Voraussetzungen für den Betrieb von Servopumpen
Servopumpen werden in modernen hydraulischen Anlagen immer häufiger eingesetzt – vor allem, um Energieverbrauch, Lärm und Wärmeentwicklung zu reduzieren. Doch bei alldem hält sich ein weit verbreiteter Mythos hartnäckig: Viele Anwender glauben, dass der Einsatz einer Servopumpe zwangsläufig einen Synchronmotor voraussetzt. Was ist dran an dieser Annahme? Und auf welche technischen Voraussetzungen kommt es an, wenn eine Servopumpe in Betrieb genommen werden soll?
Bewegungen unterstützen, Kräfte verstärken oder präzise Regelvorgänge ermöglichen – für den Anlagen- und Maschinenbau gibt es zahlreiche Gründe, auf Servopumpen als hydraulische Druckerzeuger zu setzen. Eine Servopumpe ist, vereinfacht gesagt, eine drehzahlvariable Pumpeneinheit, bei der der Motor mithilfe eines Frequenzumrichters bedarfsgerecht geregelt wird. So ist die Servopumpe in der Lage, einen kontrollierten Druck, der für hydraulische Antriebe, Zylinder oder Ventile benötigt wird, zu erzeugen. Im Gegensatz zu normalen Hydraulikpumpen kann eine Servopumpe Druck und Volumenstrom deutlich schneller anpassen, exaktere Bewegungsprofile erstellen und eine höhere Wiederholgenauigkeit liefern. Das macht die Servopumpe insbesondere für Anwendungen interessant, die hohe Dynamik und Präzision erfordern. Laufen konventionelle Hydraulikpressen auch dann mit konstantem Motor, wenn keine Kraft benötigt wird, sorgt die Servopumpe hier für die Anpassung der Drehzahl und des Volumenstroms an den jeweiligen Prozess – und ermöglicht auf diese Weise einen deutlich geringeren Energieverbrauch. Ebenso zeigen sich die Vorteile im Bereich von Spritzgießmaschinen: Auch hier können Energiekosten, Lärmemissionen und Zykluszeiten (beim Spritzgießen von besonderer Bedeutung) reduziert werden.
Diese Motoren kommen infrage
Bei der Umsetzung der optimalen Servopumpenlösung gilt es für Anwender zunächst, die Frage nach dem passenden Antrieb zu beantworten. Und genau hier bestehen nicht selten Unklarheiten, weiß Michael Schulz, Applikationsingenieur bei KEB Automation: „Wir begleiten Kunden in unterschiedlichen Bereichen bei der Umsetzung von Servopumpenlösungen. Häufig gibt es dabei die Annahme, dass eine Servopumpe einen Synchronmotor voraussetzt – das aber ist falsch.“ Zwar könne eine Servopumpe grundsätzlich mit einem Synchronmotor betrieben werden, doch eine technische Notwendigkeit gebe es dafür nicht. Schulz ergänzt: „Tatsächlich sind verschiedene Motortechnologien geeignet – darunter synchrone Reluktanzmaschinen oder Drehstrom-Asynchronmotoren mit Frequenzumrichter.“
Immer wieder kommt es vor, dass „Servo“ mit „Synchron“ gleichgesetzt wird. Dabei basiert der Servogedanke nicht auf der Motorbauart, sondern auf dem geregelten Betrieb. Dass Servopumpen häufig mit Servomotoren – wie eben jene Synchronmotoren – kombiniert werden, liegt historisch an deren hohen Dynamiken. „Zum Missverständnis trägt aber auch bei, dass Hersteller des Öfteren Kombinationen aus Servopumpe und Permamentmagnet-Sychronmotor (PMSM) als „Servolösung“ bezeichnen“, sagt Schulz. Fakt sei: Durch die moderne Umrichtertechnik macht heute verschiedene Motorbauarten gleichermaßen einsetzbar.
Neben PMSM kommen daher auch Synchronreluktanzmotoren infrage. Diese verfügen über eine gute Dynamik durch die präzise Stromregelung. Da die Motoren ohne Permanentmagnete auskommen, erhöht sich auch die Unabhängigkeit des Anwenders von Materialien wie Seltenen Erden. Robust und kostengünstig sind sie eine spannende Option, wenn es um den Betrieb von Servopumpen geht. Auch der klassische Asynchronmotor ist geeignet, wenn er über einen Frequenzumrichter betrieben wird. Durch moderne Vektorregeleinheiten lassen sich heute präzise Servoeigenschaften realisieren – und gleichzeitig profitiert man von einer bewährten, robusten und kostengünstigen Technik, die für viele hydraulische Anwendungen ausreichend dynamisch ist.
Servopumpenlösung von KEB
Vor dem Hintergrund der Tatsache, dass heute weniger die Motorbauart, sondern mehr die Regelungstechnik des Frequenzumrichters für den Servopumpen-Betrieb entscheidend ist, hat KEB die Funktion zur Servopumpen-Regelung in den COMBIVERT F6 und S6 Drives integriert. „Mit unseren Drive Controllern können alle Motoren in höchster Güte gefahren werden. Die integrierte Software in den Drives verfügt über einen Algorithmus, mit dem Durchfluss und Druck der Servopumpe geregelt werden können. Ein Pumpenschutz wird durch entsprechende Softwarefeatures und Parameter realisiert“, sagt Schulz. Durch einen Wizard zur geführten Parametrierung der Applikation sowie die Autotuning-Funktion wird die Inbetriebnahme des Systems vereinfacht.Mit der Servopumpenregelung von KEB in Kombination mit den richtigen Motoren sind Energieeinsparungen von bis zu 70 Prozent möglich.
