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VoltBase Maschinen Wirkungsgrad Maschinen
Thema 70 Maschinen

Wirkungsgrad Maschinen

Wie viel Energie kommt wirklich an? Wirkungsgrad von Motoren und Antrieben verstehen, Verluste erkennen und Effizienzklassen lesen.

ca. 5 Minuten Grundlagen Quiz mit 10 Fragen
01

Worum geht es?

Keine Maschine gibt die ganze Energie weiter, die sie bekommt. Ein Teil wird immer zu Wärme. Der Wirkungsgrad sagt, wie viel Prozent wirklich ankommen.

Wie beim Wassereimer mit kleinen Löchern: Oben gießt du 10 Liter hinein, unten kommen nur 9 Liter an.

Wohin die Energie im Motor geht Ein breiter Pfeil mit 100 Prozent zugeführter Leistung geht in einen Motor. Heraus kommen 90 Prozent als Leistung an der Welle. Nach unten zweigen 10 Prozent Verluste ab: Wärme in den Wicklungen, im Eisen und durch Reibung. zugeführtPzu = 100 % Motor abgegebenPab = 90 % Verluste 10 %:Wärme in Wicklungen und Eisen, Reibung
Nicht alles kommt an: Von der Leistung, die der Motor aus dem Netz nimmt, kommt der größte Teil an der Welle an. Der Rest wird Wärme: in den Kupferwicklungen, im Eisenkern und durch Reibung in Lagern und Lüfter. Das Verhältnis heißt Wirkungsgrad η (Eta).
Wirkungsgrad
η=PabPzu
immer kleiner als 1, also unter 100 %
02

Wo entstehen die Verluste?

  • Kupferverluste: Der Strom erwärmt die Wicklungen. Sie steigen stark mit der Last.
  • Eisenverluste: Das wechselnde Magnetfeld erwärmt den Eisenkern.
  • Reibung und Lüfter: Lager und Kühlung kosten auch Energie.
Gesamtwirkungsgrad einer Antriebskette Motor mit 90 Prozent, Getriebe mit 95 Prozent und Pumpe mit 70 Prozent hintereinander. Zusammen ergibt das etwa 60 Prozent. Motorη = 0,90Getriebeη = 0,95Pumpeη = 0,70 Zusammen: 0,90 · 0,95 · 0,70 ≈ 0,60, also nur 60 %
Wirkungsgrade werden multipliziert: Hängen mehrere Maschinen hintereinander, verliert jede einen Teil. Der Gesamtwirkungsgrad ist das Produkt aller Einzelwirkungsgrade. Er ist immer kleiner als der schlechteste Einzelwert.
Drehstrommotor mit 15 Kilowatt der Effizienzklasse IE3
Drehstrommotor der Effizienzklasse IE3: Dieser Motor hat 15 kW. Die Klasse IE3 bedeutet „Premium-Wirkungsgrad“. Solche Motoren haben zum Beispiel mehr Kupfer in den Wicklungen und besseres Eisen im Kern, dadurch weniger Verluste.

Foto: 鐵路1, „IE3 Series 15kW motor“, Lizenz: CC BY-SA 4.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

Effizienzklassen

Drehstrommotoren werden in Klassen eingeteilt: IE1 (Standard), IE2 (hoch), IE3 (Premium), IE4 (Super-Premium). Je höher die Zahl, desto weniger Verluste. In der EU müssen viele neue Motoren mindestens IE3 erreichen.

03

Rechenbeispiele

01 Wirkungsgrad berechnen

Ein Motor nimmt 11,6 kW auf und gibt 10 kW ab.

  1. η = 10 kW11,6 kW ≈ 0,86
  2. Ergebnis: 86 %, 1,6 kW werden Wärme
02 Welche Leistung braucht der Motor aus dem Netz?

An der Welle sollen 7,5 kW abgegeben werden, der Wirkungsgrad ist 0,9.

  1. Pzu = Pabη = 7,5 kW0,9 ≈ 8,3 kW
  2. Ergebnis: etwa 8,3 kW aus dem Netz
03 Was kostet ein Prozent?

Ein 10-kW-Motor läuft 4.000 Stunden im Jahr. Ein besserer Motor spart 3 % der Leistung. Strom kostet 0,30 € pro kWh.

  1. Ersparnis = 0,3 kW · 4.000 h · 0,30 € = 360 €
  2. Ergebnis: etwa 360 € pro Jahr
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Typische Fehler

  • Wirkungsgrad über 100 %: Unmöglich. Dann sind Pab und Pzu vertauscht.
  • Wirkungsgrade addiert statt multipliziert: In einer Kette werden sie immer multipliziert.
  • Typenschild-Leistung als Netzleistung: Auf dem Typenschild steht die abgegebene Leistung. Aus dem Netz kommt mehr.
Merke

Wirkungsgrad η = abgegebene Leistung geteilt durch zugeführte Leistung, immer unter 100 %. Die Verluste werden Wärme. In einer Kette werden die Wirkungsgrade multipliziert. Effizienzklassen IE1 bis IE4: je höher, desto sparsamer.

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Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Wirkungsgrad Maschinen. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

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