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PuK - Prozesstechnik & Komponenten 2024

Eine seit mehr als 60 Jahren bestehende Fachzeitschrift mit Themen rund um Einsatz von Pumpen, Kompressoren und Komponenten.

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10 - 14 June <strong>2024</strong><br />

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Mit Wärmerückgewinnung nachhaltig<br />

Energie sparen<br />

Bei der Nutzung von Schraubenkompressoren, Nachverdichtern und Gebläsen geht ein beträchtlicher Teil der erzeugten Energie in Form von<br />

Wärme verloren. Doch das muss nicht sein: Dank innovativer Wärmerückgewinnungssysteme von KAESER KOMPRESSOREN kann diese Wärme<br />

wiedergewonnen und sinnvoll genutzt werden.<br />

Wärmerückgewinnung – Die richtige Entscheidung<br />

Energieeffizienz: Durch die Rückgewinnung der Abwärme können Sie Ihre Energiekosten erheblich senken. Die<br />

gewonnene Wärme kann zur Beheizung von Räumen, zur Warmwasserbereitung oder zur Unterstützung industrieller<br />

Prozesse verwendet werden. So nutzen Sie Ihre Energie doppelt und sparen gleichzeitig bares Geld.<br />

Nachhaltigkeit: Indem Sie die Abwärme der Druckluftversorgung nutzen, reduzieren Sie erheblich den CO2 - Ausstoß.<br />

Die Wärmerückgewinnung trägt aktiv zum Klimaschutz bei und unterstützt Ihr Unternehmen dabei, nachhaltiger zu<br />

agieren.<br />

Langlebigkeit: Durch die Reduzierung der Betriebstemperatur des Kompressors wird dessen Lebensdauer deutlich<br />

verlängert. Die Wärmerückgewinnung schont somit nicht nur Ihren Geldbeutel, sondern auch Ihre Investition.<br />

Flexibilität: Wärmerückgewinnungssysteme von KAESER können an nahezu jeden Kompressor angepasst werden.<br />

Egal, ob Sie bereits eine bestehende Anlage haben oder eine neue installieren möchten, unsere innovative Technologie<br />

lässt sich problemlos integrieren.<br />

Fördermöglichkeiten: Es gibt staatliche Förderprogramme für energieeffiziente Maßnahmen.<br />

Informieren Sie sich über mögliche finanzielle Unterstützung und profitieren Sie noch heute.<br />

www.kaeser.com


ca. 5 % ca. 15 % ca. 76 %<br />

Abwärme vom<br />

Antriebsmotor<br />

durch Kühlung der Druckluft<br />

rückgewinnbare Wärmeleistung<br />

durch Kühlung des Fluids<br />

rückgewinnbare Wärmeleistung<br />

100 % ca. 96 %<br />

gesamte elektrische<br />

Leistungsaufnahme<br />

nutzbare Wärme<br />

ca. 2 % ca. 2 % ca. 4 %<br />

Wärmeleistung, die in<br />

der Druckluft verbleibt nicht nutzbare Wärme<br />

Wärmeabgabe der Kompressoranlage<br />

an die Umgebung<br />

Wärmerückgewinnungssysteme –<br />

Flexibel für jeden Bedarf<br />

Heizungsluft zur Raumheizung: Luftgekühlte Schraubenkompressoren, Nachverdichter und Gebläse von KAESER<br />

eignen sich als Komplettanlage hervorragend für die Wärmerückgewinnung zur Beheizung von Räumen oder für<br />

andere Warmluftanwendungen. Die direkte Nutzung der Abwärme über ein Abluftkanalsystem erschließt das hohe<br />

Wiederverwertungspotenzial von 96 % der eingesetzten Energie.<br />

Heißwassererzeugung: Für Anwendungen mit Heißwasserbedarf bietet KAESER Wärmerückgewinnungssysteme<br />

mit speziellen Wärmetauschern an. Damit kann – abhängig von der Ausführung – bis zu 70°C heißes Prozess-,<br />

Brauch- und Trinkwasser erzeugt werden. Die indirekte Nutzung der Abwärme über Wärmetauschersysteme nutzt bis<br />

zu 76 % der zugeführten elektrischen Leistung der Druckluftversorgung.<br />

Hier kommt Wärmerückgewinnung zum Einsatz:<br />

● Einspeisung in Zentralheizungen<br />

● Warmwasser für sanitäre Anlagen<br />

● Trocknungs- und Sterilisationsprozesse<br />

● Nutzwasser für Lebensmittel- und Getränkeindustrie<br />

● Brauchwasser für Textilindustrie<br />

● Prozesswasser für Fertigungsindustrie<br />

Sie möchten mehr über unsere innovativen Wärmerückgewinnungssysteme erfahren?<br />

Dann folgen Sie dem QR-Code.<br />

P-119D.19/24


Editorial<br />

Total Cost of Ownership (TCO)<br />

Sehr geehrte Leserinnen und Leser,<br />

TCO ist ein Begriff, der bisher hauptsächlich vom Hersteller auf Nutzer ausgeliehener Produkte angewendet wurde und<br />

festlegte, was pro Zeiteinheit an den Hersteller bezahlt werden muss. Ich dehne diesen Begriff nun auf die gesamte<br />

technische Industrie aus, egal ob gemietet oder gekauft wurde. TCO bedeutet alle Kosten, die mit einem Produkt bei<br />

der Anwendung entstehen, dies sind Abschreibung, Energiekosten, Wartungs- und Reparaturkosten, Personal- und Ersatzteilkosten<br />

sowie die dafür nötigen peripheren Kosten wie Verwaltung und Infrastruktur.<br />

Warum aber schreibe ich über dieses Thema? Die Länder Mitteleuropas und insbesondere Deutschland befinden sich<br />

in einem demografischen Wandel, die geburtenstarken Jahrgänge gehen nach und nach in Rente und die jüngeren Generationen<br />

können die entstehenden Lücken im Arbeitsmarkt nicht auffüllen. Ein weiterer Punkt betrifft die Energieversorgung<br />

und die vorhandenen Rohstoffe. Deshalb sollten wir in Europa nach Lösungen suchen, wie es gelingen kann,<br />

mehr Energieeffizienz zu erreichen und ohne große Rohstoffvorkommen wirtschaftlich bedeutsam zu bleiben.<br />

Nun, es ist eigentlich ganz einfach. Wir müssen alles besser und effizienter und somit preiswerter gestalten, angefangen<br />

bei der Technik, unserer Energie- und Ressourcenversorgung und bis hin zur Verwaltung. Also die TCO nach meiner<br />

neuen Definition reduzieren, gerne mit Hilfe von KI.<br />

Wollen wir unsere Produkte in Zukunft immer noch verkaufen, dann müssen sie in höchstem Maße energieeffizient sein<br />

und eine große Lebensdauer erreichen, Konkurrenten können die bisherige Technik billiger anbieten. Die Rohstoffe, die<br />

wir haben, sollten wir in Prozesse zurückführen und dafür auch Prozesse entwickeln. Dies legt eine konsequente Kreislaufwirtschaft<br />

nahe und zugleich einen bewussteren Umgang mit Werkstoffen. Unabhängig von den Personalkosten<br />

heißt das: Kosten senken, aber gleichzeitig eine hohe Qualität erreichen. Was die KI unterstützend erledigen kann, das<br />

sollte sie erledigen: Briefe schreiben, Daten analysieren, Steuerbefehle in normalen Prozessen geben. Personal sollte<br />

dort eingesetzt werden, wo Kontrolle, Kreativität und anspruchsvolle Kompetenz notwendig sind. Dann könnte uns die<br />

Zukunft gelingen.<br />

Die Beiträge in diesem Heft sind daher so gewählt, dass Effizienz in verschiedenen Bereichen abgebildet ist und Ihnen<br />

zeigt, wie auch Sie Ihr Unternehmen und Ihre Produkte effizienter machen können, um so auch in Zukunft wettbewerbsfähig<br />

zu sein.<br />

Herzliche Grüße<br />

Ihr<br />

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker<br />

Prof. i. R., Berater in Wasserstoff- und Energiefragen<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

5


PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN<br />

Redaktionsbeirat<br />

Redaktionsbeirat <strong>2024</strong><br />

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker, Prof. i. R., Berater in Wasserstoff- und Energiefragen<br />

