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Nein; ein größerer Elektromotor mit gleicher Drehzahl erhöht den Förderstrom einer Kreiselpumpe nicht. Wie viel Wasser die Pumpe fördert, bestimmen nicht die Motorleistung, sondern Laufraddurchmesser, Pumpendrehzahl und der Widerstand der Anlage. Der Elektromotor deckt nur die Leistung, die die Pumpe verlangt; überschüssige Leistung bleibt an der Welle ungenutzt. Soll der Förderstrom tatsächlich steigen, müssen meist Pumpe, Laufrad oder Anlage geändert werden; der Antrieb wird dann nach dem Ergebnis dieser Änderung ausgewählt.
Die Arbeitsteilung zwischen Pumpe und Elektromotor
Ein Asynchronmotor dreht mit einer Drehzahl, die durch Netzfrequenz und Polzahl bestimmt wird. Ein 4-poliger Elektromotor läuft mit etwa 1450 U/min, ein 2-poliger mit etwa 2900 U/min. Wird die Motorleistung größer, ändert sich diese Drehzahl nicht; unter Last ist der Schlupf lediglich um einige Umdrehungen geringer.
Die Pumpe arbeitet bei dieser festen Drehzahl entsprechend ihrer Kennlinie. Laufraddurchmesser und Schaufelform bestimmen, welchen Druck sie bei einer bestimmten Drehzahl und welchem Förderstrom erzeugen kann. Der Anlagenwiderstand (Rohrlänge, Durchmesser, Bögen, Armaturen, Förderhöhe) bestimmt, wo auf dieser Kennlinie die Pumpe arbeitet. Der Schnittpunkt von Pumpen- und Anlagenkennlinie ist der Betriebspunkt.
In diesem Zusammenhang ist die Rolle des Elektromotors begrenzt: Er stellt die Wellenleistung am Betriebspunkt bereit. Wird eine Pumpe, die 7,5 kW benötigt, mit einem 11-kW-Elektromotor ausgerüstet, nimmt die Pumpe weiterhin 7,5 kW auf; der Antrieb läuft in Teillast.
Was verändert den Förderstrom tatsächlich?
| Änderung | Wirkung auf den Förderstrom | Folge für den Elektromotor |
|---|---|---|
| Größerer Elektromotor bei gleicher Drehzahl | Keine Änderung | Der Antrieb läuft in Teillast, Anlaufstrom und Kosten steigen |
| Polzahl verringern (Drehzahl erhöhen) | Steigt etwa proportional zur Drehzahl | Der Leistungsbedarf steigt mit der dritten Potenz der Drehzahl; die Pumpe ist für diese Drehzahl eventuell nicht geeignet |
| Laufrad mit größerem Durchmesser | Steigt (sofern das Pumpengehäuse es zulässt) | Der Leistungsbedarf steigt; der Elektromotor wird neu berechnet |
| Anlagenwiderstand senken | Steigt | Der Betriebspunkt verschiebt sich auf der Pumpenkennlinie nach rechts, der Leistungsbedarf steigt meist |
| Gedrosselte Armatur öffnen | Steigt | Ebenso steigt die Leistung; ist der Antrieb an der Grenze, kann das Überlastrelais auslösen |
Die Tabelle lässt sich so zusammenfassen: Jede echte Änderung, die den Förderstrom erhöht, belastet den Elektromotor stärker. Die richtige Reihenfolge lautet also nicht „Antrieb vergrößern, damit der Förderstrom steigt“, sondern „die Änderung vornehmen, die den Förderstrom erhöht, und den Elektromotor bei Bedarf entsprechend vergrößern“.
Warum ist eine Drehzahländerung riskant?
Der scheinbar schnellste Weg, den Förderstrom zu erhöhen, ist der Einbau eines 2-poligen statt eines 4-poligen Elektromotors. Dabei verdoppelt sich die Drehzahl ungefähr. Nach den Näherungsbeziehungen verdoppelt sich der Förderstrom, die Förderhöhe vervierfacht sich, und die Wellenleistung steigt auf das Achtfache. Eine Pumpe, die bei 1450 U/min beispielsweise 1,5 kW aufnimmt, benötigt bei 2900 U/min theoretisch rund 12 kW.
Die praktischen Folgen:
- Laufrad, Lager und Gleitringdichtung der Pumpe sind eventuell nicht für diese Drehzahl ausgelegt; die vom Pumpenhersteller zugelassene Höchstdrehzahl darf nicht überschritten werden.
- Die Bedingungen auf der Saugseite verschlechtern sich; die Kavitationsgefahr steigt.
- Rohre, Armaturen und Geräte halten den vierfachen Druck möglicherweise nicht aus.
- Ein Elektromotor derselben Baugröße kann diese Leistung nicht liefern; ein wesentlich größerer Antrieb samt Sockel wäre nötig.
Für kleine Anpassungen ist ein Frequenzumrichter der kontrolliertere Weg, die von der Pumpe zugelassene Drehzahlgrenze gilt jedoch weiterhin. 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. Wer mit dem Umrichter über 50 Hz hinausgeht, muss die Grenzen von Elektromotor und Pumpe jeweils gesondert prüfen.
Prüfungen vor dem Austausch des Elektromotors
Die Beschwerde „Die Pumpe fördert nicht mehr so viel wie früher“ hat meist nichts mit dem Elektromotor zu tun. Führen Sie vor der Bestellung eines neuen Antriebs folgende Prüfungen durch:
- Drehrichtung: Eine falsch herum laufende Kreiselpumpe fördert zwar etwas Wasser, Förderstrom und Druck sinken jedoch deutlich. Hat sich die Phasenfolge geändert, hat sich auch die Drehrichtung geändert.
- Tatsächliche Motordrehzahl: Vergleichen Sie sie mit der Nenndrehzahl auf dem Typenschild. Eine deutlich niedrigere Drehzahl weist auf Spannungsfall oder Überlast hin.
- Laufradverschleiß: In sand- oder abrasivhaltigem Wasser verschleißen Laufrad und Spaltringe mit der Zeit; je größer das Spiel wird, desto mehr Förderstrom verliert die Pumpe durch innere Leckage.
- Saugseite: Ein verstopfter Saugkorb, eine Luft ziehende Saugleitung oder ein sinkender Wasserspiegel verringern den Förderstrom.
- Änderungen an der Anlage: Eine neu hinzugefügte Leitung, ein Filter oder ein höher gelegener Förderpunkt können den Betriebspunkt verschoben haben.
- Aufgenommener Motorstrom: Liegt der Strom weit unter dem Typenschildwert, arbeitet die Pumpe mit geringer Last; das Problem liegt nicht an der Motorleistung.
Zeigen diese Prüfungen ein Problem auf der Pumpenseite, liegt dort auch die Lösung. Der Elektromotor wird nur dann getauscht, wenn er tatsächlich unzureichend ist, etwa wenn er dauerhaft mit Typenschildstrom läuft und sich erwärmt.
