Elektromotor für Thermalöl-Umwälzpumpen: Auswahl- und Austauschkriterien

Die Auswahl des Elektromotors für eine Thermalöl-Umwälzpumpe beruht auf zwei Tatsachen: Die Pumpe wird beim Kaltstart mit zähem Öl am stärksten belastet, und der Antrieb bekommt die Wärme der heißen Leitung über Welle, Flansch und Umgebungsluft ab. Die Leistung wird daher nicht am heißen Betriebspunkt, sondern an der Kaltinbetriebnahme überprüft; der Elektromotor selbst sollte außerhalb der heißen Zone an einem gut belüfteten Ort stehen. Ein Standard-Drehstrommotor kann in dieser Anordnung eingesetzt werden; falsch ist es jedoch, ihn wie einen hochtemperaturfesten Sonderantrieb in oder auf das heiße Gehäuse zu setzen.

Warum wird der Antrieb einer Thermalölpumpe anders bewertet?

Thermalölanlagen liefern Wärme für Prozesse wie Pressen, Lacktrocknung, Reaktoren, Bitumentanks und Spannrahmen in der Textilindustrie. Das Wärmeträgeröl wird von einer Umwälzpumpe vom Erhitzer zum Prozess gefördert. Fällt die Pumpe aus, kann das Öl im Erhitzer überhitzen; die Umwälzpumpe gehört daher zu den kritischsten Hilfsaggregaten der Anlage.

Die meisten dieser Pumpen haben zwischen Pumpengehäuse und Elektromotor einen langen Kühlhals oder ein beripptes Lagergehäuse. Diese Baugruppe soll den Wärmefluss vom heißen Gehäuse zur Welle und zum Antrieb verringern. Genau hier beginnen die Punkte, die die Auswahl des Elektromotors bestimmen.

Kaltstart: der schwerste Moment für den Antrieb

Die Viskosität von Wärmeträgerölen steigt mit sinkender Temperatur deutlich an. Wird die Anlage nach längerem Stillstand kalt angefahren, muss die Pumpe zähes Öl fördern. Bei einer Kreiselpumpe wirkt sich das auf zweierlei Weise auf den Antrieb aus:

• Mit steigender Viskosität sinkt der Pumpenwirkungsgrad, und für denselben Volumenstrom ist mehr Wellenleistung nötig.
• Kaltes Öl hat eine höhere Dichte als heißes; auch das erhöht die Leistungsaufnahme.

Am heißen Betriebspunkt liegt die Last meist unter der Nennleistung; beim Kaltstart kann der Elektromotor dagegen den Nennstrom erreichen oder überschreiten. Stellen Sie beim Austausch folgende Fragen:

• Hat das Motorschutzrelais des alten Antriebs bei der Kaltinbetriebnahme ausgelöst?
• Wird die Pumpe laut Inbetriebnahmeverfahren mit gedrosseltem Ventil gestartet oder über einen Umrichter bei niedriger Drehzahl aufgeheizt?
• Gibt der Pumpenhersteller einen gesonderten Leistungswert für die Viskosität des kalten Öls an?

Lief der alte Elektromotor unter diesen Bedingungen problemlos, wird dieselbe Leistung beibehalten. Löst das Motorschutzrelais beim Kaltstart aus, liegt die erste Lösung meist im Anfahrverfahren – nicht in einem größeren Antrieb.

Drei Wege, auf denen Wärme den Elektromotor erreicht

• Wärmeleitung über die Welle: Wärme, die von der Pumpenwelle über Kupplung und Motorwelle übergeht, erwärmt das antriebsseitige Lager. Kühlhals und Kupplungsabstand sind daher wichtig; die Abstände der bisherigen Anordnung sollten beibehalten werden.
• Wärmeleitung über Flansch und Laterne: Ist der Antrieb direkt an die Pumpe angeflanscht, gelangt die Wärme des heißen Gehäuses über die Laterne zum Lagerschild. Bei diesen Pumpen dürfen die vom Hersteller vorgesehene Laterne und Halslänge nicht verändert werden.
• Umgebungsluft und Strahlung: Nicht isolierte Rohre, Armaturen und Erhitzerflächen erwärmen die Luft rund um den Antrieb. Der Elektromotor kühlt sich mit seinem eigenen Lüfter über diese warme Luft; je wärmer die Umgebungsluft, desto schwächer die Kühlung. Die Umgebungstemperatur wird bei der Bestellung angegeben.

Die Modelle im Sortiment von HEM Motor werden mit Isolationsklasse F und Schutzart IP55 geliefert. Die Isolationsklasse F gibt der Wicklung eine gewisse thermische Reserve, gleicht aber den Betrieb direkt neben heißen Oberflächen nicht aus. Belüftung des Pumpenraums, Isolierung der heißen Rohre und freie Luftzufuhr auf der Lüfterseite sind ebenso wichtig wie die Auswahl des Elektromotors.

Anordnung und Checkliste für den Austausch

Thermalölpumpen werden meist in zwei Anordnungen aufgebaut. Bei beiden sind unterschiedliche Punkte zu prüfen:

Bei der Kupplungsanordnung gibt es ein wichtiges Detail: Das Pumpengehäuse dehnt sich bei Erwärmung aus, und die Wellenachse kann sich gegenüber dem kalten Zustand etwas anheben. Auch wenn kalt ausgerichtet wird, muss die Ausrichtung daher bei Betriebstemperatur erneut geprüft werden. Fehlausrichtung belastet das antriebsseitige Lager zusätzlich und verkürzt zusammen mit der Temperatur dessen Lebensdauer.

