Servopumpe vs. Verstellpumpe: Vergleich von Effizienz und Wiederholgenauigkeit

Was ist eine Servopumpe? Was ist eine Verstellpumpe?

A Servopumpe ist eine Verdrängerpumpe (typischerweise eine Innenzahnradpumpe Eine Axialkolbenpumpe ist mechanisch mit einem Permanentmagnet-Servomotor gekoppelt. Der Servoantrieb variiert die Motordrehzahl – nicht das Fördervolumen der Pumpe –, um exakt den vom System benötigten Volumenstrom zu liefern. Benötigt der Aktor weniger Volumenstrom, verlangsamt sich der Motor; benötigt er keinen Volumenstrom, kann er vollständig anhalten.

A Verstellpumpe Sie nutzt einen internen Regelmechanismus – eine Taumelscheibe bei Kolbenpumpen, einen Kompensator bei Flügelzellenpumpen –, um das Fördervolumen pro Umdrehung zu verändern. Der Antriebsmotor läuft mit annähernd konstanter Drehzahl (typischerweise 1450 oder 1750 U/min bei 50/60 Hz Netzspannung), und die Fördermenge wird durch Verringerung des Fördervolumens und nicht durch Reduzierung der Drehzahl verringert.

Beide Technologien verfolgen dasselbe Ziel: Energieverschwendung zu vermeiden, wenn das System nicht die volle Leistung benötigt. Sie erreichen dies jedoch durch grundlegend unterschiedliche Steuerungsmechanismen, und diese Unterschiede sind relevant, wenn sie in einer realen Maschine eingesetzt werden.

Warum diese Unterscheidung wichtig ist

Weil die Durchflussregelung bestimmt wie schnell Das System kann auf einen neuen Sollwert reagieren, wie viel Energie Es wird auf dem Weg dorthin verschwendet, und wie wiederholbar So entsteht ein Kreislauf. Wir werden uns die einzelnen Punkte im Folgenden genauer ansehen.

Wie spart eine Servopumpe Energie?

Eine Servopumpe spart Energie, indem sie die beiden größten Energieverschwendungsquellen in einem System mit fester Drehzahl eliminiert: Entladeverluste Und DrosselungsverlusteDa die Pumpe nur dann einen Durchfluss liefert, wenn der Aktor ihn benötigt, verbraucht der Motor keine Energie, um Öl über das Überdruckventil zu drücken.

Die Einsparungen hängen vom Auslastungsgrad ab. Eine Maschine, die 60 % ihres Zyklus mit Halten, Schließen oder Kühlen verbringt – was auf die meisten Spritzgießmaschinen zutrifft – erzielt proportional hohe Einsparungen, da der Motor in diesen Phasen nahezu zum Stillstand kommt. Eine Presse, die den gesamten Zyklus über mit nahezu vollem Materialfluss läuft, erzielt deutlich geringere Einsparungen, da der Motor selten unterhalb seiner Nenndrehzahl arbeitet.

Wie spart eine Verstellpumpe Energie?

Eine Verstellpumpe spart Energie, indem sie die Pumpenleistung an den Systemdruckbedarf anpasst, ohne die Motordrehzahl zu verändern. Der Kompensator erfasst den nachgelagerten Druck und reduziert das Fördervolumen – der Motor läuft weiter, aber die Pumpe fördert pro Umdrehung weniger Öl, wodurch der Arbeitsaufwand sinkt.

Dieser Ansatz funktioniert sehr gut für stationäre TeillastenEine Hydraulikpresse, die den Druck jeweils 30 Sekunden lang hält, eine Walze in einem Stahlwerk, die stundenlang an einem einzigen Betriebspunkt läuft, ein Schiffsdeckkran, der hebt und hält – diese Anwendungen profitieren davon, dass der Kompensator im Verhältnis zu den langsamen Laständerungen schnell genug reagiert.