Vorsitzender des Redaktionsbeirates<br />

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker, Jahrgang 1956, studierte Maschinenbau an der Fachhochschule Heilbronn und Chemieingenieurwesen<br />

an der Universität Erlangen-Nürnberg und promovierte dort im Jahre 1993. Seine industrielle Tätigkeit umfasst eine Lehre<br />

als Maschinenschlosser, drei Jahre als Konstrukteur, vier Jahre Leitung einer Abteilung für F+E und fünf Jahre als Prokurist für den<br />

Bereich Technik. Von 2000 bis 2022 war er Professor und Lehrstuhl inhaber des Lehrstuhls „Prozessmaschinen und Anlagentechnik“<br />

an der Universität Erlangen-Nürnberg. Sein Lehrgebiet umfasste die Auslegung und den Betrieb von Apparaten, Maschinen und<br />

Anlagen für die Chemie, die Wasser-, Lebensmittel- und Biotechnik sowie die Managementpraxis. Seine Forschungsschwerpunkte<br />

lagen in der Pulsationsproblematik und Systemdynamik in Anlagen, der Optimierung und Simulation von Pumpen, Kompressoren und Systemen, der<br />

Hochdruckbauteil- und prozesstechnik, der Anwendung ionischer Flüssigkeiten, der energetischen Optimierung von Systemen und der Erforschung von<br />

Verschleißvorgängen. 2008 war er Prodekan, ist Herausgeber von Zeitschriften, Mitglied in mehreren Gremien und Forschungsverbünden, gibt Wasserstoffseminare<br />

deutschlandweit und ist technischer Berater für Unternehmen und Dozent in internationalen Ausbildungsprogrammen.<br />

Prof. Dr.-Ing. Andreas Brümmer, Leiter Fachgebiet Fluidtechnik, TU Dortmund<br />

Prof. Dr.-Ing. Andreas Brümmer, Jahrgang 1963, studierte Luft- und Raumfahrttechnik an der TU Braunschweig und promovierte<br />

dort am Institut für Strömungsmechanik auf dem Gebiet des Vogelfluges. Seine industrielle Tätigkeit begann er 1997 als Fachbereichsleiter<br />

Strömungsdynamik in der Firma KÖTTER Consulting Engineers KG. Hier sammelte er Erfahrungen hinsichtlich der<br />

physi kalischen Analyse und Beseitigung von strömungsinduzierten Schwingungen an Industrieanlagen. Im Jahre 2005 übernahm<br />

er die Technische Leitung der Firma. Seit dem Jahr 2006 ist er Professor und Leiter des Fachgebietes Fluidtechnik der TU Dortmund.<br />

Zu seinen Forschungsschwerpunkten zählen die theoretische und experimentelle Analyse von Schraubenmaschinen sowohl in der<br />

Kompressoranwendung (z. B. Kälte- und Druckluftkompressoren, Vakuumpumpen) als auch in der Expanderanwendung (z. B. Abwärmenutzung).<br />

Darüber hinaus erforscht er pulsierende Strömungen im Umfeld von Verdrängermaschinen und Kreiselpumpen. In der Zeit von 2008<br />

bis 2011 war er Prodekan und Dekan der Fakultät Maschinenbau und von 2012 bis 2014 Senator an der TU Dortmund. Er ist Reviewer verschiedener<br />

internationaler Journale, in industriellen Beiräten und wissenschaftlichen Gremien tätig und wissenschaftlicher Leiter der „International Conference<br />

on Screw Machines (ICSM)“, die seit 1984 regelmäßig an der TU Dortmund abgehalten wird.<br />

Dipl.-Ing. (FH) Gerhart Hobusch, Projektingenieur, KAESER KOMPRESSOREN SE, Coburg<br />

Gerhart Hobusch, Jahrgang 1964, studierte Maschinenbau an der FH Schweinfurt, Nordbayern. Er graduierte als Diplom-Ingenieur<br />

im Maschinenbau und absolvierte ein Aufbaustudium mit dem Abschluss Diplom-Wirtschaftsingenieur (FH). Seit 1989 ist er bei der<br />

KAESER KOMPRESSOREN SE, Coburg, als Projektingenieur tätig. Seine Zuständigkeit umfasst die Projektierung von Druckluftstationen,<br />

die Entwicklung von wirtschaftlichen, energiesparenden Konzepten für Druckluftstationen und die weltweite Schulung der KAESER-<br />

Projektingenieure. Im Rahmen seiner Tätigkeit hat er an Forschungsprojekten wie der Kampagne „Druckluft-effizient“, dem Verbundprojekt<br />

EnEffAH, sowie bei FOREnergy und Green Factory Bavaria mit gearbeitet und ist im VDMA in der Fachabteilung Drucklufttechnik<br />

aktiv. Die normgerechte Durchführung von Volumenstrom- und Leistungsmessungen an Kompressoren auch im Zusammenhang<br />

mit China Energy Label Effizienzanforderungen sowie Druckluft-Qualitätsmessungen gemäß den ISO-Normen zählen ebenso zu seinen<br />

Aufgaben. Neben den im Lauf der Jahre gehaltenen Fachvorträgen über Drucklufttechnik kam die Entwicklung des Blended Learning Konzepts bei<br />

KAESER mit Entwicklung von E-Learnings und der Durchführung von Online-Schulungen hinzu.<br />

Dipl.-Ing. (FH) Johann Vetter, Leiter integrierte Managementsysteme, NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH, Waldkraiburg<br />

Johann Vetter, Jahrgang 1966, studierte Maschinenbau an der FH Regensburg. Seine Diplomarbeit behandelte das Thema<br />

„Filter und Filter-Materialien“ in der Umwelt- und Verfahrenstechnik. Vor dem Studium hatte Herr Vetter eine Ausbildung zum<br />

Maschinenschlosser abgeschlossen und schuf sich so eine praxisnahe Basis für seine späteren Tätigkeiten in der Automobilbranche,<br />

wo er über 16 Jahre hinweg als Qualitätsingenieur, Entwicklungsingenieur, Projektleiter und Abteilungsleiter für<br />

Airbag Systeme arbeitete. 2013 startete Herr Vetter bei NETZSCH Pumpen & Systeme als Leiter Projektmanagement und war für<br />

Sonderprojekte hauptsächlich für die Öl- und Gasindustrie und übernahm dort nach 3 Jahren die Stelle als Qualitätsleiter. Seit<br />

Oktober 2019 ist er für den Bereiche integrierte Managementsysteme zuständig und sitzt zudem in der Geschäftsleitung der<br />

NETZSCH Pumpen & Systeme. Aktuell ist er auch noch als Projektleiter für die Nachhaltigkeit der NETZSCH-Gruppe zuständig.<br />

Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Oberbeck, Global Energy Manager, Pfeiffer Vacuum GmbH, Asslar<br />

Sebastian Oberbeck, Jahrgang 1970, studierte an der THM Mittelhessen Maschinenbau und graduierte in der Fachrichtung Feinwerktechnik.<br />

Er begann seine Laufbahn 1996 am Institut für Mikrotechnik Mainz (heute Fraunhofer IMM) als Projektingenieur, später als<br />

Projektleiter im Bereich Mikropumpen, Mikroventile und Mikrosystemtechnik. Ab 1998 war er bei der Nanosensors GmbH für den<br />

Bereich Fertigung nanotechnischer Sonden für die Rasterkraftmikroskopie verantwortlich. 1999 wurde er Gründungsmitglied und<br />

aktiver Gesellschafter der CPC Cellular Chemistry Systems GmbH und leitete die Produktentwicklung mikro reaktionstechnischer<br />

Laborsysteme für Chemie und Pharmaanwendungen. 2004 wurde er Produktmanager für Daimler Chrysler und Getrag im Bereich<br />

Getriebekomponenten bei der Selzer Fertigungstechnik GmbH in Driedorf. Von 2009 bis 2019 verantwortete er die Entwicklung und<br />

Grundlagenentwicklung im Bereich Vorpumpen und Systeme bei Pfeiffer Vacuum GmbH. Von 2020 bis 2022 war er für Pfeiffer Vacuum Nordamerika<br />

verantwortlich für den Aufbau und die Leitung des Silicon Valley Innovation Center in San Jose, Kalifornien und übernahm Anfang 2023 die Rolle als<br />

