Auswahl des Elektromotors mit 1500 oder 3000 U/min für Kreiselpumpen zur Bewässerung

Fällt in der Bewässerungssaison der Antrieb einer Kreiselpumpe aus, lautet die erste Frage meist: „Wie viel kW und welche Drehzahl?“ Die Leistung steht auf dem Typenschild, bei der Drehzahl herrscht dagegen oft Unklarheit: Mancher Landwirt glaubt, ein schnellerer Elektromotor fördere mehr Wasser, ein anderer versucht, eine gerade verfügbare Maschine mit anderer Drehzahl an die Pumpe anzuschließen. Bei der Kreiselpumpe ist die Drehzahl ein durch die Pumpenauslegung vorgegebener Wert und lässt sich nicht beliebig ändern. In diesem Beitrag betrachten wir den Unterschied zwischen Elektromotoren mit 1500 und 3000 U/min aus Sicht der Bewässerungspumpe und beschreiben der Reihe nach, welche Angaben für die Entscheidung zu sammeln sind.

Warum richtet sich die Pumpendrehzahl nach dem Laufrad und nicht nach dem Antrieb?

Das Laufrad einer Kreiselpumpe ist so berechnet, dass es bei einer bestimmten Drehzahl einen bestimmten Förderstrom und eine bestimmte Förderhöhe liefert. Die Drehzahl im Katalog des Pumpenherstellers oder auf dem Pumpenschild ist daher keine Empfehlung, sondern der Betriebspunkt, auf dem die Kennlinie beruht. Bei der Auswahl gilt es, den Elektromotor mit der Synchrondrehzahl zu finden, die der von der Pumpe geforderten Drehzahl am nächsten liegt: Für eine Pumpe mit etwa 2900 U/min auf dem Schild wird ein zweipoliger Antrieb (3000 U/min synchron) verwendet, für eine Pumpe mit etwa 1450 U/min ein vierpoliger (1500 U/min synchron).

Die Wirkung einer Drehzahländerung ist nicht linear. Nach den Ähnlichkeitsgesetzen für Pumpen steigt der Förderstrom proportional zur Drehzahl, die Förderhöhe mit dem Quadrat der Drehzahl und die Leistungsaufnahme der Pumpe mit der dritten Potenz. Grob gesagt bedeutet der Betrieb einer für 1450 U/min ausgelegten Pumpe mit 2900 U/min den Versuch, die Förderhöhe zu vervierfachen und die Leistung zu verachtfachen. Ein solcher Antrieb schaltet entweder in den ersten Minuten wegen Überstrom ab, oder Pumpengehäuse, Wellendichtung und Rohrleitung werden weit über ihre Auslegungsgrenze belastet. Umgekehrt liefert ein 1500-U/min-Elektromotor an einer 3000-U/min-Pumpe einen so geringen Druck, dass das Wasser das Feld nicht erreicht.

Unterschiede zwischen 1500 und 3000 U/min im Bewässerungseinsatz

Ist die Drehzahl anhand der Pumpe festgelegt, hilft die Kenntnis der praktischen Unterschiede beider Varianten auch bei neuen Projekten, in denen die Pumpe noch nicht ausgewählt ist. Der folgende Vergleich beschreibt allgemeine Tendenzen; die Werte des Pumpenherstellers haben stets Vorrang.

Bei Bewässerungspumpen, die aus Kanal, Teich oder offenem Becken ansaugen, sprechen Saughöhe und Sandgehalt des Wassers häufig für 1500 U/min. Bei kompakten Pumpen mit sauberem Wasser, die Tropf- und Beregnungsleitungen mit hohem Druck versorgen, sind 3000 U/min verbreitet. Die Entscheidung fällt zusammen mit der Pumpenauswahl; der Elektromotor ergibt sich daraus.

Drehzahl auf dem Typenschild und Passung zur Pumpe

Synchrondrehzahl und Nenndrehzahl auf dem Typenschild sind nicht identisch. Ein Asynchronmotor dreht unter Last etwas langsamer als synchron; dieser Schlupf ist normal. Auf dem Typenschild des vierpoligen 11-kW-Modells von HEM Motor mit Graugussgehäuse stehen 1465 U/min, beim zweipoligen 11-kW-Modell 2945 U/min. Die Angaben von 1450 oder 2900 U/min im Pumpenkatalog beziehen sich ebenfalls auf diese Nenndrehzahlen; kleine Abweichungen gelten daher nicht als Unverträglichkeit.