Bei schnellen Laständerungen verliert dieser Ansatz an Vorteil. Da der Kompensator ein mechanisches Bauteil mit endlicher Reaktionsfähigkeit ist, entsteht eine Verzögerung zwischen der Bedarfsänderung und der Anpassung der Pumpe.

Servopumpe vs. Verstellpumpe: Direkter Vergleich

Nachfolgend finden Sie einen direkten Vergleich der sechs für einen Einkaufsingenieur wichtigsten Dimensionen. Die angegebenen Werte sind typische Systemwerte; in konkreten Fällen können sie je nach Pumpengröße, Motor, Steuerung und Abstimmung variieren.

Welche Pumpe bietet eine bessere Wiederholgenauigkeit? Servopumpe oder Verstellpumpe?

Wiederholbarkeit Hier wird in den meisten Vergleichsartikeln ein wichtiger Punkt übersehen: Nicht der Pumpentyp bestimmt die Wiederholbarkeit, sondern die Bandbreite der geschlossenen RegelungDie

Ein Servopumpensystem mit einem schnellen PID-Regler, einem hochauflösenden Druckaufnehmer und einem optimal eingestellten Servoantrieb hält die Druckabweichung über mehrere Zykluszeiten hinweg konstant bei ±0,5 %. Dieselbe Pumpe mit einem schlecht eingestellten Antrieb oder einem trägen analogen Druckaufnehmer driftet hingegen genauso wie ein ungenau eingestelltes Verstellpumpensystem.

Der strukturelle Vorteil der Servopumpe liegt darin, dass der Regelkreis vollständig elektrisch ist. Dadurch lässt sich die Steuerung per Software ohne Demontage neu einstellen. Bei einer Verstellpumpe hingegen enthält der Regelkreis einen mechanischen Kompensator, dessen Ansprechverhalten nach der Fertigung nicht mehr wesentlich verändert werden kann.

Wenn Unterschiede in der Wiederholbarkeit auftreten

In der Praxis zeigen sich Unterschiede in der Wiederholbarkeit in drei Situationen:

• ÖltemperaturschwankungenDer Kompensator einer Verstellpumpe reagiert empfindlich auf die Ölviskosität, und Kaltstartöl verhält sich anders als Öl bei Betriebstemperatur. Die Servopumpenregelung ist weniger betroffen, da der Regelkreis den tatsächlichen Druck erfasst und korrigiert.
• LangzykluszählungenDer Verschleiß des Kompensators verändert den effektiven Sollwert im Laufe der Zeit. Die Kalibrierung der Servopumpe bleibt so lange genau, wie der Messumformer intakt ist.
• Schnelle SollwertänderungenÄndert sich der Sollwert schneller, als der Kompensator reagieren kann, kommt es bei der Verstellpumpe zu einem Über- oder Unterschwingen. Der elektrische Regelkreis der Servopumpe gleicht dies innerhalb von Millisekunden aus.

Welche ist leiser? Servopumpe oder Verstellpumpe?

Das Servopumpensystem ist konstruktionsbedingt leiser, da seine Geräuschquelle – der Motor – während der Leerlauf-, Halte- und Klemmphasen ausgeschaltet oder nahezu ausgeschaltet ist. Da die Servopumpe stoppt oder im Leerlauf läuft, wenn kein Förderstrom benötigt wird, sinkt auch der Geräuschpegel.

Das Verstellpumpensystem hält den Motor permanent mit voller Drehzahl laufen. Selbst wenn die Pumpe kein Fördervolumen mehr fördert, treibt der Motor weiterhin die Eingangswelle an, und der Geräuschpegel bleibt unverändert. Daher benötigen Verstellpumpen in Reinräumen oder in der Nähe von Bedienerarbeitsplätzen üblicherweise Schallschutzgehäuse.

