Meilensteine der Industrie Mutter aller Normpumpen

Autor / Redakteur: Stéphane Itasse / Matthias Back

In einer Zeit, als jeder Hersteller seine Pumpen nach eigenem Gusto baute, entstand bei vielen Anwendern der Wunsch nach einer Norm, der alle Hersteller folgen sollten. Kurzerhand erhob man die Baureihe Eta von KSB zum Standard – und doch passt sie der Frankenthaler Hersteller für die Kunden individuell an.

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Die Produktion steht nicht still: Fast 80 Jahre nach der Einführung der ersten Generation ist die Etanorm-Pumpe immer noch gefragt.
Die Produktion steht nicht still: Fast 80 Jahre nach der Einführung der ersten Generation ist die Etanorm-Pumpe immer noch gefragt.
(Bild: KSB)

Ob Wasserversorgung, Kühlwasser, Feuerlöschanlagen, Beregnung, Brauchwasser, Kondensatentsorgung oder Heizung und Klimatisierung – für Millionen von Anwendungen muss man Wasser in Bewegung bringen. Dahinter steckt meistens eine Kreiselpumpe, oft eine Etanorm von KSB. Bis heute hat der Frankenthaler Hersteller über 1,2 Mio. Exemplare dieses Klassikers produziert. Wie kam es, dass die Baureihe eines Herstellers zum Standard für ein ganzes Marktsegment wurde?

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Bester Pumpenwirkungsgrad steht der Standardisierung entgegen

Hat ein Anwender sich auf einen gewünschten Förderstrom Q (in m³/h) und eine Förderhöhe H (in m) sowie die gewünschte Motordrehzahl n (in min–1) festgelegt, gilt es, die sparsamste Pumpe für seinen Einsatzfall auszuwählen. Theoretisch könnte man jetzt eine neue Pumpe konstruieren, um den besten Wirkungsgrad zu erzielen. Da das wirtschaftlich Unsinn wäre und einer massenhaften Verbreitung von Kreiselpumpen im Wege stehen würde, schufen die Konstrukteure das so genannte Raster. Dabei unterteilte man ein großes Q/H-Diagramm in viele kleine Felder und konstruierte für jedes Feld eine Pumpenbaugröße, die eine bestimmte Wirkungsgradtoleranz einhalten muss.

Die Feinabstimmung innerhalb des Feldes lässt sich dann über den Laufraddurchmesser erreichen. Damit lässt sich die optimale Förderhöhe bei einer einstufigen Pumpe erheblich variieren. Wenn man nun mit festgelegten Baugrößen einen bestimmten Bereich von Förderstrom und -höhe abdeckt, kann man die Pumpen in einer größeren Stückzahl produzieren. Und mit den höheren Stückzahlen lassen sich auch die Kosten senken. Auf diese Weise war es möglich, jedem Kunden eine individualisierte Pumpe zu liefern und trotzdem ein hohes Maß an Standardisierung in der Fertigung zu erreichen.

Jede Normpumpe durch Abdrehen des Laufrades individuell angepasst

Dabei ist diese Feinabstimmung eine große Aufgabe für die Produktionsorganisation von KSB: Bei jeder Pumpe kann der Kunde den Außendurchmesser des Kreiselpumpenlaufrades durch Abdrehen an den Betriebspunkt anpassen lassen. So wird es möglich, die verlangten Förderhöhen innerhalb einer Pumpenbaugröße durch unterschiedliche Laufraddurchmesser zu erreichen – was wiederum viel Energie spart: Der Laufraddurchmesser geht in der vierten Potenz in die Leistungsaufnahme ein.

Diese Individualisierung bedeutet aber auch eine große Komplexität. Welchen Herausforderungen KSB dabei gegenübersteht, zeigte der Wettbewerb „Best Innovator“ der Unternehmensberatung A.T. Kearney und der Wirtschaftswoche. Im Jahr 2008 konnten die Frankenthaler sich den Preis in der Sonderkategorie Komplexitätsmanagement sichern. Gewürdigt wurde die Fähigkeit, mit vergleichsweise geringem internen Aufwand eine hohe Zahl von Produkten in unterschiedlichen Ausführungen, Größen und Werkstoffen herzustellen.

