In vielen Anwendungen, beispielsweise bei der Dosierung von Inhaltsstoffen in der Pharma- oder Lebensmittelindustrie, sind Pumpen erforderlich, die sich nicht nur hinsichtlich Fördermenge und -zeitraum präzise steuern lassen, sondern die Ingredienzien auch besonders schonend fördern. Damit die Pumpenaggregate der ecodos-Serie der Lewa GmbH dies noch flexibler sowie energieeffizienter erfüllen können, erweitert der Hersteller sein Portfolio um eine neue Form der Weitbereichsdrehzahlregelung (WBR).
Neben Asynchronmotoren und den Servomotoren kommen nun auch Permanentmagnet-Synchronmotoren, kurz PMSM, zum Einsatz. Sie zeichnen sich durch hohe Energieeffizienz und einen Regelbereich größer 1 : 200 aus. Dadurch wird das Anwendungsspektrum deutlich erweitert. Auf den Einsatz mehrerer Pumpen für unterschiedliche Fördermengen oder eine Überdimensionierung von Asynchronmotoren bei niedrigen Drehzahlen kann hier verzichtet werden. Da sich der PMSM lüfterlos konzipieren lässt, bleibt er kompakt und leicht zu reinigen. Letzteres prädestiniert ihn für hygienische Anwendungen. Der hohe Wirkungsgrad über den kompletten Regelbereich gemäß Energieeffizienzklasse IE5+ reduziert zudem die Energiekosten und sorgt damit für eine niedrigere Total Cost of Ownership (TCO).
Bei den bisher verwendeten Motorentechnologien müssen Abstriche in Kauf genommen werden: „Bei klassischen Asynchronmotoren, deren Rotor aus einem Kurzschlussläufer besteht, bleibt der Regelbereich auf 1:10 beschränkt (1:50 sind im Einzelfall möglich). Mit einer Drehgeberrückführung ist eine deutliche Erweiterung möglich“, so Maurice Wirkner, Application Manager bei Lewa. „Zudem ist der Antrieb außerhalb der Nenndrehzahl – besonders bei geringen Drehzahlen – relativ ineffizient. Das erfordert eine Überdimensionierung des Antriebs und erhöht somit die Betriebskosten.“ Servomotoren sind zwar für hochdynamische Anforderungen optimiert und decken den kompletten Regelbereich (1 bis 210 Pumpenhübe) ebenfalls ab. Sie sind allerdings teurer in der Anschaffung und benötigen zudem einen Servo-Umrichter zur Steuerung.
WBR mit Permanentmagnet-Synchronmotor erweitert den Anwendungsbereich
„Im Gegensatz zum Asynchronmotor besteht der Rotor des Permanentmagnet-Synchronmotors – wie der Name schon sagt – aus Permanentmagneten und dreht synchron, also ohne lastabhängigen Schlupf“, so Wirkner. „Er zeichnet sich unter anderem durch seinen extremen Regelbereich aus, was den Einsatz von mehreren Pumpen für unterschiedliche Fördermengen oft überflüssig macht. Dabei kann besonders bei Mehrfachpumpen auf eine zusätzliche Handhubverstellung (HHV) oder elektrische Huberstellung (EHV) verzichtet und der benötigte Volumenstrom nur durch die Drehzahlregelung realisiert werden. Der PMSM weist zudem ein konstantes Drehmoment auf. Das komplette Moment kann also ab Motor-Drehzahl 0 U/min (Stillstand) bis zur Nenndrehzahl des Motors abgerufen werden. So wird ein besonders sanftes und produktschonendes Anfahren des Systems sichergestellt, da jeder Prozess mit einer Förderleistung von 1 Prozent statt der sonst üblichen 10 Prozent gestartet werden kann.“
Auch eine hohe kurzzeitige Überlastfähigkeit ist gegeben, was für das Startmoment eine Antriebsauslegung ohne Überdimensionierung ermöglicht. Somit sind kleinere, kosteneffizientere Baugrößen realisierbar als bei den klassischen Antrieben. „Wie der Asynchronmotor lässt sich der PMSM über einen Standard-Frequenzumrichter ansteuern, so dass der Anwender auf Gleichteile zurückgreifen kann“, erklärt Wirkner. „Beim Servomotor wäre im Gegensatz dazu die Anschaffung von teuren Servoumrichtern notwendig.“ Zudem lässt sich der kompakte Antrieb aufgrund seiner lüfterlosen Ausführung gut reinigen und verfügt über einen hohen IP-Schutz. Bei Bedarf kann er zusätzlich einer Oberflächenbehandlung mit nsd tupH unterzogen werden. Das Verfahren macht die Oberfläche widerstandsfähig und noch einfacher zu reinigen. Damit ist er optimal für Anwendungen mit hohen hygienischen Anforderungen geeignet, beispielsweise für die Aromadosierung in der Lebensmittelindustrie oder die Additivbeimengung im Pharmabereich.
Einzige derzeitige Einschränkung der verwendeten PMSM ist die Verwendung in Nicht-Ex-Bereichen. „Durch die WBR mittels IE5+-PMSM können wir die zunehmenden Anforderungen der Kunden nach einem weiteren Stellbereich und geringeren Energie- sowie Gesamtkosten erfüllen“, resümiert Wirkner. „Besonders das Thema Energieeffizienz wird für unsere Kunden immer wichtiger. Auch eine dezentrale Lösung, in welcher der Frequenzumrichter direkt am PMSM verbaut ist, kann mittlerweile mit der Getriebebau Nord GmbH & Co. KG, dem Lewa Motorenpartner für PMSM, realisiert werden.“
