Direkt gekuppelter Elektromotor oder Riementrieb beim Ventilatorantrieb?

Ein direkt gekuppelter Elektromotor ist beim Ventilatorantrieb die richtige Wahl, wenn die geforderte Ventilatordrehzahl einer Standarddrehzahl (etwa 3000, 1500 oder 1000 U/min) entspricht, die geförderte Luft sauber genug ist, um am Elektromotor vorbeizuströmen, und einfache Wartung Vorrang hat. Der Riementrieb ist im Vorteil, wenn die Ventilatordrehzahl zwischen den Standarddrehzahlen liegt, der Elektromotor aus einem heißen oder staubigen Gasstrom herausgehalten werden muss und die Drehzahl vor Ort eingestellt werden soll. Dieser Beitrag vergleicht beide Anordnungen aus Sicht der Ventilatoranwendung und zeigt, mit welchen Fragen Sie die Entscheidung treffen.

Beide Anordnungen im Überblick: Welle, Nabe und Riemenscheibe

Beim direkt gekuppelten Antrieb wird Laufrad oder Propeller direkt auf das Wellenende des Elektromotors gesetzt oder über eine kurze Kupplung verbunden. Die Ventilatordrehzahl entspricht der Nenndrehzahl des Elektromotors. Der Elektromotor sitzt entweder mit Flansch am Ventilatorgehäuse oder ist mit seinen Füßen auf einem gemeinsamen Grundrahmen befestigt.

Beim Riementrieb sitzt das Laufrad auf einer Welle mit eigener Lagereinheit; der Elektromotor dreht diese Welle über Riemen und Riemenscheiben. Die Ventilatordrehzahl ergibt sich aus der Motordrehzahl multipliziert mit dem Verhältnis der Scheibendurchmesser. Der Elektromotor steht meist auf einer Spannschiene oder einem Wippsockel.

Dieser bauliche Unterschied ist die Ursache für fast jede Zeile des folgenden Vergleichs.

Vergleichstabelle

Die Drehzahlfrage: Entspricht die geforderte Ventilatordrehzahl einer Standarddrehzahl?

Das ist die erste und wichtigste Frage. Das Laufrad ist so ausgelegt, dass es bei einer vom Hersteller gewählten Drehzahl den geforderten Volumenstrom und Druck liefert. Liegt diese Drehzahl nahe der Nenndrehzahl eines 2-, 4- oder 6-poligen Elektromotors, ist eine direkte Kupplung möglich. Andernfalls gibt es zwei Wege: die Drehzahl mit Riementrieb anpassen oder den direkt gekuppelten Elektromotor mit Frequenzumrichter bei der gewünschten Drehzahl betreiben.

Beim Umrichterbetrieb ist es bei Ventilatorlast gefährlich, über 50 Hz zu gehen: Da die Wellenleistung etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl steigt, führen schon wenige Prozent mehr Drehzahl rasch zur Überlast. Unter 50 Hz ist die Lage entspannter, weil auch der Drehmomentbedarf der Ventilatorlast sinkt. Unsere Drehstrom-Baureihen eignen sich für die Drehzahlregelung am Frequenzumrichter. Bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter nötig sein; bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dU/dt- oder Sinusfilter geprüft. Diese Bedingungen werden bei der Bestellung angegeben.

Nicht vergessen: Die Drehzahl auf dem Typenschild ist die Nenn-, nicht die Synchrondrehzahl. Ein „1500-U/min“-Elektromotor dreht je nach Last tatsächlich mit etwa 1450–1465 U/min. Bei einem direkt gekuppelten Ventilator schlägt dieser Unterschied unmittelbar auf die Laufraddrehzahl durch.

Die Umgebungsfrage: Befindet sich der Elektromotor im Gasstrom?

