Flexible Frequenzumrichter in innovativen Kältemaschinen
Kälteanlagen sind vielerorts unentbehrlich – und oftmals nicht sonderlich umweltfreundlich. Das Unternehmen Efficient Energy hat daher ein System entwickelt, das klimaverträglich mit reinem Wasser kühlt und zudem deutlich weniger Strom verbraucht als herkömmliche Lösungen. Für einen zuverlässigen Betrieb des Turboverdichters sorgen hier Frequenzumrichter von Sieb & Meier.
„Der eChiller ist die weltweit sauberste und ökonomisch wertvollste Kompressionskältemaschine“, meint Florian Mayer, Leiter Entwicklung Software und Elektronik bei Efficient Energy. „Die Lösung ermöglicht es unseren Kunden, ihre kontinuierliche Industrieprozesskühlung zu modernisieren oder ihr Rechenzentrum rentabler zu gestalten.“ Der eChiller gilt als einzige Kältemaschine im Leistungsbereich von 35 kW, die reines Wasser (R718) als Kältemittel einsetzt. Das hat viele Vorteile – zum Beispiel entfallen somit alle derzeit geltenden kältemittelrelevanten Umwelt- und Sicherheitsvorschriften. Das senkt den finanziellen und wartungstechnischen Aufwand beim Betrieb der Anlage und sichert zudem die Investition der Anwender.
Aufgrund seiner hohen Energieeffizienz schont der eChiller außerdem die Umwelt: „Wer sich für unsere Kältemaschine entscheidet, profitiert von einer deutlich reduzierten CO2-Bilanz und trägt unmittelbar zum Klimaschutz bei“, so Florian Mayer. „Somit ist der eChiller im Übrigen auch zukunftssicher – ganz im Gegenteil zu herkömmlichen Kälteanlagen. Sie werden den gesetzlichen Anforderungen bereits in wenigen Jahren nicht mehr genügen.“
Wasser als Kältemittel – eine saubere Alternative
Die Technologie des eChillers basiert auf der Direktverdampfung, der Verdichtung, der Kondensation und der Entspannung von Wasser bzw. Wasserdampf in einem geschlossenen Kreislauf. Dieser Prozess erfolgt anforderungsbezogen in einem Vakuum bei niedrigen Drücken zwischen 10 und 120 mbar absolut und damit in einem Temperaturbereich von ca. 5 bis 50 °C. Ein zentrales Element der Kältemaschine sind Turboverdichter mit 15 cm Raddurchmesser, die den bei der Verdampfung erzeugten Wasserdampf mit bis zu 90.000 Umdrehungen auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau bringen. Der Antrieb der Turboverdichter erfolgt über Synchronmotoren, die ihren Strom von Frequenzumrichtern beziehen.
Efficient Energy setzt schon seit der Stunde null auf Frequenzumrichter des Typs SD2S von Sieb & Meier. „Sie waren schon im ersten Prototyp des Jahres 2007 verbaut“, erinnert sich Florian Mayer. Damals hatte das Unternehmen die nötigen Turboverdichter noch als fertige Baugruppe von einem externen Lieferanten bezogen, der die Lösungen von Sieb & Meier ins Spiel brachte. Heute arbeiten die Serienmodelle des eChillers zwar mit von Efficient Energy selbst entwickelten Turboverdichtern – die Frequenzumrichter kommen jedoch nach wie vor aus dem Lüneburger Werk von Sieb & Meier. Aus gutem Grund, so der Entwicklungsleiter: „Das verwendete Regelverfahren sorgt für eine außergewöhnlich geringe Rotorerwärmung. Zudem ließen sich die Geräte den wechselnden Anforderungen immer sehr gut anpassen, weil die Software flexibel konfigurierbar ist.“
Flexibel konfigurieren und regeln
So lässt sich die Parametrierung des SD2S zum Beispiel an die relativ konstanten Lasten der Kältemaschine anpassen. „Das ist ein starker Kontrast zu den extrem dynamischen Anwendungen, in denen unsere Frequenzumrichter üblicherweise zum Einsatz kommen“, so Ralph Sawallisch, Key Account Manager Antriebselektronik bei Sieb & Meier. „Der SD2S ist aber von vornherein für eine große Bandbreite von Applikationen konzipiert, so dass dies kein Problem darstellt.“ Die flexible Software des SD2S ermöglicht grundsätzlich den Betrieb von hochdynamischen Servomotoren und Hochgeschwindigkeitsmotoren in Asynchron- und Synchrontechnologie. Je nach Anwendung kann der Betrieb geberlos erfolgen, zum Beispiel im Fall von Bearbeitungsspindeln in Werkzeugmaschinen. Aber auch ein geberbehafteter Betrieb von zum Beispiel hochdynamischen Schraubspindeln in der Automobilindustrie ist möglich. Eine leistungsfähige Parametrier-Software unterstützt den Kunden bei der anwendungsspezifischen Parametrierung und Inbetriebnahme.
Der SD2S lässt sich aber nicht nur flexibel konfigurieren, sondern auch direkt von einer externen Regelung ansteuern. Für die Anbindung an die übergeordnete Steuerung steht eine Vielzahl unterschiedlicher Optionen zur Verfügung – die Schnittstellen reichen von analogen Sollwertsignalen (+/-10 V), digitalen E/As, RS232 und USB bis zu CAN-Bus. Über einen Gateway ist auch der Anschluss an Profibus und EtherCAT möglich. Beim Betrieb des eChillers gibt die integrierte Regelung den Frequenzumrichtern eine Drehzahl vor; nur so kann der Turboverdichter genug Wasserdampfvolumen befördern und somit die benötigte Leistung erzielen. Apropos Wasserdampf: „Die Turbine des eChillers wird in einem Wasserdampfvakuum betrieben – eine extreme Betriebsumgebung, der die Komponenten der Anlage jedoch dauerhaft trotzen müssen“, so Ralph Sawallisch. „Diese Anforderung gibt es extrem selten in der Industrie.“
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Rolf Gerhardt ist Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meier in Lüneburg.