Entscheidender Schritt zur Etanorm kam in den 30er-Jahren

Dieses Meilenstein-Konzept hatte KSB bereits 1911 erdacht und in den Pumpen der Monos-Baureihe umgesetzt. Der entscheidende Schritt kam jedoch in den 30er-Jahren, als der junge Dr. Fritz Krisam, später KSB-Konstruktionsleiter, die einstufigen Kreiselpumpen ordnete und in einer Baureihe zusammenfasste.

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Die so entstandenen Pumpen waren gekennzeichnet durch:

  • ein am Lagerstuhl angeflanschtes Spiralgehäuse,
  • einen tangentialen Druckstutzen und
  • ein mit Saugdeckel verschlossenes Gehäuse.

Aufgrund ihres sehr guten Wirkungsgrades erhielt die Baureihe die Bezeichnung Eta, denn der griechische Buchstabe η steht in der Technik oft für den Wirkungsgrad. Die Markteinführung erfolgte 1935.

Anfang der 50er-Jahre konstruierte man die Baureihe neu. Das Hauptaugenmerk galt wieder dem Wirkungsgrad. Viele Kunden wünschten sich einen radialen Druckstutzen, was die Verrohrung und den Service für eine Pumpe deutlich vereinfachte.

Die nächste Generation der Eta-Pumpen kam 1968: Durch Standardisierungsbestrebungen in der Großchemie kam es zu einem Normvorhaben, das Wasserpumpen (Eta) und Chemiepumpen (CPK) umfasste. Schließlich wurden bei dem Vorhaben neben den Außenabmessungen auch die hydraulischen Leistungen der einzelnen Baugrößen genormt. Zur Zusammenfassung von Wasser- und Chemiepumpen kam es jedoch nicht. Als Konstruktionsprinzip standardisierte man die Back-pull-out-Lösung mit Lagerträger, bei der im Revisionsfall das Spiralgehäuse im Rohrleitungssystem bleiben kann. Ergebnis:

  • DIN 24255 für Wasser mit 10 bar und
  • DIN 24256 (ISO 2858) für Chemie mit 16 bar.

Zur Umsetzung der DIN 24255 führte KSB die Etanorm-Pumpe ein.

Etanorm setzt international Maßstäbe

In welchem Ausmaß KSB mit der Etanorm einen internationalen Meilenstein etabliert hatte, zeigt ein Beispiel aus späteren Jahren. Als 1975 Verhandlungen über eine Normpumpe stattfanden, fragte man auch die im damaligen Ostblock ansässigen Pumpenhersteller, ob sie sich nicht dieser Norm anschließen wollten. Auf einer Konferenz in Budapest stieß dieser Vorschlag jedoch auf Unverständnis: „Wir haben doch die Eta-Pumpe, wozu also normen?“ Schon vor 40 Jahren diente diese Baureihe bereits international als Vorbild.

Natürlich konnte ein solcher Pumpenklassiker im Laufe der Jahre nicht stehen bleiben. In immer neuen Schritten hat KSB die Pumpen angepasst. Neue Marktanforderungen, neue Erkenntnisse aus Strömungslehre und Kavitationsforschung sowie aus Material- und Fertigungstechnik flossen ein.

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Zahlen und Fakten: KSB – einer der großen Pumpen- und Armaturenhersteller der Welt

Von Frankenthal in alle Welt: Seit seiner Gründung ist KSB zu einem global operierenden Unternehmen herangewachsen und beschäftigt laut seinem neuesten Geschäftsbericht 16.546 Mitarbeiter in über 100 Ländern. Mit ihrer Unterstützung kam der Pumpen- und Armaturenhersteller im Geschäftsjahr 2013 auf einen Umsatz von knapp 2,24 Mrd. Euro, die Eigenkapitalquote lag inklusive Anteilen anderer Gesellschafter bei 39,3 %. Die umsatzstärksten Gesellschaften des KSB-Konzerns waren neben der KSB AG die KSB S.A.S. (Frankreich), die GIW Industries (USA), die KSB Shanghai Pump Co. Ltd. (China), die KSB Bombas Hidráulicas S.A. (Brasilien), die KSB Service GmbH (Deutschland) und die KSB Pumps Limited (Indien). Das Stammwerk der KSB AG in Frankenthal ist auch das größte europäische Werk.

