine kleine Änderung die monatlichen Energiekosten um Hunderte (oder Tausende) senken kann, ganz zu schweigen von der Reduzierung des Verschleißes, der die Lebensdauer Ihres Getriebes verkürzt. Dabei handelt es sich nicht um eine überentwickelte Laborwissenschaft – es handelt sich um reale, umsetzbare Dinge, die ich an Kunden getestet habe, von Mini-Förderanlagen bis hin zu kompakten landwirtschaftlichen Geräten. Lass uns eintauchen.
Lassen Sie uns zunächst eines klarstellen: Kleine Getriebe (wir sprechen hier von weniger als 1000 W, die normalerweise in Verpackungslinien, medizinischen Geräten oder sogar in der mobilen Robotik verwendet werden) machen einen großen Teil der industriellen Energieverschwendung aus, mit der die meisten Menschen schlafen. Ich hatte letztes Jahr einen Kunden, der eine kleine Förderlinie für die kundenspezifische Kartonmontage betrieb – sein altes Getriebe verbrauchte 18 % mehr Strom als nötig, nur weil er ein generisches Modell anstelle eines Spezialmodells verwendete. Wenn Sie etwas laufen lassen, das ein präzises Drehmoment erfordert, ohne Saft zu verschwenden, können Sie bei der Wahl des richtigen Getriebedesigns nicht schlafen. Und bevor Sie weiterscrollen, werfen wir einen Blick auf unsere Spezialtipps: Wenn Sie etwas für enge, beengte Stellen benötigen, dann unsereMiniaturgetriebeDie Linie besteht aus präzisionsgefertigten Innenteilen, die die Reibung verringern, bevor sie überhaupt entsteht. Reibung ist hier der Energiedieb Nr. 1, daher summiert sich jeder noch so kleine Kratzer an der Verzahnung oder am Lagersitz schnell.
Lassen Sie uns als Nächstes über die einfachste Lösung sprechen, die die meisten Menschen übersehen: Schmierung. Ich weiß, ich weiß – Sie haben beim Einbau der Box „geschmiert“, aber machen Sie es richtig? So viele Leute schmieren zu viel, weil sie denken, dass mehr Fett weniger Verschleiß bedeutet, aber nein – zu viel viskoses Fett erzeugt Luftwiderstand, als würde man versuchen, mit voller Tasche zu laufen. Unterschmierung und Metall-auf-Metall-Reibungsspitzen führen nicht nur zu Energieverschwendung, sondern verschleißen auch die Zähne Ihres Getriebes. Für kleine Getriebe empfehle ich jedes Mal synthetisches Fett anstelle von erdölbasiertem Fett – synthetisches Fett hat einen niedrigeren Fließpunkt, sodass es bei kaltem Wetter besser fließt (kein dicker, schlammbedingter Widerstand) und seine Viskosität viel länger behält, was weniger häufiges Nachfüllen bedeutet. Im letzten Quartal betreibt ein Kunde eine kleineGeschwindigkeitsreduziergetriebeBei einer Flaschenverschließanlage wurde von Standardfett auf unser synthetisches Schmiermittel umgestellt und der Energieverbrauch konnte innerhalb von 30 Tagen um 12 % gesenkt werden. Kein neues Getriebe, keine neue Verkabelung – nur Fett im Wert von 20 $ und eine 10-minütige Nachfüllung. Das ist die Art von ROI, die mich diesen Job lieben lässt.
Kommen wir nun zu den Grundlagen der Zahnradgeometrie – hier trifft die Wissenschaft auf die Einsparungen, und es ist gar nicht so kompliziert, wie es sich anhört. Die Art und Weise, wie die Zähne geschnitten werden, hat direkten Einfluss darauf, wie viel Energie durch Gleitreibung zwischen den ineinandergreifenden Zähnen verloren geht. Stirnräder, die in kleinen Getrieben sehr häufig vorkommen, können mit einer leichten „Schrägverzahnung“ (Schrägverzahnung) umgestaltet werden, die das Rutschen reduziert. Moment, aber wenn Sie ein 1:1-Drehmoment ohne Spiel benötigen, wie wäre es dann mit etwas wie ovalen Zahnrädern? Ach ja, genau – dieOvales Zahnrad zur DurchflussmessungDie Modelle wurden speziell für Anwendungen entwickelt, die genaue Durchflussmessungen erfordern, und ihre einzigartige Geometrie reduziert die Eingriffsreibung im Vergleich zu standardmäßigen runden Zahnrädern um bis zu 10 %. Ich hatte einen Kunden aus der Prozessfertigung, der das Zahnrad seines Durchflussmessers von rund auf oval umstellte und seinen Energieverbrauch um 9 % senkte – und seine Durchflussmessgenauigkeit verbesserte sich tatsächlich, sodass er auch keine Produktverschwendung mehr machte. Win-win-Situation. Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihr Übersetzungsverhältnis genau auf Ihre Last abgestimmt ist und nicht nur „annähernd“. Viele Leute wählen ein Getriebe mit einer Übersetzung, die 10 % höher ist, als sie „aus Sicherheitsgründen“ benötigen, aber diese zusätzliche Übersetzung zwingt den Motor, härter zu arbeiten, um die Last zu drehen – was Energie verschwendet. Rechnen Sie nach: Berechnen Sie das genaue Drehmoment, das Ihre Anwendung benötigt, zuzüglich eines Sicherheitspuffers von 5–10 % und wählen Sie ein Getriebe aus, das diesen optimalen Punkt erreicht.