Globaler Energie Manager bei Pfeiffer Vacuum.<br />

6 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


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PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN<br />

Inhaltsverzeichnis<br />

Titel<br />

Pumpenmonitoring und Prozessexpertise<br />

für Kläranlagen<br />

SEEPEX optimiert den Klärschlammtransport im Ruhrgebiet<br />

Für einen der größten Abwasserunternehmen in Deutschland,<br />

dem Ruhrverband, installierte der Pumpenhersteller Seepex<br />

seine Monitoring-Lösung, um den Klärschlammtransport zu<br />

optimieren. Die permanente Live-Überwachung aller Parameter<br />

im Pumpenbetrieb perfektioniert die Performance, steigert die<br />

Energieeffizienz und bringt ein hohes Maß an Verlässlichkeit und<br />

Planbarkeit in die Wartungsabläufe (ab Seite 14)<br />

Inhalt<br />

Editorial<br />

Total Cost of Ownership (TCO) 5<br />

Leitartikel<br />

Effizienz und Qualität 10<br />

Titelgeschichte<br />

Pumpenmonitoring und Prozessexpertise für Kläranlagen 14<br />

Pumpen und Systeme<br />

Hocheffizienzpumpen<br />

Bestens geregelt 18<br />

Membrandosierpumpen<br />

Membrandosierpumpen bewähren sich für kritische<br />

Mischaufgaben in der industriellen Oligonukleotid-Produktion 20<br />

Exzenterschneckenpumpen<br />

Batterieproduktion in Europa führt zu<br />

Innovationen bei Pumpenherstellern 26<br />

Standzeit erhöhen, Personal entlasten 38<br />

Smart Factory<br />

Der intelligente Weg zur Smart Factory: Wie dank Cloud<br />

aus „Pain Points“ zukunftsfitte Use Cases werden 30<br />

Schlauchpumpen<br />

“Schlauchpumpen sind hier eine wirtschaftliche Lösung“ 33<br />

Schraubenspindelpumpen<br />

Die Flüssigkeitsbeförderung sprengt herkömmliche Grenzen 40<br />

Vakuumtechnik<br />

Vakuum-Anlagensystem<br />

Auf den Spuren des Urknalls 42<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Pumpen/Vakuumtechnik 56<br />

Messen und Veranstaltungen<br />

IFAT Munich <strong>2024</strong> 70<br />

IVS - INDUSTRIAL VALVE SUMMIT <strong>2024</strong> 72<br />

ACHEMA <strong>2024</strong> 74<br />

FILTECH <strong>2024</strong> 76<br />

VALVE WORLD EXPO <strong>2024</strong> 77<br />

DIAM & DDM 2025 78<br />

Kompressoren und Systeme<br />

Maschinenraumbelüftung<br />

Damit den Aggregaten nicht die Luft ausgeht 80<br />

Biogasrückeinspeisung<br />

Biogasrückeinspeisung Leoben 86<br />

Nachhaltigkeit<br />

Nachhaltigkeit im Aufwind 88<br />

Wärmerückgewinnung<br />

Gut für Geldbeutel und Umwelt 90<br />

Inserentenverzeichnis 93<br />

Impressum 93<br />

<strong>Komponenten</strong><br />

Frequenzumrichter<br />

Multi-Level-Technologie: Was sie kann und was sie ermöglicht 94<br />

Total Cost of Ownership<br />

Hilfe beim Energiesparen 98<br />

Dichtungen<br />

Das Rundum-Sorglos-Paket für Trinkwasserdichtungen<br />

mit KTW-BWGL-Konformität 100<br />

Neue Dichtungsoptionen im Kontext mit CIP-/SIP-Prozessen 110<br />

OT-Security<br />

OT-Security muss von Anfang an eingeplant werden 102<br />

Sensoren<br />

SAW-Durchflussmesser im Molkereieinsatz 104<br />

Sensoren messen Achstemperatur:<br />

JUMO schreibt die Erfolgsgeschichte des TGV weiter 106<br />

Antriebe<br />

Moderner Vorreiter mit langer Tradition 108<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Kompressoren/Drucklufttechnik/<strong>Komponenten</strong> 112<br />

Technische Daten Einkauf 117<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

