Die kommunikationsfähige Pumpe

Der Drehstrom-Asynchronmotor ist aufgrund seiner einfachen Instandhaltung und seines genormten mechanischen Aufbaus der meistverwendete Motor. Integrierte Frequenzumrichter erhöhen die Flexibilität dieses preiswerten und in vielen Leistungsabstufungen erhältlichen Antriebs.

Aus Sicht der Pumpenbauer ergeben sich durch das Zusammenspiel Pumpenantrieb und Frequenzumrichter wesentliche Vorteile. Durch exakte Drehzahleinstellung des

Pumpenantriebs wird der Energieeintrag ins Medium auf ein Minimum reduziert. Zusätzliche Widerstände auf der Pumpendruckseite zur Betriebspunkteinstellung wie Blenden, Klappen, Drosseln entfallen – ein wesentlicher Beitrag zur produktschonenden Förderung. Produktänderung oder -schädigung durch ein Übermaß an mechanischer Einwirkung wird somit vermieden. In Folge entsteht durch geringere Geräuschentwicklung ein verbessertes Arbeitsumfeld.

Druckstöße können durch frei einstellbare Hoch- und Rücklauframpen verringert werden. Ventile, Filter, Klappen, Rohrleitungshalterungen und -stützen werden weniger beansprucht.

Frequenzumrichter haben gegenüber anderen Einstellmöglichkeiten zur Leistungsanpassung wie Bypassregelung, Drosselung, Polumschaltung oder Regelgetriebe gewisse Vorteile. Dies sind zunächst leichte Automatisierbarkeit, vergleichsweise geringe Anschaffungskosten und Wartungsfreiheit. Energieeinsparung sowie Eigenschutz und Schutz der Motoreinheit bei Teil-, Nenn- oder Überlastbetrieb erweitern die Liste der verbesserten Eigenschaften.

Aufgrund des dezentralen Einsatzes der Frequenzumrichter/Motoreinheit gelten erhöhte Anforderungen an das Gesamtgerät. Ist für Schaltschrankeinbaugeräte das Umfeld bekannt, müssen integrierte Frequenzumrichter stärkeren und kaum voraussehbaren Einflüssen standhalten. Hierzu zählen in besonderem Maße Feuchtigkeit, Staub, Wärme und Erschütterung. Auf diese Einwirkgrößen wurden mit dem intelligenten Pumpenantrieb Tronic ausgerüstete Pumpen im Prüffeld und anschließend in der Praxis eingehend getestet.

Die Klassifizierung (IP XX) für Gehäuse elektrischer Maschinen teilt sich auf in Schutzgrad für Berührungs- und Fremdkörperschutz sowie Schutzgrad für Wasserschutz. Motore werden in üblichen Schutzarten wie IP 54 oder höher gefertigt. Um die vom Motor ausgewiesene Schutzart zu wahren, muß der Frequenzumrichter mindestens die Schutzart des Motors oder höher aufweisen.

Die Umrichter-Motor-Kombination wird unterschiedlichen und wechselnden Umgebungstemperaturen ausgesetzt. Eine Temperaturbandbreite von 2 bis 40 °C bezieht sich auf Nennbetrieb. Extrem niedrige Drehzahlen sowie Drehzahlen über der Nennfrequenz gelten aus Pumpensicht als realistisch und können bedenkenlos angewendet werden. Durch ausgewählte Parametrierung der Umrichter ist eine Ausblendung kritischer Betriebssituationen möglich.

Optional können Maßnahmen wie Kaltleiterschutz und zusätzlicher Umrichter-Lüfter ergriffen werden. Die Umgebungstemperatur darf dann maximal 50 °C betragen.

Abschließend ist anzumerken, daß der quadratische Momentenverlauf des Motors (typisch für Pumpen und Lüfter) dem Kühlproblem bei extrem kleinen Drehzahlen entgegenkommt. Da die Leistung des Pumpenmotors bei abnehmender Drehzahl mit der dritten Potenz fällt, wird trotz schlechteren Lüftungsbedingungen weniger Eigenwärme entwickelt. Hieraus ergibt sich ein erweiterter Drehzahlstellbereich selbst bei Dauerbetrieb.