Bei direkt gekuppelten Axialventilatoren sitzt der Elektromotor oft hinter dem Propeller, mitten im Luftstrom. Bei Ventilatoren für saubere, kühle Luft ist das ein Vorteil, denn die vorbeiströmende Luft kühlt auch den Elektromotor. Ist die geförderte Luft jedoch heiß, staubig, ölnebelhaltig oder feucht, ist der Elektromotor diesen Bedingungen direkt ausgesetzt.

Der Riementrieb ist der einfachste Weg, den Elektromotor vom Gasstrom zu trennen. Deshalb sind bei Ofenumluftventilatoren, Rauchgasventilatoren und Absaugventilatoren mit hoher Staubfracht Riementriebe oder Anordnungen mit langer, separat gelagerter Welle verbreitet. Die Drehstrommodelle im Programm von HEM Motor haben Schutzart IP55 und Isolationsklasse F; ein Standard-Elektromotor ist nicht für den Betrieb im heißen Gasstrom ausgelegt. Für eine solche Aufgabe ist ein Sondermotor nötig, der außerhalb des Umfangs der Standardbaureihe im Katalog 2026 von HEM Motor liegen kann.

Mechanische Last: Was tragen die Lager des Elektromotors?

Beide Anordnungen belasten die Motorwelle unterschiedlich. Beim Riementrieb übt die Riemenspannung eine dauernde Querkraft auf das Wellenende aus. Eine kleine Motorscheibe und hohe Leistung verstärken diese Kraft. Wird die Scheibe nahe am Wellenbund montiert und der Riemen auf den vom Hersteller empfohlenen Wert gespannt, schont das das vordere Lager.

Bei direkter Kupplung entfällt die Querkraft weitgehend; dafür wirken das Gewicht des Laufrads und bei Axialventilatoren die Schubkraft des Propellers auf die Welle. Schwere Laufräder mit großem Durchmesser werden nicht am Wellenende getragen, sondern über eine Kupplung mit einer separaten Lagereinheit verbunden. Die Wuchtung des Laufrads ist bei beiden Anordnungen wichtig, doch bei direkter Kupplung geht eine Unwucht als Vibration unmittelbar in die Lager des Elektromotors über.

Wellendurchmesser, Wellenlänge und Flanschmaße nach Baugröße finden Sie in den 2D-Zeichnungen. Die Bauformen (B3, B5, B14, B34, B35 sowie vertikal V1/V3/V5/V6/V15) werden je nach Baugröße angeboten; das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt.

Entscheidungsliste und Beispielmodelle

Werden die folgenden Fragen der Reihe nach beantwortet, ergibt sich die Wahl meist von selbst:

• Liegt die Auslegungsdrehzahl des Ventilators nahe einer Standard-Nenndrehzahl? Wenn ja, ist die direkte Kupplung ein Kandidat.
• Ist die geförderte Luft heiß, staubig oder feucht? Wenn ja, ist der Riementrieb im Vorteil, der den Elektromotor vom Luftstrom trennt.
• Soll die Drehzahl vor Ort eingestellt werden? Werden Scheibenwechsel oder Umrichter bevorzugt?
• Ist das Laufrad schwer? Kann es am Wellenende getragen werden, oder ist eine separate Lagereinheit nötig?
• Kann das Instandhaltungsteam Riemen regelmäßig spannen und wechseln?

Als Beispiel drei Drehzahlvarianten im Bereich 5,5–7,5 kW:

• 132S1-2 Aluminium: 5,5 kW (7,5 PS), 2-polig, 2930 U/min, IEC 132S, 400/690 V (Δ/Y), 10,1 A. Für schnelllaufende, direkt gekuppelte Radialventilatoren mit sauberer Luft.
• 132S-4 Aluminium: 5,5 kW (7,5 PS), 4-polig, 1460 U/min, IEC 132S, 400/690 V (Δ/Y), 10,7 A, 36 Nm. Die häufigste Drehzahl sowohl bei direkt gekuppelten als auch bei riemengetriebenen Ventilatoren.
• 160M-6 Grauguss: 7,5 kW (10 PS), 6-polig, 970 U/min, IEC 160M, 400/690 V (Δ/Y), 73,8 Nm. Für langsam laufende Ventilatoren mit großem Laufrad, um niedrige Drehzahlen ohne Riemen zu erreichen.

