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Die Leistung des Elektromotors für eine Oberflächen-Bewässerungspumpe ergibt sich, indem man zur Wellenleistung, die aus Förderstrom und Förderhöhe der Pumpe berechnet wird, eine Reserve addiert; die Drehzahl ist dagegen die Auslegungsdrehzahl der Pumpe und wird bei der Motorauswahl nicht verändert. Kurz gesagt: Die Leistung ergibt sich aus dem Betriebspunkt vor Ort, die Drehzahl steht auf dem Typenschild der Pumpe. Dieser Beitrag zeigt, wie die Berechnung erfolgt und wie die wechselnden Bedingungen der Bewässerung die Auswahl beeinflussen.
Mit „Oberflächenpumpe“ sind hier Pumpen gemeint, die außerhalb eines Brunnens – am Rand eines Teichs, Kanals, Behälters oder einer flachen Wasserquelle – aufgestellt werden und deren Elektromotor auf trockenem Boden steht. Tauch- und Tiefbrunnenpumpen, die ins Wasser abgesenkt werden, erfordern eine andere Motorbauart; ein Elektromotor mit Standardgehäuse ersetzt diese nicht.
Leistungsberechnung: Förderstrom, Förderhöhe und Pumpenwirkungsgrad
Die hydraulische Leistung, die die Pumpe an das Wasser abgibt, hängt vom Produkt aus Förderstrom und Gesamtförderhöhe ab. Die Leistung, die der Elektromotor an die Pumpenwelle abgeben muss, ergibt sich, indem man diesen Wert durch den Pumpenwirkungsgrad teilt. Für Wasser lautet die praktische Formel:
Wellenleistung (kW) = Förderstrom (m³/h) × Gesamtförderhöhe (m) / (367 × Pumpenwirkungsgrad)
Die Zahl 367 ist eine Konstante aus Dichte des Wassers, Erdbeschleunigung und Einheitenumrechnung. Der Pumpenwirkungsgrad ist der Wert, der auf der Katalogkennlinie am Betriebspunkt abgelesen wird; bei kleinen Bewässerungspumpen ist er niedriger als bei großen. Liegt Ihnen die Kennlinie nicht vor, verwenden Sie für den Wirkungsgrad keine Schätzung, sondern die Daten des Pumpenherstellers.
Die Gesamtförderhöhe ist nicht nur das Gefälle auf dem Feld. Berücksichtigen Sie zusammen:
- Saughöhe: Der senkrechte Abstand vom Wasserspiegel bis zur Pumpenachse. Sinkt der Teichpegel gegen Ende des Sommers, wird dieser Wert größer.
- Geodätische Förderhöhe: Der Höhenunterschied von der Pumpe bis zum höchsten Punkt der Leitung.
- Rohrleitungsverluste: Reibung durch Leitungslänge, Rohrdurchmesser, Bögen, Armaturen und Filter. Bei langen, engen Leitungen kann dieser Posten den Höhenunterschied übersteigen.
- Enddruck: Der Betriebsdruck für Regner oder Tropfsystem wird in Meter Wassersäule umgerechnet und addiert.
Wie wird die Motorreserve festgelegt?
Die berechnete Wellenleistung ist nicht direkt die Motorleistung. Bei einer Kreiselpumpe steigt die Leistungsaufnahme mit dem Förderstrom. Ändert sich in der Bewässerungsleitung die Zahl der geöffneten Sektoren, platzt ein Rohr oder wird die Leitung erstmals befüllt, verschiebt sich die Pumpe nach rechts auf der Kennlinie und nimmt mehr Leistung auf als berechnet. Deshalb sollte der Elektromotor nicht nur nach dem Auslegungspunkt, sondern nach dem höchsten Förderstrom ausgewählt werden, der vor Ort auftreten kann.
- Sehen Sie sich auf der Pumpenkennlinie die Leistungskurve an und ermitteln Sie für Ihren Laufraddurchmesser den höchsten Wert im Betriebsbereich.
