Elektromotor für Kaltwasserpumpen (Chiller)

Ein Kaltwassersatz (Chiller) fördert das Kaltwasser nicht selbst; das im Verdampfer gekühlte Wasser zu Gebläsekonvektoren, Registern von Lüftungsgeräten und Prozesswärmetauschern zu bringen, übernehmen eine oder mehrere Kreiselpumpen. Diese Seite erläutert, wie der Drehstrommotor für diese Pumpen in industriellen und gewerblichen Anlagen wie Hotels, Krankenhäusern, Einkaufszentren, Rechenzentren und Fabriken ausgewählt wird; das Gesamtbild der HLK-Anwendungen finden Sie auch auf unserer Seite Elektromotoren für die HLK-Branche.

Aufgabe und Grenze des Elektromotors im Kaltwasserkreis

Die einzige Aufgabe des Elektromotors ist, das Pumpenlaufrad zu drehen. Das Laufrad erhöht den Druck des aus dem Verdampfer kommenden Kaltwassers; das Wasser gelangt durch die Rohre zu den Verbrauchern, nimmt Wärme auf, kehrt zurück und tritt erneut in den Verdampfer ein. Das Wasser selbst kühlt der Kältekreis im Kaltwassersatz. Der hermetische oder halbhermetische Motor, der den Verdichter antreibt, arbeitet im Kältemittel und ist ein Bauteil des Chiller-Herstellers; er liegt außerhalb dieser Seite und der Auswahl von Standardmotoren.

Um es klar zu sagen: Die hier behandelten Motoren sind keine Ersatzteile für Split-Klimageräte im Haushalt oder Wandgeräte. Gemeint ist der industrielle Pumpenmotor mit IEC-Gehäuse, der im Technikraum auf seinem Sockel steht und meist mit 400 V gespeist wird.

Primär-, Sekundär- und Prozesspumpen: Welche braucht welchen Elektromotor?

Das hydraulische Schema der Anlage ist die erste Grundlage der Motorauswahl. In der klassischen Primär-Sekundär-Anordnung sitzt vor jedem Kaltwassersatz eine Primärpumpe, die einen konstanten Volumenstrom durch den Verdampfer fördert. Sekundärpumpen verteilen das Wasser dagegen nach dem wechselnden Bedarf des Gebäudes und werden meist drehzahlgeregelt. In neueren Anlagen versorgt eine einzige Pumpengruppe mit variablem Primärvolumenstrom sowohl den Kaltwassersatz als auch das Gebäude. In der Industrie kann zudem für Prozessverbraucher wie Werkzeuge, Extrusionslinien oder Gärtanks eine eigene Pumpe vorgesehen sein.

Auch der Pumpentyp macht einen Unterschied. Bei Inline-Pumpen steht der Motor senkrecht und ist per Flansch mit dem Pumpengehäuse verbunden; bei Normsaugpumpen liegt der Motor waagerecht auf einem Fußsockel und überträgt die Kraft über eine Kupplung auf das Laufrad. Bei großen Volumenströmen werden Pumpen mit axial geteiltem Gehäuse bevorzugt. Einzelheiten finden Sie auf den Seiten Motor für Inline-Pumpen und Motor für Split-Case-Pumpen.

Motorleistung und Drehzahl aus den Pumpendaten ableiten

Der richtige Ausgangspunkt ist die Kennlinie des Pumpenherstellers. Auslegungsvolumenstrom (m³/h) und Förderhöhe (m WS) werden auf der Kennlinie markiert; abgelesen werden die Wellenleistung an diesem Punkt und die höchste Wellenleistung am rechten Kennlinienende, die bei steigendem Volumenstrom erreicht werden kann. Der Motor wird mit einer Bemessungsleistung gewählt, die auch diesen zweiten Wert abdeckt. Diese Reserve ist wichtig, weil sich in Kaltwasserkreisen der Betriebspunkt verschieben kann, wenn Ventile gedrosselt werden oder ein Strang abgeschaltet wird.