Maßgeblich für die Leistung sind die vom Pumpenhersteller angegebene Antriebsleistung und der Typenschildwert der vorhandenen Maschine. Verschiebt sich der Betriebspunkt auf der Pumpenkennlinie nach rechts (etwa beim ersten Befüllen einer leeren Leitung oder bei voll geöffnetem Schieber), steigt die Leistungsaufnahme. Pumpenhersteller berücksichtigen dies bei der Angabe der Antriebsleistung; wer sich vor Ort mit einer kleineren Maschine begnügt, riskiert an den heißesten Tagen der Saison Auslösungen des Thermorelais. Bei einer alten Maschine mit unleserlichem Typenschild ist es sicherer, statt zu schätzen von Modell und Laufraddurchmesser auf dem Pumpenschild auszugehen.

Montage und Kupplung: Blockpumpe oder Pumpe auf Grundplatte?

Bewässerungspumpen werden in zwei grundlegenden Anordnungen aufgestellt. Bei der Anordnung auf Grundplatte (mit Kupplung) stehen Pumpe und Elektromotor auf einem gemeinsamen Rahmen, dazwischen sitzt eine elastische Kupplung; der Antrieb wird in Fußausführung B3 befestigt. Beim Austausch sind hier Achshöhe und Fußlochabstand ausschlaggebend; bleibt die IEC-Baugröße gleich, ist ein Wechsel ohne Eingriff in den Rahmen zu erwarten. Bei der Blockbauweise sitzt das Pumpengehäuse dagegen direkt am Motorflansch, und das Laufrad ist häufig auf der Motorwelle montiert. Hier müssen Flanschmaß und Wellenende exakt zur Pumpe passen; man sollte nicht davon ausgehen, dass ein Standard-Elektromotor ohne Weiteres an jede Blockpumpe passt.

Die IEC-Baugröße zwei- und vierpoliger Modelle gleicher Leistung ist mal gleich, mal unterschiedlich. Bei 11 kW haben beide Modelle Baugröße 160M; bei 18,5 kW hat das zweipolige Modell Baugröße 160L, das vierpolige 180M. Auch bei gleicher Baugröße darf nicht vorausgesetzt werden, dass Wellen- und Lagermaße identisch sind; die Prüfung erfolgt anhand der technischen 2D-Zeichnungen nach Baugröße. Die Bauformen werden je nach Baugröße angeboten, und das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt; Einzelheiten finden Sie in der Frage zu den Bauformen.

Beispielmodelle: zwei Drehzahlen bei 11 und 18,5 kW

Für zwei in der Feldbewässerung häufige Leistungen bietet HEM Motor folgende Modelle mit Graugussgehäuse an. Alle Modelle haben Schutzart IP55, Isolationsklasse F und Speisung 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz; am 400-V-Netz werden sie in Dreieck geschaltet.

• 160M-4: 11 kW (15 HP), 4-polig, 1465 U/min, IEC 160M, 20,4 A bei 400 V, Nenndrehmoment 71,7 Nm. Für Pumpen mit 1450-U/min-Laufrad, die aus einem Kanal ansaugen.
• 160M1-2: 11 kW (15 HP), 2-polig, 2945 U/min, IEC 160M, 19,6 A bei 400 V, Nenndrehmoment 35,7 Nm. Für Druckleitungspumpen mit 2900-U/min-Laufrad, die mit sauberem Wasser arbeiten.
• 180M-4: 18,5 kW (25 HP), 4-polig, 1470 U/min, IEC 180M, 33,5 A bei 400 V, Nenndrehmoment 120,2 Nm.
• 160L-2: 18,5 kW (25 HP), 2-polig, 2940 U/min, IEC 160L, 32,5 A bei 400 V, Nenndrehmoment 60,1 Nm.