Potential von Oberflächenstrukturen zur<br />

Reduktion von Vakuumspaltströmungen 46<br />

Reparatur vs. Austausch<br />

Vakuumpumpen reparieren oder austauschen? Ein Leitfaden 53<br />

8<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


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Leitartikel<br />

Effizienz und Qualität<br />

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker<br />

In der Zukunft wird Strom unsere<br />

bevorzugte Energieform sein, da<br />

er fossile Energieträger in E-Autos,<br />

Häusern und Chemiefirmen direkt<br />

oder indirekt ersetzt. Die Wundermittel<br />

für den indirekten Ersatz sind<br />

Wasserstoff und CO 2<br />

.<br />

Wasserstoff ermög licht alles und wird<br />

mit Hilfe von Strom hergestellt, während<br />

CO 2<br />

zwar unserem Klima schadet,<br />

aber zukünftig ein wichtiger Rohstoff<br />

ist. Das bedeutet jedoch, dass<br />

wir 5- bis 8-mal mehr Strom oder<br />

10- bis 16-mal mehr Wind- und Sonnenstrom<br />

als heute benötigen. Dies<br />

ist nur möglich, wenn Photovoltaikund<br />

Windkraftanlagen viel effizienter<br />

werden, da unsere Fläche sonst nicht<br />

aus reicht und es oft auch Widerstand<br />

aus der Bevölkerung gibt. Daher müssen<br />

wir Energie importieren. Ammoniak<br />

ist zweifellos die beste Wahl, da<br />

es einen hohen Wasserstoffgehalt hat<br />

(110 Kg/m 3 ) und für den Transport<br />

nur einen Überdruck von ca. 10 bar<br />

benötigt. Die Technologie zur Rückgewinnung<br />

des Wasserstoffs ist verfügbar<br />

und relativ effizient. Australien<br />

verspricht 1,5 $, momentan sind es<br />

2 $ pro Kilogramm Wasserstoff, vermutlich<br />

eingespeichert in Ammoniak.<br />

Allerdings wird er bei uns nicht<br />

so preiswert ankommen. Die Gründe<br />

sind Investitionen für die Herstellung<br />

in der Ferne, Bau von Transportschiffen,<br />

Transport, die Annahmesysteme<br />

in Häfen und die noch auszubauenden<br />

Verteilungsstrukturen in Europa.<br />

Ammoniak ist giftig, weshalb nicht<br />

damit gerechnet werden kann, dass<br />

es durch Pipelines gepumpt oder in<br />

kommunalen Strukturen eingesetzt<br />

werden wird. Daher werden die Gasversorgungsnetze<br />

in Deutschland<br />

auf Wasserstoff umgebaut. Derzeit<br />

kostet Wasserstoff in Deutschland<br />

4,55 €/Kg. Das Wuppertal-Institut hat<br />

veröffentlicht, dass Wasserstoff in<br />

Deutschland preiswerter hergestellt<br />

werden kann als der importierte in<br />

Ammoniak. Dies gilt besonders,<br />

wenn der Strom dafür über Photovoltaik<br />

selbst erzeugt wird (aktuell ca.<br />

8,5 Cent/KWh, dann 2,83 €/Kg). Daher<br />

sollten wir in Europa so viel Wasserstoff<br />

wie möglich und vernünftig ist,<br />

herstellen. Damit dürfte unsere Energieversorgung,<br />

zusammen mit dem<br />

Import, sicherzustellen sein. Der Weg<br />

dorthin ist jedoch noch weit und bis<br />

dahin werden wir möglicherweise<br />

manchmal Strommangel haben. Aufgrund<br />

politischer Veränderungen besteht<br />

zumindest ein gewisser Zweifel,<br />

ob wir den Energieimport immer<br />

problemlos bekommen werden. Daher<br />

sollten wir diese Bedrohung als<br />

Chance nutzen und Produkte entwickeln,<br />

die besser sind als alles Vergleichbare<br />

auf der Welt. Die Schlüssel<br />

dafür sind Effizienz in allen Facetten<br />

und Haltbarkeit. Wir sollten Maschinen<br />

und Apparate bauen, die in Wirkungsgrad<br />

und Lebensdauer alle anderen<br />

übertreffen.<br />

Richten wir den Fokus auf die <strong>Prozesstechnik</strong>,<br />

so liegt es nahe, über<br />

Wärme, Maschinen (Pumpen, Kompressoren,<br />

usw.), Anlagen, Strom, Materialien<br />

und den Overhead effizienztechnisch<br />

in den Fokus zu nehmen.<br />

Wärmeenergie und Wärmeaggregate<br />

Wärme ist ein physikalischer Zustand,<br />

den wir technisch sowie privat benötigen.<br />

Leider kann Wärme nicht oder<br />

nur in mobilen und sehr gut isolierten<br />

Wärmespeichern (teuer) transportiert<br />

werden. Daher sollte Wärme dort verbraucht<br />

werden, wo sie entsteht, und<br />

man sollte unbedingt versuchen, sie<br />

dort auf hohem Energieniveau zu halten,<br />

wo sie genutzt wird. Dies bedeutet,<br />

dass Verluste durch Wärmeableitung<br />

durch gute Isolation minimiert<br />

oder bestmöglich genutzt werden<br />

sollten. Zudem können warme Ströme<br />

durch Kompres sion, Brüdenverdichtung<br />

oder Wärmepumpen<br />

ver edelt und so auf höhere Temperaturen<br />

gehoben werden.<br />

In der <strong>Prozesstechnik</strong> bedeutet dies<br />

die Nutzung von Wärmekaskaden<br />

oder Methoden zur Wärmeveredelung,<br />

wie:<br />

1) Der kalte Wärmestrom kühlt den<br />

warmen Strom, der warme den heißen<br />

Strom usw.! Der heiße Strom<br />

kann entweder mit einer Carnotbatterie<br />

in elektrischen Strom zurückverwandelt<br />

oder die anfallende<br />

Restwärme zum Heizen verwendet<br />

und erneut der Veredelung zugeführt<br />

werden.<br />

2) Steht ein warmer Wasserstrom zur<br />

Verfügung, den man nicht mehr<br />

nutzen kann, könnte dieser dem<br />

Nachbarn zum Heizen zur Verfügung<br />

gestellt oder so veredelt werden,<br />

dass ein Niveau erreicht wird,<br />

welches eine erneute Verwendung<br />

zulässt (z. B. von diesem Niveau<br />

wieder erhitzen oder bei Gasen<br />

oder Dampf, Brüdenverdichtung<br />

bzw. Kompression).<br />

3) Wenn ein heißer Strom vorhanden<br />

ist und nicht mehr genutzt werden<br />

kann, sollte er in einem mobilen<br />

Wärmespeicher gespeichert oder<br />

über eine Carnot-Batterie in elektrischen<br />

Strom umgewandelt werden.<br />

4) Bei Bedarf an Wärme und Kälte<br />

können mit einer Wärmepumpe<br />

sowohl Kälte als auch Wärme erzeugt<br />

werden, oder die Wärme<br />

kann zur Erzeugung von Kälte genutzt<br />

werden, wodurch ein wärmerer<br />

Strom entsteht.<br />

Pumpen und Kompressoren<br />

Die Auswahl einer Pumpe hängt vom<br />

Prozesstyp ab, mit dem ein bestimmtes<br />

Produkt hergestellt werden soll.<br />

Wenn kein Zwang aus dem Vorhaben<br />

besteht, wählt man eine Kreiselpumpe,<br />

da sie kostengünstig und<br />

robust ist. Allerdings hat sie bei kleinen<br />

Förderströmen oder großen Regelbereichen<br />

einen schlechten Wirkungsgrad.<br />

Daher stellt sich die Frage<br />

nach den Kosten. Die Kosten für eine<br />

10<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Leitartikel<br />

Abb. 1: Kosten der Förderung pro Jahr (8800 Stunden) bei verschiedenen Pumpenwirkungsgraden,<br />

beispielhaft berechnet für Wasser mit 10 m 3 pro Stunde und 10 bar Druckerhöhung.<br />

