Geräuscharmen Elektromotor auswählen: Woher kommt das Geräusch, welche Entscheidung macht ihn leiser?

Der Abluftventilator auf dem Dach eines Hotels sorgt nach 23 Uhr für Beschwerden. Es wird gemessen, und es zeigt sich, dass der Ventilator direkt mit einem 2-poligen Motor gekuppelt läuft. Der Motor ist nicht defekt; er sitzt lediglich am falschen Ort und läuft mit der falschen Drehzahl. Nach dem Umbau auf Riementrieb mit einem 4-poligen Motor wird das Laufrad für denselben Volumenstrom nicht langsamer, das Brummen des Motors und das Rauschen seines Lüfters nehmen jedoch deutlich ab. So beginnt die Suche nach einem geräuscharmen Elektromotor meistens: Das Problem wird als „lauter Motor“ beschrieben, die Lösung liegt aber oft in wenigen Entscheidungen bei der Auswahl.

Im Folgenden behandeln wir die Entscheidungen, die das Geräusch tatsächlich beeinflussen – geordnet nach Bedeutung und mit Beispielen aus der Praxis.

Zuerst die Geräuschquelle unterscheiden

Das Geräusch eines laufenden Asynchronmotors stammt nicht aus einer einzigen Quelle. In der Praxis gibt es drei Anteile:

• Magnetisches Brummen: Es entsteht, weil magnetische Kräfte zwischen Stator und Rotor das Blechpaket in Schwingung versetzen; ein gleichmäßiger, tonaler Klang bei Vielfachen der Netzfrequenz.
• Luftgeräusch: Es entsteht durch den Lüfter auf der Welle und die Luft, die zwischen den Kühlrippen des Gehäuses strömt. Es steigt sehr schnell mit der Drehzahl; bei 2-poligen Motoren ist es meist der dominierende Anteil.
• Mechanisches Geräusch: Lager, Unwucht, lose Teile und die Maschine, mit der der Motor verbunden ist.

Ein einfacher Test vor Ort hilft: Schalten Sie den laufenden Motor am Schalter ab und hören Sie hin. Ein tonaler Klang, der beim Abschalten sofort verschwindet, ist magnetisch bedingt. Ein Rauschen, das mit abnehmender Drehzahl leiser wird, stammt vom Lüfter. Ein Geräusch, das auch beim Auslaufen anhält oder sogar zunimmt, hängt meist mit Montage, Kupplung oder angetriebener Maschine zusammen; dann löst ein Motortausch das Problem nicht.

Polzahl: die Entscheidung, die das Geräusch am stärksten verändert

Die Schaufelspitzengeschwindigkeit des Lüfters ist proportional zur Drehzahl, die erzeugte Schallleistung steigt jedoch mit dieser Geschwindigkeit deutlich steiler an. Deshalb ist ein 2-poliger Motor (ca. 3000 U/min) bei gleicher Leistung fast immer lauter als sein 4-poliges Pendant (ca. 1500 U/min). Bei geräuschempfindlichen Ventilator-, Pumpen- und Klimageräteanwendungen lautet die erste Frage daher: Lässt sich diese Aufgabe mit 4 oder 6 Polen erledigen?

Diese Wahl hat einen mechanischen Preis, der berücksichtigt werden muss. Das Drehmoment ergibt sich näherungsweise aus 9550 × kW / U/min. Ein 7,5-kW-Motor liefert 2-polig etwa 24 Nm, 4-polig etwa 48 Nm; der Motor mit niedrigerer Drehzahl hat also eine größere Baugröße, Wellen- und Lagermaße ändern sich. Bei einer direkt gekuppelten Pumpe bedeutet eine geringere Drehzahl, dass auch die Pumpe selbst geändert werden muss. Bei einem Ventilator mit Riementrieb genügt dagegen meist eine Neuberechnung der Scheibenübersetzung.

Gehäusewerkstoff und Lastpunkt

Ein Graugussgehäuse strahlt dank seiner Masse und inneren Dämpfung magnetische Schwingungen weniger ab als ein Aluminiumgehäuse. Bei kleinen Leistungen ist der Unterschied begrenzt, bei mittleren und großen Leistungen ist er auch mit dem Ohr wahrnehmbar. Die Kostenseite des Werkstoffs haben wir im Vergleich von Grauguss- und Aluminiumgehäuse gesondert untersucht.

Ein häufiger Fehler ist es, den Motor „damit er ruhig und leise läuft“ eine oder zwei Stufen größer zu wählen. Das magnetische Brummen eines großen Motors bei geringer Last nimmt nicht ab, sein Lüfter ist dagegen größer. Das Ergebnis ist oft ein höherer Geräuschpegel und ein niedriger Leistungsfaktor. Wird der Motor so gewählt, dass er im Betriebspunkt mit einem sinnvollen Anteil seiner Nennleistung belastet ist, läuft er sowohl beim Geräusch als auch beim Wirkungsgrad ausgewogener.

Feines Pfeifen bei Motoren am Umrichter

An einem Motor, der über einen Frequenzumrichter gespeist wird, ist ein anderes Geräusch zu hören als bei direkter Netzspeisung: ein feines, hohes Pfeifen, das die Taktfrequenz erzeugt. Dieses Geräusch ist kein Motorschaden. Eine höhere Taktfrequenz am Umrichter verschiebt das Geräusch in einen Bereich, für den das menschliche Ohr weniger empfindlich ist; dafür steigen die Schaltverluste im Umrichter, und seine Strombelastbarkeit kann sinken. Diese Einstellung muss unbedingt nach der Tabelle des Umrichterherstellers erfolgen.

