A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Effiziente Antriebslösung für Gasmessstände

Bild 1. Die VLT-HVAC-Drive-Familie hat von Haus aus Funktionen für den optimierten Betrieb von HLK-Anwendungen. Ihr Leistungsbereich reicht von 1,1 kW bis 1 400 kW

Bild 2. Vereinfachung für Kalibrieranlagen: Das Gebläse ist direkt in den Gasfluss eingebaut

Die Kalibrierung von Gasmesseinrichtungen erfordert eine präzise Regelung der Durchflussmenge von Gasen aller Art. IPS Engineering hat für die benötigen Messstände eine pfiffige Lösung entwickelt: Das eingesetzte Kreislaufgebläse arbeitet direkt im Medium, seine Drehzahl regelt ein VLT HVAC Drive von Danfoss. Als Ergebnis sind die Messstände genauer als bisherige Lösungen, verbrauchen weniger Energie bzw. Ressourcen und arbeiten nahezu wartungsfrei.

Der Markt für Kalibriermessstände für gasförmige Stoffe ist durch die bislang aufwendige Dichttechnik für die externen Gebläseantriebe bisher eher klein. Einen kritischen Punkt an solchen Anlagen stellt beispielsweise die mehrstufige Abdichtung der Wellendurchführungen unter Verwendung von Sperrgasen dar. Steter Begleiter sind hier Dichtigkeitsprobleme oder auch Verunreinigungen des Prüfmediums durch die Vermischung mit Sperrgas.
Bei der Lösung von IPS Engineering dagegen arbeitet das durch einen Frequenzumrichter geregelte Gebläse direkt im Medium, mit entsprechenden Vorteilen bei der Regelung sowie geringerem Leistungsbedarf. Zudem lässt sich der zur Antriebsregelung eingesetzte Frequenzumrichter schnell den Prüfbedingungen anpassen (Bild 1).

Mechanische und verfahrenstechnische Vorteile
Die mechanische Vereinfachung der Anwendung resultiert aus dem Einbau des Gebläses in den Gasfluss (Bild 2). Durch das druckfeste Gehäuse des Gebläses führt als einziges noch die Strom- und Steuerleitung des Antriebs. Diese ist mit einer Durchführung nach Atex-Richtlinie einfacher abzudichten, als rotierende Teile, wie eine Antriebswelle.
Mit dem Lösungsansatz entfallen die Abdichtprobleme zwischen zu messendem Medium und Umgebung und damit Ungenauigkeiten der Kalibration sowie die daraus resultierenden Kostenblöcke für eine solche Anlage. Zudem lässt sich der Volumenstrom mit dem Frequenzumrichterantrieb über die Drehzahl regeln. Damit sinkt der Energieverbrauch. Dank der Drehzahlregelung kann der Anwender das Gebläse in den meisten Fällen in seinem Wirkungsgradoptimum betreiben und somit die Temperaturerhöhung durch Reibungsverluste reduzieren. Störende Pulsationen und Gasschwingungen, die den Kalibriervorgang beeinträchtigen, treten ebenfalls nicht auf.

IPS Engineering realisierte bereits mehrere Anwendungen – davon zwei mit einer Frequenzumrichterleistung von 160 kW. Bei einer Weiteren kommt ein VLT HVAC Drive FC102 mit einer Leistung von 630 kW zum Einsatz. Zusätzlich zu den technischen Vereinfachungen und der besseren Qualität der Gesamtlösung drückt der Einsatz des Frequenzumrichters die Betriebskosten. „Die Energiebilanz der gesamten Anwendung verbessert sich allein durch die Drehzahlregelung um geschätzte 30 % bis 40 % im Vergleich zu anderen Regelverfahren“, so Jörg Szameit, Geschäftsführer von IPS Engineering. „Grund dafür ist, dass ein sehr hoher Anteil von bis zu 80 % des Betriebs im Teillastbereich abläuft.“ Auch der Effekt, dass die Lösung kein Sperrgas mehr verbraucht, reduziert die anfallenden Betriebskosten.
Von hohem Nutzen ist, dass schon das Grundgerät des Frequenzumrichters viele Eigenschaften hat, die für den optimierten Betrieb von HLK-Anwendungen nötig sind und die Anpassung daran erleichtern. Dazu zählen Funktionen wie die automatische Energieoptimierung (AEO) oder Keilriemenüberwachung sowie das PID-Autotuning. Außerdem lässt sich das Gerät bei der Konfiguration optional erweitern. Der Hersteller liefert den Umrichter vollständig montiert und getestet.

Netzrückwirkungen wirksam verhindern
Bei den Frequenzumrichtern sind serienmäßig Netzrückwirkdrosselspulen und EMV-Filter integriert, um optimale EMV-Eigenschaften zu garantieren. Die eingebauten Filter reduzieren den Platzbedarf im Schaltschrank, den Verdrahtungsaufwand und gewährleisten einen störungsfreien Betrieb auch bei Montage im Feld. Ansteuern lässt sich der Umrichter über seine analogen und digitalen Eingänge oder per Bussystem. Als Benutzerschnittstelle dient die grafische Bedieneinheit LCP 102, die eine schnelle Inbetriebnahme ermöglicht und im Betrieb abgenommen werden kann.
Die Geräte sind für den Dauerbetrieb bei maximaler Ausgangsleistung und Umgebungstemperaturen bis 50 °C ausgelegt. Bei geeigneter Dimensionierung sind höhere Temperaturen ohne Reduzierung der Lebensdauer möglich. Um den Umrichter in direkter Nähe zum Gebläse oder Lüfter montieren zu können, ist er in den Schutzarten IP21, IP55 sowie IP66 verfügbar. In diesen hohen Schutzarten ist er optional mit einem integrierten Netztrennschalter erhältlich.
Beim VLT HVAC Drive sorgt AEO für die energetisch optimale Motormagnetisierung bei allen Drehzahlen und Lasten. Durch ihren Einsatz ist eine Erhöhung des Motorwirkungsgrads im Teillastbetrieb um 3 % bis 7 % möglich. Es gibt die Geräte auch mit der Funktion Safe Torque Off (STO), entsprechend der Kategorie SIL 2/DIN EN 61508 (VDE 0803) bzw. PL d/“DIN EN ISO 13849-1”:http://www.beuth.de/de/norm/din-en-iso-13849-1/109391382?SearchID=339317341.

Fazit
Die energetischen und qualitativen Verbesserungen der Gasvolumenstromregelung machen Mess- und Kalibriereinrichtungen im eigenen Haus für viele Anwender attraktiver. Der Schlüssel für die mechanische und regeltechnische Verbesserung der Anlagen sind die eingesetzten, frequenzumrichtergeregelten Antriebe. Deren Nachrüstung lohnt auch bei bestehenden Anlagen. Der Ansatz von IPS Engineering schlägt sich durch die ausgeklügelte elektrotechnische und mechanische Optimierung in einer besseren Kostenbilanz und geringeren Stillstandszeiten nieder.
Die erreichte Einsparung auf elektrischer Seite lässt sich mit der Protokollfunktion des Frequenzumrichters verfolgen. Damit hat der Anwender genaue Informationen, ob er die angestrebten Energieeinsparungen erreicht hat. Die zusätzlich eingesparte Menge Schutzgas und dessen Kosten addieren sich.

Der Beitrag als pdf

Autor: Dieter Graf ist als Verkaufsingenieur Partnerfirmen für die Danfoss GmbH in Offenbach tätig.