Elektromotor auswählen: Leistung, Drehzahl, Anlauf und Schutzart
Einen Drehstrom-Asynchronmotor für Pumpe, Lüfter, Förderband oder Maschine auslegen – in der Reihenfolge, in der die Entscheidungen wirklich fallen: was die Last braucht, wie schnell sie dreht, welches Netz da ist, wie der Motor anläuft und wo er steht. Jeder Schritt endet bei der Tabelle, die ihn beantwortet.
1. Wissen, was für eine Last es ist
Vor jeder Zahl klären, wie sich das Lastmoment mit der Drehzahl verhält. Davon hängen Motorgröße, Anlassverfahren und die Frage ab, ob ein Frequenzumrichter Geld spart.
| Lastart | Beispiele | Was das bedeutet |
|---|---|---|
| Quadratisches Moment | Kreiselpumpen, Lüfter, Gebläse | Moment steigt mit dem Quadrat der Drehzahl, Leistung mit der dritten Potenz. Leichter Anlauf; mit einem Umrichter langsamer zu fahren spart viel Energie. |
| Konstantes Moment | Förderbänder, Verdrängerpumpen, Kompressoren, Rührwerke, Hubwerke | Braucht das volle Moment aus dem Stand. Schwerer Anlauf; Anlaufmoment und Anlassverfahren prüfen. |
| Konstante Leistung | Wickler, Dreh- und Frässpindeln | Hohes Moment bei kleiner Drehzahl, weniger bei hoher. Meist mit Umrichter, ausgelegt auf die kleinste Arbeitsdrehzahl. |
2. Die Leistung ermitteln, die die Last aufnimmt
Die Bemessungsleistung eines Motors ist die Leistung an der Welle. Also von der Leistung ausgehen, die die angetriebene Maschine aufnimmt, nicht von einer Schätzung. Je nachdem, was bekannt ist:
- Aus Moment und Drehzahl: P (kW) = M (N·m) × n (min⁻¹) ÷ 9550. Der Drehmoment-Rechner (englisch) rechnet die Einheiten um.
- Pumpe: P = Förderstrom × Förderhöhe × Dichte × g ÷ Pumpenwirkungsgrad. Der Pumpenleistungs-Rechner (englisch) nimmt m³/h und Meter.
- Lüfter: P = Volumenstrom (m³/s) × Druck (Pa) ÷ Lüfterwirkungsgrad, in Watt.
- Förderband oder Hubwerk: P = Kraft (N) × Geschwindigkeit (m/s), in Watt, geteilt durch den Wirkungsgrad von Getriebe und Kette.
10–15 % Reserve für Verschleiß, einen verschmutzten Filter oder ein schwereres Produkt aufschlagen, dann die nächste Normleistung darüber nehmen. Keine Reserve auf die Reserve: die Angabe des Pumpenherstellers enthält oft schon eine. Ein überdimensionierter Motor läuft mit schlechtem cos φ und geringerem Wirkungsgrad und ist teurer im Anlauf.
| Normleistung kW | ≈ PS | Typischer Strom bei 400 V (A) |
|---|---|---|
| 0,75 | 1,0 | 1,7 |
| 1,1 | 1,5 | 2,4 |
| 1,5 | 2,0 | 3,3 |
| 2,2 | 3,0 | 4,6 |
| 3 | 4,1 | 6,2 |
| 4 | 5,4 | 8,1 |
| 5,5 | 7,5 | 11 |
| 7,5 | 10 | 14,8 |
| 11 | 15 | 21 |
| 15 | 20 | 28,5 |
| 18,5 | 25 | 35 |
| 22 | 30 | 41 |
Ströme für einen 4-poligen IE3-Motor. Die ganze Reihe von 0,37 bis 315 kW, bei 230, 400 und 690 V, steht in der Motornennstrom-Tabelle.
3. Die Drehzahl wählen
Die Drehzahl eines Asynchronmotors folgt aus Polzahl und Netzfrequenz: bei 50 Hz rund 2900, 1450, 960 oder 720 min⁻¹ für 2, 4, 6 und 8 Pole. Der 4-polige Motor ist der häufigste, günstigste und je kW der leiseste. Braucht die Maschine eine Drehzahl dazwischen:
- Riementrieb – der Riemenscheiben-Rechner (englisch) liefert das Übersetzungsverhältnis;
- Getriebe oder Getriebemotor für große Untersetzungen – siehe Übersetzungs-Rechner (englisch); das Abtriebsmoment steigt um die Übersetzung;
- Frequenzumrichter, wenn sich die Drehzahl im Betrieb ändern muss.
