Pumpenantriebe Wie ein altes Motor-Konzept dank moderner Technik Pumpenantriebe revolutioniert

Jede Technologie braucht die richtige Zeit, um erfolgreich zu sein. Manchmal müssen einfach die Umstände stimmen, um einer Technologie zum Durchbruch zu verhelfen. So wie beim Synchron-Reluktanzmotor – einem alten Motor-Konzept, das moderne Pumpenantriebe revolutioniert.

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Die Geschichte des Synchron-Reluktanzmotors begann in den 1920er Jahren: 1923 veröffentlichte der Physiker Jaroslaw K. Kostko einen Artikel, der die Wirkungsweise des Synchron-Reluktanzmotors beschreibt. Ein Faktor stand jedoch einer wirtschaftlichen Nutzung als Pumpenantrieb im Wege: Der Motor ist nicht netzstartfähig. Er kann nicht bei einer Netzfrequenz von 50 Hz starten, sondern muss sozusagen bei 0 Hz abgeholt werden. Dafür waren bis vor 40 Jahren noch teure mechanische Frequenzumformer nötig. Außerdem ist eine Lagedetektierung nötig, da man genau wissen muss, welche Position der Rotor im Stator hat. Auch dieses Problem konnte zu Kostkos Zeiten nicht zuverlässig gelöst werden. Damit finden sich in den meisten Lehrbüchern unter dem Stichwort „Synchron-Reluktanzmotor“ Bemerkungen wie „unrunder Lauf” oder „ungeeignet für den industriellen Einsatz”.

Die Pumpenindustrie begann schon vor etwa 30 Jahren, sich nach preiswerten Möglichkeiten umzusehen, die Netzfrequenz zu verändern. Der Standardantrieb der Branche zu jener Zeit war der Asynchronmotor: Dieses Arbeitspferd wird millionenfach in aller Welt produziert und eingesetzt. Der Motor ist netzstartfähig, robust, verschleißarm und hält, bei richtiger Behandlung, quasi ewig. In den meisten Anwendungen ist er als zwei- oder vierpolige Maschine mit 2950 oder 1450 Umdrehungen in der Minute ausgelegt. Damit ist aber auch schon der größte Nachteil umschrieben: die konstante Drehzahl.

Pumpenindustrie als Vorreiter

Übertragen auf einen Pkw-Motor hieße das, nach Betätigung des Zündschlüssels den Motor mit voller Drehzahl brüllen zu lassen, um nur durch Kuppeln und Bremsen zu versuchen, das Ziel zu erreichen. Für den Einsatz einer Pumpe bedeutet es, dass der Anwender, soll die Pumpe nicht immer „Vollgas“ laufen, gezwungen ist, mit Ventilen den Förderstrom zu drosseln. Er muss also einen Teil der Strömungsenergie, die er gerade teuer in der Pumpe erzeugt hat, wieder in Wärme und Geräusche umwandeln – das ist teuer, laut und verschleißträchtig.

Oder er muss Bypässe verwenden, bei denen Teilströme nutzlos im Kreis transportiert werden. Einen Asynchronmotor kann man nur regeln, indem man die Netzfrequenz in seinen Wicklungen ändert. Hier kam der elektronische Frequenzumrichter ins Spiel, der heute Stand der Technik ist. Von den Pumpenherstellern mit besonderen „Extras“ ausgestattet, bietet er den Betreibern einen großen „Fahrkomfort“ beim Einsatz ihrer Pumpen.

Allerdings ist ein Standard–Asynchronmotor ein „trinkfreudiger“ Antrieb, der viel Strom verbraucht: Ein knappes Drittel des gewerblichen Stromverbrauchs entfällt auf Pumpenantriebe – in der Prozesstechnik, für Kühlsysteme, für den Flüssigkeitstransport in der Chemie oder die Wasserversorgung. Das ergibt eine Gesamtenergieaufnahme von 300 TWh in Europa für diesen Maschinentyp. Die Deutsche Energie-Agentur schätzt das Einsparpotenzial hierbei auf bis zu 30 %.

So kam es, dass neben der Glühbirne und dem Kühlschrank auch Elektromotoren in den Fokus der obersten Energiesparer in Brüssel gerieten. Diese teilten in der Verordnung EG640/2009 die Motoren in Effizienzklassen ein, die ab 2015 bzw. 2017 erreicht werden müssen. Gemäß dieser Verordnung dürfen seit dem 16.06.2011 Asynchronmotoren mit 0,75 bis 375 kW Bemessungsleistung nur noch in Verkehr gebracht werden, wenn sie das Effizienzniveau „IE2“ gemäß IEC60034-30 erreichen. Ab Januar 2015 müssen Asynchronmotoren ab 7,5 kW das Effizienzniveau IE3 aufweisen oder der eingesetzte IE2-Motor muss mit Drehzahlregelung über Frequenzumrichter betrieben werden.

Warum der Synchron-Reluktanzmotor einen Ausweg aus der Rohstoff-Problematik bietet, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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