Leistung und Drehzahl kennst du aus Teil 1, das Leistungsschild aus Lernangebot 2. Jetzt geht es um die Frage, welche Maschine es werden soll, und die beantwortet keine einzelne Zahl.

Schritt 3 von 4. Du erarbeitest in der Expertenrunde drei Maschinenarten und den Getriebemotor als Baueinheit, stellst die Anforderungen an das Steigband zusammen, rechnest Energie und Kosten über zehn Jahre, entscheidest mit der Matrix und stellst eure Auswahl im Kreuzreview vor.

Danach: Rechenwege und Lösungen, dann Kontrolle Teil 2 und dein Kompetenzmodell

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Den besten Motor gibt es nicht. Es gibt den, dessen Auswahl ihr am besten begründen könnt.

Am Ende hast du: Entscheidungsmatrix für die Antriebe 4.3, 4.4 und 4.6 mit den Steckbriefen aus der Expertenrunde

Die Aufgaben beziehen sich auf dein Kennblatt aus Lernangebot 2, auf dein Lastdatenblatt aus Teil 1 und auf die Werte weiter unten. Die Expertenrunde steht am Anfang, weil die Entscheidungsmatrix alle vier Steckbriefe braucht.

Drei Maschinenarten und ein Getriebemotor im Längsschnitt, Welle jeweils waagerecht. 1 Gleichstrommaschine: Ständer mit Polen und Erregerwicklung, Anker mit Ankerwicklung, links auf der Welle der Kommutator mit Bürsten in Bürstenhaltern, Welle und Lager. 2 Dreiphasen-Asynchronmaschine: Ständerblechpaket mit Dreiphasenwicklung, Käfigläufer mit Läuferstäben und Kurzschlussringen, Lüfter auf dem hinteren Wellenende unter der Lüfterhaube, Klemmenkasten oben, Welle und Lager. 3 Synchronmaschine: Ständer wie bei 2, Läufer mit eingesetzten Permanentmagneten, Nordpol N und Südpol S beschriftet, Lüfter und Haube wie bei 2. Dazu der Getriebemotor als Baueinheit, keine eigene Maschinenart: Motor wie bei 2, direkt angeflanscht an ein zweistufiges Stirnradgetriebe: Ritzel auf der Motorwelle, Rad und Ritzel auf der Zwischenwelle, Rad auf der Abtriebswelle, Abtriebswelle mit Passfeder, Getriebegehäuse mit Füßen.Drei Maschinenarten und ein GetriebemotorLängsschnitte, Welle waagerecht, Abtrieb rechts, beschriftet sind nur die Bauteile1 Gleichstrommaschine2 Dreiphasen-Asynchronmaschine, Käfigläufer3 Synchronmaschine, PermanentmagnetläuferGetriebemotor: Baueinheit aus Motor und GetriebeStänder mit PolenErregerwicklungAnkerWelleLagerAnkerwicklungKommutatorBürsteBürstenhalterKlemmenkastenStänderblechpaketDreiphasenwicklungLäuferstabKurzschlussringKäfigläuferWelleLagerLüfterLüfterhaubeNSKlemmenkastenStänderblechpaketDreiphasenwicklungPermanentmagnetLäuferWelleLagerLüfterLüfterhaubeMotor wie bei 2keine eigene MaschinenartRitzel auf der MotorwelleStirnräderPassfederZwischenwelleGetriebegehäuse mit FüßenAbtriebswelleEigene Darstellung für den Unterricht.
Drei Maschinenarten und ein Getriebemotor im Längsschnitt, zwei über zwei angeordnet: Gleichstrommaschine, Dreiphasen-Asynchronmaschine mit Käfigläufer, Synchronmaschine mit Permanentmagnetläufer und, als Baueinheit aus Motor und Getriebe, ein Getriebemotor mit angeflanschtem Stirnradgetriebe. Beschriftet sind nur die Bauteile, keine Eigenschaften. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Erst du, dann die anderen

Um die Energiekosten eines Motors über zehn Jahre zu rechnen, brauchst du die Leistung, die er im Mittel abgibt. Die steht auf keinem Leistungsschild. Wie kommst du an sie?

