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Bei Kolbenkompressoren ist der Elektromotor fast immer über Riemen und Riemenscheiben mit dem Kompressor verbunden. Diese Anordnung untersetzt die Motordrehzahl auf die niedrigere Drehzahl, mit der der Kompressor arbeiten muss, und ermöglicht es, mit demselben Elektromotor unterschiedliche Verdichterblöcke anzutreiben. Ein Riemenantrieb wirft bei der Motorauswahl jedoch Fragen auf, die sich bei einer Kupplungsverbindung nicht stellen: Wie passt das Übersetzungsverhältnis zur Motordrehzahl, welche Last bringt die Riemenspannung auf das Wellenende, und wie wird der Elektromotor eines Kompressors geschützt, der über den Druckschalter häufig ein- und ausschaltet? In diesem Beitrag behandeln wir diese Fragen der Reihe nach und zeigen Beispiele aus dem Lieferprogramm von HEM Motor, die zum Kompressorantrieb passen.
Was verlangt ein Kolbenkompressor vom Elektromotor?
Anders als beim Schraubenkompressor ist die Last beim Kolbenkompressor nicht gleichmäßig. Bei jedem Kolbenhub steigt der Verdichtungswiderstand und fällt beim Ansaugen wieder ab; auf die Welle wirkt ein pulsierendes Drehmoment. Die Kompressorriemenscheibe ist deshalb meist als schweres Schwungrad ausgeführt und glättet diese Schwankungen. Für den Elektromotor hat das zwei Folgen. Erstens muss er beim Anlauf auch die Trägheit des Schwungrads beschleunigen. Zweitens steigt die Leistungsaufnahme des Kompressors mit zunehmendem Kesseldruck; auch beim höchsten Betriebsdruck darf der Elektromotor den Wert auf dem Leistungsschild nicht überschreiten.
Die meisten Werkstattkompressoren arbeiten mit Druckschalter: Ist der Kessel gefüllt, stoppt der Motor; fällt der Druck, läuft er wieder an. Das bedeutet viele Anläufe pro Stunde. Bei jedem Anlauf zieht der Elektromotor ein Mehrfaches seines Nennstroms, und die Wicklung erwärmt sich. Bei der Auswahl des Kompressormotors ist daher nicht nur nach der Leistung zu fragen, sondern auch nach der Zahl der Anläufe pro Stunde und danach, ob der Kompressor entlastet (ohne Last) anläuft. Kompressoren mit Entlastungsventil am Zylinderkopf lassen den Motor nicht gegen den Kesseldruck anlaufen; bei defektem Ventil wird der Motor dagegen bei jedem Anlauf belastet, und das Problem wird dem Elektromotor zugeschrieben.
Übersetzungsverhältnis und Motordrehzahl
Die Kompressordrehzahl ergibt sich aus der Nenndrehzahl des Elektromotors multipliziert mit dem Verhältnis der Riemenscheibendurchmesser. Hat die Kompressorscheibe den dreifachen Durchmesser der Motorscheibe, dreht ein 4-poliger Elektromotor mit 1460 U/min Nenndrehzahl den Kompressor mit etwa 487 U/min. Der Kompressorhersteller legt dieses Verhältnis nach der zulässigen Drehzahl des Verdichterblocks und dem gewünschten Luftvolumenstrom fest.
Beim Austausch muss deshalb die Polzahl des Elektromotors erhalten bleiben. Wird zum Beispiel ein 2-poliger Motor durch ein 4-poliges Modell gleicher Leistung ersetzt, dreht der Kompressor bei unveränderten Riemenscheiben nur noch mit etwa halber Drehzahl, und der Volumenstrom sinkt deutlich. Umgekehrt ist es riskanter: Ein 2-poliger Motor anstelle einer 4-poligen Anordnung kann den Verdichterblock über die zulässige Drehzahl bringen. Soll die Drehzahl tatsächlich geändert werden, ist das Übersetzungsverhältnis neu zu berechnen und sind die Grenzwerte des Kompressorherstellers zu prüfen.
- Notieren Sie Nenndrehzahl und Polzahl vom Leistungsschild des alten Elektromotors.
- Erfassen Sie den Durchmesser beider Riemenscheiben und den Riementyp (Rillenzahl und Profil).
- Ermitteln Sie die Blockdrehzahl auf dem Typenschild oder im Katalog des Kompressors und prüfen Sie Motor- und Riemenscheibenauswahl anhand dieses Werts.
Wellenende, Riemenscheibe und Riemenspannung
Bei einer Kupplungsverbindung überträgt die Welle des Elektromotors im Wesentlichen nur das Drehmoment. Beim Riemenantrieb dagegen übt die Riemenspannung eine ständige Querkraft auf das Wellenende aus, die vom vorderen Lager aufgenommen wird. Je näher die Riemenscheibe am Wellenende sitzt und je schmaler sie ist, desto geringer ist die Lagerbelastung. Die Scheibe auf der Welle nach außen zu versetzen oder den Riemen stärker als nötig zu spannen, sind verbreitete Fehler, die die Lagerlebensdauer verkürzen.
- Nabenpassung: Die Nabe der Motorriemenscheibe muss zu Wellendurchmesser und Passfedermaß des neuen Elektromotors passen. Die Wellenmaße hängen von der Baugröße ab; die Werte finden Sie im technischen und Produktkatalog und in den technischen 2D-Zeichnungen.
- Fluchtung: Motor- und Kompressorscheibe müssen in einer Ebene liegen; eine versetzte Fluchtung verschleißt den Riemen seitlich und verursacht Geräusche.
- Spannvorrichtung: Der Elektromotor wird meist in Fußausführung B3 auf einer Spannschiene oder einem Schlittensockel montiert. Hat der neue Motor dieselbe IEC-Baugröße wie der alte, liegen die Fußbohrungen an derselben Stelle, und die vorhandene Schiene kann weiterverwendet werden.
- Schutzhaube: Riemen und Riemenscheiben sind mit einer Schutzhaube abzudecken, die die Kühlluft des Elektromotors nicht behindert.
