Optimal aufeinander abgestimmt und kompakt: Frequenzumrichter erhöhen die Effizienz von Vakuumpumpen

Die Oerlikon Leybold Vacuum GmbH bietet Vakuumlösungen für verschiedene Produktions- und Analyseverfahren sowie für Forschungszwecke an. Zum Produktprogramm gehören Vor- und Hochvakuumpumpen ebenso wie komplette Vakuumsysteme einschließlich passendem Zubehör sowie Service- und Dienstleistungen rund um die Vakuumtechnik. Bei all dem steht stets der Anwendernutzen im Vordergrund. Die neuen Vakuumpumpen der Dryvac-Serie (Bild 1) liefern dafür ein gutes Beispiel. Die trockenverdichtenden Schraubenpumpen sind auf die hohen Prozessanforderungen in der Photovoltaikindustrie sowie für unterschiedliche Beschichtungstechnologien ausgelegt und eignen sich damit auch für anspruchsvolle Anwendungen. Bei der Konzeption der neuen Pumpengeneration legten die Entwickler besonderen Wert darauf, die Vielzahl der heute aktuellen Anwenderforderungen umzusetzen. Eine optimierte Vakuumtechnologie im Prozess verbessert schließlich nicht nur die Produktivität, sondern steigert auch die Effizienz und reduziert Einsatz und Verbrauch weiterer Ressourcen. Dabei müssen zum einen die gesetzlichen Vorgaben zur Energieeffizienz erfüllt werden, zum anderen sollte man dem unaufhaltsamen Trend Rechnung tragen, die Steuer- und Regelungen sowie Zustandsüberwachungen einzelner Funktionsgruppen, etwa die eines Vakuumpumpstandes, über Bussysteme zu realisieren. Technische Herausforderungen Trotz der Erfahrung und Kompetenz bei der Entwicklung und Produktion von Vakuumpumpen ist die Konzeption und Realisierung einer neuen Pumpengeneration innerhalb eines kurzen Entwicklungszeitraums auch für Spezialisten eine technische Herausforderung. Das gilt vor allem dann, wenn Produktinnovationen realisiert werden sollen, die nicht durch die eigene Kernkompetenz abgedeckt werden. In diesem Fall sucht man üblicherweise nach zuverlässigen Partnern mit dem entsprechenden Know-how. So geschah es auch bei der neuen trockenverdichtenden Schraubenvakuumpumpe: Alle Pumpen der neuen Dryvac-Familie sind mit Frequenzumrichtern aus dem Hause Yaskawa ausgestattet, die sich bei ausgiebigen Tests während der Entwicklungsphase der neuen Pumpengeneration als robust und verlässlich erwiesen haben. Dass durch den Support während der Entwicklungsphase alle produktspezifischen Anforderungen an die Frequenzumrichter ernst genommen und umgesetzt wurden, weiß man bei Oerlikon Leybold Vacuum zu schätzen. Durch den in die Pumpen integrierten Frequenzumrichter (Bild 2) profitiert der Anwender in mehrerlei Hinsicht. Er muss keinen separaten Umrichter anschaffen, im Schaltschrank montieren und anschließen. Gleichzeitig ist durch die optimale Anpassung von Motor und Umrichter ein energieeffizienter Betrieb sicher gestellt, was nicht nur im Sinne der gesetzlichen Forderungen ist, sondern auch die Betriebskosten senkt. Die Integration des Umrichters bietet dem Anlagenbauer Flexibilität, er ist dadurch unabhängiger, die Pumpen können weltweit bei unterschiedlichen Netzspannungen und -frequenzen eingesetzt werden. Integrierte Zusatzfunktionen Die in den Vakuumpumpen eingebauten Frequenzumrichter der Serie V1000 wurden von Yaskawa durch zusätzliche Hardware und Softwarefunktionen auf die Applikation abgestimmt. Dadurch kann der Umrichter Funktionen übernehmen, die über die bloße