4. Zum Netz passend
Über etwa 2 kW ist Drehstrom die Regel. Die Netzspannung ablesen und einen Motor mit passender Wicklung bestellen: ein 230/400 V Δ/Y-Motor läuft am 400-V-Netz in Stern, ein 400/690 V Δ/Y-Motor in Dreieck. Gibt es nur Wechselstrom, bleibt ein Einphasenmotor (klein, meist bis etwa 2,2 kW) oder ein Drehstrommotor an einem Umrichter mit einphasigem Eingang – oft die bessere Maschine, mit sanftem Anlauf gleich dazu.
5. Das Anlassverfahren festlegen
| Verfahren | Anlaufstrom | Geeignet für |
|---|---|---|
| Direktanlauf | 6–8 × Bemessungsstrom | Kleine Motoren und starke Netze. Am günstigsten, volles Anlaufmoment. |
| Stern-Dreieck | Etwa ⅓ des Direktanlaufs | Leichter Anlauf (Lüfter, Pumpen ohne Last). Auch das Anlaufmoment sinkt auf ⅓. Braucht einen Motor, dessen Dreieckspannung die Netzspannung ist, also 400/690 V am 400-V-Netz. |
| Sanftanlasser | 2–4 × Bemessungsstrom, einstellbar | Pumpen (keine Druckstöße) und Förderbänder, die sanft anfahren müssen. |
| Frequenzumrichter | Etwa 1–1,5 × Bemessungsstrom | Alles mit Drehzahlregelung, schwere Anläufe an schwachen Netzen, und Lüfter und Pumpen, die langsamer laufen können, um Energie zu sparen. |
Ein Motor am Umrichter, der langsam eine Last mit konstantem Moment treibt, kühlt schlechter, weil sein Eigenlüfter mit langsamer wird: unter etwa halber Drehzahl eine Stufe größer wählen oder einen Fremdlüfter anbauen. Lange Leitungen vom Umrichter verlangen einen umrichterfesten Motor.
6. Zum Einsatzort passend
- Schutzart: IP55 ist der Industriestandard; IP56 oder IP66 für Nassreinigung und Außenaufstellung. Explosionsgefährdete Bereiche brauchen einen ATEX- oder IECEx-zertifizierten Motor – nie einen Normmotor.
- Umgebung und Aufstellhöhe: die Bemessungsleistung gilt bis 40 °C und 1000 m. Wärmer oder höher muss der Motor herabgesetzt oder eine Baugröße größer gewählt werden.
- Betriebsart: S1 ist Dauerbetrieb. Häufiges Ein- und Ausschalten oder Reversieren braucht einen Motor für diese Betriebsart – bei der Bestellung die Schaltungen pro Stunde angeben.
- Bauform: Füße (B3), Flansch (B5, B14) oder beides (B35). Meist entscheidet die Kupplung an Pumpe oder Getriebe. Alle Baugrößen stehen in der IEC-Baugrößen-Tabelle.
7. Die Wirkungsgradklasse
In der EU muss ein neuer Motor von 0,75 bis 1000 kW mindestens IE3 sein, von 75 bis 200 kW IE4. Das ist auch wirtschaftlich richtig: ein Motor, der den größten Teil des Tages läuft, kostet über seine Lebensdauer ein Vielfaches seines Preises an Strom. Die Mindestwerte je Klasse stehen in der Tabelle der Wirkungsgradklassen.
Die Bestellung in einer Zeile
So zusammengesetzt, wie der Lieferant sie liest: Leistung, Polzahl, Spannung und Frequenz, Baugröße und Bauform, Schutzart, Wirkungsgradklasse, Betriebsart. Zum Beispiel: 5,5 kW, 2-polig, 400 V Y 50 Hz, 132S B35, IP55, IE3, S1.
Rechenbeispiel: eine Kreiselpumpe
Eine Pumpe soll 30 m³/h Wasser gegen 40 m Förderhöhe fördern; die Pumpenkennlinie nennt in diesem Punkt 65 % Wirkungsgrad bei 2900 min⁻¹. Die aufgenommene Leistung ist 30 ÷ 3600 × 40 × 1000 × 9,81 ÷ 0,65 = 5,0 kW. Die nächste Normleistung mit Reserve ist 5,5 kW, 2-polig passend zur Pumpendrehzahl. Am 400-V-Netz nimmt er etwa 10–11 A auf; ein Sanftanlasser vermeidet Druckstöße. Die Baugröße ist 132S, und die Pumpenlaterne verlangt die Bauform B35 mit Füßen und Flansch. Die Bestellung ist die Zeile oben.
Einen vorhandenen Motor ersetzen, statt einen neuen auszuwählen? Dann beim Schild anfangen: Typenschild lesen.
Ist der Motor eingebaut, gehört er in die Motorliste: eine Zeile je Motor, mit Typenschild, Lagern und dem nächsten Wartungstermin.