Polumschaltbare Motoren &
der Dahlandermotor
Manchmal braucht eine Maschine zwei Drehzahlen – ohne Frequenzumrichter, ohne zweiten Motor. Der Dahlandermotor löst das mit einem einzigen Trick: einer Wicklung, die sich durch Umschalten in ihrer Polzahl verdoppeln lässt.
Warum überhaupt zwei Drehzahlen – und warum nicht einfach einen Frequenzumrichter?
Viele Maschinen brauchen keine stufenlose Drehzahlregelung, sondern nur zwei klar definierte Betriebspunkte: langsam zum Einrichten oder Positionieren, schnell für den eigentlichen Betrieb. Typische Beispiele sind Drehmaschinen, Bohrmaschinen, Kettenzüge und Lüftungsanlagen.
Die einfachste Lösung wäre ein zweiter Motor – aber das bedeutet doppeltes Gewicht, doppelten Platzbedarf und doppelte Kosten. Eine elegantere Lösung: einen einzigen Motor, der zwei verschiedene Drehzahlen schalten kann. Das ist die Grundidee des polumschaltbaren Motors.
Der Frequenzumrichter kann das zwar auch – und noch viel mehr. Er erlaubt stufenlose Regelung, Sanftanlauf, Energierückspeisung. Aber er kostet mehr, ist wartungsintensiver, und in manchen Umgebungen (Staub, Erschütterungen, Explosionsschutz) ist ein simpler, robuster Motor ohne Leistungselektronik die bessere Wahl. Für reine Zwei-Drehzahl-Anwendungen sind polumschaltbare Motoren deshalb heute noch praxisrelevant.
Robert Dahlander (1870–1935), schwedischer Ingenieur, entwickelte und patentierte 1897 gemeinsam mit Karl Arvid Lindström diese Schaltungsvariante. Der Dahlandermotor ist heute noch in der Ausbildung und Praxis präsent – auch wenn Frequenzumrichter in Neuanlagen oft bevorzugt werden.
Wie funktioniert Polumschaltung prinzipiell?
Die Verbindung zwischen Polzahl und Drehzahl kennen wir bereits aus dem Kapitel über Synchron- und Asynchronmotoren: ns = 60 · f / p. Je mehr Polpaare, desto langsamer dreht das Drehfeld – und damit auch der Rotor.
Polumschaltung bedeutet nichts anderes, als die Polzahl des Stators durch Umverdrahten der Wicklungen zu verändern. Die Netzfrequenz bleibt konstant, aber die Polpaarzahl p wechselt – und damit die synchrone Drehzahl. Das Drehzahlverhältnis ist durch die möglichen Polzahlen festgelegt.
Es gibt zwei Grundprinzipien der Polumschaltung:
Getrennte Wicklungen: Im Stator befinden sich zwei vollständig unabhängige Wicklungen mit unterschiedlicher Polzahl. Durch Umschalten wird entweder die eine oder die andere an das Netz gelegt. Das erlaubt beliebige Drehzahlverhältnisse (z.B. 4/6-polig → 1500/1000 min⁻¹), ist aber aufwändiger zu wickeln und hat mehr Anschlussklemmen.
Dahlanderschaltung (eine Wicklung): Eine einzige Wicklung wird durch Umschalten ihrer Verschaltung so verändert, dass sich die effektive Polzahl halbiert oder verdoppelt. Das Drehzahlverhältnis ist dabei immer 1:2. Das ist die clevere Lösung, auf die wir uns im nächsten Kapitel konzentrieren.
Polumschaltung und Stern-Dreieck-Anlauf sind grundlegend verschieden. Stern-Dreieck ändert nicht die Polzahl – es ändert nur die Wicklungsspannung beim Anlauf. Polumschaltung hingegen ändert die tatsächliche Polzahl und damit die Betriebsdrehzahl dauerhaft.
Was macht den Dahlandermotor besonders – und wie funktioniert die Dreieck/Doppelstern-Schaltung?
Der Dahlandermotor ist ein normaler Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer – mit einer entscheidenden Besonderheit in der Statorwicklung. Jeder der drei Wicklungsstränge (U, V, W) ist in zwei Hälften unterteilt: 1U–2U, 1V–2V und 1W–2W. Diese Hälften können in Reihe oder parallel geschaltet werden – und genau das verändert die Polzahl.