Der Umrichter bringt auch einen Vorteil: Werden Volumenstrom und Drehzahl nachts reduziert, sinkt das Ventilatorgeräusch sowohl am Motor als auch am angetriebenen Laufrad. Allerdings verschlechtert langer Betrieb bei niedriger Drehzahl die Kühlung bei Motoren mit Lüfter auf der Welle (IC411); liegt ein solches Betriebsprofil vor, sollte der Bedarf an einem Fremdlüfter vor der Bestellung geprüft werden.

Wenn nicht der Motor, sondern die Montage das Geräusch verursacht

Ein erheblicher Teil der beanstandeten Geräusche entsteht nicht im Motor. Ein Motor, dessen Fuß nicht vollständig auf dem Sockel aufliegt (Kippfuß), ein Rahmen aus dünnem Blech, dessen Eigenresonanz mit der Motordrehzahl zusammenfällt, ein zu stark gespannter Riemen oder eine falsch ausgerichtete Kupplung machen auch einen leisen Motor laut. Zur Prüfung der Wellenausrichtung lohnt sich in diesem Fall ein Blick in den Leitfaden zu Kupplungsauswahl und Wellenausrichtung. In welchem Bereich Schwingungswerte zulässig sind, erläutert unser Beitrag zu den Schwingungsgrenzwerten ausführlich.

Die praktischen Maßnahmen sind einfach: den Motor auf einen steifen, ebenen Sockel setzen, bei Bedarf Schwingungsisolatoren zwischen Rahmen und Gebäude einbauen, an Kanalanschlüssen elastische Stutzen verwenden und die Riemenspannung auf den Herstellerwert einstellen.

Was vor der Bestellung geklärt werden sollte

Die Anforderung „Wir möchten einen leisen Motor“ ist für sich allein keine erfüllbare Spezifikation. Wenn Sie bei der Anfrage folgende Angaben machen, finden wir schnell das richtige Produkt:

• Zulässiger Geräuschgrenzwert, in welchem Abstand er gilt und ob Schallleistung oder Schalldruck gefordert ist (warum diese Unterscheidung wichtig ist, erfahren Sie im Beitrag über den Unterschied zwischen Schallleistung und Schalldruck),
• Anwendung, Drehzahl oder Polzahl und tatsächliche Betriebsleistung,
• Ob der Motor am Umrichter betrieben wird und mit welchem Drehzahlbereich,
• Bauform, Umgebungstemperatur und ob der Motor in einem geschlossenen Raum oder im Freien steht.

Als Referenz: Bei den Drehstrombaureihen im Katalog von HEM Motor liegt der Geräuschpegel je nach Leistung, Polzahl und Baugröße bei etwa 58–75 dB(A), bei der IE5-Familie mit 1500 U/min bei etwa 52–70 dB(A). Die Rotoren werden in den Klassen G2.5 / G6.3 dynamisch ausgewuchtet, und das Schwingungsziel liegt bei etwa 1,8 mm/s und darunter. Der genaue Wert steht für jedes Modell im Prüfbericht.

Kurz gesagt

Ein Geräuschproblem wird meist in dieser Reihenfolge gelöst: Quelle unterscheiden, Drehzahl so weit wie möglich senken, Motor im richtigen Lastbereich betreiben, Umrichtereinstellung und Montage korrigieren. Wenn Sie sich mit Geräuschgrenzwert und Betriebsbedingungen Ihrer Anwendung an unser technisches Team wenden, bewerten wir gemeinsam die passende Polzahl und Baugröße.

Häufig gestellte Fragen

Um wie viel sinkt das Geräusch, wenn ich einen 2-poligen durch einen 4-poligen Motor ersetze?

Der genaue Unterschied hängt von Leistung und Baugröße ab, doch ein 4-poliger Motor gleicher Leistung ist in der Regel deutlich leiser, weil sein Lüfter mit halber Drehzahl dreht. Vor dem Wechsel müssen der Drehzahlbedarf der angetriebenen Maschine und die Riemen- bzw. Getriebeübersetzung neu berechnet werden.

Ist eine Schallschutzhaube über dem Motor eine Lösung?

Eine geschlossene Haube kann das Geräusch verringern, unterbricht aber auch die Kühlluft des Motors und erhöht die Wicklungstemperatur. Ist eine Kabine nötig, sollte eine Schallschutzhaube mit berechnetem Lüftungsweg konstruiert werden, die die Motorwärme abführt, und die Umgebungstemperatur entsprechend bewertet werden.

Der neue Motor war in den ersten Tagen leise, dann wurde das Geräusch lauter – woran kann das liegen?

Die häufigsten Ursachen sind gelockerte Sockelschrauben, die Längung des Riemens in der Einlaufphase und eine verschobene Kupplungsausrichtung. Hat sich das Geräusch zu einem lagerbedingten Rauschen entwickelt, sollten der Schmierzustand geprüft werden und ob die Welle bei der Montage einen Schlag erhalten hat.

Schadet eine höhere Taktfrequenz am Umrichter dem Motor?

Für den Motor ist das in der Regel unproblematisch; da die Stromwelligkeit abnimmt, kann die Wicklungstemperatur sogar etwas sinken. Die eigentliche Auswirkung betrifft den Umrichter: Die Schaltverluste steigen, und weil sein Dauerstrom sinken kann, sollte die Auswahl anhand der Umrichtertabelle geprüft werden.