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Pumpenantriebe

Wie ein altes Motor-Konzept dank moderner Technik Pumpenantriebe revolutioniert

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Christoph P. Pauly / Dominik Stephan

Vor- und Nachteile des Supreme-Motors als Pumpenantrieb

Der Supreme-Motor bestimmt die Rotorlage ohne einen Lagegeber, indem er die inneren elektrischen Werte der Wicklungen auswertet. Deshalb ist er so simpel aufgebaut wie ein normaler Asynchronmotor mit Käfigläufer. Da der Rotor keine Kurzschluss- oder Erregerwicklung benötigt, treten dort fast keine Verluste auf. Die im Vergleich zu klassischen Motoren deutlich geringere Wärmeentwicklung kommt sowohl den Lagern als auch der Wicklungsisolation zugute. In Zukunft könnte man sogar auf den Lüfter verzichten, was den Gesamtwirkungsgrad und die Geräuschentwicklung nochmals verbessern würde, glauben die Entwickler.

Da der Rotor nur Eisen und Luft enthält, ist zur Magnetisierung vergleichsweise hoher Ständerstrom notwendig. Das erhöht aber nicht den Netzstrom, da dieser durch den Zwischenkreis des Frequenzumrichters ausgeglichen wird. Der Leistungsfaktor an den Klemmen des Umrichters liegt etwa bei eins, weswegen der Wechselrichter für einen höheren Bemessungsstrom ausgelegt werden muss.

Nachteilig im Vergleich zur Asynchronmaschine ist die fehlende Netzanlauffähigkeit. Ursache hierfür ist der Rotor: Er besteht aus hunderten von runden Blechen, in die man genau berechnete Aussparungen stanzt und die auf eine Welle geschoben sind. Diese Blechschnittgeometrie erzeugt dank ihrer Form so genannte Flussleit- und Flusssperrabschnitte. Wegen dieser Eigenschaften richtet sich der Rotor im Magnetfeld aus, d.h. in der magnetischen Vorzugsrichtung des Blechpakets tritt ein geringer Widerstand auf und der magnetische Fluss wird im Eisen gut geführt. Rechtwinkelig dazu behindert der mit Luft gefüllte Sperrschnitt den Magnetfluss.

Die in den Ständernuten verteilte Wicklung erzeugt unter Strom ein im Luftspalt des Motors umlaufendes Drehfeld. Bei Speisung über einen Frequenzumrichter lässt sich die Drehzahl von Null bis zur Betriebsdrehzahl regeln und während des Betriebs verstellen. Beim Einschalten des Umrichters synchronisiert sich der Läufer und fällt „in Tritt“ mit dem umlaufenden Drehfeld. Über eine geeignete Rotorlageregelung im Umrichter wird sichergestellt, dass der Rotor nicht beim Lastwechsel „außer Tritt“ fällt.

Der Stator des Supreme hat den gleichen Aufbau wie ein handelsüblicher vierpoliger Asynchronmotor. Da die Verbreitung von Frequenzumrichtern in den letzten 20 Jahren stark zugenommen hat, spielt die Netzanlauffähigkeit der Asynchronmotoren heute keine Rolle mehr. Technisch spricht heute nichts mehr gegen den Einsatz der Synchrontechnik.

Eine wichtige Eigenschaft des Synchron-Reluktanzmotors ist neben dem hohen Wirkungsgrad am Nennpunkt vor allem der gute Wirkungsgrad bei Teillast. Auch bei einem Betrieb mit 25 % der Bemessungsdrehzahl und nur 6 % des Bemessungsmomentes erreicht der Motor noch 95 % des Nominalwirkungsgrades. Das macht ihn zum idealen Pumpenantrieb, da in vielen Anwendungen Pumpen nicht mit voller Leistung laufen. Der Wirkungsgrad eines Asynchronmotors fällt bei gleicher Betrachtung bis auf 20 bis 30 % ab.

Serienproduktion

Im Vertrauen auf die guten Eigenschaften, die der neue Antrieb der Pumpentechnik bietet, begann man Ende März 2012 bei KSB im Werk Halle an der Saale mit der Serienproduktion der neuen Elektromotoren-Baureihe. Der Standort ist besonders geeignet für die Fertigung des Motors, da der Pumpenhersteller dort bereits seit vielen Jahren die Elektromotoren für sein Tauchmotorpumpenprogramm produziert und hier über die erforderlichen Produktionseinrichtungen und Fachkräfte verfügt. In der Zukunft plant man bei KSB die Antriebe auch an andere Hersteller von „Rotating Equipment“ zu liefern. Sie eignen sich natürlich auch sehr gut für den Antrieb von Lüftern oder Kompressoren.“

Ergänzendes zum Thema
 
Interview mit Daniel Gontermann, Projektleiter bei KSB

* Der Autor ist Pressereferent der KSB in Frankenthal.

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