Damit die Prozessindustrie schneller und flexibler produzieren und dabei den Wunsch nach individuelleren Produkten erfüllen kann, sind Anlagen auf Basis modularer Konzepte angesagt. Ziel ist es, bestimmte Grundfunktionen bei solchen Anlagen immer wieder zu wiederholen, um damit die Abwicklungs- und Montagezeiten zu optimieren. Auch die Ausrüster von Pumpen und Kompressoren arbeiten an der Entwicklung von modularen Konzepten für Neuanlagen sowie Anlagenerweiterungen. Denn zukünftig wird der Planer bevorzugt in Funktionen – sprich: Modulen & Systemlösungen – denken. Er muss dann nicht immer wieder alle Details von Komponenten wie des Pumpen- oder Vakuum- beziehungsweise Verdichtersystems neu durchdenken. Wichtiger noch: Modularisierte Baugruppen machen es möglich, fertige und bewährte Lösungen in neuen Projekten wiederzuverwenden. Das spart Zeit und Kosten.
Modulares Equipment zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass eine bestimmte Baureihe dieselben Funktionalitäten bei verschiedenen Betriebsgrößen bietet – zum Beispiel eine Pumpenserie des gleichen Typs, die verschiedene Volumenstrom- und Druckbereiche bietet. Eine wichtige Forderung dazu ist die Standardisierung der technischen Komponenten. Dazu offeriert KSB das Virtual Impeller Trimming – das individuelle Anpassen der Drehzahl per Smartphone. Dabei ist, anders als bei der mechanischen Anpassung des Pumpenlaufrades, kein Eingriff in den Betriebsablauf nötig. So lässt sich bei Abweichung des tatsächlichen Q / H-Punktes von den Planwerten die Energieeffizienz schnell und wirtschaftlich optimieren oder auf eine anlagenbedingte Veränderung des Arbeitspunktes reagieren. Die Individualisierung der Pumpe kann man innerhalb der Beschaffungskette viel später nach hinten schieben. Damit einher geht natürlich auch eine Reduzierung der Varianten – das wird in Zukunft eine große Rolle bei der Pumpenauswahl spielen.
Mit einer individuellen Festdrehzahl decken jetzt weniger Baugrößen den gesamten Kennfeldbereich ab, bei praktisch gleichem Wirkungsgrad und NPSH-Wert, also der Größe zur Beurteilung des Saugverhaltens einer Kreiselpumpe. So wird die Variantenkomplexität der Hydrauliken um mehr als 50 % reduziert, was in der Planung und Verwaltung Zeit und Kosten spart.
Zur Umsetzung modularer Funktionsblöcke sind auch mehrstufige Hochdruckpumpen – beispielsweise von Grundfos, Rheinhütte, Flowserve, Xylem – eine gute Wahl: Mit verschiedenen Baugrößen, Werkstoffausführungen und unterschiedlichen Anschluss- und Ausstattungsvarianten stehen dem Betreiber diverse Kombinationsmöglichkeiten zur Verfügung. Durch die Zahl der Förderstufen kann die Leistung der Pumpe flexibel an die gewählte Modulgröße angepasst werden. Mit einem übersynchronen Betrieb des Motors kann der Anlagenbauer auch die Dimension der Pumpe beeinflussen. Das heißt, sie baut dann kompakter.
Die Modularisierung bietet zusammen mit einer weitgehenden Standardisierung die Chance zu einer Konfiguration einfacher Pumpenlösungen auf der Homepage des Herstellers: In ähnlicher Weise, wie der Planer bereits heute seine Pumpe per Konfigurator auslegen kann, ist dann auch der virtuelle Anstoß des realen Fertigungsprozesses möglich, also quasi die „Pumpe on demand“.
App in die Cloud
Unter dem Eindruck steigender Energiekosten werden rotatorisch angetriebene Betriebsmittel in technischen Anlagen immer stärker mit elektronischen Bauteilen und Sensorik ausgerüstet. Doch reicht das allein nicht aus, solche Komponenten Industrie-4.0-ready zu machen. Nach der Generierung von Daten (Big Data) muss deren Analyse und Bewertung folgen (Smart Data): Sensoren liefern Daten, Mikrochips mit hinterlegter Software interpretieren sie, Stellglieder setzen Aktionen um.
Die praktische Umsetzung von Industrie 4.0 bedeutet, dass eine Anlage nicht mehr allein vom zentralen Prozessleitsystem gesteuert wird. Die Intelligenz wandert ins Feld, wo smarte Feldgeräte spezifische Funktionalitäten ausführen, optional auch anderes technisches Equipment steuern und überwachen. Der nächste Schritt ist dann das digitale Pendant in der Cloud. Dieser digitale Zwilling kann auch auf andere Datenquellen zugreifen oder sich mit anderen digitalen Zwillingen vernetzen, zum Beispiel als Akteur eines cyber-physischen Systems.
Unabdingbar für die Industrie-4.0-Readiness von Pumpen und Kompressoren ist also die Fähigkeit zur Konnektivität und damit der Interaktivität. Der überzeugende Nutzen für den Betreiber: Eine vertiefte Transparenz und damit eine höhere Verfügbarkeit der Anlagen, verbunden mit einer verbesserten Produktivität. Dazu drei Beispiele: Mit der Dienstleistung „Pump Operation Check“, die KSB als App anbietet, lassen sich mit der Pumpenüberwachungseinheit Pumpmeter Lastprofile ermitteln, um daraus Handlungsempfehlungen zur Steigerung von Effizienz und Anlagenverfügbarkeit abzuleiten, die über das Drehzahlregelsystem Pumpdrive umgesetzt werden.
