Effizientere Motoren und elektronische Antriebsregelungen senken den Energieverbrauch von Pumpen und Kompressoren. Technologien zur Störungsfrüherkennung senken die Betriebskosten weiter und erhöhen die Verfügbarkeit.
Im Fokus der Pumpenhersteller ständen eine hohe Verfügbarkeit der Komponenten mit Hilfe der Zustandsüberwachung sowie ein niedriger Energieverbrauch, betont Jürgen Arnold, Vorsitzender des VDMA-Fachverbandes Pumpen + Systeme sowie CEO von Sterling SIHI in Itzehoe. „So lassen sich die Betriebs- und damit auch die Lebenszykluskosten senken.“ Daneben sei ein Trend hin zu einer pulsationsfreien und geräuscharmen Fluidförderung zu erkennen.
Um hinsichtlich der Energieeffizienz Einsparpotenziale zu nutzen, seien häufig lediglich geringe investive Maßnahmen notwendig, so Arnold weiter. „Das lässt sich insbesondere in wirtschaftlich schwierigen Zeiten besser umsetzen.“ Wurde das Thema auf der letzten Achema noch nicht so stark nachgefragt, erwarte man nun eine wesentlich stärkere Dynamik. „Neben den wirtschaftlichen Vorteilen für die Betreiber von Pumpensystemen führt der geringere Energiebedarf zudem dazu, das Klima und letztendlich unsere Umwelt zu entlasten“, betont der Pumpenspezialist. „Ergebnissen der Kampagne Energieeffiziente Systeme in Industrie & Gewerbe zufolge lag das durchschnittliche Kostensenkungspotenzial bei 30 Prozent; in einem Fall betrug die maximale prozentuale Einsparung sogar über 90 Prozent.“ Initiiert wurde die Kampagne durch den VDMA-Fachverband Pumpen + Systeme sowie die Deutsche Energie-Agentur GmbH (Dena).
Unter dem Einfluss rasant wachsender Energiekosten hat sich insbesondere das klassische Maschinenbau-Produkt Pumpe zu einem mechatronischen System entwickelt – analog gilt das auch für die Kompressoren der Drucklufttechnik. Bei Bedarf kann zudem die in den Mikrochips der Steuerung hinterlegte Software kundenspezifisch und anwendungsorientiert modifiziert werden. Und das zahlt sich für den Anwender aus, wie das folgende Beispiel zeigt. Während in der Regel der Frequenzumformer dazu dient, die Drehzahl einer Pumpe zu reduzieren – um den Förderstrom oder -druck an den tatsächlichen Bedarf anzupassen, erhöht die Erkrather Grundfos GmbH je nach Anwendung auch die Drehzahl. Dadurch würden auch kleine Aggregate sehr leistungsfähig und der Anlagenbauer spare Platz.
Der Dortmunder Wilo AG geht im Bereich der Heiztechnik ebenfalls neue Wege: Künftig soll keine zentrale Pumpe mehr installiert sein, dafür aber an jedem Heizkörper eine dezentrale Minipumpe. Der Einsatz dieser Kleinstpumpen könne den Energieverbrauch deutlich senken und auch in weiteren Gebieten ein spannendes Thema werden, meinen die Entwickler. Kleinstpumpen spielen zudem auch in anderen Bereichen eine wichtige Rolle. Geht es etwa in der Mikroverfahrenstechnik um Fördervolumina im Bereich weniger ml/h, bietet die Frankenthaler KSB AG eine Lösung in Form ihrer Prozess-Kreiselpumpen an.
Das Thema Verfügbarkeit gehen die Pumpenhersteller mit optimierten Werkstoffen beziehungsweise neuen Verbundpaarungen an. Daneben erhöhen sie die Fertigungsgüte und entwickeln immer ausgefeiltere Systeme der Störungsfrüherkennung. Denn Pumpen – wie auch Kompressoren – müssen in einer verfahrenstechnischen Anlage vor allem laufen. Aus Sicht des Betriebsingenieurs ist deren Verfügbarkeit entscheidend, dann erst schaut er auf andere Parameter. Weil bewegte Teile, selbst wenn sie besonders langlebig ausgelegt sind, mit der Zeit verschleißen, möchten Betreiber und Instandhalter Störungen möglichst frühzeitig erkennen. Dies erlaubt die vorbeugende Instandhaltung und erhöht so die Verfügbarkeit.
