Effizienz im Blick

EFF1-Motoren für Pumpen in Sekundärkreisläufen

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17.11.2008 Energieeinsparungen gewinnen in allen Bereichen industrieller Prozesse mehr und mehr an Bedeutung. Besonders hoch ist das Potenzial in Nebenprozessen wie der Wasser- und Abwassertechnik. Hier setzen sich bei den Antrieben mehr und mehr Hocheffizienz-Motoren durch.

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Entscheider-Facts Für Betreiber



  • Insbesondere in Nebenprozessen der Industrie – zum Beispiel in der Wasserversorgung – ist das Potenzial für Energieeinsparungen beim Betrieb von Pumpen groß.
  • Hocheffizienz-Motoren (EFF1) helfen dabei Energie zu sparen und erzeugen außerdem geringere Geräuschemissionen als konventionelle Antriebe.
  • Die Pumpen der CR-Baureihe werden serienmäßig mit solchen EFF1-Motoren ausgestattet.

Der sichere und zuverlässige Betrieb einer Pumpe ist bei den Anwendern in der industriellen Verfahrenstechnik ebenso stark gefragt wie planbare Kosten – und letztere mehr und mehr über den kompletten Lebenszyklus. Eine effiziente Antriebstechnik und unkomplizierte Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten spielen dabei eine entscheidende Rolle.

In den Sekundär-Kreisläufen der chemischen Verfahrenstechnik kommen unter anderem die Hochdruck-Inline-Kreiselpumpen der Baureihe CR zum Einsatz. Sekundär-Kreisläufe sind alle Versorgungskreisläufe für den eigentlichen Produktionsprozess: Kesselspeisewasser-, Rein- und Reinstwasser-, Brauchwasserversorgung und Abwasserentsorgung. Primär-Kreisläufe hingegen dienen der Produktförderung (Säuren, Laugen etc.). Gerade in den industriellen Nebenprozessen ist das Potenzial für Energiesparmaßnahmen groß. Rund zwei Drittel des gesamten Energieeinsparpotenzials der Industrie entfallen gemäß VDMA auf die Nebenprozesse, wo je nach Anwendung Einsparungen zwischen 20 und 40 Prozent möglich sind, während in den industriellen Hauptprozessen ein Drittel aller Einsparungen zu erzielen ist.

EFF1-Motoren als Standard

Alle Pumpen der CR-Baureihe werden deshalb mit Hocheffizienz-EFF1-Motoren ausgestattet. Die Einstufung als „Hochleistungsmotor“ war lange Zeit nicht durch allgemeine Regelungen definiert, die Bezeichnung wurde recht willkürlich verwendet. Um hier klare Verhältnisse zu schaffen, haben die USA bereits 1997 den Energy Policy Act (EPACT) verabschiedet, der die Kriterien für eine Einstufung als „hocheffizienten“ Motor festlegt. Die EU hat sich in der sogenannten CEMEP-Liste auf eine ähnliche Definition geeinigt.

Die CEMEP, das europäische Sektorenkomitee für elektrische Antriebstechnik, hat gemeinsam mit der europäischen Kommission die Einteilung von Drehstrommotoren von 1,1 bis 90 kW in drei Klassen vorgenommen. Die seit 1999 gültige Klassifizierung wird mit EFF3, EFF2 und EFF1 bezeichnet, wobei EFF1 für den höchsten Wirkungsgrad bei Volllast steht. Demnach muss ein Energiesparmotor der Klasse „EFF1“ einen Wirkungsgrad von mindestens 83,8% aufweisen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Hochleistungspumpen kombiniert mit hocheffizienten Motoren verbrauchen weniger Energie und reduzieren damit die Betriebskosten.
Ein Beispiel verdeutlicht den Effekt: Bei einem 15 kW EFF1-Motor, einer Betriebszeit von 6000h/Jahr, einem Wirkungsgrad-Delta zu EFF2-Motoren von 3,6% und einem kWh Preis von 0,10Euro ergibt sich ein jährliches Einsparpotential von ca. 400Euro. Außerdem erzeugen Hochleistungs-Motoren auch geringere Geräuschemissionen: Das Motorengeräusch (und damit ein großer Teil des Pumpengeräusches überhaupt) wird nämlich hauptsächlich durch den Motorlüfter verursacht. EFF1-Motoren benötigen aufgrund des höheren Wirkungsgrades und der deutlich geringeren Abgabe von Verlustwärme weniger Luft zur Kühlung, so dass sie meist mit kleineren und damit leiseren Lüftern auskommen.
Die geringere Verlustwärme resultiert aus der größeren Auslegung. Die geringere Wärmeabgabe schont die isolierten Kupferdrähte der Statorwicklung und verlängert deren Lebensdauer. Eine niedrige Betriebstemperatur erhöht darüber hinaus die Lebensdauer der Motor-Lager. Auch die Standzeit der Lagerschmierung, die stark temperaturabhängig ist, profitiert davon. Schon ein Temperaturanstieg um lediglich 5ºC kann sich schädlich auswirken.