Bei HEM Motor werden die Bauformen B3, B5, B14, B34, B35 und vertikal V1/V3/V5/V6/V15 je nach Baugröße angeboten; das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt. Die Maße finden Sie im Katalog 2026. Allgemeine Informationen zur Kühlung des Elektromotors bietet unser Beitrag zu den Kühlarten.

Drehzahl und Redundanz

Umwälzpumpen laufen meist mit 2-poligen (etwa 2900 U/min) oder 4-poligen (etwa 1450 U/min) Elektromotoren. Die Drehzahl richtet sich nach der Pumpenauslegung; beim Austausch bleibt die Polzahl erhalten. Ändert sich die Drehzahl, ändert sich der Volumenstrom; in einer Thermalölanlage kann ein zu geringer Volumenstrom zur Überhitzung des Öls in den Erhitzerrohren führen.

Da ein Stillstand der Anlage ein Risiko für Prozess und Erhitzer darstellt, gibt es in vielen Betrieben zwei Pumpen (eine in Betrieb, eine in Reserve). Ist auch der Reserveantrieb dasselbe Modell, erleichtert das Montage und Verkabelung beim Austausch. Passende Modelle von HEM Motor und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen.

Beispielmodelle und ein angenommener Austausch

Beispiele mit Graugussgehäuse in Leistungen, die bei der Thermalölumwälzung häufig vorkommen (für Pumpenanwendungen siehe Elektromotoren für Pumpen):

• 132S1-2 Grauguss: 5,5 kW, 2-polig, 2930 U/min, IEC 132S, 400/690 V (Δ/Y), Nennstrom 10,1 A.
• 160M2-2 Grauguss: 15 kW, 2-polig, 2945 U/min, IEC 160M, 400/690 V (Δ/Y), Nennstrom 26,5 A.
• 160L-4 Grauguss: 15 kW, 4-polig, 1465 U/min, IEC 160L, 400/690 V (Δ/Y), Nennstrom 27,3 A.

Angenommenes Beispiel: Am Thermalölerhitzer einer Pressenlinie soll der 2-polige 15-kW-Elektromotor einer Pumpe auf Grundrahmen mit Kupplung nach einem Lagerschaden ersetzt werden. Auf dem Typenschild des Altmotors steht Baugröße 160M; als neuer Antrieb wird der 160M2-2 gewählt. Bei der Suche nach der Ursache des frühen Lagerschadens zeigt sich, dass die Kupplung nur kalt ausgerichtet wurde und sich die Achse im heißen Betrieb verschoben hat. Nach dem Einbau des neuen Elektromotors wird die Anlage auf Betriebstemperatur gebracht, die Ausrichtung erneut geprüft und das nicht isolierte Armaturengehäuse im Pumpenraum verkleidet.

Fazit und Angaben für das Angebot

Bei der Thermalöl-Umwälzpumpe belastet der Kaltstart den Antrieb, die heiße Umgebung verkürzt seine Lebensdauer. Prüfen Sie die Leistung anhand der Kaltinbetriebnahme, halten Sie den Elektromotor von heißen Oberflächen fern und gut belüftet, und kontrollieren Sie bei Kupplungsanordnung die Ausrichtung im warmen Zustand erneut. Für das Angebot hilfreich sind:

• Fotos der Typenschilder von Elektromotor und Pumpe (Leistung, Drehzahl, Baugrößencode, Flansch)
• Pumpenanordnung: auf Grundrahmen mit Kupplung oder Blockpumpe mit Laterne?
• Betriebstemperaturbereich des Öls und Verfahren der Kaltinbetriebnahme
• Umgebungstemperatur am Aufstellort des Antriebs und Belüftungssituation
• Netzspannung, Anlaufverfahren und ob eine Reservepumpe vorhanden ist

Senden Sie Typenschildfoto, Drehzahl und Montageangaben Ihres vorhandenen Elektromotors über die Seite Typenschild senden und fordern Sie ein Angebot für das passende Modell an. Die Modelle finden Sie in unserem Onlineshop; Fragen zur Anordnung an heißen Leitungen stellen Sie über unsere Kontaktseite.

Häufig gestellte Fragen

Ist für eine Thermalölpumpe ein Hochtemperatur-Elektromotor zwingend?

Steht der Antrieb außerhalb der heißen Zone, ist er an eine Pumpe mit Kühlhals angebunden und gut belüftet, kann ein Standard-Elektromotor eingesetzt werden. Muss er im oder direkt auf dem heißen Gehäuse arbeiten, ist ein Sonderantrieb erforderlich; fragen Sie mit den Anwendungsdaten an.

Warum löst das Motorschutzrelais nur beim Kaltstart aus?

Kaltes Öl ist zäh und dicht, die Pumpe nimmt daher mehr Leistung auf. Meist löst es das Problem, beim Anfahren das Ventil zu drosseln oder die Anlage bei niedriger Drehzahl aufzuheizen.

Warum verändert sich die Kupplungsausrichtung im warmen Zustand?

Das Pumpengehäuse dehnt sich bei Erwärmung aus, und die Wellenachse hebt sich. Auch wenn kalt ausgerichtet wurde, muss bei Betriebstemperatur erneut geprüft werden.

Muss der Antrieb der Reservepumpe dasselbe Modell sein?

Nicht zwingend, aber gleiche Leistung, Drehzahl und Bauform erleichtern Verkabelung und Montage beim Austausch und vereinfachen die Ersatzteilhaltung.