Mit der Drehzahlregelung lässt sich die Förderleistung von Pumpen exakt dem Bedarf anpassen. Der dazu erforderliche Frequenzumrichter erlaubt gleichzeitig den Einsatz von Synchronmaschinen mit ihrem prinzipiell höheren Wirkungsgrad.
Drehzahlgeregelte Pumpen bieten dem Anwender die Möglichkeit, den Energieverbrauch erheblich zu senken, insbesondere bei einem stark schwankenden Bedarf. Gerade die Drehzahlregelung selbst – per Frequenzumrichter – ebnet darüber hinaus noch der Ablösung der Asynchronmotoren den Weg. „Ist der Umrichter vorhanden, benötige ich die Selbstanlauffähigkeit der Asynchronmotoren am Netz nicht mehr und kann deshalb auf Technologien ausweichen, die von Hause aus einen höheren Wirkungsgrad bieten, etwa permanentmagneterregte Synchronmotoren“, erläutert Daniel Gontermann, Leiter Vertrieb Automation und Antriebstechnik bei der Frankenthaler KSB Aktiengesellschaft.
Innerhalb der nächsten fünf Jahre sei hier sicher mit bahnbrechenden Neuerungen zu rechnen, ist Gontermann überzeugt. Einen Ausblick ermöglichten die im letzten Jahr vorgestellten Varianten der Wassernorm- und Umwälzpumpen der ETA-PumpDrive-Familie bis 45 kW Antriebsleistung. „Bei deren Antriebsmotor handelt es sich um eine Synchronmaschine, bei der – anders als beim Asynchronmotor – keine Verluste durch einen Kurzschlusskäfig auftreten.“ Das umlaufende Statormagnetfeld werde durch eine elektronische Kommutierung erzeugt, mit deren Hilfe sich selbstverständlich auch die Drehzahl des Rotors verändern lasse. „Dadurch hat der Antrieb am Nennpunkt und vor allem im Teillastbereich einen wesentlich besseren Wirkungsgrad als ein konventioneller Asynchronmotor der Effizienzklasse IE2 (Eff1).“ Auch der mögliche zukünftige Standard der Effizienzklasse IE4 – zum inhaltlichen Stand des Entwurfs der IEC 60034-30 (10-2008) – sei mit dieser Technologie heute schon erreichbar.
KSB gibt an, dass sich Synchronantriebe bei Pumpen allerdings bislang erst bei kleinen Nennleistungen bis etwa 4 kW durchgesetzt hätten, da die Herstellungskosten der Motoren inklusive der Leistungselektronik im Vergleich zu den einfach aufgebauten und in hohen Stückzahlen gefertigten Asynchronmaschinen vergleichsweise hoch seien. Dazu tragen auch die erforderlichen Magnetwerkstoffe bei. Gerade die intensive Diskussion um die langfristige Entwicklung auf dem Markt für seltene Erden (sie werden für die Herstellung der Hochleistungsmagnete benötigt) verhindere, so die Frankenthaler weiter, dass die Motorenhersteller in die teuren Produktionsanlagen für Synchronmotoren großer Leistung investierten. Das Bestreben vieler Entwicklungsabteilungen sei es daher, Hartferrite im Rotor zu verwenden oder Magnete durch den Rückgriff auf das lange bekannte Reluktanz-Prinzip vollständig zu vermeiden. Dabei fordert allerdings das Erreichen hoher Wirkungsgrade und eines geräuscharmen Betriebs die Konzeption der Motorregelung im Frequenzumrichter heraus. „Unsere ETA-PumpDrive-Aggregate mit Synchronantriebsvariante haben heute schon magnetfreie Motoren und sind mit Wirkungsgraden zwischen 90 und 97 Prozent schon ab 2,2 Kilowatt Nennleistung langfristig wettbewerbsfähig, verglichen mit geregelten Asynchronantrieben“, sagt Dr. Manfred Oesterle, Leiter des Konzernbereichs Automation und Antriebstechnik bei KSB.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass es bei der Auslegung von Pumpsystemen immer wichtig ist, vor dem Blick auf einzelne Komponenten wie Pumpe und Motor das Gesamtsystem zu analysieren (siehe Industrieanzeiger 12/2010, S. 20 ff.). KSB empfiehlt hierzu bei der Planung ein vierstufiges Vorgehen: von der Analyse des Lastprofils über das Ermitteln einer bedarfsorientierten Fahrweise und der Auslegung der Pumpe auf den Arbeitspunkt bis zum Einsatz effizienterer Komponenten, etwa Energiesparmotoren.
„Entscheidend ist auch, die Punkte in der genannten Reihenfolge abzuarbeiten“, betont Daniel Gontermann abschließend. Das größte Potenzial lasse sich zu Beginn heben.
Michael Corban Fachjournalist in Nufringen
Teilen:
