Austausch des Elektromotors am Schraubenkompressor: Leistung und Kupplung abstimmen

Fällt beim Schraubenkompressor der Elektromotor aus, steht die Produktion oft still, weil sie von Druckluft abhängt. Die schnellste Lösung scheint dann, einen Elektromotor gleicher Leistung zu besorgen und einzubauen. Beim Schraubenkompressor ist der Elektromotor jedoch meist über eine Kupplung und mit genauer Achsausrichtung mit der Verdichterstufe verbunden. Selbst bei richtiger Leistung passt er nicht, wenn Welle, Flansch oder Kupplungsnabe nicht übereinstimmen. In diesem Beitrag behandeln wir den Austausch des Elektromotors bei gekuppelten Schraubenkompressoren in zwei Punkten – Leistungsabstimmung und Kupplungsabstimmung – und veranschaulichen dies mit den passenden Modellen von HEM Motor.

Betriebsbedingungen des Elektromotors im Schraubenkompressor

Für den Elektromotor ist ein Schraubenkompressor keine gewöhnliche konstante Last. Vor dem Austausch sollten Sie folgende Betriebsmerkmale kennen:

• Last-Leerlauf-Zyklus: Bei klassischen Kompressoren schaltet der Elektromotor bei Erreichen des Druck-Sollwerts in den Leerlauf und wird bei sinkendem Druck wieder belastet. Dieser Zyklus wiederholt sich über den Tag viele Male.
• Anlaufhäufigkeit: Bei geringem Luftverbrauch bleibt der Elektromotor lange im Leerlauf und schaltet ab; bei Bedarf läuft er erneut an. Die Kompressorsteuerung begrenzt die zulässige Zahl der Anläufe pro Stunde; beim Austausch sollten diese Einstellung und die Eignung des neuen Elektromotors für die Anlaufhäufigkeit besprochen werden.
• Warme Haube: Der Elektromotor sitzt meist innerhalb der schallgedämmten Haube. Die Temperatur darin kann deutlich über der des Maschinenraums liegen; wichtig ist, woher der Elektromotor seine Kühlluft bezieht.
• Drehrichtung: Die Schraubenverdichterstufe ist für eine Drehrichtung ausgelegt. Ein Betrieb in Gegenrichtung kann schon nach kurzer Zeit Schäden verursachen; daher wird die Drehrichtung beim ersten Einschalten unbedingt geprüft.

Leistungsabstimmung: Reicht die kW-Angabe auf dem Typenschild?

Die Leistung des neuen Elektromotors darf nicht kleiner sein als die auf dem Typenschild des alten. Wer nur auf die kW schaut, übersieht jedoch manche Fälle.

• Betriebsfaktor des alten Elektromotors: Manche Kompressorhersteller verwenden Elektromotoren mit einem Betriebsfaktor über 1 und stellen den Kompressor so ein, dass diese Reserve teilweise genutzt wird. Steht auf dem alten Typenschild ein SF-Wert, teilen Sie ihn unbedingt mit. Bei den Modellen von HEM Motor beträgt der Betriebsfaktor ab 75 kW 1,15; bei kleineren Leistungen ist der SF-Wert im Produktdatensatz nicht angegeben. Die Gleichwertigkeit bei gleicher kW-Zahl lässt sich daher nur bewerten, wenn die tatsächliche Last des alten Elektromotors bekannt ist.
• Änderung des Betriebsdrucks: Wurde der Betriebsdruck des Kompressors nachträglich erhöht, nimmt die Verdichterstufe mehr Leistung auf. War dies die Ausfallursache, kann auch ein Elektromotor gleicher Leistung bald zum selben Ergebnis führen.
• Strom und Schutz: Weicht der Bemessungsstrom des neuen Elektromotors vom alten ab, werden die Schutzeinstellungen auf der Kompressorsteuerplatine und im Schaltschrank an das neue Typenschild angepasst.
• Drehzahl: Beim gekuppelten Kompressor entspricht die Drehzahl der Verdichterstufe der Drehzahl des Elektromotors (bei Modellen mit Zahnradgetriebe kommt die Übersetzung hinzu). Ein Elektromotor mit anderer Polzahl verändert Liefermenge und Leistungsaufnahme; deshalb bleibt die Drehzahl gleich wie beim alten Elektromotor.

