Elektromotor Worauf es bei der Auswahl eines Motors ankommt

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Luftgekühlt, wassergekühlt oder unbelüftet? Bei der Auswahl des passenden Motors müssen viele Parameter berücksichtigt werden – auch die des Wärmeabtransports. BEN Buchele zeigt, worauf es hier ankommt und wo die Vorteile der unterschiedlichen Systeme liegen.

Wer Konstruktionsleiter Stefan Kunzmann vom Elektromotorspezialisten BEN Buchele fragt, welcher Motor – luftgekühlt, wassergekühlt oder unbelüftet – sich für welche Anwendung am besten eignet, erntet zunächst ein entschiedenes „Das kommt immer darauf an“. Pauschal lassen sich die Elektromotoren nicht bestimmten Branchen und Anwendungen zuordnen. Der Beitrag nähert sich dem Motorenvergleich und der -empfehlung daher über die Beratungspraxis von BEN Buchele, in der im Vorfeld stets eine Vielzahl von Parametern abgefragt und festgelegt wird, bevor der passende Motor gefunden ist. In den Beratungen geht es in der Regel nicht um Normmotoren „von der Stange“, sondern um Sondermotoren mit besonderen Anforderungen und Spezifikationen.

Luftgekühlt: robust, wartungsarm, langlebig

Zunächst zeichnen sich die verschiedenen Motoren durch spezifische Vorzüge aus: Der luftgekühlte Motor ist als Drehstrom-Asynchronmaschine ein Alleskönner für viele Einsatzzwecke. Er ist besonders robust, wartungsarm und langlebig sowie für den Dauerbetrieb S1 ausgelegt. Der Lüfterbetrieb zur Kühlung des Motors verursacht allerdings erhebliche Geräuschemissionen, die je nach Standort und Einsatzzweck störend sein können.

Wassergekühlt: kompakt und leicht

Wassergekühlte Motoren punkten vor allem durch ihre kompakte Baugröße und ihr geringes Gewicht. Bei geringem Einbauraum ist ein wassergekühlter Motor oft die richtige Wahl, da er bei gleich hoher Antriebsleistung etwa zwei bis drei Baugrößen kleiner als ein vergleichbarer luftgekühlter Motor ist. Im Dauerbetrieb gilt er als sehr effizient; sein Wirkungsgrad ist in der Regel höher als der des luftgekühlten Motors, da bei Letzterem höhere Wärme- und Reibungsverluste zu verzeichnen sind. Zudem sind wassergekühlte Motoren besonders leise. Allerdings ist zu bedenken, dass er ein zusätzliches Kühlaggregat benötigt. Daher bietet sich sein Einbau vor allem dann an, wenn bereits Kühlungen für andere Anlagenteile (beispielsweise für Trafos oder Umrichter) vorhanden sind und der Motor in diesen Kühlkreislauf mit integriert werden kann. Bei einem Neubau stellt sich die Frage, ob eine Wasserleitung bzw. ein alternatives Kühlmedium sinnvoll hingeführt werden kann oder ob ein zusätzliches Kühlaggregat von den Platzverhältnissen her möglich ist.

Unbelüftet: Kurzzeitbetrieb für bestimmte Betriebsmodi

Ein unbelüfteter Motor steht in der Regel nicht in direkter Konkurrenz zu luftgekühlten und wassergekühlten Modellen, da er nicht für den Dauerbetrieb, sondern für die Betriebsarten S2 und S3 (Kurzzeitbetrieb) ausgelegt ist. Er läuft beispielsweise in einem Intervall von zehn Minuten nur zwei Minuten und steht die restlichen acht Minuten still. Oder es wird nur eine gewisser Prozentsatz von der Laufzeitvorgabe des Kunden definiert: Der unbelüftete Motor soll zum Beispiel eine Stunde betrieben werden, läuft davon jedoch nur 30 Prozent, um nicht zu überhitzen. Diese verschiedenen Betriebsmodi müssen zuvor abgesteckt werden.

Beratungsbeispiel: Alternativen abwägen

Welcher Motor in welchem Fall tatsächlich passend ist, eruieren bei BEN Buchele die Spezialisten in ausführlichen Beratungsgesprächen. Jeder Parameter, jedes Detail wird abgefragt – von der gewünschten Leistung, der Baugröße oder dem Drehmoment über die Schutzart, den Aufstellort, die nötige Betriebsart bis hin zum Spannungsnetz, in dem er laufen soll. Zudem werden mögliche Zusatzfunktionen wie Thermofühler, Stillstandsheizung oder Lagerüberwachung besprochen.

Nicht immer ist die Empfehlung eindeutig, sondern der Kunde kann zwischen verschiedenen Optionen wählen, wie ein aktueller Beratungsfall bei BEN Buchele zeigt: Eine Yacht benötigt einen Elektromotor für das Abpumpen in den Bug eingedrungenen Wassers.

• Die erste Überlegung ist, einen wassergekühlten Motor einzusetzen, da an Bord bereits eine Frischwasseraufbereitung existiert, an deren Kreislauf der wassergekühlte Motor angeschlossen werden kann. Eine Baugröße 200 würde ausreichen, allerdings wären ein Kühlaggregat und eine zusätzliche Verrohrung nötig.