Durch die Integration profitieren auch mobile Kreiselpumpen von der komfortablen, stufenlosen Leistungseinstellung über Frequenzumrichter. Fahrbare Pumpen werden naturgemäß durch Erschütterungen beim sachgemäßen Umgang beansprucht. Mobile wie auch stationäre Pumpen können durch unsachgemäßen Einsatz (Kavitation, Druckstöße) zusätzlich belastet werden. Alle Einflüsse übertragen sich auf die Leistungselektronik des Motors und dürfen nicht zum Ausfall führen.

Zu den betriebsbedingten Anforderungen kommen eine Reihe weitere Anwenderwünsche wie Nachrüstmöglichkeit bestehender Kreiselpumpen für Normmotore, schnelle Austauschmöglichkeit im Störfall sowie die Einhaltung der Schutzziele des EMV-Gesetzes. Die beiden ersten Forderungen setzten einen modularen Aufbau der Einheiten voraus. Eine Adapterplatte ersetzt den Klemmenkasten und verbindet Standardmotor mit Umrichter über Steckkontakte. Durch Lösen weniger Schrauben ist der Umrichter vom Motor ohne großen Aufwand zu trennen.

Preislich attraktiv ist ein intelligenter Pumpenantrieb wie der Tronic bereits in der Anschaffung. Bei der Kostenaufstellung sind jedoch auch die Folgekosten wie Inbetriebsetzungsaufwand mit einzubeziehen. Teilt man die Gesamtkosten des Antriebes auf in Beschaffungskosten und Inbetriebsetzungskosten, wird klar, daß das Verhältnis nicht über alle Leistungsabstufungen gleich ist. Mit kleiner werdendem Motor wächst der Anteil der Engineeringkosten. Aus diesem Grund richtet sich das Augenmerk des Herstellers auf leichte, schnelle und verständliche Inbetriebnahme trotz größtmöglicher Flexibilität der Geräte. Neben dem Anschluß des Laststromes (L1-L3 und PE) wird dem Umrichter die eigentliche Aufgabe über eine Steuerklemmleiste mitgeteilt. Hauptsächlich werden Analogsignale aus Handbedieneinheiten, externen Regelbausteinen oder übergeordneten Leitsystemen zur Drehzahleinstellung verwendet.

Digitaleingänge und -ausgänge können mit einer Vielzahl von Funktionen versehen werden und decken kundenspezifische Anforderungen ausreichend ab.

Leistungsfähige Prozessoren erlauben die Integration zusätzlicher Funktionen, beispielsweise den Einbau von Software-Reglern, die dezentral das Leitsystem entlasten.

Ungeachtet der vielfältigen Möglichkeiten erleichtern menügeführte Eingabegeräte die Bedienung. In vielsprachigem Klartext werden Parametrierung, Beobachtung, Diagnose, Parameterspeicherung und -übertragung via serieller Schnittstelle vorgenommen. Insbesondere die Speicherung und Übertragung vordefinierter Parametersätze ermöglichen eine Inbetriebsetzung in kürzester Zeit und garantieren den störungfreien Betrieb.

Der Datentausch über handelsübliche PCs ist ebenfalls möglich. Die Computer-Software tritt entweder mit dem Bedienfeld allein, mit dem Umrichter allein oder im Verbund in Kontakt. Bei der Zusammenstellung der Dokumentation zeigen sich diese Tools hilfreich. Parametersätze können in Dateiform abgelegt und jederzeit ausgedruckt werden. Weitervernetzte Anlagenkomponenten, die über einen Feldbus verknüpft sind, werden über entsprechende Software angesprochen und dargestellt.

Grundsätzlich werden Pumpen mit integriertem Frequenzumrichter komplett montiert, parametriert und für den Kunden anschlußfertig geliefert. Zeitaufwendiges Einarbeiten in die Beschreibung und umständliches Erproben eingestellter Parametersätze entfällt. Die gewünschte logische Ansteuerung bzw. Funktion sollte bei Auftragsvergabe mitgeteilt werden. Die Einstellungsarbeiten werden vom Pumpenbauer durchgeführt und ermöglichen reibungslose Inbetriebnahme der Pumpe.

Weitere Informationen cav-239