Beachten Sie, dass die Ströme bei gleicher Leistung nahe beieinander liegen, das Drehmoment sich jedoch etwa um den Faktor zwei unterscheidet. Dieser Unterschied erklärt, warum ein vierpoliger Elektromotor unter Umständen eine größere Baugröße benötigt. Allgemeine Informationen zu Pumpenantrieben finden Sie auf der Seite Elektromotoren für Pumpen, landwirtschaftliche Anwendungen auf der Seite Elektromotoren für Landmaschinen.

Angenommenes Beispiel: der Antrieb einer Pumpe am Teich

Der folgende Fall ist keine reale Kundenanwendung, sondern ein konstruiertes Beispiel zur Veranschaulichung der Entscheidungsschritte. Angenommen, auf dem Schild einer Kreiselpumpe auf Grundplatte, die aus einem Teich ansaugt, stehen 1450 U/min und 11 kW, und das Typenschild der bisherigen Maschine nennt Baugröße 160M. Der richtige Kandidat ist dann das vierpolige Modell 160M-4. Dass ein zweipoliger Elektromotor vorrätig ist, macht ihn nicht geeignet – auch nicht bei gleicher Baugröße 160M; die Pumpe würde zur doppelten Drehzahl gezwungen. Auf der Kupplungsseite wird der Wellendurchmesser mit der technischen Zeichnung verglichen, anschließend die Drehrichtung anhand des Pfeils auf dem Pumpengehäuse geprüft.

Elektrische und umgebungsbedingte Punkte vor Ort

• Anlauf: Bei Pumpen ab 11 kW werden häufig Stern-Dreieck-Anlasser, Sanftanlasser oder Frequenzumrichter eingesetzt. Die allgemeine Regel für den Betrieb am Frequenzumrichter ist in der Frage zum Umrichterbetrieb erläutert; bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird der Filterbedarf bei der Bestellung besprochen.
• Lange Leitung und Spannungsfall: Bei Pumpen am Brunnenkopf oder mitten im Feld ist die Leitung vom Transformator zur Maschine lang. Sinkt die Spannung beim Anlauf, wird der Antrieb überlastet; der Leitungsquerschnitt ist in der Elektroplanung zu prüfen.
• Phasenschutz: Im ländlichen Netz sind Phasenausfall und Unsymmetrie häufig. Motorschutzschalter und Phasenüberwachungsrelais sind der günstigste Weg, die Maschine zu schützen.
• Umgebung: Schutzart IP55 schützt gegen Staub und Spritzwasser; für vertiefte Pumpenräume, in denen die Maschine unter Wasser geraten kann, ist sie nicht geeignet. Installieren Sie den Elektromotor in einer Höhe, die Hochwasser nicht erreicht; bei direkter Sonneneinstrahlung unterstützt ein einfaches Schattendach die Kühlung.

Bei Anordnungen, die Wasser aus dem Brunnen fördern, liegt der Fall anders: Unterwasserpumpenmotoren sind ein eigenes Produkt und nicht Gegenstand dieses Beitrags. Für Brunnenanordnungen mit oberirdisch aufgestelltem Antrieb siehe die Seite Elektromotor für Tiefbrunnenpumpen.

Angaben für die Bestellung

Damit wir den passenden Elektromotor für Ihre Bewässerungspumpe schnell bestimmen können, senden Sie uns bitte gemeinsam:

• Drehzahl und Antriebsleistung (kW oder HP) vom Pumpenschild, wenn möglich die Modellbezeichnung der Pumpe
• Foto des Typenschilds der bisherigen Maschine und IEC-Baugröße
• Anordnung: auf Grundplatte mit Kupplung oder Blockbauweise mit Flansch
• Netzspannung und Anlassverfahren (direkt, Stern-Dreieck, Sanftanlasser, Umrichter)
• Aufstellungsort: im Freien, Pumpenraum, Saugquelle (Brunnenkopf, Kanal, Teich)

Passende Modelle und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen. Wenn Sie Ihre vorhandene Maschine ersetzen, senden Sie uns das Typenschild – wir bestimmen gemeinsam das zur Pumpe passende Modell; für andere Fragen nutzen Sie bitte unsere Kontaktseite.