Wählen Sie den richtigen Elektromotor in 6 Schritten

Wofür brauchen Sie den Motor? Und in welcher Art von Produktionsumgebung wird der Motor eingesetzt? Die Antwort auf diese Fragen gibt einen ersten Hinweis darauf, welche Art von Motor für die jeweilige Anwendung geeignet ist. Leistungsbedarf, Geschwindigkeit und Aufstellungsort des Motors sind weitere entscheidende Faktoren. Welche Schritte müssen Sie bei der Auswahl des richtigen 3-Phase-Motor für Ihre Anwendung beachten?

Der erste Schritt bei der Auswahl des richtigen Motors ist die Bestimmung des Drehmoments und der Drehzahl. Diese Angaben benötigen Sie, um die gewünschte Leistung zu berechnen. Innerhalb der Anwendung braucht ein Motor ein bestimmtes Drehmoment und eine bestimmte Geschwindigkeit, um ein Drehmoment zu erzeugen. Sie sollten sich daher zunächst die folgenden Fragen stellen: Was muss ich bewegen, wie schnell muss ich es bewegen und wie schwer ist es? Um die Funktionsweise des Motors weiter zu spezifizieren, ist es außerdem nützlich zu wissen, ob der Motor nur etwas antreiben, eine kontrollierte Geschwindigkeit liefern oder etwas in Bewegung setzen soll. Je genauer Sie die Funktion eines Motors bestimmen können, desto besser wird die Wahl des Motortyps ausfallen. Schließlich sind manche Motoren für eine bestimmte Funktion besser geeignet als andere.

Die Drehzahl (tatsächliche Drehzahl der Antriebswelle, ausgedrückt als „Umdrehungen pro Minute“) ist in der Regel auf dem Typenschild angegeben. Es handelt sich hierbei um die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle, die häufig in „revolutions per minute“ bzw. „rpm“ ausgedrückt wird. Eine weitere mögliche Darstellung ist die Notation der Anzahl der „Pole“: beispielsweise hat ein 2-poliger Motor 3000 rpm, wohingegen es bei 4 Polen 1500 rpm und bei einem Motor mit 6 Polen 1000 rpm sind.

Technische Gründe sorgen dafür, dass die tatsächliche Geschwindigkeit der Welle immer etwas abweicht und somit unter den genannten Zahlen liegt. Achten Sie daher also immer darauf, korrekt aufzurunden.

Als Faustregel gilt: Motorgeschwindigkeit = 6000 geteilt durch die Anzahl der Pole.

• Beispiel: Ein 4-poliger Motor läuft also mit 6000/4 = 1500 rpm.

Bestimmung der Nennleistung und Nennspannung

• Die Nennleistung eines Elektromotors wird in Kilowatt (kW) angegeben. Bei älteren Motoren kann die Leistung auch in Pferdestärken (PS oder HP) angegeben werden.
• Die Faustregel für die Umrechnung lautet: 1 PS = 0,75 kW.
• Die Leistung eines Elektromotors basiert auf der maximalen Leistung.
• Lesen Sie die Nennspannung gemäß Typenschild ab (zum Beispiel 230VD/400VY oder 400VD/690VY).

Der nächste wichtige Schritt im Auswahlprozess ist die Analyse des Einsatzortes, in welcher der Motor eingesetzt werden soll. Wird der Motor in einer Laborumgebung eingesetzt, in der nicht viel passiert, oder läuft der Motor in einer Umgebung, in der er einem oder mehreren äußeren Einflüssen ausgesetzt ist? Die Wahl des richtigen Motors hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:

• Temperatur – Bei niedrigen Temperaturen benötigen Sie z. B. spezielle Lager oder ein Heizelement, wenn der Motor stillsteht.
• Medium – Kommt der Motor mit Wasser/Feuchtigkeit oder anderen Flüssigkeiten in Berührung? Handelt es sich dabei um Flüssigkeiten, die den Antrieb beeinträchtigen könnten? In diesem Fall muss eine Beschichtung aufgetragen und der Motor entsprechend abgedichtet werden. Dies wirkt sich auch auf die Auswahl des Motortyps aus.
• Lebensmittelsicherheit – Einige der für den Motor verwendeten Materialien sind möglicherweise nicht für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie geeignet. In diesem Fall, empfehlen wir, solche Motoren nicht einzusetzen. Insbesondere wenn die Gefahr besteht, dass Motorteile mit Lebensmitteln in Berührung kommen.
• Umweltfaktoren – Ist die Produktionsumgebung für einen bestimmten Motor geeignet? Bürstenmotoren beispielsweise kommen mit verschmutzten Umgebungen oder Umgebungen mit aggressiven Gasen nicht gut zurecht. Diese Bürsten erzeugen auch Funken, weshalb sie nicht in Umgebungen mit leicht entzündlichen Stoffen verwendet werden sollten. Hinzu kommen eventuell auftretende elektromagnetische Störungen, sogenannte EMV-Belastungen, die berücksichtigt werden müssen. In diesem Fall ist es besser, sich für einen bürstenlosen Motor zu entscheiden.

Im nächsten Schritt wird die Bauform des Motors bestimmt. In manchen Produktionsumgebungen kann dieser Platz sehr begrenzt sein. Ein Beispiel hierfür sind AGV-Systeme (Automated Guided Vehicles). Obwohl diese in der Lage sein sollten, Paletten zu heben, ist der Platz darunter sehr begrenzt. Einige Motoren haben prinzipiell eine höhere Leistung als andere. Und es gibt kompaktere Motortypen, die bei gleicher Bauweise sogar mehr Leistung liefern als andere. Der Vorteil eines Elektromotors besteht darin, dass er verschiedene Bauformen hat und daher ganz unterschiedlich montiert werden kann:

• B3: Montage mit Fuß – der Motor liegt flach auf dem Boden, die Welle ist horizontal und der Motor wird am Fuß befestigt.
• B5: Montage mit einem Außenflansch, dessen Durchmesser in der Regel größer ist als der des Motorgehäuses. Flanschmotoren sind z. B. auf einer Pumpe angebracht, wobei die Motorwelle direkt in die Pumpe führt.
• B14: Montage mit einem Innenflansch, dessen Durchmesser in der Regel kleiner als der des Motorgehäuses ist.
• B35: Montage mit Fuß + Außenflansch (Kombination aus B3 und B5)
• B34: Montage mit Fuß + Innenflansch (Kombination aus B3 und B14)

Die Bauform (bzw. Montageart) wird durch einen Code der europäischen Norm IEC 34-7 angegeben. Diese Norm definiert u.a. die Abmessungen eines Motors. Dazu gehören Wellendurchmesser, Wellenlänge, Wellenhöhe und Bohrungsabstand der Befestigungslöcher des Motors. Dies gilt insbesondere für Standard-Asynchronmotoren. Andere Motoren folgen keiner oder einer anderen Norm (NEMA). Für einen Standard-Asynchronmotor gemäß der Norm IEC 34 können Sie alle Elektromotorlieferanten auswählen, die diese IEC 34-Motoren anbieten.

Die Häufigkeit der vom Motor verursachten Bewegungen bestimmt weitgehend seine Lebensdauer. Handelt es sich um eine Anwendung, die einmal am Tag hochgefahren wird? Oder läuft der Motor rund um die Uhr? Nehmen wir zum Beispiel Bürstenmotoren. Die Energieübertragung erfolgt in den meisten Fällen durch Kohlebürsten, die bei häufigem Gebrauch verschleißen. Entsprechend sind diese Antriebe eher für Anwendungen geeignet, die nur ab und an eingeschaltet werden. Für kontinuierlich genutze Antriebe sind Bürstenmotoren eher weniger geeignet.

Ein Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Die Differenz zwischen elektrischer und mechanischer Energie stellt den Wirkungsgrad eines Motors dar. Die Effizienzklassen reichen von IE1 bis IE4, wobei die höchste Zahl für die größte Effizienz steht.