Die Drehzahl ergibt sich aus der Laufradauslegung. Bei Kaltwasserpumpen sind vierpolige Motoren der Klasse um 1500 U/min häufig; bei kompakten Pumpen mit höherer Förderhöhe werden auch zweipolige Motoren eingesetzt. Ist die Pumpe für 1450 U/min ausgelegt, erhöht ein Motor mit 2900 U/min Volumenstrom und Leistung in unzulässigem Maß. Bei einer vorhandenen Pumpe ist das Typenschild des alten Elektromotors die zuverlässigste Quelle; eine kW-Zahl allein bedeutet noch keine "passende Leistung" für einen Kaltwassersatz.

Anschlussmaße: Sockel, Flansch und Welle

Als Erstes ist die IEC-Baugröße zu vergleichen, zum Beispiel 160M oder 180L. Auch bei gleicher Baugröße werden folgende Punkte einzeln geprüft:

• Bauform: Fußausführung (B3), Flanschausführung (B5 oder B14), Fuß-Flansch-Ausführung (B34, B35) oder vertikale Anordnung.
• Wellendurchmesser, Wellenlänge und Passfedermaß; bei Inline-Pumpen sitzt das Laufrad oft direkt auf der Motorwelle, daher ist dieses Maß kritisch.
• Fußlochabstand und Achshöhe; passend zu den vorhandenen Bohrungen im Sockel.
• Flanschaußendurchmesser, Zentrierdurchmesser und Lochkreis.
• Spannung, Schaltung (Stern/Dreieck) und Bemessungsstrom; Abstimmung mit vorhandenem Schaltschrank und Überlasteinstellung.

HEM Motor liefert die Drehstrombaureihe je nach Baugröße in Fuß-, Flansch-, kombinierter und vertikaler Ausführung (V1, V3, V5, V6, V15); die genauen Flansch- und Wellenmaße werden im Bestellgespräch bestätigt. Maße je Baugröße enthält der Beitrag Maßtabelle der Baugrößen.

Bedingungen im Technikraum und Kondensation an kalten Rohren

Die Oberfläche von Kaltwasserrohren und Pumpengehäuse liegt oft unter dem Taupunkt der Umgebungsluft. Bei einer unzureichend gedämmten Pumpe schwitzt das Gehäuse, und Wassertropfen laufen auf den Sockel und mitunter zum pumpenseitigen Lager des Elektromotors. Unsere Motoren haben Schutzart IP55; diese schützt gegen Spritzwasser, ist aber nicht dafür ausgelegt, dass der Motor dauerhaft unter tropfendem Kondenswasser steht. Die Pumpendämmung zu vervollständigen und die Kabeleinführung des Klemmenkastens nach unten zu drehen, sind einfache, aber wirksame Maßnahmen.

Die Katalogwerte gelten für Umgebungstemperaturen von −15 bis +40 Grad und Aufstellhöhen bis 1000 m. Pumpen neben auf dem Dach installierten Kompakt-Kaltwassersätzen können diese Grenze in der Sonne überschreiten; geben Sie eine solche Aufstellung, eine hochgelegene Anlage oder saisonale Stillstände bei der Bestellung an. Gegen Feuchtigkeit im Gehäuse bei langen Stillständen kann eine Stillstandsheizung, zur Überwachung der Wicklungstemperatur ein PTC- oder PT100-Fühler als Bestelloption ergänzt werden.

Variabler Volumenstrom, Umrichter und Pumpenfolge

Sekundär- und variable Primärpumpen werden meist über einen Frequenzumrichter betrieben, der an einen Differenzdrucksensor angeschlossen ist. Da die Pumpenlast mit sinkender Drehzahl stark abnimmt, reicht der Eigenlüfter bei niedriger Drehzahl in der Regel zur Kühlung; bei einer Anwendung, die lange bei sehr niedriger Drehzahl mit vollem Drehmoment läuft, wird dennoch geprüft, ob ein Fremdlüfter nötig ist. Ist der Schaltschrank weit vom Motor entfernt, kommt ein dU/dt- oder Sinusfilter in Betracht. Die Bedingungen für den Umrichterbetrieb finden Sie auf der Seite umrichtertaugliche Motoren.

Die Chiller-Seite hat eine eigene Grenze: Sinkt der Volumenstrom durch den Verdampfer unter den vom Chiller-Hersteller angegebenen Mindestwert, schaltet der Strömungswächter das Aggregat ab. Die Mindestfrequenz des Umrichters wird daher nach Pumpen- und Chillerdaten eingestellt. In Mehrpumpenanlagen gleichen das gestaffelte Zu- und Abschalten der Pumpen und der Wechselbetrieb der Reservepumpe die Anlaufzahl und die Betriebsstunden der Motoren aus.