Frequenzumformer senktBetriebskosten

Wählt der Betreiber die Varianten CRE 120 bzw. CRE 150, die mithilfe eines Frequenzumformers selbsttätig die niedrigstmögliche Drehzahl einstellen, sinkt der Stromverbrauch erheblich. Das ist physikalisch schnell erklärt: Da der Energieverbrauch einer Kreiselpumpe nach dem Affinitätsgesetz mit der dritten Potenz der Drehzahl steigt, machen sich schon kleine Unterschiede deutlich bemerkbar. Durch eine automatische Anpassung der Pumpenleistung an den veränderlichen Förderbedarf in der Anlage lassen sich zusammen mit einer effizienten Motortechnik bis zu 80% der Antriebsenergie einsparen.

Auch prozesstechnisch hat die drehzahlgeregelte Variante Vorteile: So kann beispielsweise eine konstante Filtrationsgeschwindigkeit sichergestellt werden. Dadurch wird der Filtrationsprozess optimiert; Druckschläge sind durch sanftes Anfahren der Pumpe auf ein Minimum reduziert. Die entsprechend ausgestattete Pumpe kann dazu in die bestehende Anlage integriert und über Sollwerteingänge angesteuert werden. Der Betreiber kann unter zwei Frequenzumformer-Varianten (FU) wählen: Beim MGE-Motor (bis 22kW) ist der FU integriert, bei der CUE-Lösung (bis 250kW) ist der FU der Pumpe beigestellt. Die Variante mit integriertem Umrichter zeichnet sich unter anderem durch folgende Merkmale aus:

  • Motor und Frequenzumformer sind optimal aufeinander abgestimmt;
  • im Vergleich zu einem Standard-Motor mit externem FU entfällt der zusätzliche Verdrahtungs- und Installationsaufwand;
  • geringer Platzbedarf;
  • Motoren im Leistungsbereich zwischen 0,25 und 22,0kW können bifrequent, also mit 50 oder 60Hz, betrieben werden;
  • dezentrale Lösung, Eingriffe in zentrale Steuerungsprozesse entfallen.

Für größere Leistungen bis 250kW stehen externe Frequenzumformer zur Verfügung – übrigens mit allen gewohnten MGE-Funktionalitäten. Die externe FU-Lösung ist für Motorleistungen ab 0,55kW verfügbar.

An unterschiedliche Einsatzbedingungen anpassen

Der modulare Aufbau des Pumpenprogramms ermöglicht es, die unterschiedlichsten Anwendungen abzudecken, was die Beispiele im Folgenden verdeutlichen: Werden Motoren für unterschiedlichste Einsatzbedingungen benötigt, sind Lösungen für Sonderspannungen, mit speziellen Zulassungen oder Motorkonstruktionen verfügbar. Für gefährliche Umgebungen, in denen beispielsweise das Risiko von Explosion oder Staubentzündungen besteht, gibt es explosionsgeschützte Aggregate.

Für aggressive, gefährliche oder flüchtige Medien ist mit der CR-MAGdrive-Variante per Magnetkupplung eine kostengünstige, hermetisch dichte Ausführung verfügbar. Ist das geförderte Medium giftig, umweltgefährdend oder klebrig, können die Pumpen mit einer Doppelwellendichtung mit Druckkammer versehen werden. Die Konstruktion besteht aus zwei „Rücken an Rücken“ angeordneten Dichtungen in einer separaten Dichtungskammer. Der Druck innerhalb der Kammer liegt über dem Pumpendruck, somit sind Leckagen ausgeschlossen. Den erhöhten Druck in der Kammer erzeugt eine zusätzliche Pumpe oder ein spezieller Druckverstärker.
Kristallisiert oder härtet das Medium an der Gleitringdichtung aus, wird die Pumpe mit einem doppelt wirkenden Gleitringdichtungssystem mit Spülkammer (Quench-Dichtung) konfiguriert.

Patronendichtung und Sicherheit gegen Trockenlauf

Rund 70% aller Pumpenausfälle basieren auf Schäden an der Gleitringdichtung. Ursachen hierfür können aggressive oder abrasive Medien, Trockenlauf, falscher Einbau oder Verschleiß sein. Aus diesem Grund muss die Gleitringdichtung möglichst einfach und schnell gewechselt werden können. Mit einer Patronengleitringdichtung mit hochverschleißfester SIC-Paarung ist dies möglich. Selbst bei großen Pumpen verbleibt der Motor auf der Motorlaterne, die Gleitringdichtung ist mit wenigen Handgriffen ausgewechselt. Dank der geschlossenen, vormontierten Patronen-Bauweise entfallen mögliche Montagefehler, wie z.B. ein falscher Zusammenbau der Dichtungselemente, eine fehlerhafte Vorspannung der Feder oder eine Verunreinigung der Gleitflächen.

Rund 25 % der Pumpenausfälle werden in der Praxis durch Trockenlauf verursacht, da ohne Mediumschmierung nach kurzer Zeit Lager und Gleitringdichtung überhitzen. Wird die Pumpe dann nicht unverzüglich abgeschaltet, treten Schäden auf und eine kostenintensive Reparatur steht an. Sicherheit verspricht hier der Trockenlaufschutz mithilfe des LiqTec-Sensors. Dieser überprüft permanent, ob ein Fördermedium vorhanden ist und schaltet die Pumpe im Falle des Falles zuverlässig ab. Steht das Fördermedium wieder zur Verfügung, wird die Pumpe nach Bedarf automatisch wieder eingeschaltet. Zusätzlich schützt LiqTec mithilfe eines eingebauten Kaltleiters (PTC) den Motor der Pumpe vor Überhitzung.

Heftausgabe: November 2008
Adalbert Ring,

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