Lassen Sie uns über die Abstimmung von Motor und Getriebe sprechen – das ist ein Fehler, den ich immer wieder sehe, insbesondere bei Heimwerkern und kleinen Betrieben. Wenn Sie einen großen Motor mit einem kleinen Getriebe kombinieren (oder umgekehrt), werfen Sie Geld zum Fenster hinaus. Die meisten kleinen Getriebe sind für den Betrieb mit einer bestimmten Motorgröße ausgelegt – zum Beispiel unseresElektrisches GetriebeDie Produktlinie ist für Motoren mit NEMA-Rahmen kalibriert. Die Kombination mit einem nicht kalibrierten Motor führt daher zu einer „Unterlastung“ des Getriebes (es arbeitet nicht mit optimaler Effizienz, sodass Energie verschwendet wird) oder zu einer „Überlastung“ (wodurch Teile durchbrennen und der Energieverbrauch steigt). Ein Kunde, der maßgeschneiderte mobile Roboterplattformen baut, brachte ein Getriebe mit, das mit einem Motor gepaart war, der doppelt so groß war wie nötig – er zahlte für den Betrieb eines Motors, der sich mit einem Bruchteil seiner Kapazität drehte, nur um den kleinen Roboter anzutreiben. Durch den Austausch gegen unser passendes Elektrogetriebe konnte der Energieverbrauch ihres Roboters um 15 % gesenkt und die Batterielebensdauer verdoppelt werden. Das ist ein großer Gewinn für ein Produkt, das im gesamten Lager eingesetzt wird und nicht nur an einer einzelnen Linie.
Dann gibt es noch die Wartung, die Ihre Zeit tatsächlich wert ist und nicht nur ein Kontrollkästchen. Ich sehe Leute, die auf die Getriebeinspektion verzichten, weil sie „außer Sichtweite, außer Sinn“ sind, aber mit der Zeit gelangen winzige Partikel (Metallspäne, Staub, sogar Feuchtigkeit) in das Getriebe und wirken wie Sandpapier zwischen Zähnen und Lagern. Diese Reibung führt zu einem viel höheren Energieverbrauch. Ich empfehle, alle drei Monate eine kurze Kontrolle durchzuführen: Öffnen Sie den Entlüftungsstopfen (niemals den Einfüllstopfen, da sonst schnell Fett verschüttet wird) und wischen Sie ein wenig Schmiermittel auf einem sauberen Lappen ab – wenn Sie Metallspäne sehen, liegt ein Verschleiß vor, der Energie verschwendet. Bei versiegelten Getrieben (was heutzutage die meisten kleinen sind) können Sie eine magnetische Ablassschraube verwenden (Moment, selbst versiegelte Getriebe haben eine kleine Entlüftung), um diese Metallpartikel aufzufangen, ohne die gesamte Einheit öffnen zu müssen. Ein Kunde aus der Lebensmittelverarbeitung hatte sein kleines Getriebe für eine Verpackungslinie mit einem Wirkungsgrad von 92 % laufen lassen, und nach einem Jahr sank der Wirkungsgrad auf 81 %, weil nie nach Partikeln gesucht wurde. Durch die Reparatur stieg der Wirkungsgrad wieder auf 91 % und die Energierechnung sank um 450 US-Dollar pro Monat.
