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.