Elektromotor für das Hydraulikaggregat einer Ballenpresse auswählen

Ballenpressen verdichten Karton, Papier, Kunststofffolie, PET-Flaschen und Metallschrott zu transportfähigen Ballen. Die Presskraft erzeugt ein Hydraulikzylinder; versorgt wird der Zylinder von einem Hydraulikaggregat: Öltank, Pumpe, Ventilblock und dem Elektromotor, der die Pumpe antreibt. Beim Motortausch oder beim Aufbau eines neuen Aggregats wird oft nur nach der Leistung gefragt. Tatsächlich bestimmen im Hydraulikaggregat Druck und Fördermenge der Pumpe, der Zyklusablauf der Presse, die Art der Verbindung zwischen Motor und Pumpe sowie die Drehrichtung den passenden Elektromotor. In diesem Beitrag behandeln wir diese Punkte anhand der 4-poligen Graugussmodelle aus dem Lieferprogramm von HEM Motor.

Woraus ergibt sich die Motorleistung im Hydraulikaggregat?

Die Leistung, die die Pumpe an der Welle benötigt, hängt vom Produkt aus Druck und Fördermenge ab. In der Praxis gilt näherungsweise: hydraulische Leistung (kW) ≈ Druck (bar) × Fördermenge (l/min) / 600. Dieser Wert ist die hydraulische Leistung am Pumpenausgang; rechnet man die Verluste von Pumpe und Kreislauf hinzu, liegt die vom Elektromotor geforderte Leistung darüber. Wie hoch die Verluste sind, hängt vom Pumpentyp und der Kreislaufauslegung ab; deshalb ist die Rechnung mit den Angaben des Pumpenherstellers zu vervollständigen.

Bei Ballenpressen besteht der Zyklus nicht aus einem einzigen festen Betriebspunkt. Der Zylinder fährt zunächst leer im Eilgang vor (hohe Fördermenge, niedriger Druck), wird beim Auftreffen auf das Material langsamer und verdichtet (niedrige Fördermenge, hoher Druck) und fährt dann zurück. Maßgeblich für die Belastung des Elektromotors ist das größte Produkt aus Druck × Fördermenge in diesen Phasen; wer höchsten Druck und höchste Fördermenge gleichzeitig multipliziert, landet bei einem unnötig großen Elektromotor.

Doppelpumpen- und Load-Sensing-Kreisläufe

• Doppelpumpe (Hoch-/Niederdruck): Im Eilgang fördern beide Pumpen gemeinsam; steigt der Druck, wird die große Pumpe drucklos geschaltet, und die kleine Pumpe übernimmt das Verdichten. So bleibt der Elektromotor in beiden Phasen in einem ähnlichen Leistungsbereich.
• Verstellpumpe: Mit steigendem Druck verringert die Pumpe ihre Fördermenge selbsttätig. Die Motorleistung richtet sich nach der eingestellten Leistungsgrenze der Pumpe.
• Einzelne Konstantpumpe: Der einfachste Kreislauf; der Elektromotor muss so stark sein, dass er beim höchsten Druck die volle Fördermenge liefert.

Die Leistung allein anhand der Presskraft in Tonnen festzulegen, ohne den Kreislauf zu kennen, ist nicht richtig. Bei einem vorhandenen Aggregat sind das Leistungsschild des alten Elektromotors und das Typenschild der Pumpe die verlässlichsten Informationen.

Warum meist 1500 U/min?

Die meisten Zahnrad- und Flügelzellenpumpen sind für einen Drehzahlbereich ausgelegt, in dem auf der Saugseite keine Kavitation entsteht; deshalb sind in Hydraulikaggregaten 4-polige Elektromotoren mit 1500 U/min synchroner Drehzahl verbreitet. Ein Elektromotor mit 3000 U/min scheint aus derselben Pumpe die doppelte Fördermenge zu holen, kann aber die zulässige Pumpendrehzahl überschreiten und auf der Saugseite Geräusche und Verschleiß verursachen. Prüfen Sie die Drehzahlgrenze des Pumpenherstellers, bevor Sie die Polzahl des Elektromotors im vorhandenen Aggregat ändern.

