Elektromotor 20 kW gibt es nicht in der Normreihe: Erfahren Sie, ob 18,5 oder 22 kW passen, welche IE-Klasse Pflicht ist und wie Sie Anlaufstrom prüfen.
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Warum es keinen genormten 20-kW-Motor gibt: 18,5 kW oder 22 kW wählen
Wer in Katalogen nach einem Motor mit genau 20 kW sucht, wird nicht fündig: Die IEC 60072-1 definiert die Baugrößenreihe für drehende elektrische Maschinen von Baugröße 56 bis 400 samt den zugehörigen Leistungsreihen[1]. Eine Stufe mit 20 kW enthält sie nicht. Bei 4-poligen Motoren springt die Reihe von 18,5 kW unmittelbar auf 22 kW. Wer „20 kW“ benötigt, trifft daher eine echte Auslegungsentscheidung zwischen der kleineren, meist günstigeren Stufe und der Stufe mit Leistungsreserve.
| Leistungsstufe (4-polig) | Übliche Baugröße | Auslegungscharakter |
|---|---|---|
| 18,5 kW | 160L | Ausreichend bei genau bekanntem Lastprofil, in der Regel günstigere Anschaffung |
| 22 kW | 180M bzw. 180L | Leistungs- und Kaltreserve bei schwankender Last, häufigen Anläufen oder Verschleiß der Arbeitsmaschine |
Baugröße und Bauform für 18,5–22 kW richtig einordnen
Dabei sind Baugröße und Leistung streng zu trennen: Die Achshöhe legt ausschließlich die mechanischen Außenmaße wie Fußabstände, Flanschmaße und Wellendurchmesser fest. Die Bauform nach IEC 60034-7, etwa IM B3 (Fuß), IM B5 (großer Flansch) oder IM B14 (kleiner Flansch), bestimmt die Integration in die Maschine. Die Zusammenhänge zwischen Baugröße, Norm und Effizienz haben wir für IEC-Elektromotoren ausführlich dargestellt.
- 18,5 kW wählen, wenn das Lastprofil bekannt und konstant ist und die Motorleistung das erforderliche Lastmoment einschließlich des Anlaufmoments dauerhaft abdeckt.
- 22 kW wählen, wenn Lastspitzen, häufige Anlaufvorgänge, zunehmender Verschleiß der Arbeitsmaschine oder geplante Leistungsausbauten eine Kaltreserve erfordern.
- Beide Stufen unterscheiden sich in Baugröße, Wellendurchmesser und Anlaufstrom; Schutzorgane und Anlassverfahren sind entsprechend anzupassen.
Vor der Montage gilt zusätzlich: Handelsübliche Drehstrom-Normmotoren nach IEC 72-2 bzw. DIN 42677 entsprechen nicht immer den Industriestandards. Wir prüfen Rundlaufabweichung der Welle sowie Koaxialitäts- und Planlaufabweichung des Flansches und streben die Werte der DIN 42955 in Toleranzstufe R an, denn höhere Abweichungen belasten Lager und Verzahnung des nachgeschalteten Getriebes und können einen vorzeitigen Getriebeausfall bewirken.
Welche IE-Effizienzklasse ab welcher Leistung vorgeschrieben ist
Die Effizienzklasse ist in diesem Leistungsbereich gesetzliche Pflicht: Seit dem 1. Juli 2021 schreibt die Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1781 für Drehstrommotoren mit Käfigläufer von 0,75 kW bis 1.000 kW mindestens die Klasse IE3 vor; IE2 ist nur in Kombination mit einem Frequenzumrichter zulässig. Beide Stufen, 18,5 kW und 22 kW, fallen vollständig in diesen Geltungsbereich.
Anlaufstrom-Grenzen der Netzbetreiber bei Direkteinschaltung
Der zweite Engpass ist der Anlaufstrom: Bei Direkteinschaltung nimmt ein Käfigläufermotor im Stillstand das 6- bis 8-Fache des Nennstroms auf[2][3]. An öffentlichen Niederspannungsnetzen sind die Bestimmungen der Netzbetreiber über den Direktlauf bereits ab Leistungen von 5,5 kW zu beachten[3]; die konkrete Grenze für einen 18,5- oder 22-kW-Motor ist daher beim jeweiligen Netzbetreiber zu erfragen, nicht pauschal anzunehmen. Wie Sie den zugehörigen Motorstrom für Leitungsquerschnitt und Schutzorgane dimensionieren, behandeln wir in einem eigenen Beitrag.
