Res­sour­cen­ein­satz bei Umwälz­pum­pen optimieren

Pum­pen erzeu­gen welt­weit den höchs­ten Ener­gie­be­darf. Von A wie Abwas­ser bis Z wie Zen­tral­hei­zung wer­den Pum­pen in viel­fäl­tigs­ten Berei­chen ein­ge­setzt, vor allem in der Indus­trie, z. B. im Rah­men von Kühl­sys­te­men oder in Kraft­werks­an­la­gen. Das Poten­ti­al, Ener­gie ein­zu­spa­ren ist hier enorm. Allein euro­pa­weit wer­den mehr als 140 Mio. Umwälz­pum­pen betrie­ben, die im Schnitt alle zehn Jah­re ersetzt wer­den. Signi­fi­kan­te Ver­bes­se­run­gen der Res­sour­cen- und Ener­gie­ef­fi­zi­enz bei der Pum­pen­her­stel­lung haben zwei vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) geför­der­te Ver­bund­pro­jek­te im Fokus, an denen die Hoch­schu­le Kai­sers­lau­tern gemein­sam mit der TU Ber­lin und dem Pum­pen­her­stel­ler KSB betei­ligt ist.

Das Pro­jekt IMPROVE, das im Rah­men des Pro­gramms r+ Impuls geför­dert wird, will Umwälz­pum­pen mit inno­va­ti­ver Leis­tungs­elek­tro­nik opti­mie­ren, um Roh­stoff und Ener­gie ein­zu­spa­ren. Dies soll durch die Minia­tu­ri­sie­rung und Inte­gra­ti­on der Leis­tungs­elek­tro­nik in die Elek­tro­mo­to­ren von Umwälz­pum­pen gelin­gen, was es ermög­licht, die Pum­pe mit varia­blen und damit auch höhe­ren Dreh­zah­len zu fah­ren. Höhe­re Dreh­zah­len bedeu­ten, dass die Pum­pe klei­ner und damit mate­ri­al­spa­ren­der gebaut wer­den kann. Bei einer beab­sich­tig­ten Ver­klei­ne­rung um 50 Pro­zent ist das Poten­ti­al für Ein­spa­run­gen also ganz erheb­lich. Bis­lang nicht Stand der Tech­nik sind dabei die geplan­te Minia­tu­ri­sie­rung und Inte­gra­ti­on der Leis­tungs­elek­tro­nik in das Motor­ge­häu­se. Dies erfor­dert eine Über­ar­bei­tung der elek­tro­me­cha­ni­schen Motor­kon­struk­ti­on. Die Ent­wick­lung ent­spre­chen­der Vor­aus­set­zun­gen liegt bei der TU Ber­lin, die dafür inno­va­ti­ve Lei­ter­plat­ten­tech­no­lo­gien einsetzt.

Für die Ent­wick­lung der ent­spre­chend klein­for­ma­ti­gen Elek­tro­mo­to­ren will man im Pro­jekt Eco-Pump-Dri­ve gänz­lich auf die Ver­ar­bei­tung von Per­ma­nent­ma­gne­ten auf der Basis von Sel­ten-Erd-Metal­len ver­zich­ten. Sel­ten-Erd-Metal­le wer­den in der Her­stel­lung von hoch­ef­fi­zi­en­ten Elek­tro­mo­to­ren ver­ar­bei­tet und haben den Nach­teil, dass zwar nicht deren Vor­kom­men, aber deren Gewin­nung sehr auf­wän­dig und daher mit hohem Ener­gie­ver­brauch und hohen Kos­ten ver­bun­den ist. Bei der Tren­nung vom Gestein, in das sie ein­ge­bun­den sind, ent­ste­hen dar­über hin­aus che­misch und radio­ak­tiv ver­un­rei­nig­te Abwäs­ser. Ein Ver­zicht wür­de also nicht nur eine enor­me Ener­gie- und Kos­ten­er­spar­nis nach sich zie­hen, son­dern auch die Umwelt­ver­schmut­zung ver­rin­gern. Die Ent­wick­lung von Elek­tro­mo­to­ren, die zu 100 Pro­zent auf den Ein­satz von Sel­ten-Erd-Metal­len ver­zich­ten, soll über ein ver­än­der­tes Moto­ren­de­sign gelin­gen. Hier­bei arbei­ten eben­falls die Hoch­schu­le Kai­sers­lau­tern und das Unter­neh­men KSB zusam­men und wer­den eben­falls im Rah­men des Pro­gramms r+ Impuls gefördert.

Für bei­de Pro­jek­te ist es Auf­ga­be der Hoch­schu­le Kai­sers­lau­tern, eine indus­trie­taug­li­che Demons­tra­ti­ons­an­la­ge auf­zu­bau­en, in der die Ent­wick­lung bis zur Qua­li­fi­zie­rung per­ma­nent getes­tet wird. Dafür wird die Hoch­schu­le unter Lei­tung von Prof. Dr. Sven Urschel aus dem Fach­be­reich Ange­wand­te Inge­nieur­wis­sen­schaf­ten, Test­spe­zi­fi­ka­tio­nen erstel­len, die unter ande­rem bestim­men, wel­che Nor­men in Bezug auf die Umwelt­be­din­gun­gen oder das Betriebs­ver­hal­ten erfüllt wer­den müs­sen. Für die durch­zu­füh­ren­den Tests wer­den ver­schie­de­ne Ver­suchs­stän­de und eigens ein Umwelt­si­mu­la­ti­ons­schrank ange­schafft, der Wet­ter­be­din­gun­gen simu­liert. Dafür und für die Ein­rich­tung von Mit­ar­bei­ter­stel­len erhält die Hoch­schu­le Kai­sers­lau­tern rund eine Mil­li­on Euro über einen Zeit­raum von drei Jahren.

Der Fran­ken­tha­ler Pum­pen­her­stel­ler KSB führt die Inte­gra­ti­on der Leis­tungs­elek­tro­nik in den Pum­pen­mo­tor durch. Außer­dem über­nimmt er die Gesamt­ent­wick­lung und ‑inte­gra­ti­on.