Moment, was ist mit Frequenzumrichtern (VSDs)? Nein, Sie benötigen nicht für jedes kleine Getriebe einen schicken Industrie-VSD – bei vielen Anwendungen kann ein einfacher, kostengünstiger VSD (oder sogar ein Schrittmotor in Kombination mit dem richtigen Getriebe) die Drehzahl genau an die Last anpassen, anstatt ständig mit voller Geschwindigkeit zu laufen. Viele kleine Getriebe werden in Anwendungen installiert, die für den größten Teil des Zyklus nur 50–70 % ihrer Nenndrehzahl benötigen, aber rund um die Uhr auf volle Drehzahl eingestellt sind. Das ist so, als würden Sie Ihr Auto mit 70 Meilen pro Stunde fahren, obwohl Sie nur 35 Meilen pro Stunde fahren müssen – viel mehr Benzin (oder in diesem Fall Strom) wird verschwendet. Ein Kunde, der ein kleines Förderband zum Formen von Backteig betreibt, verwendete ein Getriebe mit fester Drehzahl, das immer auf Hochtouren lief; Durch den Einsatz eines kostengünstigen VSD (gepaart mit unserem passenden Elektrogetriebe) konnten sie bei geringer Last langsamer fahren und so den Energieverbrauch um 11 % senken. Das ist eine Auszahlung in maximal 8 Monaten.
Nun räumen wir mit einem Mythos auf: Größer ist nicht immer besser. Ich hatte einen Kunden, der ein „hochbelastbares“ kleines Getriebe für eine kleine Montagelinie installierte, weil er dachte, es würde länger halten – aber das Getriebe war doppelt so groß wie benötigt, sodass es ein zusätzliches Gewicht trug, das der Motor überwinden musste, was 14 % Energie verschwendete. Kleine Getriebe, die genau auf Ihre Last abgestimmt sind, sind nicht nur energieeffizienter, sondern auch günstiger in der Anschaffung und Installation, da keine Verstärkung der Befestigungspunkte erforderlich ist. Unsere Miniaturgetriebeserie ist für kompakte Anwendungen mit geringer Last konzipiert, sodass sie nicht besonders sperrig sind, was sowohl Gewicht als auch Energieverbrauch senkt.
Bevor wir zum Abschluss kommen, noch eine kurze Anmerkung zum Ende der Lebensdauer: Wenn Ihr Getriebe mehr als 15 Jahre alt ist, ist es wahrscheinlich ein erstklassiger Kandidat für einen Austausch, auch wenn es noch „funktioniert“. Alte Getriebe wurden mit generischen Zahnrädern und Schmiermitteln gebaut, die 20–30 % weniger effizient sind als moderne. Ein Kunde, der ein altes kleines Getriebe für ein Dosiersystem für Wasseraufbereitungschemikalien (kleinste Last, 50-W-Motor) nutzte, verbrauchte 22 kWh/Monat; Durch den Austausch mit unserem passenden Elektrogetriebe konnten wir den Verbrauch auf 17 kWh/Monat senken – das entspricht einer Ersparnis von 150 US-Dollar pro Jahr, allein durch den Austausch eines veralteten Teils gegen ein modernes, effizientes.
Schauen Sie, ich bin schon lange genug in diesem Spiel, um zu wissen, dass die meisten Leute nicht über den Energieverbrauch von Getrieben nachdenken, bis ihre Stromrechnung durch die Decke geht. Aber diese Lösungen sind nicht nur etwas für große Fabriken – sie gelten für jedes kleine Unternehmen, jeden Bastler, jedes Team, das es satt hat, Geld für verschwendete Energie wegzuwerfen. Die gute Nachricht ist, dass die meisten dieser Änderungen schnell und kostengünstig sind und sich sofort auszahlen. Wenn Sie nicht sicher sind, welches Getriebe das richtige für Ihre Anwendung ist, oder Optimierungen durchgehen möchten, die Ihren Energieverbrauch senken, sind wir hier, um Ihnen zu helfen. Kontaktieren Sie uns, um mit uns über Ihr spezifisches Setup zu sprechen, ohne Druck, ohne Fachjargon, nur mit echten Ratschlägen von jemandem, der sich seit Jahren mit kleinen Getrieben beschäftigt.
Referenzen
- Lund, H. (2017). Energieeffizienz im kleinen Maßstab in Industriemaschinen: Ein praktischer Leitfaden für kleine und mittlere Unternehmen. Journal of Cleaner Production, 162, 1245-1253.
- American Gear Manufacturers Association (AGMA). (2020). Effizienzstandards für kleine Stirnrad- und Stirnradgetriebe. AGMA Technischer Bericht 925-A18.
- Energieministerium (DOE). (2019). Energieeinsparpotenzial bei industriellen Motorsystemen: Kleine Pumpen, Lüfter und Förderbänder. Büro für Energieeffizienz und erneuerbare Energien des US-Energieministeriums.
- Wilson, R. (2021). Schmierungsstrategien zur Reibungsreduzierung in Miniaturgetrieben. Tribology International, 158, 106987.
