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Durchflussmengen energieeffizienter regeln Wie drehzahlvariable Antriebskonzepte mit Datentransparenz den Energieverbrauch senken

| Autor / Redakteur: Marco Bison / Wolfgang Ernhofer

Mit einem drehzahlgeregelten Antrieb und einem „Power-on-Demand“-Konzept lässt sich der Energieverbrauch von Applikationen, bei denen Durchflussmengen zu steuern sind, leicht um die Hälfte reduzieren. Werden die Komponenten eines Pumpen- bzw. Hydrauliksystems zudem mit einem intelligenten Verbindungs- und Kommunikationssystem verdrahtet, ist darüber hinaus eine einfache Erfassung der relevanten Maschinendaten möglich - die Basis für ein umfassendes Energiemanagement.

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Dank der Integration eines intelligenten Verdrahtungs- und Kommunikationssystems ist das Hydraulikaggregat bereits IoT-ready, sodass der Maschinenbauer bzw. der Endkunde sich unabhängig vom Standort aus einen aktuellen und detaillierten Überblick über alle Daten wie Temperatur und Druck verschaffen kann.
Dank der Integration eines intelligenten Verdrahtungs- und Kommunikationssystems ist das Hydraulikaggregat bereits IoT-ready, sodass der Maschinenbauer bzw. der Endkunde sich unabhängig vom Standort aus einen aktuellen und detaillierten Überblick über alle Daten wie Temperatur und Druck verschaffen kann.
(Bild: Eaton)

Energie effizient zu nutzen spart Unternehmen nicht nur Geld, sondern schont auch Ressourcen und wirkt dem Klimawandel entgegen. Ein wichtiger Ansatzpunkt bei der Steigerung der Energieeffizienz sind dabei Pumpen – sie gehören zu den größten industriellen Stromverbrauchern. Bezogen auf den Lebenszyklus einer Pumpe betragen die Energiekosten durchschnittlich rund 45 % der Gesamtkosten.

Low-cost oder High-end

Hier ruht also noch ein großes Energieeinsparungspotenzial gerade für Pumpenanwendung sowie Kraftmaschinen basierend auf Hydrauliktechnologie. Allerdings arbeitet die überwiegende Mehrheit der heute im Einsatz befindlichen Applikationen mit einer konstanten Drehzahl von Motor und Pumpe.

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So erfordern zum Beispiel Hydraulikaggregate, die heute typischerweise aus kostengünstigen Asynchronmotoren, Motorstartern und Konstantpumpen aufgebaut sind, zwar nur geringe Investitionen. Doch dem steht ein relativ hoher Energieverbrauch gegenüber: Denn das gesamte Hydraulikaggregat wird auf den maximal benötigten Druck und Volumenstrom ausgelegt und liefert diese Leistung auch, wenn sie gerade nicht benötigt wird. Zudem ist der Wärmeeintrag in die Hydraulikflüssigkeit durch die ständig laufende Pumpe hoch, sodass zusätzliche Kühlleistung erforderlich ist.

Um die Energieeffizienz eines solchen Systems zu erhöhen, besteht der elementare Ansatz darin, die Hauptpumpe der Anlage nicht konstant zu betreiben, sondern mit variabler Drehzahl: So wird nur die Leistung zur Verfügung gestellt, die das System benötigt. Als High-end-Lösung kann dies mit einem Vier-Quadranten-Direktantrieb realisiert werden. Dabei regelt ein Servoantrieb die Drehzahl der Pumpe und damit Druck bzw. Volumenstrom. Eine aktive Ölkühlung ist hier nur in geringem Maße erforderlich. In der Summe verbraucht ein derartiges Aggregat damit deutlich weniger Energie als ein System mit Konstantdruck.

Allerdings kann ein Direktantrieb immer nur einen Prozess versorgen. Soll Hydraulikleistung für mehrere verschiedene Prozesse zur Verfügung gestellt werden, erfordert dies eine entsprechende Anzahl von Aggregaten. So ist der Vier-Quadranten-Direktantrieb mit Servomotoren eine Lösung, die vom Investitionsbedarf her am oberen Ende der Skala anzusiedeln ist.

Kosten- und energieeffiziente Lösung mit Drehzahlregelung

Eine kostengünstigere Alternative bietet Eaton: Bei dieser Lösung übernimmt ein Drehzahlstarter oder Frequenzumrichter die Steuerung der Drehzahl der Pumpe - mit dem Frequenzumrichter lassen sich komplexere Funktionalitäten realisieren, kostengünstiger und einfacher in Betrieb zu nehmen ist der Drehzahlstarter. Als Antrieb kommt ein herkömmlicher Asynchronmotor zum Einsatz, wobei in Abhängigkeit von Betriebszyklen und Laufzeiten Motoren der Effizienzklassen IE2 bis IE4 verwendet werden können. Eine weitere Effizienzsteigerung lässt sich durch den Einsatz von Permanentmagnet-Motoren erzielen, die allerdings auch höhere Investitionskosten verursachen.

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