Fuji Electric Europe GmbH

Highfive! Teamwork bei den Frequenzumrichtern.

Bild: Pixabay

Frequenzumrichter für Drehkolbenpumpen Frenic-VG im doppelten Hochleistungseinsatz bei Vogelsang

07.04.2018

Zwei Frequenzumrichter, die als Team arbeiten – dieses einzigartige Feature der Frenic-VG-Frequenzumrichter von Fuji Electric nutzte Vogelsang Maschinenbau, Hersteller von Drehkolbenpumpen, für die Verwirklichung eines neuen Prüfstands mit Rückeinspeisung.

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Dröhnend nimmt ein großer Dieselmotor vor der Halle langsam Fahrt auf, während im Inneren synchron eine blaue Pumpe ihre Drehzahl steigert. Schneller und schneller dreht der Diesel und bringt die Pumpe, die auf einer stählernen Plattform montiert und mit Kabeln und Rohrleitungen verbunden ist, ordentlich auf Touren. „Hier testen wir die derzeit größte Pumpe“, übertönt Benedikt Möller, Testingenieur beim Pumpenspezialisten Vogelsang, den Lärm der Dieselmotors.

Testläufe, auch über eine Dauer von mehreren Tausend Stunden, gehören bei der Entwicklung der Vogelsang-Pumpen zum Standard. Bevor die Aggregate jedoch Serienreife erreicht haben, müssen Benedikt Möller und sein Team mit Werten wie Volumenstrom, Drehzahl, Druck und Drehmoment vollständig zufrieden sein. Dazu treiben sie die Pumpen bis an die Belastungsgrenze. Seit einigen Monaten können die Testingenieure die Regler noch weiter nach oben drehen – dank eines neuen Pumpenprüfstands, der mit High Performance Frequenzumrichtern der Frenic-VG-Serie von Fuji Electric ausgestattet ist. Die sorgen indes nicht nur für einen hochpräzisen Antrieb, sondern auch dafür, dass Vogelsang einen guten Teil der eingesetzten Energie wieder zurückbekommt.

Den Strom zurück gewinnen

Die Idee, bei langen Pumpentestläufen Strom wiederzugewinnen, liegt nahe, denn das Potenzial ist enorm. „Wenn wir bei einem Test mit einer Pumpe, die eine Leistung von 60 kW hat, 40 kW zurückspeisen, ist uns das natürlich ganz recht“, erläutert Paul Krampe, Leiter Forschung und Entwicklung bei Vogelsang, mit einem Augenzwinkern. Unlängst erhielten die Testingenieure Gelegenheit, das Vorhaben umzusetzen. Weil Vogelsang seit Jahren stetig wächst, sollte nach anderen Bereichen auch die Entwicklungsabteilung ein neues und größeres Refugium erhalten mitsamt einem neuen Pumpenprüfstand. „Wir wollten für den Prüfstand von Beginn an zwei Frequenzumrichter. Beim Test einer kleinen Pumpe sollte einer für den Antrieb sorgen, der zweite den über eine Bremspumpe erzeugten Strom wieder zurückspeisen“, erläutert Paul Krampe. Doch es gab noch eine weitere Anforderung: Beim Test einer großen Pumpe, die dann nicht von einem Frequenzumrichter, sondern von einem großen Dieselmotor angetrieben wird, wollte Vogelsang ebenfalls möglichst viel der eingesetzten Energie zurückgewinnen. Hierfür aber wollte das Unternehmen nicht extra einen weiteren, größeren Frequenzumrichter installieren. „Um die gewünscht große Leistung zu erhalten, war die wirtschaftlichste Alternative das Koppeln der beiden Frequenzumrichter“, so Krampe.