Die Entwicklung intelligenter Diagnosesysteme für Pumpen ist ein zentrales Thema der Forschung in der Industrie und an den Hochschulen. Auch der Markteintritt branchenfremder Unternehmen zeigt, welches Marktpotenzial dahinter vermutet wird. Die Lösungen verarbeiten Signale von Schwingungs-, Druck-, Temperatur- oder Motorstromsensoren und erlauben auf diese Weise Rückschlüsse auf den aktuellen Zustand der Pumpe. An ihre Grenzen stoßen die Systeme bei der Prognose der Restlebensdauer kritischer Komponenten. Hier setzt das Projekt ReMain (Reliability Centered Maintenance) an, das die Möglichkeiten zur Prognose der Restlebensdauer einer Pumpe untersucht. Dazu werden von den acht mitwirkenden Partnern aus Industrie und Forschung sowie den 14 weiteren beteiligten Firmen 100 Pumpen in der Produktion von Evonik Stockhausen mit einem speziellen Sensor-Set ausgerüstet, um so Daten und Beobachtungen zu sammeln und auszuwerten.
Voraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung von ReMain ist eine gute Datenbasis. Prognosemodelle für die Ausfallursachen lassen sich dann über die Physik aufstellen und anschließend mit den gewonnenen Daten vergleichen – und so optimieren. Zusätzlich werden einzelne Ausfallmechanismen durch Zeitrafferversuche auf Prüfständen simuliert, um charakteristische Verschleißmuster zu identifizieren. Das Potenzial ist nach Ansicht der Experten enorm:
- Allein der Verzicht auf redundante Pumpen in der chemischen Industrie in Deutschland könne die Investitionen um jährlich 9 % senken, entsprechend etwa 500 Millionen Euro.
- 25 % der Ausfälle sollen sich vermeiden lassen. Das führe zu einer jährlichen Kostensenkung von über 16 Millionen Euro – allein bei den 100 000 Pumpen des erweiterten Arbeitskreises von ReMain.
- Umweltbelastungen durch Reinigung, Entsorgung und Freisetzung von Medien bei Havarien werden vermieden.
Auch die Kompressoren-Industrie sieht sich einer Reihe von anwendungstechnischen Herausforderungen gegenüber. Im Bereich der Stromerzeugung aus fossilen Rohstoffen etwa gibt es noch ungelöste Fragen hinsichtlich des Einsatzes von Kompressoren bei der Abspaltung von CO2. Auch bei der Entwicklung von Verfahren zur Nutzung regenerativer Energien spielen Kompressoren oder Vakuumpumpen eine immer größere Rolle. Gefordert sind die Verdichter-Hersteller auch bei der Fermentierung von Bio(Erd)gas, wobei CO2, Wasser und Schwefelwasserstoff entstehen. Speziell der Schwefelwasserstoff im Biogas führt zu einem stärkeren Verschleiß der hier eingesetzten Kompressoren.
Fragen der Energie- und Kosteneffizienz spielen beim Betrieb von Druckluftanlagen ebenfalls eine große Rolle, dem Anwender bieten sich hier noch immer hohe Einsparpotenziale (siehe Seite 28/29 in dieser Ausgabe). Etwa mittels drehzahlgeregelter Kompressoren und Druckluft-Management-Systemen, die mehrere Kompressoren nach bestimmten Vorgaben regeln. Eine weitere Möglichkeit des Energiesparens bei der Druckluftversorgung betrifft das Aufspüren von Leckagen, was heute auch im Sinne der Zustandsüberwachung wiederum mit Sensoren möglich ist. Dabei kann es sich außerdem lohnen, den Druck im Netz so weit wie möglich abzusenken und auf unnötige Reserven zu verzichten. co
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