lungsmaßnahmen erreicht werden.<br />

[Hieninger]<br />

Verdrängerpumpen haben im<br />

Durchschnitt bessere Wirkungsgrade<br />

bis zu mittleren Förderströmen. Darüber<br />

hinaus werden solche Maschinen<br />

kaum angeboten, obwohl sie<br />

deutlich bevorzugt werden sollten,<br />

wenn viskose Stoffe gefördert werden<br />

müssen, höhere Drücke überwunden<br />

werden sollen oder eine höhere<br />

Dosiergenauigkeit erforderlich<br />

Förderaufgabe mit 10 bar Druckerhöhung<br />

und 10 m 3 /h Förderstrom<br />

und einem Wirkungsgrad von 10 %<br />

betragen 19.352 €, wenn man einen<br />

Strompreis von 0,285 Cent/KWh annimmt<br />

(publizierter Industriepreis).<br />

Bei einem Wirkungsgrad von 80 % betragen<br />

die Kosten nur noch 2.418 €,<br />

also 88 % weniger.<br />

Wenn sie eine andere Förderaufgabe<br />

haben, dann können Sie die<br />

Kosten in der Tabelle rechts durch<br />

einfaches Multiplizieren ermitteln.<br />

Beispielweise erhöht sich die Druckdifferenz<br />

auf 20 bar, dann verdoppeln<br />

sich die Kosten. Das Gleiche gilt<br />

für den Förderstrom und die Stromkosten.<br />

Bitte denken Sie dabei auch<br />

daran, dass der Motor jeweils der<br />

Förderaufgabe angepasst werden<br />

muss. Ein Motor einer Pumpe mit<br />

20 % Wirkungsgrad ist etwa viermal<br />

so groß wie der einer Pumpe mit 80 %<br />

Wirkungsgrad.<br />

Bessere Wirkungsgrade bei Kreiselpumpen<br />

können jedoch auch<br />

durch strategische Steuer- und Regeist.<br />

Die höchste Dosiergenauigkeit<br />

bei oft höchstem Wirkungsgrad erreichen<br />

oszillierende Pumpen mit bis zu<br />

+- 0,5 %.<br />

Leider haben oszillierende Pumpen<br />

in der Regel meist den größten<br />

Grundflächenbedarf und erzeugen<br />

auch die stärkste Pulsation. Meist<br />

sind Pulsationsdämpfer in der Lage,<br />

bis ca. 1–3 % Restpulsation zu dämpfen.<br />

Dies wird als ungefährlich eingestuft,<br />

stimmt aber sicher nicht, denn<br />

HOCHDRUCK-KOLBENPUMPEN<br />

FÜR DIE CHEMISCHE UND<br />

PETROCHEMISCHE INDUSTRIE<br />

- Ammoniakpumpen<br />

- CO 2-Pumpen<br />

- Einspritzpumpen für<br />

Lagerstättenwasser<br />

- Methanolpumpen<br />

- Waschwasserpumpen<br />

Druck:<br />

50 – 4000 bar<br />

Fördermenge: 0,1 – 200 m³/h<br />

HAMPRO® HOCHDRUCKPUMPEN<br />

PROZESSTECHNIK<br />

Hammelmann GmbH<br />

+49 (0) 25 22 / 76 - 0<br />

Carl-Zeiss-Straße 6-8<br />

pp@hammelmann.de<br />

D-59302 Oelde www.hammelmann-process.com


Leitartikel<br />

Schwingungen und Druckstöße aber<br />

auch Kavitation sind die Karies für<br />

Pumpen und auch andere Anlagenelemente.<br />

Die richtige Auswahl einer<br />

Pumpe hinsichtlich Nachhaltigkeit<br />

und Lebensdauer ist also eine Schlüsselaufgabe.<br />

Ein Druckstoß durchläuft eine Anlage<br />

mit Schallgeschwindigkeit (bei<br />

Wasser 1480 m/s) und wirkt in Rohren<br />

in alle Richtungen. Er hat eine große<br />

Kraft und greift nicht selten Sensoren<br />

an, dehnt Rohrleitungen oder deformiert<br />

Flächen. Dies führt oft zu kleinen<br />

Relativbewegungen zwischen<br />

Bauteilen, die an der Struktur nagen<br />

können. Auch alle anderen Pumpen,<br />

einschließlich Kreiselpumpen, pulsieren,<br />

dies kann durchaus unter manchen<br />

Bedingungen heftig ausfallen,<br />

wird aber meist toleriert. Wollen wir<br />

die Haltbarkeit von Pumpen verbessern,<br />

müssen wir Schwingungen und<br />

Stöße optimal dämpfen und natürlich<br />

Kavitation vermeiden. Solche Dämpfer<br />

gibt es leider noch nicht, daher ist<br />

dies eine ingenieurstechnische Herausforderung.<br />

Bei Kompressoren hängt der<br />

Wirkungsgrad stark von der Kühlung<br />

während des gesamten Verdichtungsprozesses<br />

ab. Wenn zusätzlich<br />

Reibung durch Dichtungen vorhanden<br />

ist, entsteht eine polytrope Verdichtung,<br />

bei der das Gas über die<br />

Kompressionserwärmung hinaus zusätzlich<br />

erhitzt wird. Je heißer das<br />

Gas, desto mehr Energie wird für die<br />

Förderung benötigt. Auch die Erwärmung<br />

des Gases beim Ansaugen in<br />

den Arbeitsraum mit heißen Wänden<br />

ist störend, da dadurch weniger<br />

angesaugt wird. Im Vergleich zur isothermen<br />

Kompression, bei der im Arbeitsraum,<br />

am besten mit Flüssigkeit<br />

gekühlt werden muss, benötigt die<br />

polytrope Kompression mindestens<br />

doppelt so viel Energie. Die Auswahl<br />

der richtigen Kühlung oder eine perfekte<br />

Abtrennung von Kühlmitteltröpfchen<br />

aus dem internen Kühlmittel,<br />

sind daher die wichtigsten<br />

ingenieurstechnischen Herausforderungen<br />

bei Kompressoren. Je nach<br />

Gastyp können auch große Leckagen<br />

auftreten. Je kleinmolekularer ein<br />

Gas ist, desto mehr. Beispielsweise<br />

ist der Wasserstoff heute viel diskutiert,<br />

schmiert aber extrem schlecht<br />

und wird bei der Entspannung am<br />

Saughubbeginn wärmer, statt kälter.<br />

Besonders hier empfiehlt sich<br />

eine Flüssigkeitsdichtung, erfordert<br />

aber natürlich eine Gasreinigung auf<br />

der Druckseite. Angesichts des Energieverlusts<br />

durch Wärme und Leckage<br />

im Bereich von Faktor zwei dürfte<br />

sich eine Gasreinigung auf der Druckseite<br />

schnell amortisieren.<br />

Hinzu kommt, dass der Energiebedarf<br />

für einen Zieldruck steigt, je<br />

niedriger der reale Saugdruck ist. Der<br />

Druckverlust sollte auf der Saugseite<br />

daher extrem minimiert werden. Dasselbe<br />

gilt für die Reibung der Dichtungen.<br />

Die Fläche unter den Kurven<br />

und Linien in Abb. 2 ist die notwendige<br />

Kompresssionsenergie.<br />

Abb. 2: Kompressionsarten bei Kompressoren: d1 isotherm; d2 polytrop, adiabat mit<br />

effizienter Kühlung; d3 adiabat oder isentrop; d4 polytrop mit zusätzlichem Wärmeeintrag<br />