Grundfos offeriert eine Chemicals-App: Hintergrund ist das für Kunden aus dem Bereich Wasseraufbereitung und Chemikalien-Distribution leidige Problem, dass Gebinde beim Anschluss an Dosierpumpen verwechselt werden. Die Chemicals-App stellt sicher, dass nur zuvor über die Cloud frei gegebene Gebinde von der Dosierpumpe akzeptiert werden. Mehr noch: Die App überwacht zudem den Gebinde-Füllstand und kann die Nachlieferung neuer Gebinde steuern.
Für den Einstieg in die Digitalisierung haben Boge und Aventics das Smart Pneumatic Grid aufgebaut. Über das Kommunikationsprotokoll OPC UA soll eine intelligente Vernetzung von Drucklufterzeugern und Druckluftverbrauchern gelingen, die Potenziale zum Überwachen, Steuern und Optimieren der gesamten Systemtopologie liefert. Das Smart Pneumatic Grid erfasst den Energiebedarf bis auf Einzelverbraucherebene und visualisiert ihn transparent, berichtet Aventics. Mit geringem Aufwand können aus diesen Informationen bedarfsgerechte Regelungen für die Boge Kompressoren abgeleitet werden. Darüber hinaus zeigt das Gerät auch einen steigenden Luftverbrauch (Leckage) verbrauchergenau an.
Big Data wird zu Smart Data
Smart Data bieten die Chance zu weiteren, bislang nicht verfügbaren Geschäftsmodellen: Bisher verkaufen die Hersteller faktisch Hardware, aber eigentlich die Bewegung des Mediums. Denkbar sind Konzepte, bei denen der Kunde das Fördern eines Mediums von A nach B bezahlt – also nicht mehr in die Hardware selbst investiert. Dem Hersteller fällt dann die Aufgabe zu, Förderprozesse so effizient wie möglich zu gestalten. So werden traditionelle Lösungen mit digitalem Mehrwert-Nutzen quasi veredelt.
Hybrid-Lösungen halten bei Pumpen
und Kompressoren Einzug
Hybrid-Technologien sind derzeit in der Automobil-Welt angesagter Hype – auch bei Pumpen: So sind einstufige Pumpen der Baureihe TPS von GEA Hilge mit dem herkömmlichen Laufrad einer normalsaugenden Kreiselpumpe ausgestattet, unterstützend ist eine Zulaufschnecke, Inducer genannt, vorgeschaltet. Mit dieser Hybrid-Technik ist die Pumpe selbstansaugend und damit insbesondere für den Einsatz als CIP-Rücklaufpumpe und für das Fördern gashaltiger Medien geeignet – eine kostengünstige Alternative zu Seitenkanalpumpen.
Die Freistrom-Pumpe TEO mit Hybrid-Laufrad von Egger verbindet die Vorteile eines halboffenen Laufrads mit denen eines Turo-Freistromrads. Die Pumpe empfiehlt sich für die Förderung von Medien mit hohen Gasanteilen bis 10 % bei großem Kugeldurchgang.
Hybrid-Kompressoren kombinieren die Vorteile von Kolbenmaschinen und Membranmaschinen. Sie spielen dann ihre besonderen Stärken aus, wenn sehr hohe Drücke von 1500 bar und mehr zur Komprimierung von technischen Gasen und Gasgemischen ohne Ölschmierung im hochverfügbaren Betrieb gefordert sind. Gleichzeitig stellen Hybrid-Kompressoren auch eine zukunftssichere Investition im Hinblick auf zu erwartende Umweltauflagen dar. Um jeweils die Stärken eines jeden Verdichtungsprinzips zu nutzen, liegt eine Kombination auf einem Maschinengehäuse nahe.
Da es sich um das gleiche physikalische Verdichtungsprinzip handelt, sind die Verdichtungskonzepte thermodynamisch unkritisch kombinierbar. Auch die verfahrenstechnisch nötigen Komponenten zwischen den Stufen (wie Kühler, Behälter, Abscheider) haben für beide Verdichtungsprinzipien keine unterschiedlichen Anforderungen. So ist die Nutzung von Kolbenkompressor-Stufen als Niederdruckverdichtung und von Membranstufen als Hochdruckverdichtung eine optimale Wahl, um Gase ungeschmiert auf Hochdruck zu verdichten, so Neumann & Esser (NEA Group).
Additiv gefertigte Ersatzteile
Wann wird der 3D-Druck den Ersatzteilmarkt bei Pumpen und Kompressoren revolutionieren? Warum sollte es nicht möglich sein, beispielsweise das Laufrad einer Kreiselpumpe oder Düsen einer Kolbenpumpe auf diese Weise zu revitalisieren? Wie die 3D-Druck-Technologie weitergedacht werden kann, das zeigen die Land- und Baumaschinenhersteller Caterpillar und John Deere mit dem „Cloud Producing“. Die Idee: Sie speichern die Daten der Ersatzteile in einer Datenbank, auf die jeder Befugte überall auf der Welt zugreifen kann. Benötigt eine Werkstatt also irgendwo auf dem Globus ein Ersatzteil, kann sie die Daten herunterladen und die Komponenten vor Ort drucken.
Pumpenhersteller KSB erwartet eine gewaltige Kostenersparnis, die sich derzeit aber noch nicht quantifizieren lasse. Dies sei erst möglich, wenn die Produkte entsprechend umkonstruiert seien – dann sinke der Materialverbrauch, auch seien weniger Bearbeitungsschritte nötig. Aktuell setzt das Unternehmen den 3D-Druck hauptsächlich im Forschungsstadium, zum Teil aber auch bereits in der Produktion ein. Beispielsweise dann, wenn Ersatzteile besonders schnell und in geringen Stückzahlen hergestellt werden müssen. (sk)
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