Kupplungsabstimmung: die Verbindung zwischen Elektromotor und Verdichterstufe

Bei gekuppelten Schraubenkompressoren werden Elektromotor und Verdichterstufe in der Regel auf zwei Arten verbunden: Entweder wird der Elektromotor mit den Füßen auf einem gemeinsamen Grundrahmen befestigt und treibt die Verdichterstufe über eine Kupplung an, oder er sitzt mit seinem Flansch an einer Pumpenträger-Glocke (Adaptergehäuse), in deren Innerem die Kupplung liegt.

Welle und Kupplungsnabe

• Wellenenddurchmesser und Passfeder: Bohrung und Passfedernut der Kupplungsnabe müssen exakt zur Welle des neuen Elektromotors passen. Muss die Nabe nachgearbeitet werden, sind Kosten und Zeitaufwand in den Austauschplan einzurechnen.
• Wellenlänge und Bundabstand: Die Nabe muss vollständig auf der Welle sitzen, und der Abstand zwischen den beiden Kupplungshälften muss dem vom Kupplungshersteller vorgesehenen Wert entsprechen. Ist die Welle zu kurz oder zu lang, stimmt der Abstand nicht.
• Sonderwelle: Bei manchen Kompressoren wurde der Elektromotor mit nicht genormtem Wellenende oder Sonderanschluss gefertigt. Ein Standard-Elektromotor kommt dann nur infrage, wenn die Verbindung exakt passt; andernfalls ist eine Sonderausführung nötig. Senden Sie uns das Typenschild und das Wellenmaß des alten Elektromotors, dann prüfen wir gemeinsam.

Flansch, Füße und Achsausrichtung

• Flanschverbindung: Wird der Elektromotor über den Flansch an der Glocke befestigt, sind Flanschtyp und -größe entscheidend; bei HEM Motor wird die Flanschgröße bei der Bestellung bestätigt. Die Bauformen werden je nach Baugröße angeboten; die Optionen sind in der Frage zu den Bauformen zusammengefasst.
• Fußbefestigung: Wird der Elektromotor mit den Füßen auf dem Grundrahmen befestigt, müssen Achshöhe und Fußlochabstände mit dem alten Elektromotor übereinstimmen. Diese Maße finden Sie je Baugröße in den technischen 2D-Zeichnungen und im Katalog 2026.
• Ausrichtung: Bei Fußbefestigung wird die Kupplung nach dem Austausch neu vermessen und ausgerichtet. Eine schlecht ausgerichtete Kupplung verschleißt die Motorlager und die Lagerung der Verdichterstufe.

Gleiche Leistung, andere Baugröße: Beispiel 37 kW

Warum die Baugröße wichtig ist, zeigen die Modelle mit 37 kW gut. Bei HEM Motor wird 37 kW mit Graugussgehäuse angeboten, und der Baugrößencode ändert sich mit der Drehzahl:

Bei gleichen 37 kW hat das Modell mit 3000 U/min die Baugröße 200L, das Modell mit 1500 U/min die Baugröße 225S; Achshöhe, Fußabstand und höchstwahrscheinlich auch das Wellenende unterscheiden sich. Man muss vom alten Elektromotor also nicht nur die Leistung, sondern auch Drehzahl und Baugrößencode kennen. Alle drei Modelle der Tabelle haben Schutzart IP55, Isolationsklasse F und eine Speisung mit 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz; am 400-V-Netz werden sie im Dreieck geschaltet und eignen sich für den Stern-Dreieck-Anlauf.

Anlauf und Kompressoren mit Umrichter

Die meisten klassischen Schraubenkompressoren mit fester Drehzahl laufen über Stern-Dreieck an; da die Verdichterstufe beim Anlauf entlastet ist, ist die Anlauflast gering. Für diese Schaltung muss der neue Elektromotor für Dreieckschaltung bei 400 V gekennzeichnet sein; ein Elektromotor mit 230/400 V auf dem Typenschild kann am 400-V-Netz nicht mit Stern-Dreieck betrieben werden.

Bei drehzahlvariablen Kompressoren wird der Elektromotor aus einem Frequenzumrichter gespeist. Die Drehstrom-Baureihen von HEM Motor eignen sich für die Drehzahlregelung am Umrichter. Läuft der Kompressor lange mit minimaler Drehzahl und vollem Drehmoment, kann ein Fremdlüfter für den Elektromotor nötig sein; steht der Umrichter weit von der Haube entfernt und ist die Leitung lang, wird ein dU/dt- oder Sinusfilter geprüft. Teilen Sie diese Bedingungen und den Drehzahlbereich des Umrichters bei der Bestellung mit; Details finden Sie in der Frage zum Betrieb am Frequenzumrichter. Bei manchen Kompressoren mit Umrichter ist der Elektromotor speziell für den Kompressor konstruiert; ein Austausch gegen einen Standard-Elektromotor ist dann unter Umständen nicht möglich.

Beispielszenario: 37-kW-Kompressor mit Fußbefestigung und Kupplung

Das Szenario dient der Veranschaulichung und ist hypothetisch; es beschreibt keinen realen Kundenfall. In einer Werkstatt soll der Elektromotor mit 37 kW eines Schraubenkompressors mit fester Drehzahl und Stern-Dreieck-Anlauf wegen eines Wicklungsschadens ersetzt werden. Auf dem alten Typenschild sind 2960 U/min und Baugröße 200L abzulesen.

• Da Drehzahl und Baugröße gleich bleiben, ist das passende Modell der Elektromotor mit 37 kW und Code 200L2-2.
• Steht auf dem alten Typenschild SF 1,15, wird die tatsächliche Leistungsaufnahme des Kompressors anhand der Serviceaufzeichnungen oder einer Strommessung geprüft; läuft der Elektromotor dauerhaft über seiner Typenschildleistung, wird die nächsthöhere Leistung erwogen. Da sich bei der nächsthöheren Leistung die Baugröße ändern kann, werden Grundrahmen und Kupplung erneut abgeglichen.
• Wellenende und Passfeder werden anhand des Katalogs mit der vorhandenen Kupplungsnabe verglichen; außerdem wird geprüft, ob sich der Kupplungsabstand wegen der Wellenlänge ändert.
• Nach der Montage wird die Kupplung ausgerichtet, die Stromeinstellung in der Kompressorsteuerung an das neue Typenschild angepasst und beim ersten Einschalten die Drehrichtung durch kurzes Antippen kontrolliert.

Bei einem Kompressor, dessen Verdichterstufe mit einem Elektromotor mit 1500 U/min läuft, kommen dagegen 225S-4 oder das nächsthöhere Modell 225M-4 infrage; welches passt, wird anhand des alten Typenschilds und der Baugrößenmaße bestimmt.

Angaben für den Austausch

• Foto des alten Typenschilds: Leistung, Drehzahl, Strom, Spannung, Baugrößencode und gegebenenfalls SF
• Kompressortyp: feste Drehzahl oder mit Umrichter; Anlaufart
• Befestigungsart: Fußbefestigung mit Kupplung oder Flanschbefestigung an der Glocke; bei Flansch die Flanschgröße
• Wellenenddurchmesser, Passfederbreite und Wellenlänge; Kupplungstyp
• Temperatur in der Haube und Umgebungsbedingungen, Anzahl der Anläufe pro Tag

Allgemeine Informationen zu Kompressoranwendungen finden Sie auf unserer Seite Elektromotoren für Kompressoren. Passende Modelle und aktuelle Preise sehen Sie auf der Seite Elektromotor kaufen. Um anhand der Typenschilddaten Ihres Antriebs das passende Modell zu erfragen, senden Sie uns das Typenschild; für weitere Fragen nutzen Sie unsere Kontaktseite.