Eine detaillierte Übersicht über geräuscharme Pumpenoptionen finden Sie in unserer ÖlpumpenportfolioDie VG-Innenzahnradpumpenreihe beispielsweise wird für geräuschempfindliche Anwendungen eingesetzt, da ihre Eingriffsgeometrie bei gleichem Betriebspunkt wesentlich weniger Förderstrompulsationen erzeugt als Außenzahnradpumpen.

Wann sollte man sich für eine Servopumpe entscheiden?

Wählen Sie eine Servopumpe System, wenn Ihre Anwendung dem folgenden Profil entspricht:

• Ihre Maschine verbringt mehr als 30 % Zykluszeit bei Teillast, Haltezeit oder Leerlauf.
• Du brauchst Zykluswiederholbarkeit unterhalb einer Druckabweichung von ±1%.
• Da Sie in mehreren Schichten pro Tag arbeiten, spielen die Stromkosten eine wichtige Rolle.
• Im Schaltschrank ist Platz für den Servoantrieb, und Sie können die höheren Anschaffungskosten verkraften.
• Ihre Zyklusfrequenz ist hoch (mehr als ein paar Zyklen pro Minute), sodass sich die pro Zyklus eingesparte Energie summiert.

Das klassische Beispiel ist ein SpritzgießmaschineDie meisten IMM-Zyklen werden von Halte-, Kühl- und Plastifizierungsphasen dominiert, in denen kein voller Materialfluss erforderlich ist. Aus diesem Grund sind servohydraulische IMMs im modernen Maschinenbau zum Standard geworden.

Wann sollte man sich für eine Verstellpumpe entscheiden?

Wählen Sie eine Verstellpumpe System, wenn Ihre Anwendung dem folgenden Profil entspricht:

• Ihre Maschine läuft mit nahezu konstante Last über lange Zeiträume (kontinuierliche Presse, Walzwerk, Schiffskran).
• Ihre Zyklusfrequenz ist niedrig (eine Betätigung alle paar Minuten oder weniger), daher sind die Energieeinsparungen pro Zyklus gering.
• Sie wollen Rüsten Sie Ihre Hydraulikeinheit auf Die Verstellpumpe kann an einem Standardmotor und einer Drehstromversorgung nachgerüstet werden, ohne die bestehende Infrastruktur für Induktionsmotoren zu ersetzen.
• Sie bevorzugen einfachere BedienelementeEine Verstellpumpe kann mit einem einfachen Schütz betrieben werden; eine Servopumpe benötigt einen Antrieb, eine Encoder-Rückmeldung und eine Parametereinstellung.
• Sie arbeiten in einer Umgebung, in der der Einsatz von Elektronik minimiert werden muss (hohe Temperatur, starke Vibrationen, Gefahrenbereich).

Das klassische Beispiel ist eine hydraulische Presse zum Schmieden oder Stanzen, bei der ein Zyklus 20 bis 60 Sekunden dauert und der Bediener den Druck genau am oberen Ende des Hubs halten möchte.

Wie Sie die richtige Entscheidung treffen: Eine praktische 4-Schritte-Methode

Verwenden Sie diese Methode, wenn Sie eine reale Maschine vor sich haben und sich auf eine Technologie festlegen müssen:

1. Profil des Arbeitszyklus. Erfassen Sie Druck und Durchfluss über fünf aufeinanderfolgende Zyklen. Berechnen Sie den prozentualen Anteil der Zeit mit vollem Durchfluss, Teildurchfluss und Nulldurchfluss. Übersteigt die Summe aus Nulldurchfluss und Teildurchfluss 50 %, amortisiert sich eine Servopumpe schneller.
2. Präzisionsanforderungen definieren. Was ist die maximal zulässige Druck- oder Positionsabweichung von Zyklus zu Zyklus? Werte unter ±1 % sprechen für eine Servopumpe; Werte über ±3 % sind mit beiden erreichbar.
3. Schätzen Sie die Energieeinsparungen. Multiplizieren Sie Ihren kWh-Preis mit Ihren jährlichen Betriebsstunden. Eine Reduzierung um 30 % amortisiert die Nachrüstung einer Servopumpe bei einer typischen IMM mittlerer Tonnage innerhalb von 12–24 Monaten; die genaue Amortisationszeit hängt von Ihren lokalen Stromkosten und der Auslastung der Maschine ab.
4. Anpassung an die Realität der Nachrüstung. Bei der Modernisierung einer bestehenden Anlage mit fester Drehzahl ist der Einbau einer Verstellpumpe mechanisch einfacher. Bei der Planung einer neuen Maschine bietet ein Servopumpensystem hingegen die bessere Wirtschaftlichkeit über die gesamte Lebensdauer.