Das Entscheidende ist der Unterschied in der Stromrichtung: In der Dreieckschaltung fließt der Strom durch beide Wicklungshälften in Reihe – das erzeugt in jeder Hälfte ein Magnetfeld in gleicher Richtung. Zusammen ergibt das eine bestimmte Polzahl. In der Doppelsternschaltung werden die Hälften parallel geschaltet, und die Mitte der Wicklung bildet einen gemeinsamen Sternpunkt. Dadurch dreht sich die Stromrichtung in einer Hälfte – das magnetische Feldmuster ändert sich, die effektive Polzahl halbiert sich, und die Drehzahl verdoppelt sich.
Dreieck / Doppelstern (Δ/YY): Konstantes Drehmoment in beiden Stufen. Geeignet für Werkzeugmaschinen, Drehbänke, Bohrmaschinen – Maschinen bei denen die Last unabhängig von der Drehzahl ist.
Stern / Doppelstern (Y/YY): Das Drehmoment steigt quadratisch mit der Drehzahl. Geeignet für Lüfter und Pumpen – hier steigt die benötigte Antriebskraft mit dem Quadrat der Drehzahl (quadratisches Gegenmoment).
| Eigenschaft | Dreieck / Doppelstern (Δ/YY) | Stern / Doppelstern (Y/YY) |
|---|---|---|
| Drehmomentverhalten | Konstant in beiden Stufen | Quadratisch ansteigend |
| Typische Anwendung | Werkzeugmaschinen, Hebezeuge | Lüfter, Pumpen, Ventilatoren |
| Drehzahlverhältnis | 1:2 | 1:2 |
| Häufigkeit | Gebräuchlichste Variante | Seltener, nur Lüfterantriebe |
Wie wird der Dahlandermotor angeschlossen, und was ist am Klemmbrett zu beachten?
Das Klemmbrett des Dahlandermotors hat sechs Klemmen: 1U, 1V, 1W, 2U, 2V, 2W. Die Zahl steht dabei vor dem Buchstaben – das ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zu normalen Drehstrommotoren, bei denen der Buchstabe voransteht (U1, V1, W1).
Beim Dahlandermotor steht die Zahl vor dem Buchstaben: 1U, 1V, 1W, 2U, 2V, 2W.
Beim normalen Drehstrommotor steht der Buchstabe vor der Zahl: U1, V1, W1, U2, V2, W2.
Das ist kein rein optischer Unterschied – es verhindert die versehentliche Verwechslung beider Motortypen beim Anschluss.
| Stufe | Netzanschluss | Brücken | Offene Klemmen |
|---|---|---|---|
| Langsam (Δ) | L1→1U, L2→1V, L3→1W | 2U–2V–2W (Δ-Brücke) | – |
| Schnell (YY) | L1→2U, L2→2V, L3→2W | 1U–1V–1W (Sternbrücke) | – |
Beim Umschalten von langsam auf schnell wird oft vergessen, die Dreieckbrücke (2U–2V–2W) aufzutrennen und durch die Sternbrücke (1U–1V–1W) zu ersetzen. Werden beide Brücken gleichzeitig gesetzt, entsteht ein Kurzschluss im Wicklungskreis – der Motor kann dabei beschädigt werden.
Die Schützschaltung muss daher eine Verriegelung haben: Niemals können beide Schaltzustände gleichzeitig aktiv sein.
Für den Anschluss und Betrieb von polumschaltbaren Motoren gelten in Österreich die ÖVE/ÖNORM EN 60034 Reihe (Drehende elektrische Maschinen) sowie die ÖVE/ÖNORM E 8001 für die Errichtung von Niederspannungsanlagen. Vor Arbeiten an der Schützschaltung sind die 5 Sicherheitsregeln nach ÖVE/ÖNORM EN 50110 anzuwenden.
Wann wird der Dahlandermotor heute noch eingesetzt – und wo hat ihn der Frequenzumrichter abgelöst?
Der Dahlandermotor ist keine veraltete Technologie – er ist eine robuste, kosteneffiziente Lösung für einen klar definierten Einsatzbereich. Für Anwendungen mit genau zwei Betriebspunkten, die keine Zwischendrehzahlen brauchen, ist er dem Frequenzumrichter in mehreren Punkten überlegen.
