Kauf eines Elektromotors mit 110 kW: Drehzahl und Antriebssystem abstimmen

Beim Kauf eines Elektromotors der Klasse 110 kW ist die Drehzahlwahl weniger eine Entscheidung über den Motor selbst als über das System, das er antreibt. Bei gleicher Leistung übertragen Modelle mit 1000, 1500 und 3000 U/min sehr unterschiedliche Drehmomente auf die Welle; daraus ergibt sich die Frage, ob Kupplung, Riemen, Getriebe und Maschinenwelle dieses Drehmoment tragen können. In diesem Beitrag zeigen wir am Beispiel der drei Modelle mit 110 kW von HEM Motor, wie Sie die Motordrehzahl auf das Antriebssystem abstimmen und welche Übertragungselemente Sie vor der Bestellung prüfen sollten.

Modelle mit 110 kW: gleiche Leistung, drei verschiedene Drehmomente

Die Optionen mit 110 kW von HEM Motor haben ein Graugussgehäuse und sind in drei Drehzahlen erhältlich. Schutzart IP55, Isolationsklasse F; Versorgung 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz. Wie bei allen Modellen ab 75 kW beträgt der Servicefaktor 1,15.

Die Ströme liegen nah beieinander, die Drehmomente unterscheiden sich jedoch bis zum Dreifachen. Die 1063 Nm an der Welle des Modells mit 1000 U/min sind etwa dreimal so viel wie die 352,8 Nm beim Modell mit 3000 U/min. Jedes an die Welle angeschlossene Element wird nicht nach der Motorleistung, sondern nach diesem Drehmoment dimensioniert. Deshalb gibt es keine "Kupplung für 110 kW" und keinen "Riemen für 110 kW"; gewählt wird nach Drehmoment und Drehzahl.

Maßgeblich ist die Drehzahl, die die Maschine verlangt

Die richtige Motordrehzahl ergibt sich rückwärts aus der Betriebsdrehzahl der Maschine und dem Übersetzungsverhältnis dazwischen. Die Reihenfolge ist:

• Wellendrehzahl der Maschine: die Drehzahl, mit der Ventilator, Pumpe, Brecherrotor, Mühle oder Trommel laufen muss. Dieser Wert stammt vom Maschinenhersteller oder aus der vorhandenen Anordnung.
• Übertragungsart und Übersetzung: direkte Kupplung (Verhältnis 1), Riementrieb (Verhältnis der Scheibendurchmesser) oder Getriebe (Getriebeübersetzung).
• Motordrehzahl: das Produkt aus Maschinendrehzahl und Übersetzung. Liegt das Ergebnis um 985–990, 1485–1490 oder 2975–2980 U/min, ist die entsprechende Polzahl die naheliegende Wahl.

Liegt die Rechnung zwischen zwei Drehzahlen, gibt es zwei Wege: das Übersetzungsverhältnis ändern (Riemenscheibe oder Getriebe) oder den Motor über einen Frequenzumrichter betreiben. Welcher Weg geeignet ist, hängt vom Drehzahlbereich der Maschine und der Kapazität der Übertragungselemente ab.

Checkliste nach Antriebsart

Antrieb mit direkter Kupplung

Die Motordrehzahl entspricht der Maschinendrehzahl; bei der Drehzahlwahl gibt es also keinen Spielraum. Eine zweipolige Pumpe braucht 3000 U/min, ein vierpoliger Ventilator 1500 U/min.

• Die Drehmomentkapazität der Kupplung muss das Nenndrehmoment des Motors mit einem für Anlauf- und Stoßlasten geeigneten Faktor abdecken.
• Die Kupplungsnabe muss zum Wellenende des neuen Motors passen. In der Baugröße 315S können sich die Wellenenden von zwei- und vierpoligen Motoren unterscheiden; prüfen Sie das Maß im Katalog 2026.
• Bei 3000 U/min gewinnen die zulässige Höchstdrehzahl und die Wuchtgüte der Kupplung zusätzlich an Bedeutung.

Riementrieb

Da sich die Maschinendrehzahl über das Riemenscheibenverhältnis einstellen lässt, besteht bei der Motordrehzahl Spielraum – dieser Spielraum ist aber nicht umsonst.

• Bei gleicher Leistung liefert ein langsamer Motor ein höheres Drehmoment; soll es mit demselben Riemen übertragen werden, steigen Riemenzahl oder Profilgröße.
• Beim schnelllaufenden Motor steigt die Riemengeschwindigkeit; die vom Scheibendurchmesser und Riementyp zugelassenen Geschwindigkeitsgrenzen müssen geprüft werden.
• Die Riemenspannung bringt eine Querkraft auf Motorwelle und vorderes Lager. Bei 110 kW vergrößert eine Riemenscheibe mit kleinem Durchmesser diese Last; Scheibendurchmesser und Abstand vom Wellenende sollten in der Maschinenkonstruktion bewertet werden. Bei hoher Querkraft geben Sie dies bei der Bestellung an.

Getriebeantrieb

• Die Eingangsdrehzahl des Getriebes muss zur Motordrehzahl passen; die meisten Industriegetriebe sind für einen Eingang mit 1500 U/min katalogisiert. Die Speisung mit einem Motor von 3000 U/min kann die zulässige Eingangsdrehzahl des Getriebes überschreiten.
• Neben der mechanischen Kapazität sollte auch die thermische Kapazität des Getriebes geprüft werden; im Dauerbetrieb kann das Getriebe seine thermische Grenze erreichen, bevor die mechanische erreicht ist.
• Wird der Motor mit Flansch an das Getriebe angebaut, wird das Flanschmaß bei der Bestellung bestätigt. Die Bauformen werden je nach Baugröße angeboten; Details bei der Frage zu den Bauformen.

