Smarte Pumpen für Sekundär-Prozesse Effizienzrakete für Sekundär-Prozesse: Wie Pumpen den Energiespar-Booster zünden

Sie sind die zentralen Möglichmacher von Produktions- und Hilfsprozessen, und doch führen Sie ein Schattendasein: Dabei könnten Pumpen mehr sein als nur energiehungrige Strömungsmaschinen, sind sich die dänischen Pumpenexperten von Grundfos sicher: In intelligenten Systemlösungen werden die Aggregate zu Energiesparchampions und ermöglichen dank digitaler Vernetzung ganz neue Produktions- und Instandhaltungskonzepte.

Wenn Rohre und Leitungen die Adern der Produktion bilden, sind Pumpen ihr schlagendes Herz. Allerdings haben die Aggregate auch ein anderes Gesicht: ein hungriges. Schätzungen gehen davon aus, das 20 bis 25 Prozent des globalen Stromverbrauchs auf das Konto von Pumpenantrieben gehen. Besonders ungeregelte Aggregate sind echte Energiefresser – der scheinbar günstige Anschaffungspreis nivelliert sich so, von den Umweltfolgekosten ganz abgesehen.

Interview Meilenstein Pumpentechnik

„Nachhaltigkeit ist unser Geschäft“: Zwischen Fluidik, Digitalisierung und Wasser für die Welt

Obwohl der Transport flüssiger Medien von zentraler Bedeutung für die Produktion ist, führen diese Sekundärprozesse ein Schattendasein, sofern kein direkter Kontakt zu Produkt oder Reaktionspartnern besteht.

Die geringere Aufmerksamkeit, die diese Hilfs-Stoffkreisläufe erfahren, bleibt nicht ohne Folgen, glaubt André Vennemann, Sales Director für die DACH-Region beim Pumpen-Hersteller Grundfos: „Ich glaube nicht, dass den Betreibern das Pumpenwissen fehlt. Es liegt aber in der Natur der Dinge, dass er manches als gegeben hinnimmt“, erklärt der Pumpenexperte – und sieht die Zulieferer aufgefordert, für das entsprechende Bewusstsein zu werben. „Hier kann der Hersteller unterstützen, indem er sich nicht nur die Pumpe, sondern den gesamten Prozess anschaut und gemeinsam mit dem Betreiber optimiert.“

Bewährte Pumpe, neu gedacht: Ein Schwerathlet auf Energiediät

Nicht immer ist „billig“ auch günstig: „Für die Auslegung einer Pumpe oder eines komplexen Systems müssen viele Parameter bekannt und berücksichtigt sein“, bestätigt Vennemann. „Gerade in der aktuellen Situation mit reduzierten Möglichkeiten, Problemstellungen vor Ort in Augenschein nehmen zu können, besteht die Gefahr, dass etwas nicht gesehen oder für wichtig erachtet wird und unberücksichtigt bleibt. Das Problem kommt dann im Nachgang.“

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Wichtig ist aus Sicht der Pumpenspezialisten der Systemgedanke: Zwar bleiben Pumpen und Strömungsmaschinen die Kernkompetenz der Dänen, doch werden diese zunehmend ab Werk „eingerahmt“, um optimale Betriebsbedingungen sicher zu stellen. Damit, sind sich die Entwickler sicher, würden Lösungen aus einer Hand für industrielle Hilfsprozesse von der Wasserentnahme und Aufbereitung über die Medienversorgung bis zur Kühl- und Temperiertechnik möglich.

„Innovationen werden wir primär bei Steuerungen und Integrationen sehen“, vermutet Venneman. Doch welches Potenzial steckt in dem Thema? Ist knappe 2.300 Jahre nach Archimedes so langsam alles zum Thema Fluidik gesagt oder geht es jetzt erst richtig los?

In Sachen Sekundär-Prozesse ist mehr drin für Betreiber

Die Pumpenhersteller jedenfalls sind lange noch nicht mit ihrem Latein am Ende: So hat Grundfos seiner bewährten CR-Baureihe ein Fitnessprogramm verpasst, mit dem die Leistung auf 320 m³/h und bis zu 40 bar Druck klettert. Das neue Aggregat soll gleichzeitig ein genügsamer Dauerläufer sein, versprechen die Weltmarktführer aus Dänemark.

