Neues Pumpenschutzmodul „MultiProtector“ für NETZSCH-Pumpen warnt vor Schäden

Aufgrund ihres besonderen Pumpprinzips eignen sich Verdrängerpumpen für die druck- und volumenstabile Förderung von viskosen und anderen schwierigen Medien. Um die hohe Zuverlässigkeit der Pumpen bei unterschiedlichsten Anwendungen und Einsatzbedingungen sicherzustellen, sind ein Trockenlauf der Pumpe, Überdruck im Aggregat sowie eine Überhitzung des Motors unbedingt zu vermeiden. Da diese Zustände selbst bei einem kurzfristigen Eintreten zum Ausfall der Pumpe und zu Schäden führen können, werden in den Pumpen verschiedene Sensoren verbaut. Bislang ist es jedoch üblich, für jeden dieser drei kritischen Parameter eine eigene Auswerteelektronik anzuschaffen, die jeweils Platz im Schaltschrank erfordert und Kosten verursacht.

Der globale Hersteller NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH mit Hauptsitz in Waldkraiburg hat sich nun entschieden, das Vorgehen für seine Aggregate zu vereinfachen und ein Pumpenschutzmodul ins Portfolio aufzunehmen, das alle notwendigen Funktionen in einem Gerät vereint. Der sogenannte MultiProtector verfügt unter anderem über drei Temperatureingänge, mit deren Hilfe das Gerät nicht nur die Trockenlauf-relevante Statortemperatur analysieren kann, sondern auch die des Motors. Hinzu kommen ein Eingang für Drucksensoren sowie zwei Schnittstellen für konduktive Messungen zur Leckageüberwachung. Zwei Relais fungieren als Ausgänge, so dass beispielsweise ein Warn- und ein Alarmsignal ausgegeben werden können. Die Parametrierung erfolgt mittels mobilem Endgerät und einer zugehörigen App. Auch Fehler lassen sich so auslesen, die Fehlerhistorie als PDF exportieren und eine Live-Diagnostik durchführen.

Verdrängerpumpen wie die NEMO® Exzenterschneckenpumpen von NETZSCH zeichnen sich durch eine druck- und volumenstabile Förderung von Medien unabhängig von deren Konsistenz oder Viskosität aus. Diese guten Fördereigenschaften basieren auf dem besonderen Verdrängerprinzip der Pumpe. Die Hauptbestandteile des Systems sind eine rotierende Komponente, der Rotor, und eine feststehende, der Stator, in dem sich der Rotor oszillierend bewegt. Die Förderräume, die sich durch die exakte Geometriepaarung zwischen Stator und Rotor bilden und kontinuierlich von der Eintritts- zur Austrittsseite bewegen, transportieren das Medium. Auf diese Weise kann jeder Stoff gefördert werden, solange er nur fließfähig ist.

Gelangt jedoch keine Flüssigkeit zur Kühlung und Schmierung mehr an die Rotor-Stator-Paarung, läuft das System trocken und es können schnell problematisch hohe Temperaturen über 100 °C entstehen. „Das Elastomer des Stators ist temperaturempfindlich. Unsere Versuche haben gezeigt, dass bereits ein kurzer Trockenlauf von wenigen Minuten kritisch ist und zu einer dauerhaften Schädigung führen kann“, erläutert Mikael Tekneyan, Teamleiter Entwicklung digitaler Produkte bei NETZSCH. „Um das zu verhindern und die einwandfreie Funktion der Pumpe sicherzustellen, muss genau diagnostiziert werden, ob die Temperatur dort in Ordnung ist. Bei kritischen Werten ist eine schnelle Abschaltung notwendig.“ Zu diesem Zweck hat NETZSCH den Temperatursensor STP2 im Lieferprogramm, der ins Elastomer eingelassen wird, sowie ein einfaches elektronisches Auswertegerät, das im Schaltschrank verbaut wird und die Temperatur anzeigt.

Bislang branchenübliche separate Auswertegeräte

Auch der Antriebsmotor muss mittels Temperatursensor überwacht werden: „Motoren sind typischerweise für bestimmte Temperaturbereiche konstruiert, die Grenze für das Innere des Motors liegt in der Regel zwischen 60 und 80 °C“, erklärt Tekneyan. „Höhere Werte schädigen den Motor, eine Überhitzung muss daher in jedem Fall verhindert werden.“ Ähnliches gilt für den hydraulischen Druck im Aggregat, der mittels Drucksensoren überwacht wird. „Unsere Pumpen sind so ausgelegt, dass sie den Kräften und Drehmomenten, die im Pumpenraum wirken, bis zu einem bestimmten Punkt widerstehen“, so Tekneyan weiter. „Wird die Schwelle überschritten, kann es zu Schäden am Antriebsstrang kommen.“ Wie beim Trockenlauf und der Motorüberhitzung ist damit zu rechnen, dass die Pumpe nach dieser Überbeanspruchung nicht mehr einwandfrei funktioniert, Komponenten ausgetauscht werden müssen oder die Pumpe ihre Funktion ganz einstellt.