Auswahltabelle: Beispielmotoren nach Kreis

Die Modelle in der Tabelle sind Beispiele, keine endgültige Auswahl; die Eignung des Elektromotors für die Pumpe wird zusätzlich anhand von Pumpenkennlinie, Betriebspunkt, Drehzahl und Anschlussmaßen bestätigt.

Was Sie uns beim Tausch eines defekten Pumpenmotors mitteilen sollten

Der schnellste Weg ist ein scharfes Foto des Typenschilds des alten Elektromotors; wie es aufgenommen wird, erklärt die Anleitung Typenschild senden. Zusätzlich zum Typenschild können Sie die folgenden Angaben per WhatsApp senden; die Nummern stehen auf der Seite Kontakt.

• Pumpenmarke, Typ (Inline, Normsaug, axial geteilt) und möglichst das Pumpenschild
• Motorleistung, Drehzahl und Spannung; Stern- oder Dreieckschaltung
• Bauform: Fuß, Flansch oder vertikal; Flansch- und Wellenmaß
• Ob die Pumpe im Primär-, Sekundär- oder Prozesskreis arbeitet
• Ob sie per Umrichter betrieben wird und die Kabellänge zwischen Schaltschrank und Motor
• Aufstellort wie Technikraum, Dach oder Freigelände
• Gewünschte Stückzahl; geben Sie an, ob ein Reservepumpenmotor dazugehört

Motorgruppen im Shop

Alle Modelle sind auf der Seite Elektromotor kaufen aufgeführt. Für große Kaltwasserpumpen sind Motoren mit Graugussgehäuse, für kleine Prozesskreise die Kategorie Motoren mit Aluminiumgehäuse geeignete Ausgangspunkte. Die in der Tabelle verlinkten Modelle sind jeweils Beispiele; die Eignung für die Pumpe wird gesondert bestätigt. Für allgemeine Pumpenanwendungen ist die Seite Motor für Umwälzpumpen, wird auf der Verflüssigerseite des Kaltwassersatzes ein Kühlturm verwendet, die Seite Kühlturmmotor hilfreich.

Häufig gestellte Fragen

Können diese Elektromotoren auch für den Verdichter des Kaltwassersatzes verwendet werden?

Nein. Hermetische und halbhermetische Verdichtermotoren werden vom Kältemittel gekühlt, sind herstellerspezifische Bauteile des Chillers und nicht im Katalog 2026 von HEM Motor enthalten. Diese Seite behandelt nur den Standardmotor, der die Wasserpumpe antreibt.

Muss der Primärpumpenmotor per Umrichter betrieben werden?

In der klassischen Primär-Sekundär-Anordnung läuft die Primärpumpe meist mit konstanter Drehzahl. In Systemen mit variablem Primärvolumenstrom ist der Umrichter dagegen verbreitet; dann richtet sich die Mindestdrehzahl nach dem vom Chiller zugelassenen Mindestvolumenstrom im Verdampfer.

Das Pumpengehäuse schwitzt – beeinträchtigt das den Elektromotor?

Tropfendes Kondenswasser kann langfristig Lager und Klemmenkasten schädigen. Vervollständigen Sie die Dämmung von Pumpe und Rohren; befindet sich der Motor an einer dauerhaft nassen Stelle, geben Sie dies bei der Bestellung an.

Der alte Motor hat 1450 U/min – kann ich stattdessen einen mit 2900 U/min einbauen?

Das sollten Sie nicht. Verdoppelt sich bei einer Kreiselpumpe die Drehzahl, steigen mit Volumenstrom und Druck auch die aufgenommene Leistung sehr stark; Motor und Pumpe werden überlastet. Gewählt wird die zur Auslegungsdrehzahl der Pumpe passende Polzahl.

Wie lange kann ich einen Reservepumpenmotor im Regal lagern?

An einem trockenen, erschütterungsfreien Ort kann er gelagert werden, wenn die Welle gelegentlich von Hand gedreht wird. Nach langer Lagerung ist es gute Praxis, vor der Inbetriebnahme den Isolationswiderstand messen zu lassen.