Antriebssteuerung hinausgehen: Auf dem internen Terminalboard der Umrichter wurde beispielsweise eine genaue Auswertung der aktuellen Betriebsdaten der Pumpe integriert. Dadurch kann der Leistungsbereich der Pumpen besser ausgenutzt werden. Dadurch arbeiten die Pumpen effizienter, ohne dass zusätzliche Elektronik notwendig wäre. Das Terminalboard bietet darüber hinaus aber noch weitere Möglichkeiten. So wird ein Umrichterwechsel vereinfacht. Zwar ist es unwahrscheinlich, dass die Geräte, die auf eine Lebensdauer von zehn Jahren Dauerbetrieb (bei 80% Nennleistung) ausgelegt sind, zur Fehlerquelle werden. Falls es wider Erwarten doch dazu kommt, ist ein Ersatzgerät schnell eingebaut. Dazu wird das Terminalboard, auf dem alle Parameter und Zusatzfunktionen gespeichert sind, einfach in den neuen Umrichter eingeschoben. Dabei müssen nicht einmal die Steuerleitungen gelöst werden. Dadurch werden auch die Stillstandszeiten der Vakuumpumpe reduziert. Die Software der Umrichter wurde ebenfalls auf den Einsatzbereich abgestimmt. Integriert sind zahlreiche pumpenspezifische Funktionen und Schutzfunktionen. Schließt beispielsweise ein Ventil, reagiert der Frequenzumrichter autonom und schnell auf den daraus resultierenden Lastwechsel. Selbst kurze Taktzeiten, die einen regelmäßigen Lastwechsel bedeuten, werden so unterstützt. Bereits standardmäßig bieten die V1000-Frequenzumrichter eine ganze Reihe interessanter Funktionen, die die Vakuumspezialisten überzeugt haben. Aufgrund ihrer kompakten Abmessungen benötigen die Frequenzumrichter nur wenig Einbauplatz. Dabei stehen verschiedene Gehäusevarianten zur Verfügung (Bild 5). Neben dem Standard-IP20-Gehäuse gibt es Finless-Modelle für externe Kühlsysteme und Varianten, die die Anforderungen der Schutzart IP66 erfüllen. Kleine Bauart, große Leistung Trotz der kleinen Bauart sind im Heavy-Duty-Betrieb bis zu 150% Überlast möglich. Bei Anwendungen, die geringe Überlast erfordern, darf der Antrieb mit 120% Überlast im Normal-Duty-Betrieb arbeiten. Damit kann ein kleinerer Frequenzumrichter die Arbeit leisten, für die es normalerweise einen größeren bräuchte. Beim Regelungsverfahren kann der Anwender Open-Loop-Vektor oder U/f-Regelung wählen. Für eine einfache Anbindung in übergeordnete Steuerungsnetzwerke stehen die üblichen Bussysteme zur Auswahl. Dazu gehören z.B. Ethernet/IP, CANopen, Profibus DP, CC Link, Devicenet und Mechatrolink II. Ethercat und Powerlink werden ab 2012 lieferbar sein. Kasten: Das Unternehmen: Oerlikon Leybold Vacuum Oerlikon Leybold Vacuum mit Stammsitz in Köln bietet moderne Vakuumlösungen, die sowohl in Herstellungs- und Analyseverfahren als auch zu Forschungszwecken eingesetzt werden. Die Kernkompetenzen des Segments liegen in der Entwicklung von anwendungsspezifischen Systemen zur Vakuumerzeugung und Prozessgasförderung. Das Sortiment umfasst Vorvakuumpumpen, Hoch- und Ultrahochvakuumpumpen, Vakuumsysteme, Vakuummessgeräte, Leckdetektoren, Bauteile und Ventile sowie die Beratung und das Engineering für Vakuumkomplettlösungen für Anwendungen. Aufgrund seiner 160-jährigen Erfahrung im Bereich der Vakuum-Technologie hat sich das Unternehmen Prozess- und Anwendungskenntnisse angeeignet, von denen Anwender aus den unterschiedlichen Branchen profitieren, angefangen von der Prozessindustrie und Beschichtungstechnologie bis hin zu Forschung und Entwicklung.