z. B. von der Dichtungsreibung.<br />

Bei Kompressoren hängt der Wirkungsgrad<br />

von den folgenden Faktoren<br />

ab:<br />

1) Ohne wirksamen Kühleffekt entsteht<br />

eine adiabate Verdichtung.<br />

Falls dann noch eine relativ große<br />

Dichtungsreibung am Kolben hinzukommt,<br />

haben wir eine polytrope<br />

Kompression. Im Vergleich zur<br />

isothermen Verdichtung ist der<br />

Energieverbrauch 150 % höher. Je<br />

heißer das Gas am Ende der Förderung,<br />

desto mehr Förderenergie.<br />

2) Ebenfalls störend ist die Gaserwärmung<br />

beim Ansaugen, durch die<br />

Kompressionserwärmung entstehen<br />

heiße Wände im Arbeitsraum.<br />

Das angesaugte Gas wird beim<br />

Einsaugen erwärmt und dehnt sich<br />

aus. Dadurch wird deutlich weniger<br />

angesaugt.<br />

3) Jeder Kolbenkompressor klassischer<br />

Bauart hat einen Schadraum.<br />

Dies ist der beim oberen Totpunkt<br />

verbleibende Raum, der beim Ansaughub<br />

erst entspannt werden<br />

muss, bevor das eigentliche Ansaugen<br />

beginnen kann. Beim Fördern<br />

von Wasserstoff wird dieser<br />

beim Entspannen zusätzlich warm.<br />

4) Das Ansaugen mit Druckverlust bewirkt,<br />

dass der Ansaugdruck niedriger<br />

ist als der statische Ansaugdruck.<br />

Das ist in der Regel nicht<br />

viel, aber es wirkt sich trotzdem<br />

negativ aus, da die Kompression<br />

beginnend bei niedrigerem Druck<br />

die meiste Energie pro Druckstufe<br />

verbraucht.<br />

5) Auch auf der Druckseite entsteht<br />

ein Druckverlust, dieser findet<br />

aber im oberen Druckbereich statt<br />

und ist daher der kleinste Verlust<br />

in dieser Liste.<br />

6) Leckage am Kolben: Je nach Gastyp<br />

und dessen Schmiereigenschaften<br />

erleidet die Dichtung merklichen<br />

Verschleiß und damit auch merklichen<br />

Leckstrom. Bei Wasserstoff<br />

sind beide besonders hoch, da<br />

dieser nicht schmiert. Daher ist<br />

hier auch viel Forschungsarbeit im<br />

Gange.<br />

7) Bei Kompressorventilen ist bei<br />

schlecht schmierenden Gasen (z. B.<br />

Wasserstoff) zu erwarten, dass<br />

beim Schließen der Ventile bis zur<br />

finalen Endlage bereits im Kontakt<br />

12<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Leitartikel<br />

Gleitbewegungen stattfinden, die<br />

zu Verschleiß führen können.<br />

Die funktionell beste Lösung ist ein<br />

Flüssigkolben oder eine Flüssigschicht<br />

vor dem metallischen Kolben (Kolben<br />

arbeitet aufwärts). Damit kann<br />

man den Schadraum auf null bringen,<br />

die Leckage ist aufgrund der<br />

Sperrwirkung der Flüssigkeit ebenfalls<br />

gleich null, die Kolbendichtung ist<br />

geschmiert, was die Wartungs zyklen<br />

ausdehnen kann und bei richtiger<br />

Auslegung kann eine nahezu isotherme<br />

Kompression erreicht werden.<br />

Die Kühlung mit Flüssigkeit bedeutet,<br />

die dabei entstehenden Tröpfchen<br />

erfordern Filtertechnik auf der Druckseite.<br />

Wenn man aber bedenkt, dass<br />

der Energieverlust durch Wärme und<br />

Leckage im Bereich von mehr als Faktor<br />

zwei zur isothermen Kompression liegt<br />

und der Antriebsmotor die doppelte<br />

Leistung aufweist, also näherungsweise<br />

mindestens 50 % mehr kostet, dann<br />

dürfte sich eine Gasreinigung auf der<br />

Druckseite schnell amortisieren, ja ggf.<br />

preiswerter sein als ein Jahr Energieverschwendung<br />

und Leckage.<br />

Chemische und biologische Produktionsanlagen<br />

Je kleiner die Anlage bei gleichem<br />

Stoffumsatz ist, desto geringer ist der<br />

Reibungsdruckverlust. Dies sollte bei<br />

der Planung von Anlagen berücksichtigt<br />

werden. Es gab bereits Versuche<br />

in diese Richtung, die jedoch in der<br />

Standardisierung stecken geblieben<br />

sind und keinen Durchbruch erzielen<br />

konnten. Möglicherweise müssen wir<br />

den Anlagenbau neu überdenken. Ein<br />

Beispiel, das intensiv diskutiert wurde,<br />

sind Gleise um eine chemische Anlage,<br />

auf der Tankwaggons z. B. von A nach<br />

B usw. geschleppt werden, um betankt<br />

oder entleert zu werden oder um Material<br />

und Waren zu transportieren.<br />

Dies würde durchaus neue Chancen<br />

eröffnen, denn es würde keine Tanks<br />

mehr in der Anlage geben, bestenfalls<br />

Reaktoren, sofern sie nicht auf einen<br />

Waggon verlagert werden können. Die<br />

Anlage würde dann nur noch auf eine<br />

Rohrleitungsstruktur reduziert. Aber es<br />

könnte auch eine räumliche Entkopplung<br />

bedeuten, die Funktionspools erlauben<br />

könnte und die Lagerung auf<br />

beweglichen Tanks.<br />

Auch würde es mit Sicherheit weniger<br />

Rohrbögen bedeuten. Für die, die<br />

es geben muss, gab es letztlich Entwicklungen,<br />

die den zusätzlichen Verlust in<br />

Rohrbögen nahezu halbierte. Wenn die<br />

eigentliche Anlage nur noch aus Rohrstrukturen<br />

besteht, sind energiezerstörende<br />

Querschnitts-veränderung kaum<br />

mehr nötig und könnte weniger Rohrmeter<br />

bedeuten. Hinzu kommt, dass<br />

viele Systeme auf Druck gebracht werden<br />

müssen, wobei der Druck meist<br />

ohne Nutzung abgelassen wird.<br />

Eine Energierückgewinnung durch<br />

Entspannungsmaschinen könnte sich<br />

relativ schnell amortisieren.<br />

Allgemeine Regeln:<br />

1) Jede Reibung verbraucht Energie,<br />

daher sind optimale Schmierung<br />

und Werkstoffe mit Gleiteigenschaften<br />

oder Druckschmierung wichtig.<br />

2) Eine laute Maschine verbraucht<br />

mehr Energie als eine leise laufende<br />

Maschine. Lautstärke kann<br />

auch auf Verschleiß hinweisen.<br />

3) Wärmeverspannung durch ungleichmäßige<br />

Wärmedehnung<br />

kann zu Verschleißschäden oder<br />

lauten Maschinengeräuschen führen.<br />

Wenn eine Maschine nach dem<br />

Hochfahren lauter wird, kann dies<br />

ein Hinweis auf solche Effekte sein.<br />

4) Schwingungen in einem Rohrstück<br />

können auf kleine Druckstöße<br />

oder Schwingungen hinweisen, die<br />

energetisch die Eigenfrequenz des<br />

Rohrstücks treffen. Dies deutet auf<br />

Schwingungen im System hin und<br />

erhöht die Schadenswahrscheinlichkeit.<br />

5) Kavitation ist laut, wenn die Blasen<br />

an den Wänden implodieren und<br />

sie ist meist leise, wenn die Blasen<br />

im Flüssigkeitsraum implodieren.<br />

Letztere sind in der Regel nicht<br />

schädlich. Es gibt jedoch auch Kavitation,<br />

die kaum hörbar ist und<br />

dennoch Schäden verursachen<br />

kann. Hier sind Erfahrung und ein<br />

Lernprozess erforderlich.<br />

Referenz<br />

[Hieninger] Energy Efficiency (2021)<br />

14:23 https://doi.org/10.1007/s12053-<br />

021-09932-5<br />

Autor:<br />

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker,<br />

Prof. i.R., Berater in Wasserstoff- und<br />

Energiefragen<br />

Wir bringen die Füllung<br />

in den Strudel!<br />

MEHR<br />

INFOS!<br />

Die hygienischen WANGEN PUMPEN<br />

fördern mediumsspezifisch,<br />

produktschonend & zuverlässig.


Titelgeschichte<br />

Seepex optimiert den Klärschlammtransport im Ruhrgebiet<br />

Pumpenmonitoring und Prozessexpertise<br />

für Kläranlagen<br />

Das Wasser der Ruhr muss rein sein.<br />

Der namensgebende Fluss des größten<br />

Ballungsraums Deutschlands<br />

wird unter anderem mit den geklärten<br />

Abwässern von rund zwei Millionen<br />

Menschen gespeist, die hier leben.<br />

Digitale Monitoring Lösungen<br />

des international gefragten Spezialisten<br />

SEEPEX sorgen mit dafür, dass<br />

der Ruhrverband im Dickicht der<br />

Klärschlämmbehandlung den klaren<br />

Durchblick behält. Nach erfolgreicher<br />

Testphase des Pump Monitorings<br />

ist man dort überzeugt: Die<br />

permanente Live-Überwachung aller<br />

Parameter im Pumpenbetrieb perfektioniert<br />

die Performance, steigert<br />

die Energieeffizienz und bringt ein<br />

hohes Maß an Verlässlichkeit und<br />

Planbarkeit in die Wartungsabläufe.<br />

Abb. 1: Der Ruhrverband reinigt das Abwasser im Ballungsraum Ruhrgebiet von ca. 2,2 Mio.<br />

Menschen täglich. (Quelle: Ruhrverband, Kläranlage Essen Kupferdreh)<br />

Abb. 2: Auf zwei Kläranlagen im Essener Süden installierte Seepex digitale Monitoring<br />