Brüssel gibt Impulse für die jüngsten Verbesserungen der Etanorm

Für die jüngsten Fortschritte bei der Etanorm kam der Impuls aus der Politik: Die Europäische Kommission in Brüssel beschloss die ErP-Richtlinie, auch bekannt als Ökodesign-Richtlinie, um den CO2-Ausstoß nachhaltig zu senken, indem der Stromverbrauch der jeweiligen Komponenten reduziert wird. Unter dieses Regelwerk fallen auch Kreiselpumpen. Dabei dürfen nur noch solche Pumpen auf den Markt gebracht werden, die bestimmte Anforderungen an die Energieeffizienz erfüllen. Die Umsetzung für Wasserpumpen erfolgt schrittweise, nach dem ersten Stichtag 1. Januar 2013 folgen weitere wichtige Termine Anfang 2015 und 2017.

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Die ErP-Richtlinie (EU-Verordnung 547/2012) gab auch bei KSB den Anstoß, Pumpen neu zu überarbeiten. Ergebnis war unter anderem eine neue Etanorm-Baureihe, insgesamt die siebte Generation. Nach wie vor ist die Hydraulik ein äußerst wichtiger Ansatzpunkt, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und den Energieverbrauch zu senken.

Wirkungsgrad der Pumpen hängt auch stark von der Umgebung ab

Jede Pumpe kann aber nur so sparsam arbeiten, wie es das sie umgebende System zulässt. Bei falscher Auslegung oder Fahrweise kann auch eine Pumpe mit gutem Wirkungsgrad nicht sparsam fördern. Deshalb betrachten die Frankenthaler ihre Etanorm nicht für sich alleine, sondern sehen sie als Teil eines großen komplexen Systems, in dem viele Dinge sich gegenseitig beeinflussen. So entwickelten sie ein komplettes Paket namens Fluid Future rund um die Pumpe, das es erlaubt, die technisch möglichen Energieeinsparungen zu nutzen.

Das beginnt mit einem Auslegungsprogramm, mit dessen Hilfe der Anwender eine sehr genaue und sparsame Auslegung des Aggregates vornehmen kann. Es geht weiter mit Pumpenregelsystemen, wie dem von KSB entwickelten Pumpdrive. Mit ihm kann man in Pumpsystemen, in denen zeitabhängig unterschiedliche Fördermengen transportiert werden müssen, die aufgewendete Leistung dem tatsächlichen Bedarf anpassen.

Sehr wesentliche Komponente einer Pumpe ist der Antriebsmotor

Eine weitere sehr wesentliche Komponente ist der Antriebsmotor. Mit den Synchron-Reluktanzmotoren vom Typ Supreme steht den Anwendern eine Technik zur Verfügung, mit der sich auch zukünftige Anforderungen an sparsame Antriebe von Pumpen erfüllen lassen. Außerdem hat der Motor im Gegensatz zu Asynchronmotoren auch noch einen guten Wirkungsgrad, wenn er nicht mit voller Leistung läuft.

Genau das kommt in der Realität aber sehr häufig vor, da viele Antriebe im geregelten Betrieb hauptsächlich mit abgesenkter Drehzahl arbeiten. Nicht zuletzt sind hier die Armaturen im Umfeld einer Pumpe wichtig. Sowohl das Fluid-Future-Konzept als auch die Armaturen werden in weiteren Meilenstein-Artikeln dargestellt.

Die Praktiker interessiert darüber hinaus die Zuverlässigkeit ihrer Anlage und der in ihr verbauten Komponenten. Dank erhöhter Steifigkeit kann das Gehäuse heute höhere Rohrleitungskräfte und Rohrleitungsmomente aufnehmen. Es gab weitere konstruktive Änderungen, so wurde der Lagerträger noch einmal verstärkt, um Schwingungen im Betrieb zu vermindern.

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Heute ist auch bei wechselnden Betriebsbedingungen und bei feststoffbelasteten Medien dank einer gekammerten Gehäusedichtung sowie eines optimierten Gehäusedeckels ein zuverlässiger Betrieb möglich. Überdies besitzt die Pumpe gute Saugeigenschaften und ermöglicht einen nahezu kavitationsfreien Betrieb. Dadurch ergeben sich weniger Verschleiß und mehr Laufruhe. Insgesamt stehen nun 43 Baugrößen zur Verfügung.