Nebenwirkungen eines Drehzahlwechsels

Wenn Sie in einem bestehenden System einen Wechsel der Motordrehzahl erwägen, berücksichtigen Sie folgende Folgen:

• Die Maschinendrehzahl ändert sich: Bleibt das Übersetzungsverhältnis gleich, wird die Maschine im selben Verhältnis schneller oder langsamer. Bei Ventilatoren und Pumpen ändert sich der Volumenstrom mit der Drehzahl, der Druck mit dem Quadrat und die aufgenommene Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl. Ein Ventilator, der von 1500 auf 3000 U/min wechselt, kann mit demselben Laufrad eine Leistung weit über 110 kW verlangen.
• Baugröße und Sockel können sich ändern: In der Tabelle hat das Modell mit 1000 U/min die Baugröße 315L, die anderen 315S. Der Wechsel von 1500 auf 1000 U/min ändert den Lochabstand der Füße, auch wenn die Achshöhe gleich bleibt.
• Übertragungselemente werden neu ausgewählt: Das bei niedriger Drehzahl höhere Drehmoment belastet Kupplung, Riemen und Getriebeeingangswelle; bei hoher Drehzahl stehen Wuchtgüte und Drehzahlgrenzen im Vordergrund.

Ist ein Frequenzumrichter eine Lösung?

Muss die Maschine mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen, kann ein Umrichter sinnvoll sein. Für die Drehzahlregelung lassen sich unsere Drehstrom-Baureihen mit Frequenzumrichter einsetzen. Bleibt der Motor lange bei niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment, kann ein Fremdlüfter nötig werden; ist die Leitung zwischen Umrichter und Motor lang, wird ein dv/dt- oder Sinusfilter in Betracht gezogen. Geben Sie diese Bedingungen bei der Bestellung an; Details werden bei der Frage zum Umrichterbetrieb erläutert. Ein Betrieb oberhalb der Nennfrequenz per Umrichter senkt das Drehmoment und belastet die mechanischen Grenzen; der Umrichter sollte daher nicht als Dauerlösung für eine falsch gewählte Drehzahl betrachtet werden.

Wie wirkt sich SF 1,15 auf die Drehzahlwahl aus?

Die Modelle mit 110 kW haben einen Servicefaktor von 1,15; der Motor verfügt über eine Reserve von etwa 15 % über der Typenschildleistung. Diese Reserve bietet eine Sicherheitsmarge, wenn die tatsächliche Last des Systems etwas höher ausfällt als berechnet oder die Umgebungsbedingungen schwieriger werden. Sie sollte nicht genutzt werden, um eine durch Drehzahlwechsel gestiegene Last abzudecken oder einen zu kleinen Motor zu wählen. Wählen Sie auch die Übertragungselemente nicht nach der mit SF multiplizierten Leistung, sondern nach tatsächlicher Last und tatsächlichem Drehmoment mit ihren eigenen Sicherheitsfaktoren.

Beispielszenario: Motorerneuerung an einer Mühle mit Riementrieb

Die Situation in diesem Abschnitt ist fiktiv und gehört zu keinem bestimmten Kunden. In einem Mineralmahlwerk läuft eine Mühle über Riementrieb mit einem Motor von 110 kW und 1500 U/min, und der Motor soll erneuert werden.

• Bleiben Maschinendrehzahl und Scheibenverhältnis gleich, ist das Kandidatenmodell der Motor mit 110 kW und dem Code 315S-4; auf seinem Typenschild stehen 1488 U/min.
• Gibt der Betrieb an, dass die Riemen oft gewechselt werden müssen, liegt das Problem womöglich nicht bei der Motordrehzahl, sondern bei Riemenzahl, Profil oder Spannung; das ist eine mechanische Prüfung, getrennt von der Motorbestellung.
• Wird erwogen, mit einer größeren Motorscheibe den 315L1-6 (988 U/min, 1063 Nm) zu verwenden, müssen die Riemen das höhere Drehmoment tragen, das neue Scheibenverhältnis berechnet und Sockel sowie Motorschlitten an die Baugröße 315L angepasst werden.
• Gibt es im selben Werk eine direkt gekuppelte schnelllaufende Prozesspumpe, wird für sie der 315S-2 (2978 U/min) bewertet; die Drehzahlgrenze der Kupplung und die zweipolige Auslegung der Pumpe werden bestätigt.

Angaben für die Bestellung

• Leistung und gewünschte Motordrehzahl; Betriebsdrehzahl der Maschine
• Antriebsart (Kupplung, Riementrieb, Getriebe), Übersetzung und gegebenenfalls Scheibendurchmesser
• Bei Getriebeeinsatz Eingangsdrehzahl und Anschlussart; bei Flanschanschluss das Flanschmaß
• Bauform, Spannung, Anlaufverfahren und ob ein Frequenzumrichter eingesetzt wird
• Einsatzbereich, Betriebsdauer und beim Austausch ein Bild vom Typenschild des auszubauenden Motors

Modelle mit 110 kW und anderen Leistungen finden Sie mit aktuellen Preisen auf der Seite Elektromotor kaufen, alle Optionen großer Leistung in der Liste Elektromotoren mit Graugussgehäuse. Ersetzen Sie einen alten Motor, senden Sie das Typenschildfoto über die Seite zur Ermittlung gleichwertiger Motoren; mit Ihren Antriebsdaten klären wir gemeinsam die passende Drehzahl. Für andere Fragen nutzen Sie unsere Kontaktseite.