2-Pol-Motor vs. 4-Pol-Motor: ein einfaches Handbuch, das tiefer geht

Die Wahl zwischen einem 2-poligen und einem 4-poligen Motor klingt einfach. Ist sie aber nicht. Die Anzahl der Pole bestimmt die Drehzahl. Die Drehzahl wirkt sich auf das Drehmoment, das Geräusch, die Lager, die Pumpe oder den Ventilator, den Sie antreiben, und Ihre Stromrechnung aus. Nachfolgend finden Sie einen praktischen Ratschlag, den Sie beherzigen können.

• Kurze Denkanstöße:
  • 2-polig ≈ hohe Drehzahl, geringeres Drehmoment bei gleicher Leistung.
  • 4-polig ≈ halbe Drehzahl, etwa doppeltes Wellendrehmoment bei gleicher Leistung.
  • Ihre Last entscheidet. Ventilatoren und Mühlen mögen es oft 2-polig. Pumpen, Förderanlagen und Kompressoren sind oft 4-polig.

Unterschied zwischen 2-poligen Motoren und 4-poligen Motoren

Die Polzahl bestimmt die Synchrondrehzahl eines Motors. Verwenden Sie diese einfache Faustregel:

• Synchrondrehzahl (U/min) = 120 × Netzfrequenz (Hz) ÷ Anzahl der Pole.
• In Nordamerika (60 Hz): 2-polig ≈ 3600 U/min; 4-polig ≈ 1800 U/min. Echte Asynchronmotoren laufen wegen des Schlupfs etwas langsamer als die Synchrondrehzahl, so dass die Katalogangaben bei ~3450 U/min (2-polig) und ~1750-1775 U/min (4-polig) liegen. 

In Alltagssprache: weniger Pole → schnellere Welle; mehr Pole → langsamere Welle. Diese eine Entscheidung wirkt sich auf alles andere aus.

• Was ändert sich durch die Geschwindigkeit?
  • Drehmoment für dieselbe Leistung: Drehmoment = 5252 × PS ÷ U/min (ft-lb). Durch die Halbierung der Drehzahl wird das Drehmoment an der Welle ungefähr verdoppelt. 
  • Geräusche und Vibrationen: Höhere Drehzahlen bedeuten in der Regel mehr Lüftergeräusche und mehr Sorgfalt beim Auswuchten des Rotors; niedrigere Drehzahlen sind in der Regel leiser und schonen die Lager. Die Geräuschtabellen der Hersteller zeigen in der Regel höhere Schallpegel für 2-polige als für 4-polige Motoren im gleichen Gehäuse. 
  • Pumpen und Ventilatoren: Mit höherer Geschwindigkeit steigt der Durchfluss ~linear, der Druck ~Geschwindigkeit² und die Leistung ~Geschwindigkeit³ (Affinitätsgesetze). Ein 2-poliger Motor kann viel mehr Luft/Wasser fördern, aber er kann auch viel mehr Leistung benötigen, wenn die Geschwindigkeit steigt. 
  • Effizienzerwartungen: Moderne Effizienzvorschriften (wie das EU-Ökodesign) führen dazu, dass sowohl 2- als auch 4-polige Designs in hohe IE-Klassen eingestuft werden, so dass die Behauptung "2-polig ist immer effizienter" oder "4-polig ist immer effizienter" keine sichere Aussage ist - prüfen Sie das Datenblatt. 

2-polige und 4-polige Motoren

Unter "Polen" versteht man die Anzahl der magnetischen "Nord/Süd-Paare", die der Stator erzeugt. Zwei Pole = ein Paar; vier Pole = zwei Paare. Aus diesem Grund dreht sich das 4-polige Feld "langsamer" und die Drehzahl der Welle folgt.

Was ist ein 2-poliger Motor?

Ein 2-poliger Induktionsmotor hat einen magnetischen Nord- und einen Südpol um den Stator. Bei 60 Hz beträgt seine Synchrondrehzahl 3600 U/min (50 Hz → 3000 U/min). In der Praxis liegen die Nenndrehzahlen aufgrund des Schlupfs etwas niedriger (oft ~3400-3500 U/min). Er ist die erste Wahl für kompakte Aufgaben mit hohen Drehzahlen.