Schnell war klar, dass sich diese Anforderung nicht mit Standard-Frequenzumrichtern verwirklichen lässt. Thomas Foth, der mit seinem Ingenieurbüro für Vogelsang das gesamte System von der Planung bis zur Programmierung der Steuerung projektiert und zum guten Teil auch umgesetzt hat, wusste Rat. „Fuji Electric war uns natürlich ein Begriff und wir wussten auch, dass kein Produkt eines anderen Herstellers die Möglichkeit des Zusammenschaltens von zwei Umrichtern bietet.“ Da war die Entscheidung schnell gefallen. Installiert sind jetzt zwei Hochleistungs-Frequenzumrichter der Frenic-VG-Serie von Fuji Electric mit einer Leistung von jeweils maximal 90 kW (FRN75VG1S-4E). Auf Knopfdruck können die Testingenieure die beiden Frequenzumrichter so einsetzen, als wären sie einer, wodurch ihnen eine Leistung von 150 kW zur Verfügung steht. Genug, um beim Test auch der größten Pumpe von Vogelsang einen großen Teil der eingesetzten Energie zurückzugewinnen. Die Einsparungen gehen pro Jahr leicht in den fünfstelligen Eurobereich. Doch spart Vogelsang mit der Rückeinspeisung nicht nur immens Energiekosten ein, es erübrigte sich auch das Erhöhen der Anschlussleistung, was ebenfalls erhebliche Kosten verursacht hätte.

Für das Fluten

Neben den zwei Frequenzumrichtern stammen auch alle weiteren zentralen Bausteine des Systems von Fuji Electric: ein Aktiv-Einspeisemodul mit LCL-Filter und Vorladeschaltung mit einer Ein-/Rückspeiseleistung von 182 kW (RHC160S-4DE), dazu ein Frequenzumrichter mit einer Maximalleistung von 75 kW (FRN55VG1S-4E) zur Unterstützung beim Einzelbetrieb, außerdem ein kleiner Umrichter mit einer Leistung von 7,5 kW (FRN5.5VG1-4E), der im Zusammenspiel mit einer kleinen Pumpe für das Fluten des Prüfsystems mit Wasser sorgt. Untergebracht sind alle elektronischen Komponenten in zwei mannshohen Schaltschränken, die sich im Stockwerk über dem Prüfstand befinden. Großen Anteil an der Entstehung des Systems hat neben dem Ingenieurbüro Foth Martin Fuchs, Technical Manager bei Fuji Electric. „Die enge Zusammenarbeit zwischen uns und dem Kunden ist ein entscheidender Erfolgsfaktor“, so die Erfahrung von Martin Fuchs. Schließlich sei die Technik nicht selbsterklärend, der Kunde werde auf keinen Fall allein gelassen.

Datenspeicherung per Trace Back-Funktion

Mit fünf Kommunikationskarten-Slots lassen sich die Frequenzumrichter flexibel für unterschiedliche Feldbus-Protokolle auslegen. Noch weitere optionale Schnittstellenkarten stehen zur Verfügung, etwa für einen Absolutwertgeber mit 17-Bit-Auflösung. Bei Überlastfähigkeit und Drehmomentgenauigkeit erreichen die VG-Frequenzumrichter Spitzenwerte, das Verwenden langlebiger Bauteile steigert die Zuverlässigkeit auf ein Maximum. Dazu halten sie korrosiven Einflüssen etwa von Gasen oder salzhaltiger Luft stand und auch Staub und Feuchtigkeit bringen sie nicht aus der Ruhe. An eine einfache Wartung ist ebenfalls gedacht: Über eine Trace Back-Funktion speichern die Anlagen alle wichtigen Daten. Ausgelesen und analysieren lassen sie sich am PC, der über einen Mini-USB-B-Port mit dem System Kontakt aufnimmt. Außerdem gibt es eine integrierte Echtzeit-Uhr. Auch aufseiten der Sicherheitsfunktionen zeigen sich die Frequenzumrichter mit sicher abgeschaltetem Drehmoment (STO), sicherem Stopp (SS1), sicher begrenzter Drehzahl (SLS) und sicherer Bremsenansteuerung (SBC). Seit kurzem ist zudem ein SiC Hybrid Modul verfügbar, das gegenüber einem konventionellen Si-Modul eine höhere Leistungsdichte aufweist und energieeffizienter arbeitet.

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