Moderne Computertechnik ermöglicht weitere Verbesserungen der Etanorm

Frankenthaler Strömungstechniker überarbeiteten alle hydraulischen Konturen mithilfe von „Computational Fluid Dynamics“ der „Finite-Elemente-Methode“ und führten zahlreiche praktische Tests durch. An einigen Baugrößen gab es aus Hydrauliksicht nichts mehr zu optimieren, allerdings konnte man bei 23 Baugrößen noch einmal Verbesserungen erzielen. Das Ergebnis waren auch zusätzliche Baugrößen für kleine Fördermengen, mit denen sich näher an den optimalen Betriebspunkt heranfahren lässt. Eine andere Neuerung war der zweipolige Betrieb bei Baugrößen mit Laufrad-Nenndurchmesser über 315 mm – zuvor war er nicht möglich gewesen, weil er die Pumpe zu sehr belastete.

Zusätzlich werteten die KSB-Spezialisten auch viele Einsatzsituationen aus. Die Etanorm ist zwar eine klassische Reinwasserpumpe, die man üblicherweise in nicht abrasiven Umgebungen einsetzt. Doch die Realität sieht oft anders aus. Feststoffe wie Sand spielen zunehmend eine Rolle. Daher gestalteten die Konstrukteure den Wellendichtungsraum feststoffverträglicher. Weiter wurden die Voraussetzungen für Wartung und Instandhaltung erleichtert. Beispiele sind ein vergrößerter Dichtungsraum, der die Entlüftung optimiert, und die Verschraubung des Gehäusedeckels mit dem Lagerträger bei allen Baugrößen – in der Praxis genau die Dinge, die eine Wartung wesentlich vereinfachen.

Zusätzlich wurden Abdrückschrauben an der Schnittstelle zwischen Gehäusedeckel und Lagerträger gesetzt. Bei langem Betrieb kam es hier insbesondere bei Pumpen in Graugruss immer wieder zu einer schwer lösbaren Verbindung zwischen beiden Komponenten. Nun lässt sich der Deckel selbst nach vielen Betriebsjahren problemlos öffnen.

Etanorm wird weltweit exakt einheitlich

Ein wichtiges Argument für viele Anwender ist auch, dass die Etanorm nun weltweit in allen Werken nach den gleichen Qualitätsansprüchen gefertigt wird. Neben EN-Flanschen stehen die Pumpen auch mit ASME-Flanschen zur Verfügung. Der Anwender erhält eine Pumpe, die KSB an drei Fertigungsstandorten in Deutschland, in Indien und in Südafrika exakt nach den gleichen Qualitäts- und Entwicklungsvorgaben fertigt. Dadurch ist die globale Beschaffung wesentlich einfacher geworden, ebenso wie die Verfügbarkeit von Pumpen und Ersatzteilen.

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Trotz gleicher Anforderungen in puncto Qualität. Die lokale Anpassung der Pumpe in Bezug auf ihren Einsatz bleibt nach wie vor entscheidend. Pumpen und Zubehörteile müssen schnell, einfach und sicher an die regionalen Anforderungen angepasst werden können. Dank des dichten globalen Vertriebs- und Servicenetzes seitens KSB stehen Ersatzteile in kürzester Zeit zur Verfügung.

Auf den Betriebspunkt abgestimmte Pumpe ist Garant für den verschleißarmen Betrieb

Das Wort Standard im Begriff Standardwasserpumpe führt ein wenig in die Irre. Schließlich gehört die Etanorm zu den variantenreichsten Pumpen überhaupt. Nur 1,4 % aller im Jahr 2011 verkauften Pumpen der Vorgängerbaureihe waren baugleich. Die Vielfalt der zur Verfügung stehenden Baugrößen und Werkstoffe sorgt dafür, dass der Anwender eine Pumpe erhält, die genau auf seine spezifische Einsatzsituation passt.

Eine auf den Betriebspunkt abgestimmte Pumpe ist zudem ein Garant für den verschleißarmen Betrieb. Gleichzeitig profitiert der Anwender von der Tatsache, dass weltweit unter gleichen Fertigungs- und Qualitätsanforderungen produziert wird. Die mit diesem Entwicklungsprozess einhergehenden konstruktiven Optimierungen setzen noch einmal wichtige Impulse und die Etanorm wird ihrem Vorbildcharakter nach wie vor gerecht.

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