Lösungen und optimierte so den Klärschlammtransport. (Quelle: Seepex)<br />

Den Ruhrverband und SEEPEX verbindet<br />

eine langjährige Partnerschaft<br />

im Bereich der Schlammförderung.<br />

Die leistungsstarken Exzenterschneckenpumpen<br />

des Bottroper Unternehmens<br />

fördern hier viskose Klärschlämme<br />

auf langen Strecken in die<br />

Klärwerke. Mit dem Einsatz der modernen<br />

Pump Monitoring-Lösungen<br />

aus dem Portfolio der Digital Solutions<br />

von SEEPEX können jetzt die<br />

Prozesse in zwei Kläranlagen der<br />

Großstadt Essen dauerhaft optimiert<br />

werden. Seit 2021 zeichnete das<br />

Pump Monitoring dort Sensordaten<br />

für Analysen auf, um die Betriebsleistung<br />

für die installierten Pumpen zu<br />

optimieren und deren Wartungsaufwand<br />

zu reduzieren. Mit Erfolg. Die<br />

Technologie aus dem Ruhrgebiet für<br />

das Ruhrgebiet hat sich bewährt und<br />

wird nun dauerhaft verwendet.<br />

Anspruchsvoller Prozess auf der<br />

Langstrecke<br />

Beide Partner stellten sich den besonderen<br />

Herausforderungen, die die langen<br />

Förderstrecken von bis zu acht<br />

Kilometern wie auch die variierende<br />

Menge und schwankende Viskosität<br />

des Fördermediums mit sich bringen.<br />

Daraus ergibt sich ein anspruchsvoller<br />

und komplexer Prozess mit großem<br />

Optimierungspotenzial. Der Auftraggeber<br />

erhoffte sich von der Langzeitanalyse<br />

des Pumpenbetriebs und der<br />

Prozessbedingungen durch das Pump<br />

Monitoring<br />

Optimierungsvorschläge<br />

bezüglich Betriebsparametern, Be-<br />

14 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Titelgeschichte<br />

triebszeiten und Ener gieverbrauch.<br />

Auch sollten kritische Druckzustände<br />

sowie Verschleiß überwacht und optimiert<br />

werden. Das Pump Monitoring<br />

erfasste in der Folge Pumpendaten<br />

wie Durchfluss, Drücke, Schwingungen<br />

und Temperatur, um die <strong>Komponenten</strong><br />

und Prozessbedingungen in Echtzeit<br />

überwachen zu können.<br />

Für das einjährige Pilotprojekt<br />

wurden zwei Pumpen ausgewählt,<br />

die Primärschlamm von unterschiedlichen<br />

Standorten zur weiteren Verarbeitung<br />

fördern. Eine Pumpe des<br />

Typs NS 70-24 fördert den Primärschlamm<br />

von der Kläranlage Essen-<br />

Kupferdreh über eine Strecke von<br />

acht Kilometern zur Klärschlammbehandlungsanlage,<br />

die andere Exzenterschneckenpumpe<br />

des Typs BN<br />

130-12 fördert vom Standort Essen-<br />

Süd über sechs Kilometer dorthin. Es<br />

galt, beide Förderverfahren auf die<br />

Kapazität der Klärschlammbehandlung<br />

abzustimmen.<br />

Probleme aufdecken und<br />

Ursachen ermitteln<br />

Im Februar 2021 installierte SEEPEX an<br />

den beiden Standorten seine Pump<br />

Monitoring Einheiten. Zum Lieferumfang<br />

gehörte die Pump Monitoring<br />

Hardware, ein maßgeschneidertes<br />

Sensorpaket sowie die Kommunikationsinfrastruktur<br />

und die Connected<br />

Services zur Datenerfassung, -überwachung<br />

und -analyse. „SEEPEX unterstützte<br />

den Ruhrverband mit monatlichen<br />

Berichten, der Präsentation der<br />

Erkenntnisse sowie Handlungsempfehlungen<br />

auf der Basis von Algorithmen<br />

und unserem Expertenwissen“,<br />

berichtet der Product Manager Digital<br />

Solutions bei SEEPEX.<br />

Gleich zu Beginn der Analyse<br />

konnten die SEEPEX-Experten bis<br />

dahin unbekannte Probleme aufdecken<br />

und die Ursachen dafür ermitteln.<br />

So waren beispielsweise die<br />

Förderdrücke erhöht und befanden<br />

sich zeitweise außerhalb der Pumpenspezifikation.<br />

Als Ursache für gelockerte<br />

Schraubverbindungen und<br />

eine gebrochene Spannstange wurde<br />

schnell festgestellt, dass solche<br />

mechanischen Bauteile resonanzfrequenzbedingten<br />

übermäßigen Belastungen<br />

ausgesetzt sind.<br />

Den Zustand von Rotor und Stator<br />

machte die Zustandsüberwachung<br />

im weiteren Verlauf der Testphase<br />

transparent. Hierfür konnte<br />

SEEPEX den idealen Zeitpunkt für deren<br />

Austausch mit einem Monat Vorlauf<br />

bestimmen. So konnte der Kunde<br />

den Wartungseinsatz frühzeitig<br />

planen und Prozessunterbrechungen<br />

vermeiden. Andererseits hat er somit<br />

die Nutzung der Verschleißteile voll<br />

ausgereizt, ohne dabei die Prozesssicherheit<br />

zu gefährden. Im Zusam-<br />

menspiel mit weiteren Anpassungen<br />

konnte die Lebensdauer von Rotor<br />

und Stator um mehr als 50 % erhöht<br />

werden, was jährlichen Einsparungen<br />

in Höhe von mehr als 6.000 Euro pro<br />

Pumpe entspricht.<br />

25 % weniger Energieverbrauch<br />

Auch die drei Haupteinflussfaktoren<br />

auf den Energieverbrauch konnten<br />

identifiziert werden. Unter diesen<br />

Voraussetzungen konnte das Team<br />

des Pumpenherstellers Einsparpotentiale<br />

bei den Energiekosten von<br />

mehr als 25 % ermitteln und schließlich<br />

konkrete Handlungsempfehlungen<br />

zur Erhöhung der Energieeffizienz<br />

aussprechen. Die Realisierung,<br />

u. a. durch Anpassung der Prozesssteuerung,<br />

setzt der Ruhrverband in<br />

enger Abstimmung mit SEEPEX um.<br />

Insgesamt war der Ruhrverband positiv<br />

beeindruckt von den fundierten<br />

Analysen zum Energieverbrauch seiner<br />

Pumpen. Das Monitoring-System<br />

macht es nämlich auch möglich,<br />

den Energieverbrauch und die spezifischen<br />

Energiekosten pro Kubikmeter<br />

geförderten Schlamms jederzeit<br />

konkret zu benennen und somit den<br />

Prozess transparent zu machen. Die<br />

kontinuierliche Überwachung sorgt<br />

von nun an für optimale Prozessbedingungen<br />

und einen konstant niedrigen<br />

Energieverbrauch.<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

15


Titelgeschichte<br />

Abb. 3: Permanente Zustandsüberwachung sowie Pumpen- und Prozessexpertise zusammengefasst in einem monatlichen Statusreport mit<br />