„In der Branche ist es üblich, dass der Anwender oder die Anwenderin der Pumpe für jedes dieser Signale aus dem Aggregat eine eigene elektronische Auswerteeinheit bekommt“, erläutert Tekneyan. „Das war bis vor kurzem auch bei uns der Fall. Für den Kunden oder die Kundin ist es jedoch wesentlich einfacher, statt mehrere, einzelne Analysegeräte nur noch eines im Schaltschrank zu haben.“ Auf diese Weise wird nicht nur Platz eingespart, sondern auch die Nutzerfreundlichkeit erhöht, da alle Werte aus einer Elektronik ausgelesen sowie verglichen werden können. NETZSCH hat sich daher entschlossen, die Auswertefunktionen für seine Pumpen in einem Gerät zusammenzuführen und das Pumpenschutzmodul „MultiProtector“ ins eigene Portfolio aufzunehmen.

Auswerteeinheit mit insgesamt acht Ein- und zwei Ausgängen

Der MultiProtector ist auf einer Hutschiene im Schaltschrank montierbar und verfügt über eine Reihe von Eingängen. Durch die bestehende Verbindung zum Motor können Motorfrequenz und -spannung überwacht werden. Auch drei Temperatureingänge sind vorhanden, an denen sich die Sensoren für Motor- und Statortemperatur anschließen lassen. Der dritte Temperatureingang ist frei wählbar, hier lässt sich je nach Anwendung beispielsweise die Temperatur des Mediums messen, die in der Lebensmittelherstellung besonders relevant ist. Der Sensor kann jedoch auch am Getriebe oder einem anderen Bauteil angebracht werden und dessen Temperatur überwachen.

Zudem verfügt das Gerät über einen 0-20 mA-, beziehungsweise über einen 4-24 mA-Standardeingang, der von NETZSCH genutzt wird, um Drucksensoren anzuschließen. Hinzu kommen zwei weitere Eingänge, die eine zusätzliche Möglichkeit der Absicherung bieten und bei Auswertegeräten bislang nicht integriert waren. Sie ermöglichen eine konduktive Messung: „Sobald statt Luft ein leitfähiges Medium an diese Messstellen gelangt, werden sie überbrückt und der Widerstand sinkt“, erklärt Tekneyan. „Da mit Pumpen viele leitfähige Flüssigkeiten gefördert werden, lassen sich Leckagen gut mit Hilfe der Detektoren feststellen, wenn die Messstellen an zwei verschiedenen, günstigen Orten außerhalb der Pumpe angebracht werden.“

Im Gegensatz zu vielen anderen Elektronik-Auswertegeräten verfügt das Pumpenschutzmodul über zwei Relais-Ausgänge, die frei parametrierbar sind. Da es sich um einfache und eindeutige Signale handelt, lassen sie sich sehr leicht in Schaltungen einbringen und können von Steuerungen ausgewertet werden. Man muss dazu beispielsweise über keine SPS oder Logikeinheit im Schaltschrank verfügen. Beide Relais sind aufschaltbar, entweder für ein Abschaltgerät bzw. für andere Auswertegeräte, die ein Herunterfahren des Gesamtsystems auslösen sowie für Frequenzumrichter oder für LEDs, um ein optisches Signal wiederzugeben.

Da es sich um zwei Ausgänge handelt, lassen sich beispielsweise sowohl ein Warn-, als auch ein Alarmpegel definieren. „Viele Auswertegeräte erlauben tatsächlich nur einen einzigen Pegel; einen Alarmwert, der so gesetzt wird, dass sofort eine gezielte Abschaltung des Geräts erfolgt“, so Tekneyan. „Der MultiProtector zeigt dieses Signal, das auf einen eklatanten Fehler hinweist, ebenfalls an. Mit dem zweiten Signal kann jedoch ein Pegel ausgegeben werden, der ähnlich einer Ampel orange anzeigt.“ Der Kunde oder die Kundin könnte beispielsweise an seinem Schaltschrank eine Leuchte anbringen, die optisch deutlich macht, dass die Schwelle für den Warnwert bei einer bestimmten Pumpe überschritten wurde. So kann er sie überprüfen, bevor der Alarmwert erreicht und die Pumpe automatisch abgeschaltet wird.