• Typische Anwendungsfälle:
  • Kleine und mittlere Ventilatoren/Gebläse, wenn Sie mehr Geschwindigkeit aus einem kleineren Rahmen herausholen wollen.
  • Hochtourige Pumpen (mit dem richtigen Laufrad).
  • Schleifmaschinen, Zentrifugen und Werkzeugmaschinen, die schnelle Wellen benötigen.

Was Sie über 2-polige Motoren wissen müssen

• Vorteile:
  • Hohe Grundgeschwindigkeit in einem kleinen Paket.
  • Mehr Leistungsdichte bei einer bestimmten Rahmengröße.
  • Häufig höherer Leistungsfaktor bei kleinen Leistungen.
• Aufgepasst:
  • Geringeres Wellendrehmoment bei gleicher Leistung (weil die Drehzahl höher ist).
  • Mehr aerodynamische Geräusche durch das Kühlgebläse und mehr Aufmerksamkeit für das Gleichgewicht sind erforderlich.
  • Bei Pumpen kann eine höhere Drehzahl den erforderlichen NPSH-Wert in die Höhe treiben und dazu führen, dass man in den steilen, leistungshungrigen Teil der Kurve gerät, wenn man sie nicht kontrolliert. 

Was ist ein 4-poliger Motor?

Ein 4-poliger Induktionsmotor bildet zwei Nord/Süd-Paare. Bei 60 Hz beträgt seine Synchrondrehzahl 1800 U/min (50 Hz → 1500 U/min). In Katalogen sind Nenndrehzahlen von ~1750-1775 U/min üblich. Er tauscht Geschwindigkeit gegen Drehmoment und Laufruhe.

• Typische Anwendungsfälle:
  • Verdrängerpumpen, Kompressoren, Förderanlagen.
  • Viele HVAC-Ventilatoren und allgemeine Industrieantriebe, die niedrigere Drehzahlen und mehr Drehmoment bevorzugen.
  • Anwendungen, bei denen ein leiserer Betrieb und eine längere Lebensdauer der Lager wichtig sind.

Was Sie über 4-polige Motoren wissen müssen

• Vorteile:
  • Höheres Wellendrehmoment bei gleicher Leistung.
  • In der Regel leiser und mechanisch nachsichtiger.
  • Aufgrund der niedrigeren Drehzahl werden die Lager oft geschont.
• Aufgepasst:
  • Größer oder schwerer für dieselbe Leistung in einigen Rahmenserien.
  • Wenn Sie wirklich eine hohe Wellendrehzahl benötigen, brauchen Sie ein Getriebe oder einen VFD, der die Grunddrehzahl erhöht.

Zusätzliche Tiefe, die Sie in einfachen Vergleichen nicht finden werden

Die schnelle Rechnung, die Drehmoment und Geschwindigkeit erklärt

Bei gleicher Leistung nimmt das Drehmoment mit sinkender Geschwindigkeit zu:

• Beispiel: 10-PS-Motor
  • 2-polig (≈3450 U/min): T ≈ 5252 × 10 ÷ 3450 ≈ 15.2 ft-lb.
  • 4-polig (≈1750 U/min): T ≈ 5252 × 10 ÷ 1750 ≈ 30,0 ft-lb. Der 4-polige Motor liefert also etwa das doppelte Drehmoment bei halber Drehzahl und gleicher PS-Leistung. Deshalb fühlt er sich an der Welle auch "stärker" an. ²

Pumpen, Ventilatoren und die Realität des Energieverbrauchs

Wenn Sie bei einer Last mit variablem Drehmoment (wie einem Ventilator oder einer Kreiselpumpe) die Drehzahl verdoppeln:

• Fluss ~ verdoppelt sich.
• Druck/Kopf ~ vervierfacht sich.
• Leistung ~ steigt um das Achtfache. Aus diesem Grund kann ein 2-poliger Antrieb einer Pumpe ohne angemessene Steuerung den Energieverbrauch in die Höhe treiben. Außerdem kann sich der erforderliche NPSH-Wert der Pumpe erhöhen, was zu Kavitation führen kann, wenn das System dies nicht leisten kann. Wenn man die Drehzahl mit einem VFD steuert und die Sollwerte trimmt, können sowohl 2- als auch 4-polige Anlagen sehr effizient sein. 