Für Anwendungen, bei denen ein neuer Motor eingebaut werden soll, dürfen Sie keine Motoren der Effizienzklassen IE1 und IE2 mehr verwenden. Und ab 2025 sind nur noch IE4-Motoren zum Kauf zugelassen. Diese Motoren sind zwar teurer, aber die damit verbundenen Mehrkosten amortisieren sich innerhalb von zwei Jahren oder weniger. Ab dann können Sie Kosten sparen. Oftmals wird diese Investition nicht erkannt, sondern erst dann, wenn der aktuelle Motor ersetzt werden muss. Spätestens dann wird deutlich, dass damit auch langfristig Geld eingespart werden kann.

Effizienzklassen für Elektromotoren

• IE1 = Standardeffizienz (früher EFF2)
• IE2 = Hohe Effizienz (früher EFF1)
• IE3 = Premium-Effizienz
• IE4 = Super-Premium-Effizienz

In den Schritten 1 bis 5 geht es um die Eigenschaften des Motors selbst. Doch wie soll der Motor gesteuert werden? Welche Art von Schnittstelle sollte der Motor mit Ihrem System haben? Haben Sie ein System mit Steuerung? Möchten Sie es auf Basis eines bestimmten Outputs ein- und ausschalten können? Oder möchten Sie die Möglichkeit haben, die verschiedenen Betriebszustände zu überprüfen, so dass Sie die Motorleistung kontinuierlich überwachen können? Dann gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten. Es gibt eine große Auswahl an verschiedenen Herstellern, die jedoch nicht alle die Möglichkeit bieten, in ein bestehendes System integriert zu werden. Hier spielt die Individualisierung eine große Rolle, und in diesem Zusammenhang kommt auch das Stromversorgungssystem ins Spiel. Welche Art von Stromversorgung hat mein Unternehmen? Kann der Motor an das Stromnetz (AC) angeschlossen werden? Oder handelt es sich um ein batteriebetriebenes System? Dadurch werden auch andere Anforderungen an den Motor gestellt. Ein wichtiger Trend: Die Steuerungen werden immer häufiger in den Motor integriert. Der Vorteil: Die gesamte Einheit ist kompakt und aufeinander abgestimmt. Der Benutzer benötigt somit keine separate Steuereinheit mit Kabeln, wodurch das senkt das Risiko von Fehlfunktionen verringert wird.

Wir haben uns bisher hauptsächlich mit dem Motor und der Steuerung beschäftigt, aber das ist noch nicht alles. Die meisten Motoren haben eine hohe Drehzahl und ein geringes Drehmoment. Bei den meisten Systemen möchten Sie das Gegenteil: ein hohes Drehmoment und eine niedrige Drehzahl. Ähnlich wie bei Ihrem Fahrrad und Auto gibt es irgendwo dazwischen ein  Getriebe, das normalerweise mit dem Motor geliefert wird. Gleiches gilt für das Untersetzungsgetriebe, bei dem Sie dieselben Möglichkeiten haben. Je nach Einsatzzweck sollten Sie auch hier abwägen, welches Getriebe am besten geeignet ist. Lebensdauer und Geräuschentwicklung sind in diesem Zusammenhang wichtig. Sie können Ihre Suche auch erweitern, indem Sie den Antrieb in den Auswahlprozess einbeziehen. Denn auch wenn der Motor jahrelang hält, nützt es Ihnen nicht viel, wenn das Getriebe innerhalb eines Jahres ausfällt. Auch hier ist die Auswahl wichtig, denn die Antriebstechnik ist oft wartungsfrei, weil davon ausgegangen wird, dass sie nur ein paar Jahre halten muss.

ERIKS ist Partner mehrerer großer Elektromotorenhersteller. Daher besteht unser Sortiment aus Motoren, die den aktuellen Normen entsprechen und den erforderlichen Qualitätsstandard aufweisen, damit sie in jeder Produktionsumgebung eingesetzt werden können. Wir führen Berechnungen durch und sind auf die Auslegung von Antriebssystemen spezialisiert, sodass wir unsere Kunden bei der Wahl eines für ihre Anwendung am besten geeigneten Motors optimal beraten können. Darüber hinaus entwickeln und produzieren wir auch selbst komplette technische Lösungen. Beziehen Sie uns frühzeitig in den Auswahl- oder Konstruktionsprozess ein, dann können wir gemeinsam mit Ihnen Lösungen entwickeln, die Kosteneinsparungen und eine effizientere Produktion ermöglichen.