Entwicklungsprogramm für Dosier- und Membranpumpsysteme

Ganzheitlich zur Effizienz

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27.06.2011 In der chemischen Industrie stehen für den Betreiber, den Prozess und die Umwelt eine hohe Verfügbarkeit und Sicherheit sowie ein niedriger Energieverbrauch an oberster Stelle. Durch Optimierung der energiebetriebenen Systeme im Ganzen lässt sich jedoch eine weitaus höhere Effizienz realisieren. Dies ist das Ziel eines ganzheitlichen Entwicklungsprogramms für Pumpen.

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Entscheider-Facts


Effiziente Membranpumpsysteme

  • Die Effizienz eines Membranpumpsystems ist einerseits eine Frage des Energiebedarfs, allerdings spielen auch systemische Aspekte wie die Dosiercharakteristik und die Dosierregelung eine wichtige Rolle.
  • Ein geregelter Magnetantrieb für Dosierpumpen ermöglicht die Einstellung der Dosiercharakteristik auf den jeweiligen Anwendungsfall.
  • Durch Anpassen des zeitlichen Verlaufs des Dosierstroms können Chemikalien eingespart werden.
  • Auch die Erhöhung der Leistungsdichte führt über einen geringeren Platzbedarf zu niedrigeren Anlagenkosten.

Das Entwicklungsprogramm Pro Efficiency beginnt bereits im Prozess der Produktentstehung. Innovationsideen spiegeln sich am realen Bedarf, in der optimalen Nutzung von vorhandenen Technologien für einen nachhaltigen Stoff- und Güterkreislauf. Dazu werden alle Einsatzfaktoren eines Produktionsprozesses betrachtet, die Energieeffizienz der Produkte selbst und, ganz wesentlich, auch die Anwendung der Produkte in kundenseitigen Systemen und Prozessen über den gesamten Lebenszyklus.

Trends und Entwicklungen im Bereich erneuerbarer Ressourcen und Energieträger werden nicht nur unterstützt, sondern vielmehr aktiv vorangetrieben. Dazu gehören verbrauchsarme Produkte ebenso wie solche, die an die Systemeigenschaften von Erzeugern erneuerbarer Energien angepasst sind und verfahrenstechnische (Sub-)Systemlösungen für den Einsatz in regenerativen Energieerzeugungsanlagen ermöglichen.

Geregelter Magnetantrieb sorgt für Energieeffizienz

Bei den elektromagnetisch angetriebenen Dosierpumpen wurden Effizienzsteigerungen durch eine verringerte Ruhestromaufnahme, verbesserte Magnete, skalierbare Leistungskennzahlen (Produkt aus Fördermenge und Prozessdruck) und bedarfsorientierte Leistungsanforderungen erzielt. Ein Ansatzpunkt ist ein geregelter Magnetantrieb, der als innovatives Antriebsprinzip die Merkmale unterschiedlicher Antriebsarten vereint. Durch Einsatz des geregelten Magnetantriebes lässt sich die Dosiercharakteristik auf den jeweiligen Anwendungsfall einstellen. Der geregelte Magnetantrieb sorgt dafür, dass nur die zur tatsächlichen Dosierung benötigte Energiemenge dem Magneten zugeführt wird. Er erfasst die Membranauslenkung über einen Wegsensor und leitet diese an einen Mikroprozessor weiter. Dieser vergleicht während des Hubes die Membranposition mit den vorgegebenen Solldaten, sprich der eingestellten Dosiercharakteristik. Mit diesen Daten errechnet der Mikroprozessor die Energie, die für die gewünschte Bewegung der Membran erforderlich ist. Über eine Leistungselektronik wird die berechnete Energie in die entsprechende Stromstärke umgewandelt, die die Magnetspule benötigt, um die Membran über ein Druckstück entsprechend zu bewegen. Die Dosierpumpe führt daraufhin den für die Anwendung erforderlichen Saug- oder Druckhub aus. Der zeitliche Verlauf des Dosierstromes lässt sich auf diese Weise genau an die jeweilige Anwendung anpassen.

Neben einer besseren Durchmischung führt dies zu einer deutlichen Chemikalieneinsparung, was letztlich der Umwelt zu Gute kommt. Außerdem wird durch den geregelten Antrieb der Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Antrieben reduziert. Es wird jeweils nur die Energiemenge aufgenommen, die für den Pumpvorgang auch tatsächlich benötigt wird.

Effizienzsteigerung um rund 50 %

Bei der Magnetmembranpumpe Beta konnte durch Einsatz einer neu entwickelten Elektronik, im Vergleich zu deren Vorgängermodell, eine Effizienzsteigerung um rund 50 % realisiert werden. Eine neue Impulsunter- und -übersetzung ermöglicht eine genauere Anpassung an externe Signalgeber. Dadurch lassen sich beispielsweise Chemikalien einfach und vor allem sehr genau dosieren. Das Resultat ist ein an den tatsächlichen Bedarf exakt abgestimmter Chemikalienverbrauch sowie eine verbesserte Durchmischung bei der Dosierung.

Doch die Verbesserung der Energieeffizienz oder des Energieverbrauches ist nicht nur eine Frage der Pumpe selbst. Viel Optimierungspotenzial bietet das verfahrens- und prozesstechnische System insgesamt. Bei der Chemikaliendosierung ist beispielsweise der tatsächliche Bedarf eine wichtige Systemgröße: Dass alle Chemikalien zur richtigen Zeit und in der richtigen Menge in die Prozesse gelangen, erfordert einen auf die Applikation abgestimmten Regelkreis. Selektive, exakte Messwerte der Sensoren sorgen in Kombination mit Mess- und Regel-Geräten für eine zuverlässige Überwachung und Steuerung. Ganzheitlich wird die Pumpe im Zusammenspiel mit dem gesamten System gesehen: Als Teilsystem des vollständigen Regelkreises. Daraus resultiert ein minimaler Chemikalieneinsatz und minimaler Energieverbrauch – eine Kostenersparnis durch Optimierung der direkten und indirekten Betriebskosten über den Lebenszyklus einer gesamten Anlage.

Prozesspumpen: Auch der Platzbedarf hat Kosteneffekte

Oszillierende Verdrängerpumpen haben mit über 90 % den höchsten hydraulischen Wirkungsgrad aller Pumpenbauarten auf dem Markt. Neue Antriebseinheiten mit Motoren hoher Effizienzklassen und Frequenzumrichtern mit bedarfsabhängiger Energieaufnahme sorgen hier für eine effiziente Nutzung der eingesetzten Energie. Höhere Effizienz bedeutet kleinere Motoren bei gleicher Leistung – und dadurch Einsparungen bei Materialeinsatz, Gewicht und Platzbedarf mit der Folge von verringertem Rohstoff-, Platz- und Transportaufwand.

Konstruktionskonzepte wie das der Hochdruck-Prozessdosierpumpe der Baureihe Tri-Power benötigen im Vergleich zu konventionellen Bauweisen bei gleicher Leistung erheblich weniger Platz. Dies ist insbesondere in der Öl- und Gasindustrie von Belang. Auch in dieser Produktklasse führt die bedarfsorientierte Drehzahlsteuerung, zu erheblichen Reduzierungen des Energieverbrauches. Als oszillierende Verdrängerpumpe fördert die Prozessdosierpumpe bis zu 38m³/h aggressive, korrosive und entflammbare Medien bei Drücken bis zu 400 bar.

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Heftausgabe: Juli 2011

Über den Autor

Michael Birmelin ,
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