Die Nenndrehzahl auf dem Leistungsschild liegt etwas unter der Synchrondrehzahl. Beim Modell 132M-4 beträgt die Nenndrehzahl beispielsweise 1460 U/min; dieser Wert wird für die Berechnung der Pumpenfördermenge verwendet.

Pumpenanbindung und Bauform

In Hydraulikaggregaten wird der Elektromotor meist über einen Pumpenträger und eine elastische Kupplung mit der Pumpe verbunden. Der Pumpenträger sitzt auf der einen Seite am Motorflansch, auf der anderen am Pumpenflansch; die Kupplung verbindet die beiden Wellen. Bei dieser Anordnung kommt es auf drei Passungen an:

• Motorflansch und Pumpenträger: Verwendet wird ein Elektromotor in Flanschausführung (B5) oder mit Fuß und Flansch (B35). Die Bauformen werden je nach Baugröße angeboten, und das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt; die Bezeichnung „B5“ allein bedeutet nicht, dass der Pumpenträger passt.
• Welle und Kupplungsnabe: Wellendurchmesser und Passfedernut ändern sich mit der Baugröße des Elektromotors. Passt die vorhandene Kupplungsnabe nicht auf die neue Welle, wird eine neue Nabe benötigt.
• Vertikale Montage: Bei manchen Aggregaten steht der Elektromotor senkrecht (V1) auf dem Tank, und die Pumpe hängt in den Tank hinein. Auch vertikale Bauformen werden je nach Baugröße angeboten; geben Sie die Einbaulage bei der Bestellung an.

Wellen-, Flansch- und Fußmaße finden Sie im technischen und Produktkatalog und in den technischen 2D-Zeichnungen; welche Bauformen lieferbar sind, ist in der Frage zu den Bauformen zusammengefasst.

Drehrichtung, Anlauf und Zyklus

Die meisten Zahnradpumpen haben nur eine Drehrichtung. Eine falsch drehende Pumpe fördert kein Öl und kann in kurzer Zeit beschädigt werden. Beim Drehstrommotor wird die Drehrichtung umgekehrt, indem zwei Außenleiter der Versorgung getauscht werden. Vor dem Anbau an die Pumpe sollte die Drehrichtung des neuen Elektromotors daher mit einem kurzen Probelauf geprüft und mit dem Pfeil auf dem Pumpengehäuse verglichen werden.

Läuft die Pumpe beim Anlauf drucklos, wird der Elektromotor entlastet. In vielen Aggregaten fördert ein Umlaufventil das Öl in den Tank, bis der Motor seine Betriebsdrehzahl erreicht hat; ein Stern-Dreieck-Anlauf funktioniert in diesem Fall problemlos. Elektromotoren mit 400/690 V werden am 400-V-Netz in Dreieck geschaltet und eignen sich deshalb für den Stern-Dreieck-Anlauf. Muss die Pumpe unter Druck anlaufen, geben Sie dies bei der Bestellung an.

Während des Zyklus läuft der Elektromotor meist durchgehend; wartet die Presse, wird die Pumpe drucklos geschaltet. Bei manchen Aggregaten wird der Motor dagegen bei jedem Ballen gestoppt und neu gestartet. Ist die Zahl der Anläufe pro Stunde hoch, erwärmt sich die Wicklung; diese Angabe ist für die richtige Auswahl wichtig. Ob der Elektromotor in langen drucklosen Pausen der Pumpe weiterlaufen oder abgeschaltet werden sollte, wird nach der Zahl der Anläufe beurteilt.