• Als Alternative wird ein unbelüfteter Motor angeboten. Für eine vergleichbare Leistung ist es dann allerdings nötig, zwei bis drei Baugrößen größer zu wählen, was wiederum mit deutlich mehr Bauraum und mehr Gewicht an Bord verbunden ist.

• Die dritte Option – die kostengünstigste Lösung – ist der luftgekühlte Motor. Dessen Eigenlüfter könnte jedoch Probleme bereiten, wenn das Schiff mit Wasser vollläuft. Der Motor muss senkrecht betrieben werden, sodass sich der Lüfter oberhalb befindet. Aber das Wasser würde irgendwann auch den Lüfter erreichen, was zu Verwirbelungen und deutlich mehr Widerstand führen würde. Die Folge: Der Motor könnte überhitzen und würde vermutlich ausfallen.

Die sinnvollste Option ist letztlich der wassergekühlte Motor, dessen Kompaktheit und geringes Gewicht für den Einsatz auf einem Schiff spricht, aber etwas mehr Aufwand in der Installation bedeutet. Als Alternative ist auch der unbelüftete Motor in größerer Baugröße möglich.

Wirtschaftliche Abwägungen: Gesamtkosten berücksichtigen

Relevant ist außerdem die Frage nach der Wirtschaftlichkeit: Welcher Motor ist günstiger in Anschaffung und Betriebskosten? Kleinere Baugrößen verbrauchen weniger Material, was sich auf den Preis auswirkt. Andererseits kann bei einem kompakteren wassergekühlten Motor noch das Kühlaggregat und die Verrohrung hinzukommen, wenn bisher kein Kühlkreislauf vorhanden ist.

Wenn es um den Austausch eines bestehenden luftgekühlten Motors geht, spricht preislich viel dafür, einen Eins-zu-eins-Austausch vorzunehmen. Will der Kunde hingegen seine Anlage ohnehin modernisieren, die Effizienz und den Wirkungsgrad erhöhen, dann ist die Umrüstung auf wassergekühlte Motoren eine lohnende Option.

Was die Betriebskosten betrifft, sind bei allen Motorarten keine großen Unterschiede zu verzeichnen, da der grundsätzliche Motoraufbau gleich ist. Wichtig sind regelmäßige Serviceintervalle, um nachzuschmieren, Kugellager zu tauschen oder die Wicklung zu prüfen. Bei einem wassergekühlten Motor sind Schläuche und Verrohrung vielleicht etwas anfälliger, aber bei regelmäßiger Wartung stellt dies keinen entscheidenden Kostenfaktor dar. Insgesamt sind alle Varianten sehr langlebig und können auch bei intensivem Dauerbetrieb mit zuverlässiger Wartung 20 bis 30 Jahre oder länger laufen.

Aus der Praxis: Wo welche Motorvarianten eingesetzt werden

Ein Anwendungsbeispiel, bei dem ausschließlich ein wassergekühlter Motor infrage kommt, ist der Betrieb von Prüfständen. Hier kommt es neben hoher Leistung im Dauerbetrieb auf möglichst geringe Geräuschemissionen an, um die hier arbeitenden Personen nicht zu belästigen und zu schädigen. Ein luftgekühlter Motor ist aufgrund seiner Lautstärke nicht denkbar.

Unbelüftete Motoren finden z. B. Einsatz in der Bühnentechnik, um Vorhänge und Kulissen zu verfahren. Abgesehen vom Kurzzeitbetrieb ist eine zentrale Anforderung hier eine möglichst geringe Lautstärke, um den Bühnenbetrieb nicht zu stören. Ein luftgekühlter Motor kommt damit nicht infrage. Zudem muss die nötige Bremsfunktion möglichst lautlos ausfallen und das typische Einrastgeräusch der Bremse vermieden werden. Andere Beispiele sind Entrauchungsanlagen für Tunnel, in denen unbelüftete Motoren im Luftstrom eingebaut werden, sodass eine externe Kühlung erfolgt. Auch Unterwassermotoren zählen zu den klassischen unbelüfteten Motoren, da sie durch Oberflächenkühlung vom umgebenden Wasser gekühlt werden.

Die Optik spielt eine Rolle

Ein kleines, aber feines Kriterium zur Auswahl eines Motors kann die Optik sein. Die Kühlrippen eines luftgekühlten Motors bedienen beispielsweise bei Motorrädern eine bestimmte robuste Ästhetik, während ein wassergekühlter Motor mit glatter Oberfläche edler wirkt oder bestimmte Hygienestandards erfüllen muss. Möglich sind auch Motoren in Edelstahlausführung, wie BEN Buchele sie für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie entwickelt hat. Alternativ lassen sich unbelüftete und wassergekühlte Motoren sehr gut durch eine Abdeckung oder das Versenken z. B. unter Deck auf Schiffen verstecken.

Das A und O bei der Auswahl eines Elektromotors ist letztlich die präzise Festlegung zahlreicher Parameter und Details. Das kann über ein vorhandenes Lastenheft erfolgen, bei dem BEN Buchele nur noch bestimmte Details erfragen muss – oder über ausführliche Beratungsgespräche, wenn seitens des Kunden nur wenige Vorgaben gemacht werden.

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* Detlef Koslowsky ist Vertriebsleiter bei der BEN Buchele Elektro-Motorenwerke GmbH in 90419 Nürnberg, D.Koslowsky@benbuchele.de, Tel. +49 911 3748-131

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