| Kriterium | Dahlandermotor | Frequenzumrichter + Motor |
|---|---|---|
| Drehzahlstufen | Genau 2 (festes 1:2 Verhältnis) | Stufenlos regelbar |
| Kosten | Günstiger bei einfachen Anwendungen | Höhere Anschaffungskosten |
| Robustheit | Keine Leistungselektronik, sehr robust | Empfindlicher gegen Umgebungseinflüsse |
| Wartung | Gering (Käfigläufer, keine Elektronik) | Höherer Wartungsaufwand |
| Ausfall einer Stufe | Beide Stufen betroffen (eine Wicklung) | Notbetrieb mit reduzierter Drehzahl möglich |
| Energieeffizienz | Gut bei Nennbetrieb | Besser bei Teillastbetrieb |
| Einsatzbereich | Nur 50 Hz / 60 Hz Netzbetrieb | Unabhängig von Netzfrequenz |
In der Praxis wird der Dahlandermotor heute besonders dort eingesetzt, wo Leistungselektronik problematisch ist: in staubreichen Umgebungen, bei starken Erschütterungen, in Explosionsschutzzonen oder einfach dort, wo eine bewährte, einfache Lösung ohne Elektronik gewünscht ist. Neuinstallationen mit Frequenzumrichter sind jedoch in den meisten Bereichen energieeffizienter und flexibler – der Dahlandermotor ist deshalb im Altbestand häufiger als in Neuanlagen.
- Keine Leistungselektronik → sehr robust und wartungsarm
- Einfacher und kostengünstiger als Frequenzumrichter bei genau zwei Drehzahlen
- Direkt am Netz betreibbar, keine Oberschwingungen
- Bewährte Technologie, gut dokumentiert
- Drehzahlverhältnis immer 1:2 – keine andere Abstufung möglich
- Bei Wicklungsschaden: beide Drehzahlen ausgefallen (kein Notbetrieb)
- Aufwändigere Schützschaltung mit Verriegelung nötig
- Doppelsternschütz ist häufige Fehlerquelle
- Nicht für stufenlose Regelung geeignet
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Formelsammlung
- n_s
- Synchrone Drehzahl (min⁻¹)
- f
- Netzfrequenz (Hz)
- p
- Polpaarzahl = Polzahl ÷ 2
- Δ
- Dreieck – langsame Stufe (mehr Pole)
- YY
- Doppelstern – schnelle Stufe (weniger Pole)
- Netz
- an Klemmen 1U, 1V, 1W
- Brücke
- 2U – 2V – 2W intern verbunden
- Netz
- an Klemmen 2U, 2V, 2W
- Brücke
- 1U – 1V – 1W Sternpunktbrücke
Fachbegriffe
- DahlandermotorDrehstrom-Asynchronmotor mit einer Statorwicklung, die durch Umschalten im Verhältnis 1:2 polumgeschaltet werden kann. Benannt nach Robert Dahlander (1870–1935).
- Dreieck/Doppelstern (Δ/YY)Gebräuchlichste Dahlanderschaltung. Konstantes Drehmoment in beiden Stufen. Langsam = Dreieck (Reihenschaltung der Wicklungshälften), Schnell = Doppelstern (Parallelschaltung).
- Stern/Doppelstern (Y/YY)Seltene Dahlandervariante für Lüfter- und Pumpenantriebe. Quadratisch ansteigendes Drehmoment mit der Drehzahl.
- Doppelstern (YY)Schaltung bei der beiden Wicklungshälften parallel liegen und zwei Sternpunkte entstehen. Erzeugt die halbe Polzahl → doppelte Drehzahl.
- PolumschaltungVeränderung der Polzahl einer elektrischen Maschine durch Umverdrahten der Statorwicklung, um die Betriebsdrehzahl zu ändern.
- Getrennte WicklungenZwei vollständig unabhängige Wicklungen im Stator. Erlaubt beliebige Drehzahlverhältnisse, aber mehr Klemmen und Aufwand.
- Klemmen 1U/1V/1W, 2U/2V/2WBezeichnung der sechs Klemmen am Dahlandermotor. Zahl vor Buchstabe – wichtiges Erkennungsmerkmal gegenüber normalen Drehstrommotoren (U1, V1, W1…).
- Quadratisches GegenmomentDas Widerstandsdrehmoment steigt quadratisch mit der Drehzahl – typisch für Lüfter und Pumpen. Bei halber Drehzahl nur 1/4 des Drehmomentes nötig.
- PAM-SchaltungPole Amplitude Modulation – Weiterentwicklung nach Rawcliffe, ermöglicht Drehzahlverhältnis 1:1,5 (z.B. 4/6-polig). Selten eingesetzt.
- Wikipedia DE: Dahlandermotor (abgerufen 2025)
- ÖVE/ÖNORM EN 60034 – Drehende elektrische Maschinen (aktuell gültige Fassung beim ASI prüfen)
- ÖVE/ÖNORM EN 50110 – Betrieb von elektrischen Anlagen
- Seva-tec.de: Polumschaltbare Elektromotoren
- Elosal.de: Dahlanderschaltung – Fachhandel für Elektromotoren
- Forum Zerspanungsbude: Dahlander Dreieck/Doppelstern vs. Stern/Doppelstern (2021)