LUGER: Das Gerät Thermo 6 von HB-Therm arbeitet mit einer drehzahlgeregelten Pumpe

Dazu gehören serienmäßige drehzahlgeregelte Pumpen in Kombination mit dem Regelassistenten „Energy Control“ zur Berechnung des optimalen Betriebspunkts. Die exklusive Pumpe „Direct Drive“ weist gegenüber herkömmlichen Pumpensystemen einen um bis zu 20 Prozent höheren Wirkungsgrad auf.

Generell dient die Hauptpumpe in einem Temperiersystem dazu, das Temperiermedium vom Gerät zum angeschlossenen Verbraucher und zurück zu fördern. Erst dadurch wird der Wärmeaustausch ermöglicht. Die Entwicklung der Pumpentechnologie als zentrales Element von Temperiersystemen hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Der Einsatz verschiedener Pumpenbauarten lässt sich grob wie folgt beschreiben: Zunächst wurden Blockpumpen mit dynamischer Gleitringdichtung in die Geräte eingebaut, darauf folgten Blockpumpen mit peripherem Laufrad und Magnetkupplung, und in den neuesten Geräten Thermo 6 sorgen nun Blockpumpen mit umströmtem Motorrotor für die permanente Zirkulation des Temperiermediums.

Pumpen mit Gleitringdichtung haben nur eine begrenzte Lebensdauer, können Undichtigkeiten aufweisen und reagieren empfindlich auf Trockenlauf und abrasive Medien.

Pumpen mit Magnetkupplung sind hermetisch dicht und haben keine dynamisch beanspruchte Dichtung. Daher sind Ausfälle infolge von Undichtigkeiten ausgeschlossen. Diese Pumpen eignen sich für höhere Drücke und aggressive Medien. Ihre Konstruktion ist jedoch aufwendiger, und bei metallischen Spalttöpfen treten Verluste durch Wirbelströme auf.

Bei den Pumpen „Direct Drive“ bilden Motor und Magnetkupplung eine Einheit. Das Drehmoment wird von der Motorwicklung durch den Spalttopf auf den Innenrotor übertragen. Neben den oben genannten Vorteilen ist ein weiterer Vorzug, dass der Motor keine Kugellager hat und die Pumpen sehr kompakt gebaut sind. Im Spalttopf aus PPS-Kunststoff entstehen keine Wirbelströme, wodurch die Verluste minimiert werden. Ihre Konstruktion ist jedoch aufwendiger und erfordert den Einsatz spezieller Motoren. Ihr Betriebsbereich reichte bislang bis maximal 100 °C.

Energie- und Kosteneinsparung: Blockpumpe mit umströmtem Motorrotor

Mit dieser neuen Technologie hat HB-Therm einen weiteren wichtigen Schritt hin zu einem nachhaltigen und energieeffizienten Betrieb der Geräte Thermo 6 gemacht. Im Vergleich zu einer Blockpumpe mit Magnetkupplung weist die Pumpe „Direct Drive“ einen um bis zu 20 Prozent höheren Wirkungsgrad auf, da der nichtleitende Kunststoffspalttopf die sonst typischen Wirbelstromverluste verhindert. Die Pumpe arbeitet mit einem wassergekühlten Motor, und ihre Konstruktion ohne Magnetkupplung und ohne Lüfter ist kompakter und kostengünstiger. Derzeit ist der Temperaturbereich dieser neuesten Pumpengeneration für Temperiergeräte auf maximal 100 °C begrenzt, wird jedoch weiter ausgebaut.

Anzeige des Energieverbrauchs mithilfe des Optimierungsassistenten

„Der größte Vorteil drehzahlgeregelter Pumpen liegt generell im Bereich der Energieeinsparung. Diese Pumpen sind universell für große und kleine Werkzeuge einsetzbar“, fasst Kurt Klopfenstein, Strategieleiter der HB-Therm AG, die Vorteile der serienmäßig gefertigten Pumpen in den Geräten Thermo 6 zusammen. Martin Braun, Entwicklungsleiter von HB-Therm, ergänzt: „Eine Pumpe, die nicht ständig unter Volllast läuft, spart nicht nur Energie, sondern zeichnet sich auch durch eine längere Lebensdauer aus. Drehzahlgeregelte Pumpen reduzieren zudem dank ihrer breiten Einsetzbarkeit die Typenvielfalt der Temperiergeräte. Ein Gerät eignet sich dadurch für das gesamte Anwendungsspektrum.“

