Luft­ge­kühlt — was­ser­ge­kühlt — unbe­lüf­tet — E‑Motoren im Vergleich

„Das kommt immer dar­auf an“, die­se ent­schie­de­ne Ant­wort bekommt wer Kon­struk­ti­ons­lei­ter Ste­fan Kunz­mann von Elek­tro­mo­tor-Spe­zia­list BEN Buche­le fragt, wel­cher Motor – luft­ge­kühlt, was­ser­ge­kühlt oder unbe­lüf­tet – sich für wel­che Anwen­dung am bes­ten eig­net. 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 und 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 cir­ca zwei bis drei Bau­grö­ßen klei­ner als ein ver­gleich­ba­rer luft­ge­kühl­ter Motor ist. Der was­ser­ge­kühl­te Motor gilt im Dau­er­be­trieb 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. Beim was­ser­ge­kühl­ten Motor ist zu beden­ken, dass er ein zusätz­li­ches Kühl­ag­gre­gat benö­tigt. Daher bie­tet sich sein Ein­bau vor allem dann an, wenn bereits Küh­lun­gen für ande­re Anla­gen­tei­le (zum Bei­spiel 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 bezie­hungs­wei­se 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 Moto­ren, da er nicht für den Dau­er­be­trieb, son­dern für die Betriebs­ar­ten S2 und S3, also 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 gewis­se Pro­zent­zeit von der Lauf­zeit­vor­ga­be des Kun­den defi­niert; das heißt der unbe­lüf­te­te Motor soll 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 die Spe­zia­lis­ten von BEN Buche­le 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, und mög­li­chen Zusatz­funk­tio­nen wie Ther­mo­füh­ler, Still­stands­hei­zung oder Lager­über­wa­chung. Nicht immer ist die Emp­feh­lung ein­deu­tig, son­dern der Kun­de erhält ver­schie­de­ne Optio­nen wie in einem aktu­el­len Bera­tungs­fall bei BEN Buche­le: Eine Yacht benö­tigt einen E‑Motor 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 sind ein Kühl­ag­gre­gat und eine zusätz­li­che Ver­roh­rung nötig. Als Alter­na­ti­ve wird ein unbe­lüf­te­ter Motor ange­bo­ten. Jedoch sind hier für eine ver­gleich­ba­re Leis­tung zwei bis drei Bau­grö­ßen mehr nötig, was deut­lich mehr Bau­raum bean­sprucht und mehr Gewicht an Bord bringt. Die drit­te Opti­on als grund­sätz­lich erst ein­mal kos­ten­güns­tigs­te Lösung ist der luft­ge­kühl­te Motor, des­sen Eigen­lüf­ter jedoch Pro­ble­me berei­ten könn­te, wenn das Schiff mit Was­ser voll­läuft. Der Motor muss senk­recht betrie­ben wer­den, sodass sich der Lüf­ter ober­halb befin­det. Jedoch wür­de das Was­ser irgend­wann auch den Lüf­ter errei­chen, was zu Ver­wir­be­lun­gen und deut­lich mehr Wider­stand füh­ren wür­de. Die Fol­ge: Der Motor könn­te über­hit­zen und 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
Rele­vant ist auch die Fra­ge nach der Wirt­schaft­lich­keit; wel­cher Motor ist güns­ti­ger in Anschaf­fung und Betriebs­kos­ten? Klei­ne­re Bau­grö­ßen bedeu­ten weni­ger Mate­ri­al­ver­brauch, 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. Wenn der Kun­de sei­ne Anla­ge jedoch moder­ni­sie­ren, Effi­zi­enz und Wir­kungs­grad erhö­hen möch­te, ist die Umrüs­tung auf was­ser­ge­kühl­te Moto­ren eine loh­nen­de Opti­on. Bei den Betriebs­kos­ten sind bei allen Motor­ar­ten kei­ne gro­ßen Unter­schie­de zu ver­zeich­nen, da der grund­sätz­li­che Motor­auf­bau gleich ist. Wich­tig sind regel­mä­ßi­ge Ser­vice-Inter­val­le, um Nach­schmie­run­gen vor­zu­neh­men, 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.
Pra­xis­bei­spie­le
Ein Anwen­dungs­bei­spiel, bei dem aus­schließ­lich ein was­ser­ge­kühl­ter Motor in Fra­ge 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 zum Bei­spiel 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, oder die Ver­wen­dung als Unter­was­ser­mo­tor, zum Bei­spiel bei Saug­bag­ger­schif­fen. Auch die­se Moto­ren 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 kön­nen zum Bei­spiel bei Motor­rä­dern eine bestimm­te robus­te Ästhe­tik bedie­nen, wäh­rend ein was­ser­ge­kühl­ter Motor mit glat­ter Ober­flä­che edler wirkt oder bestimm­te Hygie­ne­stan­dards erfül­len muss. Mög­lich sind auch Moto­ren in Edel­stahl­aus­füh­rung, wie das Unter­neh­men sie für die Lebens­mit­tel-/Phar­ma­in­dus­trie ent­wi­ckelt hat. Alter­na­tiv las­sen sich unbe­lüf­te­te und was­ser­ge­kühl­te Moto­ren sehr gut durch eine Abde­ckung oder das Ver­sen­ken zum Bei­spiel 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.