Über 10.000 Simulationen mittels State-of-the-Art CFD- Programmen folgten rigorose Tests im Entwicklungszentrum Bjerringbro, bei denen die Pumpe an ihre Grenzen gebracht wurde. Das ist aus Sicht der Entwickler nötig, muss doch jede Pumpe auch in kritischen Anwendungen absolut zuverlässig funktionieren. Für „Übergrößen“ von 75 kW Leistung und mehr kommt ein Thrust-Handling-Device genanntes Ausgleichsbauteil dazu, welches hilft, den Schub auf die Antriebsachse auszugleichen und so den Einsatz von Standardmotoren erlaubt.

Pumpen-Effizienzmonster mit ungeahnten Möglichkeiten

Auch in Sachen Energie-Ausnutzung soll die neue CR Standards setzen: Dafür haben die Entwickler die Strömung an den Schaufelrädern mit optimierten Kantendesigns verbessert und Verwirbelungen im Gehäuse mit einer angepassten Geometrie eliminiert.

Damit ist die neueste CR-Generation ein Effizienzmonster, das sogar die sparsamen Vorgängerversionen übertrifft. Weil keine Anwendung wie die andere ist, können Anlagenbetreiber „ihre“ Pumpe im Baukastenprinzip zusammenstellen, wobei über eine Million Konfigurationen möglich sind.

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Die Zukunft ist digital: Produktions- und Sekundärprozesse im Blick

Ganz schön clever – genau wie die Möglichkeit, den Antrieb intelligent zu vernetzen und so zu Effizienz und Transparenz beizutragen. Denn während Antrieb und Strömungsmechanik eine lange Evolution hinter sich haben, kommt die Digitalisierung gerade erst richtig ins Rollen. Isolutions nennt Grundfos das Digital-Portfolio aus intelligenten Pumpen, Konnektivität, Cloud Computing, Softwareauswertung und digitalen Services.

Den Einwand, dass ein derartiges Rundumpaket angesichts zahlloser faktisch ungeregelter Pumpen in der Industrie am Bedarf vorbei ginge, will Pumpenexperte Vennemann nicht gelten lassen: „Die Notwendigkeit zur Energieeinsparung wird in den nächsten Jahren die meisten ungeregelten Pumpen erreichen und zum Austausch führen.“ Auch wenn nicht jede Pumpe smart werden sollte: Die Digitalisierung bleibt ein entscheidender Faktor, um Produktivitäts- und Effizienzreserven zu entfesseln, die in den Produktionsprozessen schlummern. So konnte ein Getränkekonzern in den ersten vier Monaten des Einsatzes 54 Stunden Anlagenstillstand vermeiden.

Energieffizienz 4.0: Sparen dank vernetzter Pumpen

Das Mittel zum Zweck: Grundfos Machine Health. Die Industrie-4.0-Lösung überwacht in Echtzeit die Produktionsprozesse in der Anlage. Die Sensordaten werden in der Cloud gespeichert und von Algorithmen mit künstlicher Intelligenz analysiert, die sogar kleinste Anzeichen dafür erkennen, dass Pumpen oder andere Aggregate Wartungs- oder Reparaturarbeiten erfordern. Der Effekt ist immens: Untersuchungen zeigen, dass 90 Prozent der Maschinen in Industrieanwendungen reibungslos laufen, wenn ihr Zustand überwacht wird.

Sorgen, dass Grundfos irgendwann zum Softwarehaus mit angeschlossener Pumpenfertigung werden könnte, hat Vennenmann nicht: „Unsere Kernkompetenz ist und bleibt die Pumpe mit allen zugehörigen Komponenten“, erklärt der Fluidikexperte mit einem Lachen. „Über den Ansatz, die Probleme des Kunden zu lösen und wo immer möglich Energie- und Wasser-Einsparmöglichkeiten auszuschöpfen, kommen wir aber schnell dahin, dass dies nur digital unterstützt möglich ist. Sei es durch eine rein digitale Lösung, eine digitale Steuerung oder die Integration der Pumpe in die digitale Welt der Produktion.“

Ergänzendes zum Thema

Nachgefragt bei André Vennemann, Sales Director IND DACH, Grundfos

„Das Rohrleitungsnetz ist ein Energieverschwender“

Wo wird bei Pumpen am meisten Energie verschwendet?