Durch den Einsatz einer drehzahlgeregelten Pumpe lässt sich die Pumpenkennlinie an die Anwendung anpassen, sodass der erforderliche Durchfluss bei minimalem Energieverbrauch erreicht wird. Und genau das ist der entscheidende Aspekt: eine optimale Temperierung mit minimalem Energieeinsatz zu erreichen. In der Regel ist jedoch zunächst nicht bekannt, welchen Durchfluss der Prozess tatsächlich erfordert. Hier bietet sich die Regelung der Temperaturdifferenz im Temperierkreislauf an. Dadurch lässt sich die Produktqualität gewährleisten und gleichzeitig der Durchfluss auf das notwendige Minimum reduzieren.

Frequenzumrichter ermöglichen die Drehzahlregelung von Pumpen

Drehzahlgeregelte Pumpen arbeiten mit einem Frequenzumrichter und ermöglichen eine spezifische Benutzereinstellung entsprechend dem Einsatzzweck mit daraus resultierender Energieeinsparung. Pumpen ohne Frequenzumrichter laufen dagegen stets mit Nenndrehzahl. Der Energieverbrauch bleibt daher konstant hoch und kann nicht gesenkt werden. Das neue Gerät Thermo 6, das serienmäßig mit einer drehzahlgeregelten Pumpe ausgestattet ist, lässt sich an verschiedene Betriebsarten anpassen. Neben dem normalen Betriebsmodus stehen die Modi Eco Auto, Eco Speed, Eco Flow, Eco Temp und Boost zur Verfügung. Auf dem großen IPS-Touchdisplay lassen sich die verschiedenen Betriebsarten der Pumpe je nach Anwendung einfach auswählen.

Im normalen Betriebsmodus ist die Drehzahl fest eingestellt (n = 3 000 min^-1); in diesem Fall erfolgt keine Regelung anhand der sich ändernden Istwerte. Daraus ergeben sich ähnliche Betriebsparameter wie beim Betrieb einer ungeregelten Pumpe, die ebenfalls keine Energieeinsparung ermöglichen.

Im Modus Eco Auto wird die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung geregelt. Der Wert der Temperaturdifferenz wird automatisch über die Einstellung der Messgenauigkeit (fein, mittel, grob) festgelegt. Die Messgenauigkeit „grob“ ist dabei für Kunststoffprodukte mit eher geringerer mechanischer Präzision vorgesehen, „mittel“ für übliche technische Produkte und „fein“ für anspruchsvolle Produkte mit hohen technischen und mechanischen Anforderungen. Dadurch wird die Pumpendrehzahl automatisch an sich ändernde äußere Einflüsse angepasst, sodass die eingestellte Temperaturdifferenz nicht überschritten wird.

Im Modus Eco Temp erfolgt im Gegensatz zum Modus Eco Auto die Regelung auf eine frei einstellbare Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung.

Im Modus Eco Speed wird eine Drehzahl eingestellt, die die Pumpe anschließend konstant hält. Diese eingestellte Drehzahl muss jedoch nicht mit der Drehzahl im normalen Betriebsmodus übereinstimmen.

Dagegen wird im Modus Eco Flow der gewünschte konstante Durchfluss eingestellt. Die Pumpe passt somit die Drehzahl an, wenn sich beispielsweise infolge von Verschmutzung der Widerstand erhöht.

Im Modus Boost arbeitet die Pumpe mit maximaler Drehzahl und erreicht die maximale Leistung sowie den maximalen Durchfluss.  Die Drehzahl wird durch die maximale Leistungsaufnahme des Motors begrenzt und über einen Frequenzumrichter geregelt. Dieser Betriebsmodus benötigt jedoch mehr Energie als der normale Modus und verursacht daher auch einen höheren Pumpenverschleiß.

Das folgende Beispiel zeigt die Einsparmöglichkeiten durch den Einsatz einer drehzahlgeregelten Pumpe. Hier wurde der Durchfluss halbiert, da anstelle der ursprünglichen Temperaturdifferenz von 0,5 K zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung eine Differenz von 1 K noch ausreichend war. Durch die Reduzierung der Drehzahl von 3 000 min^-1 auf 1 500 min^-1 konnte der Durchfluss um 12,5 l/min verringert werden. Bei 6 000 Betriebsstunden pro Jahr beträgt die gesamte Energieeinsparung 4 200 kWh, was bei einem angenommenen Preis von 0,25 EUR pro kWh einer Energiekosteneinsparung von 1 050 EUR pro Jahr und Gerät entspricht.

