Zuverlässige und leistungsfähige Antriebe für Pumpen

Zu den grundsätzlichen Anforderungen an die Pumpenantriebe gehören Wartungsfreiheit und Zuverlässigkeit, ein gleichmäßiges und ruhiges Laufverhalten sowie ein optimales Geräuschverhalten, um Menschen, die sich in der Nähe aufhalten, nicht zu stören. Je nach Pumpentyp und Aufgabenstellung kommen noch weitere Anforderungen hinzu: Geht es zum Beispiel in erster Linie um einen reibungslosen Durchfluss des Fluids wie bei der Versorgung mit Kühl- und Prozesswasser oder Reinigungslösungen, erfordert dies eine absolute Stabilität der Antriebsgeschwindigkeit. Bei Pumpen zum Abfüllen von Flüssigkeiten ist zudem höchste Positioniergenauigkeit notwendig.

Da Pumpenantriebe oft rund um die Uhr betrieben werden, sind fast ausschließlich energieeffiziente Lösungen gefragt. Die Motoren müssen deshalb einen hohen Wirkungsgrad über einen weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich bieten. Manche Pumpenarten erfordern außerdem hohe Drehmomente beim Anlauf – Schlauchpumpen beispielsweise gehören dazu, vor allem wenn die Schläuche kalt sind. Auch Schutzkleinspannung wird oft zum Thema, weil durch kompakte Abmessungen der Platz für Isolationsstrecken schrumpft. Hinzu kommen in vielen Anwendungen noch EMV-Anforderungen. Bei mobilen Pumpenanwendungen muss der Motor zusätzlich für den Akkubetrieb geeignet sein, also stromsparend arbeiten, wenig wiegen und geringen Bauraum beanspruchen. Geht es in der Umgebung heiß her, müssen die Antriebe zudem hohe Temperaturen verkraften. Das ist beispielsweise oft der Fall, wenn Kühlmittel gepumpt wird wie zum Beispiel bei Schnell-Ladesäulen oder der Serverkühlung.

Passender Antrieb aus dem ­„Baukasten“

Ein so breit gefächertes Anforderungsspektrum macht die Antriebsauswahl nicht einfach. Damit Pumpenhersteller trotzdem schnell fündig werden, stehen im Antriebsbaukasten von ebm-papst BLDC-Innenläufermotoren mit unterschiedlichen Leistungen und Baugrößen zur Verfügung, die sich mit verschiedenen Getriebeausführungen – auch für einen besonders leisen Lauf – mit zahlreichen Untersetzungsstufen und Bremsen kombinieren lassen (Bild 1). Es gibt passende Encoder mit hoher Auflösung für anspruchsvolle Positionieraufgaben sowie eine industriegerechte Anschlusstechnik mit Steckern oder konfektionierten Kabeln.

Der Baukasten für Antriebe mit 42 mm Durchmesser (ECI-42) oder 63 mm Durchmesser (ECI-63) erlaubt es Anwendern, die passende Lösung durch die Kombination unterschiedlicher Module individuell zusammenzustellen (Bild 2). In der Entwicklung der kompakten, elektronisch kommutierten, bürstenlosen Innenläufermotoren steckt viel Applikations-Know-how. Dadurch sind die Motoren perfekt für den Einsatz als Pumpenantrieb ausgelegt und der Anwender profitiert von kompletten Antriebslösungen aus einer Hand. Durch die hohe Leistungsdichte bauen die Antriebe sehr kompakt, was dem Gerätedesign zugutekommt und oft kompaktere Abmessungen ermöglicht. Bei Bedarf sind über den Standard hinaus aber auch individuelle Anpassungen möglich, zum Beispiel bei den mechanischen Schnittstellen, wie Spindeln oder Zahnrädern.

Unterschiedliche Leistungsklassen für zahlreiche Applikationen

Die bürstenlosen, elektronisch kommutierten Innenläufermotoren ECI-42 gibt es mit Statorbaulängen von 20 oder 40 mm. Sie erreichen Leistungen von 45 bis zu 92 Watt bei 110 bzw. 220 mNm Nenndrehmoment und 4.000 U/min Nenndrehzahl. Mit Statorbaulängen von 20, 40 oder 60 mm decken die größeren ECI-63 Motoren den Leistungsbereich von 150 bis 370 W ab, bei bis zu 880 mNm Nenndrehmoment und 4.000 U/min Nenndrehzahl. Ihr Wirkungsgrad liegt bei über 90 %. Ihre Leistungsfähigkeit haben die beiden Motorbaureihen bereits in vielen unterschiedlichen Pumpentypen bewiesen, in Zahnrad- oder Drehschieberpumpen ebenso wie Kolben-, Schraubenspindel- oder Schlauchpumpen (Bild 3).

Einsatzort Kühlkreislauf

Auch die Elektromobilität kommt heute nicht ohne leistungsfähige Pumpen aus. Schnellladestationen, ihre Leistungselektronik, die Ladekabel und eventuell vorhandene Pufferspeicher brauchen Kühlkonzepte, die sich gut integrieren lassen und auch unter teilweise sehr rauen Umgebungsbedingungen über lange Zeit zuverlässig arbeiten (Bild 4). Bei Ladeleistungen von bis zu mehreren Hundert Kilowatt werden die Kabel flüssigkeitsgekühlt – dabei sind Pumpen und Antriebe unverzichtbar. Als treibende Kraft haben sich in diesen Anwendungen die Innenläufermotoren aus dem Antriebsbaukasten über viele Jahre bewährt.

Ein Beispiel dafür ist der ECI-63 Innenläufermotor, der dank seiner hohen Leistungsdichte typischerweise als effizienter Pumpenantrieb für die Kühlung von Ladekabeln im Level-3- Bereich mit bis zu 500 A Ladeströmen eingesetzt wird (Bild 5 und 6). Mit Varianten im Leistungsbereich von 150 bis 370 W deckt der kompakte Antrieb eine große Einsatzbandbreite ab. Dabei sind dank hochwertiger Komponenten selbst Umgebungstemperaturen bis zu 80 °C für die integrierte Elektronik kein Problem. Deshalb werden die temperaturbeständigen und zuverlässigen ECI-63 Antriebe ebenso wie die kleineren ECI-42 Varianten auch als Pumpenantriebe in den Kühlkreisläufen moderner Hochleistungsserver eingesetzt. Aber auch Drehzahl-/Drehmoment gesteuerte Außenläufermotoren der Baureihe VDC sind für Kühllösungen bestens geeignet. Sie ermöglichen aufgrund ihres Drehmoment-Managements z.B. auch Rückschlüsse auf den Druck und den Kühlmitteldurchfluss. Somit kann in der Applikation auf zusätzliche Sensoren verzichtet werden, was sich positiv auf die Systemsteuerung der Ladesäule auswirkt. Die elektronisch kommutierten VDC-Antriebe arbeiten ebenfalls mit hohen Wirkungsgraden und erfüllen strenge EMV-Vorschriften. Auch für diese Motoren bietet der Antriebsbaukasten das passende Zubehör vom Getriebe bis zur Anschlusstechnik, so dass sich für nahezu jede Pumpe der richtige Antrieb finden lässt, der das spezielle Anforderungsprofil der jeweiligen Aufgabenstellung erfüllt. Darüber hinaus bietet ebm-papst auch Lösungen für kundenspezifische Anforderungen an.