Antrieb Pumpe und Kompaktmotor effizient kombiniert

Redakteur: Karl-Ullrich Höltkemeier

Elektrische Energie ist die wichtigste Ressource in der Antriebstechnik. Vor dem Hintergrund steigender Energiepreise und des Bestrebens, die CO2-Emissionen nachhaltig zu reduzieren, können energetisch optimierte Anlagen mit einer gezielten Auswahl der Komponenten die größten Sparpotenziale freisetzen. Bei Pumpenanwendungen entfalten Elektromotoren mit geregelten Antrieben die besten Wirkungsgrade und setzen so die Energieeffizienzrichtlinie (EG) 640/2009 um.

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Der hamotic varicon Synchron-Kompaktantrieb von HANNING.
Der hamotic varicon Synchron-Kompaktantrieb von HANNING.
(Bilder: Hanning Elewktro-Werke)

Höhere Investitionen in moderne, energiesparende Antriebslösungen amortisieren sich bereits nach kurzer Zeit. Gewinnbringend wirken sich für die Betreiber vor allem die geringeren Betriebskosten einer Anlage aus. Damit erlangen die Lebenszykluskosten energieeffizienter Motoren und Antriebssysteme zunehmend an Bedeutung. Im Wirkungsgrad verbesserte IE2-Motoren reduzieren nachhaltig Energiekosten.

Betrachtet man jedoch eine Pumpen- und Anlagenkennlinie, zeigt sich, dass deutliche Einsparungen erst durch eine Drehzahlregelung der Pumpe erreicht werden. Obwohl die Kombination aus Motor und Frequenzumrichter klare Vorteile bietet, verhindern hohe Aufwände bei Installation und Inbetriebnahme oftmals den Einsatz dieser Technologie.

Für eine Vielzahl von Anwendungen sollen Pumpenmotoren nicht nur eine optimale Leistungsausbeute besitzen, sondern möglichst auch robust und durch einfache Handhabung einstellbar sein. Speziell bei kleineren Installationen ist die Errichtung eines zusätzlichen Schaltschranks nicht erwünscht und genau hier spielen drehzahlgeregelte Synchron-Kompaktantriebe (Bild 1) ihre Trümpfe aus. Am Synchron-Kompaktantrieb kann eine Prozesssteuerung angeschlossen werden und die Einstellung der Pumpenförderleistung ist direkt am Bedienteil möglich.

Pumpen für die Galvanotechnik

Die niederländische Firma HENDOR BV hat sich auf Pumpenanwendungen für die Galvanotechnik spezialisiert. Beim Galvanisieren werden hochkorrosive Medien verschiedener Viskosität mit Temperaturen bis zu 100°C gepumpt und gefiltert. Bei Förderleistungen von 1 bis 90 m³/h kommen Pumpen mit einer Leistung zwischen 0,25 kW und 11 kW zum Einsatz. Je nach Anwendung bestehen die Fördermedien aus Lösungen mit Anteilen verschiedener Metalle wie Chrom, Kupfer, Palladium oder Gold. Der ph-Wert dieser Lösungen liegt nicht selten im stark alkalischen oder sauren Bereich.

Vielfach werden Pumpensysteme eingesetzt, deren Durchflussmenge mit mechanischen Stellgliedern eingestellt wird. Ein Verfahren, das aufgrund der Charakteristik der Pumpenkennlinie eine nur geringe Energieausbeute erzielt. Auch steigende Verschmutzungsgrade der eingesetzten Filtergruppen verändern die Anlagenkennlinie und führen zu einer schlechten Energiebilanz und zu unnötigen Mehrkosten (Bild 2). In Systemen, in denen mit stärkerer Korrosion zu rechnen ist, müssen zudem kostenintensive Bauteile verwendet werden.

Vorteil 1: Energieeinsparung

HENDOR BV hat im Bereich der Pumpensysteme und vor allem bei maßgeschneiderten Lösungen umfassende Erfahrung. Die Anforderungen an die Systeme sind generell hoch. Robustheit, Zuverlässigkeit und Anwenderfreundlichkeit sowie hohe Wirtschaftlichkeit und lange Lebensdauer werden erwartet. Unter diesen Gesichtspunkten wurde für Anwendungen im kleineren und mittleren Leistungsbereich ein neuer Antrieb mit sehr guter Energieeffizienz gesucht.

Der hamotic varicon Synchron-Kompaktantrieb der HANNING ELEKTRO-WERKE erfüllt alle gewünschten Anforderungen. Damit das zur Verfügung stehende Einsparpotenzial genutzt werden kann, müssen Pumpe und Antrieb optimal aufeinander abgestimmt werden. Darüber hinaus kann der Kompaktantrieb kundenspezifisch mit zusätzlicher Hardware ausgestattet werden. Beispielsweise können Sensoren angeschlossen werden, die bei kleinen Anlagen zur Prozesssicherheit beitragen.