André Vennemann: Eine Pumpe hat immer einen optimalen Betriebspunkt. Jenseits davon sinkt der Wirkungsgrad. Ungeregelte Pumpen laufen daher selten im optimalen Wirkungsbereich. Und: Neben der Pumpe ist das zugehörige Rohrleitungsnetz ein großer Energieverschwender. Ist dieses alt und mehrfach an neue Situationen angepasst, so finden wir hier Verläufe und Situationen, die schnell Einsparungen erlauben.

Ist angesichts der zahlreichen ungeregelten Pumpen, die immer noch weltweit im Einsatz sind, die Diskussion um smarte Pumpen nicht weit weg von der Praxis?

Vennemann: War vor 135 Jahren die Diskussion um das Automobil nicht auch weit weg von der Praxis, wo doch alle noch Kutsche fuhren? Die Notwendigkeit zur Energieeinsparung wird in den nächsten Jahren und Jahrzehnten die meisten ungeregelten Pumpen erreichen und zum Austausch führen. Aber es stimmt, eine smarte Pumpe wird auch nicht überall und zu 100 % notwendig sein, es werden ein paar ungeregelte in Nischen überleben.

Betrieb, Instandhaltung oder Entwicklung – wo ist aus ihrer Sicht der Mehrwert der digitalen Services bei Pumpen am größten?

Vennemann: Überall. Im Betrieb ermöglicht die Digitalisierung ein kontinuierliches Monitoring und verhindert Stillstandszeiten, in der Instandhaltung sorgt sie für bessere Planbarkeit und Fehleranalysen, und in der Entwicklung ermöglicht der digitale Zwilling eine schnellere und einfachere Entwicklung.

Wie gelingt die Einbindung von Pumpen in die intelligente Anlage?

Vennemann: Nur durch Fachleute auf beiden Seiten. Systemintegratoren auf Seiten des Kunden können zusammen mit unseren Spezialisten für Systemintegration (bei uns unter dem Stichwort Isolution) so ziemlich alles ermöglichen. Die Schnittstellenfrage ist dabei nachrangig, auf die Lösung kommt es an.

Und wie verhindern Sie, dass auf diese Weise „bloß“ eine weitere proprietäre Insellösung eines Herstellers entsteht?

Vennemann: Indem die Schnittstellendefinition offen bleibt. Noch immer, auch nach einigen Jahren Erfahrung mit Digitalisierungsprojekten, kann wohl niemand eine Wette darauf abschließen, welche Cloudlösungen oder Bus-Protokolle die nächsten 50 Jahre in der Industrie überleben werden. Daher sind und bleiben offene Schnittstellen der Garant für den flexiblen Einsatz. Die Algorithmen selbst werden aber wahrscheinlich auch in Zukunft in den Händen und im System der Entwickler liegen. Daher ist auch die Cloud-to-Cloud Kommunikation von immenser Bedeutung.

Auf das Ergebnis kommt es an

Dazu gehören nicht nur Cloud-Computing und leistungsfähige Algorithmen (die die Dänen zusammen mit Augury entwickeln), sondern auch Werkzeuge zur Visualisierung und Überwachung. Dabei liefert die Plattform nicht nur Echtzeit-Daten, sondern auch Diagnoseergebnisse, mögliche Ursachen und Handlungsempfehlungen. Spätestens, wenn man diese mit konfigurierbaren Alarmen kombiniert, ist der Anruf der Pumpe auf dem Handy keine Spinnerei mehr.

Wenn Anwendungswissen auf Leidenschaft trifft

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„Definieren Sie nicht die Pumpen, sondern das Ergebnis, welches Sie erreichen wollen“, rät Vennemann daher den Anlagenbetreibern. „Vergessen Sie einmal die ursprüngliche Aufgabenstellung und fragen Sie sich, welches Ihre größten „Pains“ sind – vielleicht findet sich schon in diesem Projekt eine Lösung dafür. Und: Wenden Sie sich an den Hersteller Ihres Vertrauens und beziehen Sie ihn frühzeitig ein.“ Die Pumpe allein ist nicht immer genug – doch im Systemverbund kann der Effekt gewaltig sein. ●

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