Kühlaggregate für Kälteanlagen basieren auf Schraubenverdichtern. Um die Qualität der Verdichter zu gewährleisten,
setzt GEA Grasso in seinen Entwicklungsprüfständen bei der Steuerung der Motoren auf Frequenzumrichter.

Werden Kälteanlagen in der Industrie eingesetzt, geht damit oft eine hohe Leistung einher. Sie setzen auf große Kühlaggregate, deren Herzstück meist ein Schraubenverdichter ist. Einer der Marktführer in diesem Bereich ist GEA Grasso mit Sitz in Berlin. Das Unternehmen liefert seit Jahrzehnten Lösungen zum Kühlen für die industrielle Kälte- und Klimatechnik. Zur Sicherung der hohen Produktqualität durchlaufen alle Schraubenverdichter eine umfassende Funktionsprüfung, bevor sie das Werk verlassen. Im Entwicklungsprüfstand für die Schraubenverdichter der kleinen und mittleren Serie setzt man bei der Steuerung der Motoren auf Frequenzumrichter der Serie VLT AutomationDrive FC 300 von Danfoss.
GEA Grasso bietet eine große Produktpalette, die drei verschiedene Produktreihen von Schraubenverdichtern mit insgesamt 22 verschiedenen Modellen umfasst. Die einzelnen Lösungen unterscheiden sich in der Leistungsfähigkeit sowie der im Gehäuse des Verdichters integrierten Zusatzfunktionen. Um die hohen Qualitätsstandards der Geräte sicherzustellen und Prototypen während der Entwicklung und vor Aufnahme der Serienfertigung ausgiebig zu testen, verfügt GEA Grasso über mehrere Prüfstände, ausgelegt auf die Erfordernisse der einzelnen Produkte für den Test. Der Entwicklungsprüfstand für die Verdichtermodelle C bis N setzt dabei auf eine Drehzahlregelung des Schorch-Antriebsmotors durch einen Danfoss VLT AutomationDrive FC 300.
Im Prüfstand werden Schraubenverdichter mit einer Antriebsleistung bis rund 600 kW getestet. Neben einer Leistungsmessung, die unter Voll-Last stattfindet, erhalten die Kunden mit dem Prüfprotokoll ihres Verdichters auch die genauen technischen Daten zu Massenstrom und Druckerhöhung und der dazu benötigten Antriebsmomente bei verschiedenen Motordrehzahlen. Weitere Aufgabe des Prüfteams ist die Ermittlung technischer Eckdaten von Prototypen, um den Entwicklern Anhaltspunkte für mögliche Fehler und Verbesserungen in der Konstruktion zu geben.

Zwei Prüfkabinen in einem Prüfstand
Der eigentliche Prüfstand besteht aus einer Schalt- oder Testwarte, über deren Steuerung der VLT AutomationDrive FC 300 und die übrigen Systeme ihre Daten bekommen und in der auch alle Messdaten der einzelnen Sensoren und der Drehmomentenmesswelle zusammenlaufen. Die Versorgung des Frequenzumrichters erfolgt aus einer 400V-Niederspannungsversorgung mit eigenem Transformator. Motorseitig erfolgt der Anschluss der Danfoss-Umrichter über einen Verteiler, mit dem man ihn der jeweils gerade für die Prüfungen des entsprechenden Schraubenverdichters benötigten Kabine zuordnen, das heißt auf einen von zwei verschiedenen Motoren aufschalten kann.
Der Unterschied besteht in der Leistung der Motoren. Der kleinere Motor besitzt eine Antriebsleistung von 300 kW, der größere von 600 kW. Beide Maschinen treiben den jeweils zu testenden Verdichter an, der seinerseits an einen Kältekreislauf angeschlossen ist, um die exakte Kälteleistung zu bestimmen. Je nach Kabine werden hierfür CO2 oder Ammoniak genutzt. Insgesamt können die Spezialisten auf den Ständen mehrere Kompressoren pro Tag testen, wobei zu bedenken ist, dass die Mitarbeiter die Geräte immer komplett an Kühlsystem, Ölkreislauf und mechanischen Antrieb anschließen müssen.
Der hier eingesetzte VLT AutomationDrive FC 300 gehört mit seiner Nennleistung von 630 kW zur High-Power-Serie von Danfoss und ist eines der kleinsten Geräten seiner Leistungsklasse. Alle für die kleineren Baureihen verfügbaren Optionsmodule lassen sich auch in den High-Power-Geräten verwenden, was dem Anwender die optimale Anpassung an die jeweilige Anwendung erlaubt. So ist das Gerät dann später einfach vor Ort mit weiteren Optionen nachrüstbar. Seitens GEA Grasso ist zum Beispiel im Rahmen des Aufbaus einer neuen Prüfstandssteuerung geplant, die Übertragung von Steuerbefehlen und Drehfrequenzsollwerten zum Umrichterantrieb und der Daten für Motorstrom und Leistungsverbrauch per Profibus-DP vorzunehmen.
Alle wichtigen Baugruppen sind von vorn durch Türen zugänglich und lassen sich leicht austauschen - auch bei einer Montage Seite an Seite unter beengten Platzverhältnissen. Viele Zusatzoptionen wie beispielsweise Leistungsschalter, Lasttrenner, Schütze, Sicherungen, Versorgungsabgänge für Hilfsantriebe und weitere Funktionsgruppen lassen sich in einen optional verfügbaren Optionsschrank integrieren. So kann der Anwender auf zusätzliche Schaltschränke weitgehend verzichten.
Für GEA Grasso liegt der Vorteil des Danfoss VLT in der einfachen Parametrierung und optimalen Steuerung des Motors im Prüflauf. Steuerbefehle aus dem Teststand werden als 24V-Signale auf die digitalen Eingangsklemmen des VLT AutomationDrive übertragen, der aktuelle Sollwert kommt von einem analogen Kommunikationsbaustein als Stromsignal von 0/4..20 mA zum Analogeingang des FC 300. Dies hat sich in der Industriepraxis durchgesetzt, da eine Störbeeinflussung durch die auf gedrängtem Raum verlegten Leistungskabel mit Kabelquerschnitten bis 180 mm² damit weitgehend ausgeschlossen ist.
Für die Prüfung erweist es sich als zeitsparend, dass GEA Grasso aufgrund der individuellen Parametrierung des Frequenzumrichters alle notwendigen Tests durchführen kann, auch die Simulation eines 60 Hz-Netzes, wie es in den USA gebräuchlich ist. Zudem lassen sich gerade Prototypen durch die individuelle Anpassung der Parameter an die jeweilige Prüfaufgabe jetzt testen.

Neue Entwicklungen in höhere ­Leistungsbereiche
Inzwischen stößt der Prüfstand schon an seine Grenzen. Neue Entwicklungen bei den Schraubenverdichtern erfordern leistungsstärkere 400V-Motoren und bringen auch den aktuell installierten Frequenzumrichter bald an seine Leistungsgrenze. Daher denkt das Unternehmen bereits über eine Leistungserweiterung nach. Danfoss ist in der Lage, geeignete High-Power-Drives auch oberhalb von 1 MW zu liefern.