Vorteil 2: Optimal ausgelegte Motoren

Oftmals werden Motoren für mechanisch geregelte Pumpenanlagen aufgrund unbekannter Kenngrößen größer dimensioniert als erforderlich. Dies hat zur Folge, dass die verwendeten Asynchronmotoren nicht bei ihrem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden und – bei gleicher Leistungsabgabe wie genau angepasste Motoren – mehr Verlustleistung zum Betrieb benötigen.

Beim Einsatz einer Kombination aus HENDOR Pumpe und HANNING Synchron-Kompaktantrieb (Bild 3) werden Fehlanpassungen konsequent vermieden. Pumpe und Antrieb liefern exakt die von der Anwendung benötigte Leistung.

Vorteil 3: Minimale Materialbelastung

Das Betriebsverhalten des Antriebs hat einen großen Einfluss auf die Lebensdauer des installierten Leitungssystems und damit unmittelbar auf die Wartungs- und Reparaturkosten der gesamten Anlage. Der hamotic varicon Synchron-Kompaktantrieb minimiert Materialermüdung der Anlagenbauteile durch präzisen Rundlauf über den gesamten Drehzahlbereich.

Auch die bei Synchronmotoren bekannten Rippelmomente wurden durch eine geeignete Konstruktion vermieden. Dadurch wird eine stetige Förderleistung der Pumpe gewährleistet. Als weiterer Pluspunkt ist die Geräuschemission des Antriebs durch eine hohe Laufruhe minimal.

Vorteil 4: Erhöhte Ausfallsicherheit

Mithilfe umfangreicher Schutzschaltungen wird die Betriebssicherheit des Antriebs überwacht. Im Fall einer vorherzusehenden Überhitzung durch zu hohe Umgebungstemperaturen reduziert der Antrieb die Abgabeleistung in kleinen Schritten, um einem Anlagenstillstand effektiv vorzubeugen. Der Status des Antriebs wird am integrierten Display angezeigt.

Neben der Drehzahl, Temperatur und aufgenommenen Leistung lässt sich der Ablauf eines Sonderprogramms verfolgen. Über eine einfach einzubindende serielle Schnittstelle können alle wesentlichen Parameter des hamotic varicon Synchron-Kompaktantriebs ausgelesen werden, die Auskunft über den Zustand der gesamten Anlage geben. Mittels eines CAN-Netzwerks ist eine Einbindung in eine bestehende Prozesssteuerung möglich.

Vorteil 5: Eingebaute PFC und Netzeingangsfilter

Damit ein problemloser Betrieb an allen einphasigen Netzen sichergestellt wird, arbeitet im Netzeingang eine Power Factor Correction (PFC). Diese PFC sorgt dafür, dass der Antrieb vom Netz nur die Wirkleistung aufnimmt, und gewährleistet selbst bei größeren Netzschwankungen einen kontinuierlichen Betrieb.

Der Netzeingang wurde für den Anschluss in öffentlichen Niederspannungsnetzen ausgelegt und erfüllt die Grenzwertkurve B nach DIN EN 61800-3. Weitere Filter sind nicht erforderlich. Dem Anwender entstehen keine zusätzlichen Kosten für eine Entstörung. Im Vergleich zu einer Kombination von Umrichter und Motor entfällt die geschirmte Netzanschlussleitung.

Vorteil 6: Fehlersuche und Austauschbarkeit

Eine Hendor-Pumpe mit angeschlossenem hamotic varicon Synchron-Kompaktantrieb bietet viele Vorteile. Da die Förderleistung jederzeit auf die Prozessparameter angepasst werden kann, verringern sich mechanische Belastungen der Anlagenbauteile, was wiederum zu einer erhöhten Systemverfügbarkeit und längeren Lebensdauer führt. Sollte eine Pumpe dennoch einmal ausfallen, wird die Fehlererkennung mithilfe verständlicher Fehlermeldungen des Antriebs vereinfacht.

Der defekte Antrieb kann an der Pumpe leicht ausgetauscht werden. Die bei einer Kombination von Standardumrichter und Motor aufwendige Fehlersuche und die nach Einbau eines neuen Umrichters erforderliche Parametrierung entfallen vollständig. Jeder Synchron-Kompaktantrieb wird ab Werk mit vom Kunden vorgegebener Funktionalität geliefert und steht nach der Montage sofort für einen sicheren Betrieb zur Verfügung.(hö)

HANNING ELEKTRO-WERKE stellt auf der SPS/IPC/DRIVES aus: in Halle 4 Stand Nr. 251

www.konstruktionspraxis.de

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