Parametrierung und Analyse mittels App

Das Pumpenschutzmodul verfügt über ein digitales Interface, an das sich mobile Endgeräte wie Smartphone, Tablet oder Laptop anschließen lassen, um den MultiProtector mittels App zu parametrieren und Fehler auszulesen. Das ist deutlich komfortabler als bei vielen üblichen Auswerteeinheiten, an denen dies umständlich und unübersichtlich mit Knöpfen am Gerät vorgenommen werden muss. So können beispielsweise die Schwellenwerte für die Sensorsignale in der App definiert werden, für einen Temperatursensor lassen sich etwa eine Warnung bei 50 °C und ein Alarm bei 60 °C einstellen. Die aktuellen Werte werden in der Folge kontinuierlich mit den festgelegten Schwellenwerten verglichen und bei der Überschreitung erfolgt ein Eintrag in den Fehlerspeicher.

Diese Fehlerhistorie wiederum kann mittels App ausgelesen werden. Auch die Anzahl der Startvorgänge und Betriebsstunden wird gespeichert, so dass sich die Belastung der Pumpe und damit der Wartungsbedarf ablesen lassen. Besonders beanspruchte Bauteile können im Rahmen der Instandhaltung dann genauer inspiziert werden. Bei herkömmlichen Systemen handelt es sich bei einem Betriebsstundenzähler in der Regel um ein separates Elektronikelement im Schaltschrank, sodass dank des MultiProtectors eine weitere Komponente eingespart werden kann.

Per Klick in der MultiProtector-App lässt sich zudem ein PDF-Report mit Fehlerhistorie, Statistiken und Einstellparametern erstellen, der leicht interpretierbar ist. Der Kunde und die Kundin können diesen zur Dokumentation sowie zur Fehlerbehebung nutzen. „Tritt ein Fehler auf, der zur Abschaltung führt, lässt sich im Optimalfall aus den Reporten nachvollziehen, welche Prozesse im Vorfeld über einen bestimmten Zeitraum hinweg zur Abschaltung geführt haben“, erläutert Tekneyan. „Damit lässt sich die Fehlersuche eingrenzen.“ Bei der Diagnose schadhafter Teile dienen die Reporte ebenfalls der Ursachenforschung.

Darüber hinaus erlaubt das Gerät auch eine Live-Diagnose. „Das lohnt sich beispielsweise dann besonders, wenn ein Fehlerfall mit Abschaltung vorliegt und bei einem erneuten Automatikbetrieb der Pumpe derselbe Fehler wieder auftritt sowie eine Abschaltung auslöst“, so Tekneyan. „Dann kann das Mobilgerät mit der App an das Pumpenschutzmodul angeschlossen werden und der Techniker und die Technikerin können sich die Sensoreingänge zur Diagnose anzeigen lassen.“

So wird der zeitliche Verlauf der Signale live beobachtbar und der Wert, der beim erneuten Anfahren der Pumpe direkt zur Abschaltung führt, lässt sich identifizieren. Die Daten dieses Monitorings in der App werden im csv-Format gespeichert und können zur weiterführenden Analyse verwendet werden. Auch ein längeres Monitoring ist möglich, dafür wird das Mobilgerät für einen bestimmten Zeitraum dauerhaft angeschlossen, so dass die Pumpe beispielsweise über einige Tage oder eine Woche genauer überprüft werden kann.

Resümee und Ausblick

Aktuell gibt es für die vielen Sensoren an den NETZSCH-Pumpen einzelne Geräte, die im Schaltschrank zusammengeführt werden müssen, was dort viel Platz verbraucht und Kosten verursacht. Mit dem neuen Pumpenschutzmodul können die Signale gebündelt, Kosten gesenkt und der Platz im Schaltschrank besser genutzt werden. Eine App erlaubt die komfortable Parametrierung des Moduls, die Eingabe von Schwellenwerten und die Dokumentation sowie den Export der Fehlerhistorie. Zudem kann der MultiProtector für eine kurzfristige Live-Diagnostik eingesetzt werden.

Dies hat Vorteile gegenüber Monitoringlösungen via Cloud: „Das Pumpenschutzmodul ist physisch sehr nah an der Pumpe, sodass völlig unabhängig von zusätzlicher Infrastruktur sehr schnell eine Sicherheitsabschaltung vorgenommen werden kann“, so Tekneyan. „Bei Systemen, in denen die Schwellenwerte in der Cloud abgelegt werden, besteht bei einer Verbindungsunterbrechung keine Möglichkeit mehr, den Schwellenwert zu erkennen und die Pumpe abzuschalten.“

Der MultiProtector funktioniert bei jedem Förderprinzip und kann damit sowohl mit Exzenterschneckenpumpen als auch mit den Drehkolben- und Schraubenspindelpumpen im NETZSCH-Portfolio genutzt werden.