Passende Modelle von HEM Motor und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen. Weitere Informationen speziell zu Ventilatoranwendungen bietet die Seite Elektromotoren für Ventilatoren und Absaugungen.

Angenommenes Beispiel: Radialventilator mit etwa 1150 U/min

Dieses Beispiel ist zur Erläuterung konstruiert. Laut Herstellerdatenblatt liefert das Laufrad eines Prozessventilators den geforderten Volumenstrom bei etwa 1150 U/min. Diese Drehzahl liegt weder nahe 1460 noch nahe 970 U/min.

• Lösung mit Riementrieb: 4-poliger Elektromotor und ein Scheibenpaar mit einem Verhältnis von etwa 1,27; die Drehzahl lässt sich später durch Scheibenwechsel feinjustieren.
• Lösung mit direkter Kupplung: 4-poliger Elektromotor mit Frequenzumrichter; der Ventilator läuft unter 50 Hz bei der gewünschten Drehzahl. Die Riemenwartung entfällt, Umrichterkosten und Leitungsbedingungen sind jedoch zu bewerten.
• Ist die geförderte Luft heiß oder staubig, hält die Riemenlösung den Elektromotor vom Luftstrom fern; bei sauberer Luft sind beide Lösungen anwendbar.

Fazit: Diese Angaben benötigen wir für die Bestellung

Die Entscheidung zwischen direkter Kupplung und Riementrieb hängt von Ventilatordrehzahl, Zustand der geförderten Luft und Wartungsbedingungen ab. Senden Sie uns bitte folgende Angaben:

• Auslegungsdrehzahl, Wellenleistung und Laufradtyp des Ventilators
• Bevorzugte Antriebsanordnung und beim Riementrieb die Scheibendurchmesser
• Temperatur, Staub- und Feuchtegehalt der geförderten Luft
• Bauform und gegebenenfalls ein Foto vom Typenschild des vorhandenen Elektromotors
• Spannung, Anlaufart und ob ein Umrichter eingesetzt wird

Modelle und aktuelle Preise sehen Sie auf unserer Shopseite. Senden Sie Typenschildfoto, Drehzahl und Montagedaten Ihres vorhandenen Elektromotors über die Seite zum Senden des Typenschilds und fordern Sie ein Angebot für das passende Modell an; weitere Fragen richten Sie über unsere Kontaktseite an uns.

Häufige Fragen

Ist ein direkt gekuppelter Ventilator immer effizienter?

Auf der Übertragungsseite meist ja, da kein Riemenverlust entsteht. Muss der Ventilator jedoch bei einer anderen als der geforderten Drehzahl laufen, kann dieser Vorteil verloren gehen.

Kann ich beim riemengetriebenen Ventilator einen kleineren Elektromotor wählen?

Nein. Riemenverlust und Schlupf muss ebenfalls der Elektromotor aufbringen; seine Leistung wird unter Berücksichtigung von Wellenleistung des Ventilators und Übertragungsverlusten gewählt.

Wie stelle ich bei direkter Kupplung die Drehzahl ohne Riemenscheibe ein?

Mit einem Frequenzumrichter. Da Betrieb über 50 Hz bei Ventilatorlast den Elektromotor rasch überlastet, wird meist unterhalb von 50 Hz eingestellt.

Welche Anordnung ist bei Ventilatoren für heiße Luft zu bevorzugen?

Bevorzugt werden Riementrieb oder eine lange Welle mit separater Lagerung, die den Elektromotor vom heißen Luftstrom fernhalten; ein Standard-Elektromotor wird nicht im heißen Gas betrieben.