Kann man eine Verstellpumpe zu einer Servopumpe umrüsten?

Ja. Tatsächlich ist dies eine der häufigsten hydraulischen Nachrüstungen beim Spritzgießen. Die mechanischen Arbeiten sind unkompliziert: Der Induktionsmotor mit fester Drehzahl wird durch einen Permanentmagnet-Servomotor ersetzt, ein passender Servoantrieb wird hinzugefügt und die korrekte Dimensionierung der Pumpe für den erwarteten Drehzahlbereich überprüft. Die Verrohrung bleibt in der Regel unverändert.

Es gibt drei häufige Fallstricke:

• Fehlende Anpassung des Pumpendrehzahlbereichs. Wenn die Pumpe für maximalen Förderstrom bei 1450 U/min ausgelegt ist, kann sie bei der im Servobetrieb üblichen Leerlaufdrehzahl von 200–400 U/min ineffizient arbeiten. Prüfen Sie die empfohlene Mindestdrehzahl der Pumpe.
• Antriebsoptimierung. Ein Servoantrieb mit Standardparametern ist nicht auf die Lastträgheit Ihrer Maschine abgestimmt. Eine PID-Regleroptimierung ist erforderlich, üblicherweise mit der automatischen Optimierungsfunktion des Antriebsherstellers und anschließender manueller Nachbearbeitung.
• Encoder-Rückmeldung. Für die Druckregelung im geschlossenen Regelkreis benötigt der Antrieb ein Druckmessumformersignal, nicht nur eine Rückmeldung der Motordrehzahl. Stellen Sie sicher, dass der Antrieb das von Ihnen geplante Messumformersignal verarbeiten kann.

Wenn Sie eine bestehende Hydraulikeinheit im Hinblick auf eine Modernisierung prüfen, kann unser Team die Spezifikationen Ihrer aktuellen Pumpe und Ihres Motors überprüfen und Ihnen die passende Servoantriebskombination empfehlen. Kontaktieren Sie unser Ingenieurteam. mit Ihren Systemdaten.

Häufig gestellte Fragen zu Servopumpen im Vergleich zu Verstellpumpen

Arbeiten mit VICKS Hydraulik

Seit über zwei Jahrzehnten fertigen wir Hydraulikkomponenten für Spritzguss-, Druckguss- und Pressanwendungen, und die Umstellung auf Servopumpensysteme war in dieser Zeit die größte Veränderung in unserer Branche. Innenzahnradpumpen der VG-Serie sind speziell für den Betrieb von Servopumpen ausgelegt: hohe Druckfähigkeit (bis zu 35 MPa Dauerdruck, 40 MPa Spitzendruck), geringe Geräuschentwicklung und minimale Pulsation über den gesamten Drehzahlbereich, in dem Servoantriebe typischerweise arbeiten.

Wenn Sie ein Servopumpensystem evaluieren, Rüsten Sie Ihre bestehende Hydraulikeinheit aufBei einer neuen Maschinenspezifikation kann unser Ingenieurteam Ihr Belastungsprofil prüfen und die richtige Kombination aus Pumpe, Motor und Antrieb empfehlen. Nehmen Sie hier Kontakt mit uns auf.