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Am Bestandsmotor messen. Ein Leistungsmessgerät oder ein Energiezähler über eine ganze Woche zeigt den echten Betrieb mit Spitzenstunde und Nebenzeit. Dafür brauchst du Messgerät und Zeit, und du misst die Aufnahme des alten Motors mit seinem schlechteren Wirkungsgrad.
  • Aus der Lastrechnung von Teil 1 mit einer mittleren Kofferlast rechnen. Schnell und ohne Messung. Das Ergebnis ist aber nur so gut wie die mittlere Kofferlast, die du ansetzt, und Leerlaufzeiten fehlen darin.
  • Mit der Bemessungsleistung rechnen. Einfach und sicher nicht zu niedrig. Der Motor läuft aber selten mit voller Last, die Kosten werden dann deutlich überschätzt, und der Vergleich zwischen zwei Motoren verschiebt sich.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.

Gegebene Werte: Betrieb, Wirkungsgrade und Preise · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte: Betrieb, Wirkungsgrade und Preise

Mittlere Abgabeleistung des Motors am Steigband 4.3
0,59 kW, bei einer mittleren Kofferlast von 20 kg aus der Tagesstatistik der Gepäcklogistik
Betriebszeit
20 h am Tag, 365 Tage im Jahr
Strompreis
0,20 €/kWh
Betrachtungszeitraum
10 Jahre
Wirkungsgrad bei Bemessungsleistung, 1,1 kW, 4-polig
Bestand IE2 81,4 % · IE3 84,1 % · IE4 87,2 %
Anschaffung laut Angebot
Getriebemotor 1,1 kW IE3: 640 € · Getriebemotor 1,1 kW IE4: 890 € · Umrichter 1,1 kW: 420 €
Vorgabe der Gepäcklogistik
Übergabe des Abschnitts vor der Ferienspitze. Fällt ein Antrieb in der Spitzenstunde aus, staut sich der ganze Abschnitt.

Preise netto, ohne Einbau. Die angebotenen Getriebemotoren haben dasselbe Getriebe. Gerechnet wird mit dem Wirkungsgrad bei Bemessungsleistung. Alle Werte sind für den Unterricht konstruiert.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Entscheidungsmatrix für die Antriebe 4.3, 4.4 und 4.6 mit den Steckbriefen aus der Expertenrunde

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • vier Steckbriefen: drei Maschinenarten (Gleichstrommaschine, Dreiphasen-Asynchronmaschine, Synchronmaschine) und der Getriebemotor als Baueinheit
  • der Anforderungsliste für das Steigband 4.3, geordnet nach funktional, ökonomisch und ökologisch
  • der Rechnung von Energiebedarf, Energiekosten, Gesamtkosten und Amortisation über zehn Jahre
  • der Entscheidungsmatrix mit Gewichtung, Bewertung und eurer Entscheidung für 4.3
  • der begründeten Festlegung für das Kurvenband 4.4 und das Rutschenband 4.6

Zur Dokumentation

Zu jedem Gewicht ein Satz, weshalb das Kriterium so viel zählt. Zu jeder Bewertung die Quelle: Kennblatt, Steckbrief oder Rechnung. Die Rechnung mit Formel, eingesetzten Werten und Einheit, auf dem Werkstattrechner als Tabelle.

Abgenommen wird sie zu Meilenstein M1 im Kreuzreview durch ein anderes Team, zusammen mit dem Lastdatenblatt aus Teil 1 und dem Kennblatt, danach von der Projektleitung abgezeichnet.

Aufgabe 3.1

Drei Expertengruppen übernehmen je eine Maschinenart: Gleichstrommaschine, Dreiphasen-Asynchronmaschine oder Synchronmaschine. Die vierte Gruppe übernimmt den Getriebemotor als Baueinheit mit Bauform, Übersetzung und Wirkungsgrad; er ist keine vierte Maschinenart. Danach stellt jede Gruppe ihren Steckbrief den anderen vor, und alle übernehmen die vier Steckbriefe in ihren Wissensspeicher.