Lärm und Vibrationen, einfach ausgedrückt

Höhere Drehzahlen bedeuten in der Regel mehr Lüftergeräusche und ein größeres Risiko, auf mechanische Resonanzen zu stoßen. In den veröffentlichten Tabellen zum Motorgeräusch sind 2-polige Motoren in der Regel ein paar dB lauter als 4-polige Motoren im gleichen Gehäuse. Wenn Ihr Standort geräuschempfindlich ist, spielt das eine Rolle. Sie können das Geräusch mit einem besseren Lüfter, einer Schallschutzhaube oder einer 4-poligen Variante abmildern. 

Lager und Lebensdauer

Die Lebensdauer der Lager in Stunden sinkt mit steigender Drehzahl (bei sonst gleichen Bedingungen). Die grundlegende ISO 281 Lebensdauerrelation rechnet Umdrehungen in Betriebsstunden um, indem sie durch die Drehzahl geteilt wird. Das ist ein Grund dafür, dass 4-polige Antriebe oft mit kühleren Lagern laufen und zwischen den Überholungen länger halten. Die Qualität der Schmierung und die Belastung sind zwar immer noch ausschlaggebend, aber die Geschwindigkeit spielt eine Rolle bei der Berechnung. 

VFDs, "Umrichterbetrieb" und welche Polzahl am besten passt

Sowohl 2-polige als auch 4-polige Motoren lieben VFDs, wenn der Motor dafür gebaut ist. Achten Sie auf dem Typenschild oder Datenblatt auf "Inverter Duty" oder die Einhaltung von NEMA MG 1 Teil 31. Diese Motoren verfügen über eine Isolierung und oft auch über einen Lagerschutz, um schnelle Spannungsspitzen und lange Leitungen zu bewältigen. Wenn Sie sehr niedrige Drehzahlen bei vollem Drehmoment fahren müssen, sollten Sie eine externe Kühlung oder einen TEBC-Motor in Betracht ziehen. 

Über "Effizienz": Prüfen Sie das Etikett, nicht das Gerücht

Die Vorschriften haben eine hohe Effizienz auf breiter Front erzwungen. In der EU müssen ab dem 1. Juli 2023 viele 2-, 4- und 6-polige Motoren mit 75-200 kW IE4 erfüllen. In Nordamerika werden sowohl 2- als auch 4-polige Motoren die "NEMA Premium"-Vorschriften erfüllen. Fazit: Gehen Sie nicht davon aus, dass die Anzahl der Pole über die Effizienz entscheidet - das tun vielmehr Modell und Rahmen. Vergleichen Sie Typenschilder und Testdaten. 

2-polig vs. 4-polig in tabellarischer Form

Eine praktische Checkliste für die Auswahl

Prüfen Sie vor dem Kauf die folgenden Punkte:

• Welche Drehzahl will das angetriebene Gerät eigentlich?
• Ist das Drehmoment bei niedriger Drehzahl beim Anfahren wichtig?
• Gibt es Lärm- oder Vibrationsgrenzwerte in der Nähe von Menschen oder Sensoren?
• Was passiert bei Pumpen/Lüftern mit Durchfluss/Förderhöhe/Leistung, wenn die Geschwindigkeit abweicht?
• Ist der Motor für "Umrichterbetrieb" gemäß NEMA MG 1 Teil 31 ausgelegt? Leitungslängen? Lagerschutz?
• Vergleichen Sie die Wirkungsgrade auf den tatsächlichen Typenschildern (gleiche Leistung, gleiche Spannung, gleiches Gehäuse).

Bonus: kleine FAQ

• Verrichtet ein 4-Pol "mehr Arbeit" als ein 2-Pol? Nein. Pferdestärken sind Arbeitsraten. Bei gleicher PS-Zahl dreht sich der eine langsamer mit mehr Drehmoment, der andere schneller mit weniger Drehmoment. Verwenden Sie Getriebe oder VFDs, die den Anforderungen der Last entsprechen. 
• Sind 2-polige Motoren immer lauter? Oft, aber nicht immer. Rahmen, Lüfter, Gehäuse und Montage spielen ebenfalls eine Rolle. Prüfen Sie die Geräuschdaten, wenn der Geräuschpegel entscheidend ist. 
• Ist ein Typ immer effizienter? Nein. Die Effizienz hängt von der spezifischen Konstruktion und der Leistung ab. Moderne Vorschriften treiben beide auf ein hohes Niveau. Überprüfen Sie dies immer anhand des Datenblatts.