- Wählen Sie die erste genormte Motorleistung über diesem Wert. Gibt der Pumpenhersteller die Motorleistung auf dem Typenschild an, ist diese maßgeblich.
- Modelle von HEM Motor ab 75 kW haben einen Servicefaktor von 1,15; das ist eine Sicherheitsreserve und dient nicht dazu, den Elektromotor kleiner zu wählen.
Ein deutlich überdimensionierter Elektromotor ist ebenfalls keine Lösung. Die Pumpe fördert dasselbe Wasser, der Antrieb läuft in Teillast, und Anlaufeinrichtung, Kabel und Schaltschrank werden unnötig groß.
Drehzahl: Halten Sie sich an den Wert auf dem Typenschild der Pumpe
Bei einer Kreiselpumpe ändert sich der Förderstrom proportional zur Drehzahl, die Förderhöhe mit dem Quadrat und die Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl. Wegen dieses Zusammenhangs verändert ein Elektromotor mit anderer Drehzahl an derselben Pumpe den Betriebspunkt vollständig: Eine für 3000 U/min ausgelegte Pumpe liefert mit einem 1500-U/min-Elektromotor etwa den halben Förderstrom und ein Viertel der Förderhöhe. Im umgekehrten Fall werden Antrieb und Pumpe überlastet.
Deshalb erfolgt die Drehzahlwahl zusammen mit der Pumpenauswahl. Ein großer Teil der Oberflächen-Bewässerungspumpen arbeitet mit 2-poligen Elektromotoren (3000 U/min synchron); einige Pumpen, die bei geringer Förderhöhe einen hohen Förderstrom liefern sollen, sind 4-polig. Auf dem Typenschild sehen Sie die Nenndrehzahl: Bei 2-poligen Elektromotoren liegt sie unter Last bei etwa 2930–2955 U/min.
Muss sich der Druck vor Ort je nach Sektor ändern, kann ein Frequenzumrichter eingesetzt werden. Unsere Drehstromreihen eignen sich für die Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter; bei langem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter nötig sein, bei langem Kabel zwischen Umrichter und Antrieb wird ein dv/dt- oder Sinusfilter geprüft; diese Bedingungen werden in der Bestellung angegeben. Details finden Sie in der Frage zum Betrieb am Umrichter.
Hypothetische Rechenbeispiele
Die folgenden Werte sind hypothetisch, stammen nicht von einer realen Anlage und zeigen nur die Logik der Berechnung. Der Pumpenwirkungsgrad gilt in jedem Beispiel als von der Kennlinie abgelesen.
| Szenario | Förderstrom | Gesamtförderhöhe | Pumpenwirkungsgrad | Wellenleistung | Möglicher Elektromotor |
|---|---|---|---|---|---|
| Garten- und Gewächshausleitung | 30 m³/h | 35 m | 0,65 | ≈ 4,4 kW | 5,5 kW, 3000 U/min |
| Beregnung, mittleres Feld | 60 m³/h | 50 m | 0,70 | ≈ 11,7 kW | 15 kW, 3000 U/min |
| Lange Leitung mit großem Höhenunterschied | 80 m³/h | 60 m | 0,72 | ≈ 18,2 kW | 22 kW, 3000 U/min |
In der zweiten Zeile ergibt die Berechnung 11,7 kW. Ein 11-kW-Elektromotor liegt unter diesem Wert; berücksichtigt man zudem den höheren Förderstrom beim ersten Befüllen der Leitung, ist 15 kW die passende Wahl. In der dritten Zeile liegen 18,5 kW sehr nahe am berechneten Wert; da die Saughöhe bei sinkendem Teichpegel steigt, wurde die nächsthöhere Leistung von 22 kW gewählt. Bei der tatsächlichen Auswahl ist der höchste Leistungswert auf der Pumpenkennlinie maßgeblich.