Die Temperiergeräte Thermo 6 mit einer maximalen Vorlauftemperatur bis 100 °C sind standardmäßig mit einer drehzahlgeregelten Monoblockpumpe mit umströmtem Motorrotor ausgestattet (Direct Drive-Pumpe).

Immer der optimale Betriebspunkt: Der Regelassistent „Energy Control“

Der Regelassistent „Energy Control“ ermöglicht es, auch ohne Vorkenntnisse des Bedieners in wenigen Schritten stets den optimalen Betriebspunkt zu erreichen. Das Ergebnis ist eine Reduzierung der Leistungsaufnahme auf bis zu 85 Prozent. Das System „Energy Control“ wertet die Zusammenhänge zwischen Drehzahl, Durchfluss, Temperaturdifferenz und Energieeinsparung aus. Die Suche nach dem optimalen Betriebspunkt wird durch eine übersichtliche visuelle Darstellung erleichtert, die die aktuelle Pumpendrehzahl, die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung in Kelvin sowie die Einsparung in EUR pro Tag anzeigt. Ändert der Benutzer eine Größe, ändern sich die übrigen Größen im gleichen Verhältnis; die voraussichtliche Auswirkung der Änderung wird sofort angezeigt. Die Einstellung lässt sich per Tastendruck bestätigen.

Überwachung des Pumpenzustands: Damit alles richtig funktioniert

Für eine umfassende Sicherstellung der Betriebssicherheit sowie eines dauerhaft optimalen Energieverbrauchs ist in diesem Zusammenhang auch die frühzeitige Erkennung von Pumpenverschleiß wichtig. Dadurch wird nicht nur eine gleichbleibend stabile Produktqualität in der Fertigung sichergestellt, sondern bei verändertem Durchfluss auch eine bessere Lokalisierung der Störungsquelle ermöglicht.

Zunehmender Verschleiß des Pumpenrotors äußert sich in einem sinkenden Pumpendruck oder Durchfluss. Späne aus dem Werkzeug oder Korrosions- beziehungsweise Kalkpartikel erhöhen den Verschleiß. Die Überwachung des Pumpenzustands kontrolliert die Pumpe kontinuierlich und gibt bei Unterschreitung des eingestellten Grenzwerts eine Warnmeldung aus.

Verschiedene Maßnahmen kombinieren: Energieeffizienz erreichen

Eine optimale Energieeffizienz bei der Temperierung lässt sich nur durch die Kombination verschiedener Maßnahmen erreichen, da die Optimierung einer Größe zulasten anderer letztlich keine Wirkung erzielt. Die Grundlage bildet der Einsatz einer Pumpe mit Drehzahlregelung über einen Frequenzumrichter. Die richtige Dimensionierung der Pumpe ermöglicht es, die Antriebsverluste zu minimieren. Bei den häufig eingesetzten Monoblockpumpen liegt der maximale Wirkungsgrad bei etwa der Hälfte des maximalen Durchflusses. Muss aufgrund eines geplanten universellen Einsatzes eine große Pumpe verwendet werden, lässt sich die Motorleistung der drehzahlgeregelten Pumpe auf denselben Wert reduzieren, den eine entsprechende kleine Pumpe hätte.

Darüber hinaus stehen „Direct Drive“-Pumpen mit erhöhtem Wirkungsgrad für Wassersysteme mit Temperaturen bis 100 °C, die Kombination mit verschiedenen möglichen Betriebsmodi der neuen Steuerung Thermo 6 sowie der Regelassistent „Energy Control“ zur Verfügung, der stets eine genaue Berechnung des optimalen Betriebspunkts ermöglicht. Bei einer optimierten Temperaturregelung mithilfe dieser verfügbaren Funktionen des neuen Geräts Thermo 6 werden nicht nur die richtige Qualität und das richtige Ergebnis erzielt, sondern auch der Energieverbrauch bleibt während des Prozesses unter Kontrolle und lässt sich beim Gerät Thermo 6 jederzeit mit einem Blick auf das Display der Steuerung einfach ablesen.