| Anlassverfahren | Anlaufstrom | Anlaufmoment | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|
| Direkteinschaltung | bis zum 8-Fachen des Nennstroms | volles Moment ab Stillstand | nur kleine Leistungen; am öffentlichen Netz in dieser Klasse meist unzulässig |
| Stern-Dreieck-Anlauf | ein Drittel gegenüber der Direkteinschaltung | etwa 25 bis 28 Prozent des Wertes bei voller Spannung | leichter Anlauf; Umschaltung nahe der Nenndrehzahl erforderlich |
| Sanftanlasser | stufenlos begrenzt | ruckfrei einstellbar | ruckfreier Hochlauf ohne Umschaltspitzen |
| Frequenzumrichter | stufenlos begrenzt | stufenlos, drehzahlregelnd | Drehzahlregelung; erfüllt zugleich die IE2-Bedingung der Ökodesign-Verordnung |
Welches Anlassverfahren zulässig und geeignet ist, entscheidet jedoch nicht das Netz allein, sondern die Lastkennlinie der Arbeitsmaschine. Diese Prüfung folgt im nächsten Abschnitt.
Nennmoment aus Leistung und Drehzahl berechnen
Das Nennmoment lässt sich überschlägig mit M [Nm] = 9550 × P [kW] / n [1/min] ermitteln. Die Konstante 9550 geht auf 60 × 1000 / 2π ≈ 9549,3 zurück und rechnet die Bemessungsleistung in kW bei gegebener Drehzahl direkt in das Drehmoment an der Welle um. Die Herleitung der zugrunde liegenden Zusammenhänge haben wir im Beitrag zur Leistungsberechnung dargestellt.
| Bemessungsleistung | Drehzahl (4-polig, bemessen) | Nennmoment (überschlägig) |
|---|---|---|
| 18,5 kW | 1465 1/min | rund 121 Nm |
| 22 kW | 1465 1/min | rund 143 Nm |
Die Formel bildet ausschließlich die mechanische Dauerleistung ab. Für die vollständige Auslegung sind drei weitere Größen zu prüfen:
- Anlaufmoment: das Moment, das der Motor bei Drehzahl null aufbringt, ist gegen das Lastmoment der Arbeitsmaschine bei Stillstand zu stellen.
- Kippmoment: der Momentengipfel im Hochlauf, der je nach Läuferausführung deutlich über dem Nennmoment liegt und den Momentenverlauf während des Anlaufens bestimmt[2].
- Thermisches Grenzmoment: bei häufigen Anlaufvorgängen und im Umrichterbetrieb ist die Wärmeaufnahme des Motors zusätzlich zu berücksichtigen.
Anlaufmoment gegen Lastkennlinie prüfen: Pumpen, Lüfter, Werkzeugmaschinen
Die Motorwahl ist erst abgeschlossen, wenn das Anlaufmoment gegen das Lastmoment der Arbeitsmaschine bei Drehzahl null geprüft ist. Denn genau in diesem Betriebspunkt entscheidet sich, ob der Antrieb überhaupt anläuft und welches Anlassverfahren das Netz anschließend trägt.
- Pumpen und Lüfter mit quadratischer Lastkennlinie benötigen an der Drehzahl null nur das Losbrechmoment für Lager- und Dichtungshaftreibung; gegen geschlossene Armaturen ist das Lastmoment jedoch deutlich höher zu bewerten.
- Werkzeugmaschinen und Förderbänder mit konstantem oder mit der Drehzahl steigendem Gegenmoment erfordern Anlaufmoment-Reserven über die gesamte Hochlaufphase.
Hier zeigt sich die Grenze des Stern-Dreieck-Anlaufs: Weil das Anlaufmoment in Sternschaltung auf etwa ein Drittel sinkt, läuft der Motor gegen ein hohes Gegenmoment häufig nicht auf die erforderliche Umschaltdrehzahl hoch. Der anschließende Umschaltstrom erreicht dann Werte wie bei der Direkteinschaltung, und der Drehmomentsprung belastet den Antriebsstrang mechanisch[2][3]. Für solche Fälle kommen Sanftanlasser, Frequenzumrichter oder Motoren mit hohem Anlaufmoment in Frage; deren Auswahl für anspruchsvolle Anwendungen haben wir gesondert beschrieben.
Anlaufstrom, Momentenverlauf und Getriebebelastung lassen sich zuverlässig nur gemeinsam nachweisen, wenn Motor, Getriebe und Anlassverfahren als kompletter Antriebsstrang abgestimmt werden. Genau hier unterstützen wir Sie: ATEK Drive Solutions stimmt Motoren und Controller, Getriebe und Bremsen aus einer Hand auf Ihr Lastprofil ab, damit die gewählte Stufe, 18,5 kW oder 22 kW, im Betrieb das liefert, was die Überschlagsrechnung verspricht. Wer die Entscheidung systematisch angehen will, findet die Auswahlkriterien darüber hinaus in unserem Beitrag zum kW-Motor.
Häufig gestellte Fragen
Gibt es Elektromotoren mit genau 20 kW Nennleistung?
Als genormten Normmotor nicht. Die IEC 60072-1 definiert eine feste Leistungsreihe, und 20 kW ist darin nicht enthalten: bei 4-poligen Motoren springt die Reihe von 18,5 kW auf 22 kW. Sie entscheiden sich für die kleinere, meist günstigere Stufe oder für 22 kW mit Leistungsreserve, abhängig vom Lastprofil Ihrer Anwendung.
Soll ich 18,5 kW oder 22 kW wählen, wenn ich eigentlich 20 kW brauche?
Bei gut bekanntem, konstantem Lastprofil reicht 18,5 kW meist aus und ist die wirtschaftlichere Wahl. Bei schwankender Last, Verschleiß der Arbeitsmaschine oder gewünschter Kaltreserve ist 22 kW die sicherere Auslegung. Die Baugröße verschiebt sich dabei typisch von 160L auf 180M/L, was Bauraum und Flanschmaße betrifft.
Welche Effizienzklasse ist bei einem Motor um 20 kW vorgeschrieben?
Nach der Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1781, in Kraft seit dem 1. Juli 2021, müssen Motoren ab 0,75 kW bis 1 000 kW mindestens die Klasse IE3 erfüllen. IE2 ist in diesem Leistungsbereich nur zulässig, wenn der Motor mit einem Frequenzumrichter betrieben wird. Für Motoren von 75 bis 200 kW gilt seit dem 1. Juli 2023 sogar IE4.
Warum darf ein 18,5- oder 22-kW-Motor oft nicht direkt eingeschaltet werden?
Bei Direkteinschaltung steigt der Anlaufstrom auf das bis zu 8-fache des Nennstroms. Im öffentlichen Niederspannungsnetz sind Direktanläufe mit Anzugsströmen über rund 60 Ampere an die technischen Anschlussbedingungen des Netzbetreibers gebunden. Die konkrete Grenze ist beim jeweiligen Netzbetreiber zu erfragen, sie ist nicht pauschal anzunehmen.
Stern-Dreieck-Anlauf, Sanftanlasser oder Frequenzumrichter: was passt bei 20 kW?
Der Stern-Dreieck-Anlauf reduziert Anlaufstrom und Anlaufmoment auf je ein Drittel und eignet sich für Lasten ohne hohes Gegenmoment wie Pumpen oder Lüfter. Sanftanlasser und Frequenzumrichter ermöglichen einen stufenlosen, ruckfreien Anlauf; der Frequenzumrichter erlaubt zusätzlich, das Anlaufmoment exakt an die Lastkennlinie anzupassen.
Wie berechne ich das Nennmoment eines 18,5-kW-Motors?
Mit der Überschlagsformel M [Nm] = 9550 × P [kW] / n [1/min]. Ein 4-poliger 18,5-kW-Motor mit rund 1465 U/min liefert etwa 121 Nm, ein 22-kW-Motor bei gleicher Drehzahl rund 143 Nm. Die Formel gilt für die mechanische Dauerleistung, Anlauf- und Kippmoment sind zusätzlich zu prüfen.
Warum muss das Anlaufmoment gegen die Lastkennlinie geprüft werden?
Weil der Motor bei Drehzahl null das Lastmoment überwinden muss. Bei Pumpen und Lüftern mit quadratischer Lastkennlinie genügt dafür meist das Losbrechmoment für Lager- und Dichtungshaftreibung. Bei Werkzeugmaschinen oder Förderbändern mit konstantem Gegenmoment braucht der Motor eine Anlaufmoment-Reserve, sonst läuft der Antrieb nicht hoch oder bleibt im Anlauf hängen.
