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Bürs­ten­lose DC Klein­span­nungs­an­triebe – ideal für Pumpen­an­wen­dungen

Pumpen begegnen uns fast überall, auch wenn sie manchmal tief in den Geräten versteckt sind. Sie fördern meist Gase oder Flüs­sig­keiten. Sie sind bei addi­tiven Ferti­gungs­ver­fahren im Einsatz oder über­nehmen wich­tige Aufgaben in Labor- und Medi­zin­technik, zum Beispiel bei Analy­se­ver­fahren wie der Chro­ma­to­grafie, bezie­hungs­weise in Dialyse-Systemen oder bei der hydrau­li­schen OP-Tisch-Verstel­lung.


Auch Kühl­mit­tel­kreis­läufe kommen heute nicht ohne Pumpen aus. Bei Schnell-Lade­sta­tionen für die Elek­tro­mo­bi­lität beispiels­weise über­nehmen sie die Versor­gung der Kühlung für die Stecker und Lade­kabel und auch bei der Server-Kühlung im Data­center sind sie mit von der Partie. Je nach Einsatz­be­reich kommen dabei Pumpen unter­schied­li­cher Funk­ti­ons­prin­zi­pien zum Einsatz, die jedoch eine entschei­dende Gemein­sam­keit haben: Sie brau­chen leis­tungs­fä­hige Elek­tro­mo­toren, die sie zuver­lässig antreiben und auf die jewei­ligen Anwen­dungs­an­for­de­rungen abge­stimmt sind.

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. Das ist beispiels­weise bei der Pati­en­ten­ver­sor­gung oder Labor­ar­beits­plätzen beson­ders wichtig. Je nach Pumpentyp und Aufga­ben­stel­lung kommen weitere Anfor­de­rungen hinzu: Geht es zum Beispiel in erster Linie um einen reibungs­losen Durch­fluss des Mediums wie bei der Versor­gung mit Kühl- und Prozess­wasser oder Reini­gungs­lö­sungen, erfor­dert dies eine große Rege­lungs­güte der Antriebs­ge­schwin­dig­keit. Bei Pumpen zum Abfüllen von Flüs­sig­keiten ist zudem höchste Posi­tio­nier­ge­nau­ig­keit notwendig.

Im Antriebs­bau­kasten von ebm-papst stehen verschie­dene BLDC-Innen- und Außen­läu­fer­mo­toren mit unter­schied­li­chen Leis­tungen und Baugrößen zur Verfü­gung. (Bild | ebm-papst)

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, wie bei Schlauch­pumpen, wenn die Schläuche kalt sind, oder bei Zahn­rad­pumpen, die arkti­schen Tempe­ra­turen ausge­setzt sind und hoch viskose, zähflüs­sige Öle fördern. Durch die oft benö­tigten kompakten Abmes­sungen in den Geräten verwenden die Kunden von ebm-papst zuneh­mend gerne Klein­span­nungs­an­triebe der indus­tri­ellen Antriebs­technik, da verfüg­bare Isola­ti­ons­stre­cken klein sind.

Hinzu kommen in vielen Anwen­dungen noch EMV-Anfor­de­rungen zum Beispiel gemäß EN 60601-1-2 für medi­zi­ni­sche Elek­tro­ge­räte. 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 in allen Kompo­nenten inklu­sive der Elek­tronik und den Lager­bau­teilen hohen Tempe­ra­turen über die gesamte Lebens­dauer Stand halten. Das ist beispiels­weise oft der Fall, wenn Kühl­mittel gepumpt wird, wie zum Beispiel bei Schnell-Lade­säulen oder der Server­küh­lung.

Passender Antrieb aus dem „Baukasten“

Der Antriebs­bau­kasten erlaubt es Anwen­dern die passende Lösung durch die Kombi­na­tion unter­schied­li­cher Module indi­vi­duell zusam­men­zu­stellen. (Bild | ebm-papst)

Ein so breit gefä­chertes Anfor­de­rungs­spek­trum macht die Antriebs­aus­wahl nicht einfach. Damit Pumpen­her­steller trotzdem schnell fündig werden, stehen im Antriebs­bau­kasten von ebm-papst BLDC-Innen- und Außen­läu­fer­mo­toren mit unter­schied­li­chen Leis­tungen und Baugrößen zur Verfü­gung, die sich mit verschie­denen Getrie­be­aus­füh­rungen – auch für einen beson­ders leisen Lauf – mit zahl­rei­chen Unter­set­zungs­stufen und sowie weiteren Anbau­teilen wie Bremsen und Geber kombi­nieren lassen (Bild 1). Es gibt passende Encoder mit hoher Auflö­sung für anspruchs­volle Posi­tio­nier­auf­gaben sowie eine indus­trie­ge­rechte Anschluss­technik mit Steckern und 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). Vorhan­dene Kombi­na­tionen und Vorzugs­typen sind bereits 48 Stunden nach Bestel­lung lieferbar. In der Entwick­lung der kompakten, elek­tro­nisch kommu­tierten, bürs­ten­losen Innen­läu­fer­mo­toren steckt viel Appli­ka­tions-Knowhow. 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 Motor­bau­reihen bereits in vielen unter­schied­li­chen Pumpen­typen bewiesen, in Zahnrad- oder Dreh­schie­ber­pumpen ebenso wie Kolben-, Schrau­ben­spindel- oder Schlauch­pumpen (Bild 3). Mitt­ler­weile sorgen sie in vielen medi­zin­tech­ni­schen Geräten für einen sicheren und zuver­läs­sigen Betrieb. Bei der Zahn­rad­pumpe in einer hydrau­li­schen OP-Tisch­ver­stel­lung ist beispiels­weise ein Innen­läu­fer­motor mit 63 mm Durch­messer ebenso die trei­bende Kraft wie bei Kolben- oder Spin­del­pumpen, die in Chro­ma­to­grafie-Systemen verbaut sind. Die 42-mm-Innen­läufer-Vari­ante ist optimal als Antrieb für Peris­tal­tik­pumpen für Blut­wä­sche­ge­räte im Labor­be­reich geeignet. Hier wurde der Motor für einen „flüs­ter­leisen“ Betrieb mit einem geräusch­armen Getriebe der Serie Noise­l­ess­Plus 42 kombi­niert.

Ihre Leis­tungs­fä­hig­keit haben die ECI/VDC-Motoren bereits in vielen unter­schied­li­chen Pumpen­typen bewiesen. (Bild | ebm-papst)

Für viele Pump­an­wen­dungen bieten auch die Außen­läu­fer­mo­toren von ebm-papst gute Voraus­set­zungen. Die elek­tro­nisch kommu­tierten VDC-Antriebe arbeiten eben­falls mit einem hohen Wirkungs­grad und erfüllen strenge EMV-Vorschriften. Sie eignen sich beson­ders für den konti­nu­ier­li­chen Betrieb bei sehr guter Dreh­zahl­kon­stanz und haben sich zum Beispiel in Dialy­se­ge­räten bewährt oder als Antrieb für Kolben­pumpen in Systemen zum Lösen von Sekret bei Atem­wegs­be­schwerden. Auch für diese Motoren bietet der Antriebs­bau­kasten die passenden Kompo­nenten vom Getriebe bis zur Anschluss­technik, so dass sich für nahezu jede Pumpe der rich­tige Antrieb finden lässt, der das spezi­elle Anfor­de­rungs­profil der jewei­ligen Appli­ka­tion erfüllt. Darüber hinaus bietet ebm-papst auch Lösungen für spezi­fi­sche Anpas­sungen in gemein­samer Abstim­mung mit dem Kunden.

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