Unsere Drehstrom-Baureihen eignen sich für die Drehzahlregelung per Frequenzumrichter; bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter nötig sein, bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dv/dt- oder Sinusfilter geprüft; diese Bedingungen sind bei der Bestellung anzugeben.

Beispielmodelle aus Aggregaten von Ballenpressen

Die folgenden Graugussmodelle sind Beispiele für den Leistungsbereich, der in Hydraulikaggregaten kleiner und mittlerer Ballenpressen vorkommt. Den Bedarf Ihrer Presse bestimmen Pumpe und Kreislaufauslegung; die Zeilen hier sind nicht als Empfehlungsliste zu verstehen.

Die aufgeführten Elektromotoren haben Schutzart IP55 und Isolationsklasse F; die Versorgung ist mit 400/690 V (Δ/Y) bei 50 Hz angegeben. 132S und 132M haben dieselbe Achshöhe, aber unterschiedliche Gehäuselängen; bei angeflanschten Aggregaten ist dieser Unterschied meist unproblematisch, bei Aggregaten mit zusätzlicher Fußbefestigung wird der Fußabstand geprüft. Weitere Informationen zu Hydraulikanwendungen finden Sie auf der Seite Elektromotoren für Hydraulikpumpen.

Hypothetisches Beispiel: Motortausch an einer vertikalen Ballenpresse

Dieses Beispiel ist konstruiert, um die Prüfreihenfolge zu zeigen; es handelt sich nicht um eine reale Anwendung. Angenommen, im Hydraulikaggregat einer vertikalen Kartonpresse in einem Recyclinglager ist die Wicklung eines Elektromotors mit 7,5 kW und 1450 U/min laut Schild durchgebrannt. Der Motor ist über Pumpenträger und Kupplung mit einer Zahnradpumpe verbunden.

• Leistung und Drehzahl: Das Schild weist auf einen 4-poligen Elektromotor hin. Das Modell 132M-4 Grauguss hat eine Nenndrehzahl von 1460 U/min; die Fördermenge der Pumpe bleibt praktisch gleich.
• Anbindung: Flanschtyp des alten Elektromotors und das Flanschmaß, auf dem der Pumpenträger sitzt, werden notiert; mit dieser Angabe wird die Flanschpassung bei der Bestellung bestätigt. Ob die Kupplungsnabe zum Wellendurchmesser passt, wird anhand des Katalogs geprüft.
• Ausfallursache: Die Ursache des Wicklungsschadens wird untersucht: Ein verstopfter Filter oder ein verstelltes Druckbegrenzungsventil kann die Pumpe ständig unter hohem Druck gehalten haben; möglicherweise war auch die Zahl der Anläufe pro Stunde sehr hoch.
• Inbetriebnahme: Vor dem Anbau der Pumpe wird die Drehrichtung mit einem kurzen Probelauf geprüft. Anschließend wird der Strom während des Verdichtens gemessen; liegt er dauerhaft über dem Bemessungswert von 14,3 A, werden Einstellung des Druckbegrenzungsventils und Kreislauf überprüft.

Erforderliche Angaben für die Bestellung

• Ein deutliches Foto des Leistungsschilds des ausgebauten Elektromotors
• Typenschild der Pumpe; falls bekannt, Betriebsdruck und Fördermenge
• Verbindungsart: Pumpenträger und Kupplung, Bauform (B5, B35, vertikal V1) und Flanschmaß
• Anlaufart, Netzspannung und ungefähre Zahl der Anläufe pro Stunde
• Umgebung des Aggregats (Staub, Freiluft, Temperatur)

Elektromotoren, die zu Ihrem Hydraulikaggregat passen können, finden Sie mit Preisen in unserem Shop. Möchten Sie anhand des Leistungsschilds Ihres Motors nach einem gleichwertigen Modell fragen, senden Sie das Foto über die Seite Ersatz anhand des Typenschilds finden; bei Fragen zu Pumpe und Kreislauf schreiben Sie uns.