Erarbeite in deiner Expertengruppe den Steckbrief deines Themas:

  • Beschreibe den Aufbau mit den wichtigsten Bauteilen.
  • Erkläre in zwei Sätzen, wie die Maschine ein Drehmoment erzeugt; in der Gruppe Getriebemotor, wie das Getriebe Drehzahl und Moment umsetzt.
  • Beschreibe, wie sich die Drehzahl verhält, wenn die Last steigt.
  • Nenne, wie sich die Drehzahl stellen lässt und was die Maschine zum Anlaufen braucht.
  • Nenne Wartungsbedarf, Wirkungsgrad und typische Einsätze.
  • Beurteile, ob dein Thema für das Steigband 4.3 in Frage kommt.
  • Stelle den Steckbrief in der Expertenrunde in höchstens fünf Minuten vor.
Merkmal Gleichstrommaschine Dreiphasen-Asynchronmaschine Synchronmaschine Getriebemotor als Baueinheit
Aufbau, wichtigste Bauteile
So entsteht das Drehmoment
Drehzahl bei steigender Last
Drehzahl stellen
Anlauf
Wartung
Wirkungsgrad
Typischer Einsatz
Englische Bezeichnung
Für das Steigband 4.3

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Gleichstrommotor · Dreiphasen-Asynchronmotor · Käfigläufer · Synchronmotor · Getriebemotor

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner in eurer Expertengruppe. Vergleicht am Ende eure Steckbriefe.

Aufgabe 3.2

Stelle zusammen, was der neue Antrieb für das Steigband 4.3 leisten muss:

  • Übernimm Leistung, Drehmoment und Motordrehzahl aus deinem Lastdatenblatt aus Teil 1.
  • Nenne die Anforderungen, die Einbauort, Betrieb und Umrichter an den Motor stellen.
  • Ordne jede Anforderung einem der Bereiche funktional, ökonomisch oder ökologisch zu.
  • Unterscheide Muss-Anforderungen, die jeder Kandidat erfüllen muss, von Anforderungen, nach denen ihr gewichtet.
Anforderung Wert oder Beschreibung Bereich Muss oder gewichtet Quelle
Leistung
Drehmoment am Motor
Motordrehzahl
Betriebsart
Schutzart
Betrieb am Umrichter
weitere Anforderung
weitere Anforderung

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Antriebe, Auswahl · Drehmoment · Getriebe

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 3.3

Wähle mit den Steckbriefen aus, welche Maschinenarten für das Steigband 4.3 in die Entscheidungsmatrix kommen:

  • Prüfe jede der drei Maschinenarten gegen die Muss-Anforderungen.
  • Begründe für jede Maschinenart, die du ausscheidest, weshalb.
  • Begründe, weshalb das Steigband in jedem Fall ein Getriebe braucht.
  • Nenne die Kandidaten, die in deine Entscheidungsmatrix kommen.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Getriebemotor · Synchronmotor · Gleichstrommotor

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 3.4

Berechne, was der Motor des Steigbands 4.3 über zehn Jahre an Energie braucht und kostet:

  • Berechne für IE2, IE3 und IE4 die mittlere Leistung, die der Motor aus dem Netz aufnimmt.
  • Berechne den Energiebedarf je Jahr und über zehn Jahre.
  • Berechne die Energiekosten über zehn Jahre.
  • Vergleiche die Energiekosten mit dem Kaufpreis des Motors.
Wirkungsgradklasse mittlere Aufnahme in kW Energie je Jahr in kWh Energie in 10 Jahren in kWh Energiekosten in 10 Jahren in €
IE2 (Bestand)
IE3
IE4

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Elektrische Arbeit · Energiekosten · Wirkungsgrad

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 3.5

Vergleiche die Getriebemotoren in IE3 und IE4 über die ganze Nutzungsdauer:

  • Berechne für beide Getriebemotoren die Kosten aus Anschaffung und Energie über zehn Jahre.
  • Berechne den Mehrpreis des IE4-Motors.
  • Berechne die jährliche Einsparung an Energiekosten mit dem IE4-Motor.
  • Berechne, nach wie vielen Jahren sich der Mehrpreis bezahlt macht.
  • Beurteile, ob der Umrichter in diesen Vergleich gehört.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Energiekosten · Amortisation · Wirtschaftlichkeit

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 3.6

Entscheide mit deinem Team in einer gewichteten Entscheidungsmatrix, welcher Antrieb an das Steigband 4.3 kommt:

  • Wähle zu jedem der Bereiche funktional, ökonomisch und ökologisch mindestens zwei Kriterien.
  • Gewichte die Kriterien so, dass die Gewichte zusammen 100 % ergeben.
  • Begründe jedes Gewicht in einem Satz.
  • Bewerte jeden Kandidaten je Kriterium mit 1 bis 5 Punkten.
  • Berechne für jeden Kandidaten die gewichtete Summe.
  • Entscheide dich für einen Kandidaten.
  • Begründe die Entscheidung so, dass die Gepäcklogistik sie ohne Fachwissen nachvollzieht.
Bereich Kriterium Gewicht in % Begründung des Gewichts Kandidat A Kandidat B Kandidat C
funktional
funktional
funktional
ökonomisch
ökonomisch
ökologisch
ökologisch
gewichtete Summe

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Wirtschaftlichkeit · Energieeffizienz · Antriebe, Auswahl

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 3.7

Neben dem Steigband sind zwei weitere Getriebemotoren seit der Inbetriebnahme mehrfach ausgefallen: der am Kurvenband 4.4 und der am Rutschenband 4.6. Beide Bestandsmotoren sind in IE2 ausgeführt. Die Daten und die Aufgabe beider Bänder stehen in den Anlagendaten.

Lege fest, welche Antriebe an das Kurvenband 4.4 und an das Rutschenband 4.6 kommen:

  • Beschreibe, wie jedes der beiden Bänder betrieben wird.
  • Leite daraus Betriebsart und Schutzart für jeden Antrieb ab.
  • Nenne die besonderen Anforderungen, die das Rutschenband 4.6 an seinen Antrieb stellt.
  • Wähle für jeden Antrieb eine Maschinenart.
  • Begründe jede Wahl mit mindestens einem funktionalen, einem ökonomischen und einem ökologischen Argument.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Getriebemotor · Betriebsarten · Schalthäufigkeit

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 3.8

Bereite mit deinem Team das Kreuzreview zu Meilenstein M1 vor und führe es durch:

  • Stelle Lastdatenblatt, Kennblatt und Entscheidungsmatrix in höchstens zehn Minuten vor.
  • Nenne das Gewicht, das eure Entscheidung am stärksten beeinflusst hat.
  • Prüfe die Unterlagen des anderen Teams gegen die Punkte aus „Fertig bist du, wenn …“ in der Auftragslektion.
  • Formuliere zu jedem Punkt, den ihr zurückgebt, eine Begründung.
  • Halte die Rückmeldung an euer Team und eure Antwort darauf mit Datum fest.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Projektmanagement · Präsentation · Feedback

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner und eurem Team. Vergleicht am Ende, was ihr aus dem Kreuzreview mitnehmt.

Die Lage ändert sich

Die Einkäuferin meldet: Der Getriebemotor in IE4 hat 16 Wochen Lieferzeit. Der IE3-Motor ist ab Lager lieferbar. Die Übergabe des Abschnitts soll vor der Ferienspitze sein, und der Bestandsmotor am Steigband ist seit der Inbetriebnahme schon mehrfach ausgefallen.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe, ob eure Entscheidung für das Steigband 4.3 unter dieser Lieferzeit hält.
  • Bewerte das Risiko, den Bestandsmotor bis zur Lieferung weiterlaufen zu lassen.
  • Entscheide, ob ihr Kriterien oder Gewichte eurer Matrix ändert.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.