Handlungsempfehlungen. (Quelle: Seepex)<br />

Ruhrverband<br />

Der Ruhrverband ist ein kommunales<br />

Wasserwirtschaftsunternehmen,<br />

das die Wasserversorgung<br />

von 4,6 Millionen<br />

Menschen und die Abwasserreinigung<br />

für 60 Städte im<br />

Ruhrgebiet sicherstellt. Die 65<br />

Kläranlagen reinigen täglich<br />

die Abwässer von 2,2 Millionen<br />

Menschen sowie aus gewerblichen<br />

Betrieben in der Region<br />

und sorgen dafür, dass nur gereinigtes<br />

Wasser zurück in die<br />

Ruhr gelangt.<br />

Digital Solutions<br />

Bereits seit 2018 beschert<br />

das digitale Ökosystem Digital<br />

Solutions von SEEPEX den Kunden<br />

einen Mehrwert, der in<br />

einfacheren Prozessen, mehr<br />

Transparenz und konkreten<br />

Handlungsempfehlungen zur<br />

Effizienzsteigerung liegt. Ein<br />

verbessertes Wissen über die<br />

Performance der Pumpen sowie<br />

geringere Wartungskosten<br />

durch den optimierten<br />

Betrieb stehen dabei im Vordergrund.<br />

Das Bottroper Unternehmen<br />

entwickelte die<br />

smarten Tools maßgeschneidert<br />

für die Anforderungen von<br />

Exzenterschnecken pumpen.<br />

Wartungszyklen planbar machen<br />

„Der größte Vorteil, der sich aus der<br />

kontinuierlichen Zustandsüberwachung<br />

durchs Pump Monitoring, der<br />

Analyse und der damit verbundenen<br />

Berichterstattung ergibt, ist jedoch<br />

die Planbarkeit der Wartungszyklen,<br />

die eine erhebliche Reduzierung der<br />

Betriebskosten ermöglicht,” konstatiert<br />

der Projektleiter für Digitalisierungsprojekte<br />

beim Ruhrverband.<br />

„Besonders dankbar waren wir auch<br />

für die fundierte Analyse zur Verschleißüberwachung<br />

und Minimierung<br />

des Energieverbrauchs je Kubikmeter<br />

geförderten Schlamms.”<br />

Dieser Mehrwert wird dem Ruhrverband<br />

kompakt und einfach erfassbar<br />

in Form eines monatlichen<br />

Berichts zur Verfügung gestellt, der<br />

wesentliche Indikatoren (KPI), Trends<br />

und Fehlermeldungen zusammenfasst.<br />

Durch die enge Zusammenarbeit<br />

wurde der Monatsbericht kontinuierlich<br />

an die Bedürfnisse des<br />

Ruhrverbands angepasst. Von den<br />

Ergebnissen profitieren in Zukunft<br />

übrigens alle SEEPEX-Kunden – der<br />

erweiterte Monatsbericht ist nun Bestandteil<br />

der Monitoring-Lösung.<br />

Die Vorteile des Pump Monitorings<br />

auf einen Blick:<br />

– Kontinuierliche Überwachung des<br />

Pumpenzustands und der <strong>Komponenten</strong><br />

macht den Förderprozess<br />

transparent<br />

– Frühzeitige Benachrichtigung bei<br />

Abweichungen des Idealzustands<br />

– Erhöhte Lebensdauer der <strong>Komponenten</strong><br />

– Bestimmung des optimalen Betriebspunkts<br />

mit minimalem Energieverbrauch<br />

SEEPEX GmbH, Bottrop<br />

www.seepex.com<br />

16 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


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Pumpen und Systeme<br />

Hocheffizienzpumpen<br />

Hocheffizienzpumpen<br />

Bestens geregelt<br />

Jochen Krings<br />

Hohe Energiekosten rücken einmal<br />

mehr das Einsparpotenzial von Umwälzpumpen<br />

ins Licht. Aber wie<br />

groß sind die Unterschiede zwischen<br />

aktuellen und älteren Modellen<br />

wirklich? Und wann lohnt sich<br />

der Austausch?<br />

Schlüssel für die enormen Wirkungsgrade<br />

moderner Hocheffizienzpumpen<br />

sind Motorkonstruktion und<br />

Regelung. Die Baureihe Alpha2 beispielsweise<br />

ist mit einem hocheffizienten<br />

Permanentmagnetmotor<br />

ausgerüstet. Dieser braucht im Unterschied<br />

zu konventionellen Asynchronmotoren<br />

keine Energie für die<br />

Magnetisierung des Rotors und hat<br />

dadurch einen rund 30 Prozent höheren<br />

Wirkungsgrad. Außerdem sind<br />

die Bauteile der Pumpe dahingehend<br />

optimiert, dass typische Verluste auf<br />

ein Minimum reduziert werden. Das<br />

betrifft unter anderem die Statorwicklungen,<br />

Wirbelströme in Statorund<br />

Rotorlamellen, den Stromfluss<br />

in Rotorstangen und Abschlussringen<br />

sowie die Reibung in den Lagern. Die<br />

Hydraulik ist mit Hilfe von computergestützten<br />

Strömungssimulationen<br />

bis ins Detail optimiert. So wurde<br />

etwa das Laufrad gegenüber früheren<br />

Generationen vollständig neu<br />

entwickelt, um die Rotation der Motorwelle<br />

noch effizienter in Strömung<br />

umzusetzen.<br />

Auch die Werkstoffe tragen zu<br />

einem höheren Wirkungsgrad bei.<br />

Der Permanentmagnet-Rotor ist aus<br />

Neodym, das Spaltrohr aus Komposit-Werkstoff.<br />

Die kataphoretische<br />

Beschichtung des Gehäuses (ein elektrochemisches<br />

Tauchlackier-Verfahren)<br />

sorgt nicht nur für einen hochwertigen<br />

Korrosionsschutz, sondern<br />

reduziert mit ihrer besonders ebenmäßigen<br />

Oberfläche auch den Strömungswiderstand.<br />

Auch hier sind<br />

die Entwickler bis ins kleinste Detail<br />

gegangen, um den maximalen Wirkungsgrad<br />

zu erzielen.<br />

Abb. 1: Permanentmotor, hydraulische Optimierung bis ins letzte Detail und eine smarte Regelung<br />

ermöglichen höchste Wirkungsgrade (Alpha2 von Grundfos)<br />

(alle Abbildungen: Grundfos)<br />

Smarte Regelung<br />

Die Einführung der elektronischen<br />

Drehzahlregelung in den 1990er Jahren<br />

war ein wesentlicher Schritt, um<br />

Pumpen effizienter zu machen. Doch<br />

auch hier hat es erhebliche Fortschritte<br />

gegeben. Bei einer herkömmlichen<br />

Regelung wird lediglich eine Ausgangsgröße<br />

wie der Differenzdruck<br />

auf die Stellgröße zurückgeführt.<br />

Die speziellen Anlagenbedingungen,<br />

etwa die Verlustbeiwerte von Rohrleitungen,<br />

Einbauten, Kesseln und Heizkörpern,<br />

bleiben dabei jedoch weitgehend<br />

unberücksichtigt. Die Pumpe<br />

läuft somit nicht auf der für die Anlage<br />

optimalen Regelkennlinie.<br />

Moderne<br />

selbstadaptierende<br />

Pumpen wie die Alpha2 von Grundfos<br />

dagegen analysieren regelmäßig<br />

die Anlagenbedingungen und stellen<br />

die optimale Position der Proportionaldruck-Kennlinie<br />

selbsttätig<br />

ein. Der Vorteil: Die Pumpe läuft immer<br />

auf der optimalen Kennlinie, verbraucht<br />

also nicht mehr Energie als<br />

nötig. Kurzfristige Bedarfsschwankungen<br />

bleiben dabei unberücksichtigt,<br />

sie werden über die Proportionaldruck-Regelung<br />

ausgeglichen. Die<br />

AutoAdapt-Technologie<br />

vereinfacht<br />

Abb. 2: Aktuelle Hocheffizienzpumpen wie die Alpha2 sind noch einmal deutlich effizienter<br />

als ihre Vorgängergenerationen, die bereits zu den effizientesten ihrer Zeit gehörten<br />

18 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Hocheffizienzpumpen<br />

auch die Inbetriebnahme. Der Installateur<br />

muss lediglich die Spannungsversorgung<br />

anschließen, die optimale<br />

Einstellung übernimmt die Pumpe<br />

selbst.<br />

Erhebliche Effizienzsteigerungen<br />

Abb. 3: Wenn beim Austausch kleinere Baugrößen für die gleiche Förderleistung ausreichen,<br />

lässt sich die Pumpe mit Adaptersets an die Einbausituation anpassen<br />

(Magna3 von Grundfos)<br />

Seit Inkrafttreten der EuP-Richtlinie<br />

2013 werden in Deutschland praktisch<br />

nur noch hocheffiziente Umwälzpumpen<br />

verbaut. Dennoch laufen<br />

in den Heizungskellern immer<br />

noch Millionen von ungeregelten Bestandspumpen.<br />

Dass sich hier der<br />

Austausch lohnt, liegt auf der Hand.<br />

Eine moderne Hocheffizienzpumpe<br />

ist rund 90 Prozent effizienter als<br />

eine alte, ungeregelte Umwälzpumpe<br />

der früheren Energieeffizienzklasse<br />

D. Bei typischer Größe und<br />

Standard-Lastprofil reduziert das den<br />

Stromverbrauch um etwa 450 kWh<br />

pro Jahr. Bei einer Einsparung in der<br />

Größenordnung von 150 Euro im Jahr<br />

rechnet sich der Austausch damit bereits<br />

ohne Förderung innerhalb weniger<br />

Jahre.<br />

Was weniger offensichtlich ist:<br />

Auch im Vergleich zu neueren Pumpen<br />

schneiden aktuelle Hocheffizienzmodelle<br />

erheblich besser ab. Das<br />

zeigt der Blick auf die meistverkaufte<br />

Baureihe Grundfos Alpha, deren Generationen<br />

jeweils zu den effizientesten<br />

ihrer Klasse gehörten. Das 2005<br />

eingeführte Energiesparmodell Alpha<br />

Pro mit Permanentmagnetmotor<br />

und integriertem Frequenzumrichter<br />

war rund 62 % effizienter als die<br />

ursprüngliche von 2000. Die aktuelle<br />

Alpha2-Generation ist noch einmal<br />

68 % effizienter als die Alpha Pro und<br />

verbraucht im Vergleich zum 2000er<br />

Modell 88 % weniger Energie. Wer<br />

heute die Energiesparpumpe Alpha<br />

Pro gegen die aktuelle Alpha2-Generation<br />

austauscht, spart im Jahr noch<br />

einmal mehr als 100 kWh ein.<br />

Durch die enorme Verbesserung<br />

der Wirkungsgrade haben sich<br />

die Förderleistungen von Pumpen<br />

so weit verschoben, dass beim Austausch<br />

im Bestand für die gleiche<br />

Leistung häufig schon eine kleinere<br />

Type genügt. Eine alte Magna 40-100<br />

beispielsweise kann je nach Betriebspunkt<br />

durch eine Magna3 32-100<br />

oder sogar eine Magna3 25-120 ersetzt<br />

werden. Dadurch ergeben sich<br />

auch bei den Investitionskosten noch<br />

einmal deutliche Einsparungen. Mit<br />

entsprechenden Adaptersets, die<br />

für die Magna3-Baureihe angeboten<br />

werden, lassen sich die kleineren Typen<br />

an die Einbausituation adaptieren.<br />

So können etwa Rohrverschraubungsmodelle<br />

an einen vorhandenen<br />

Flanschanschluss angepasst und die<br />

Einbaulänge von 180 auf 220 mm gebracht<br />

werden.<br />

Tauschen und abgleichen<br />

Aktuelle Modelle wie Alpha2 oder<br />

Magna3 sind hydraulisch bereits so<br />

weit optimiert, dass die Grenzen der<br />

Physik nahezu erreicht sind. Weiterentwicklungen<br />

gibt es dennoch, vor<br />

allem im Bereich digitale Integration.<br />

Ein Beispiel ist der hydraulische<br />

Abgleich. Die beiden Modelle sind<br />

ab Werk für ein von Grundfos entwickeltes<br />

Verfahren vorbereitet, bei<br />

dem die Pumpe die erforderlichen<br />

Daten liefert. Bei der Alpha3 ist die<br />

Funkschnittstelle dafür bereits integriert,<br />

bei der Alpha2 braucht es den<br />

Alpha Reader als Werkzeug. Der Installateur<br />

koppelt sein Smartphone<br />

mit der Pumpe und lässt sich von der<br />

App GO Balance schrittweise durch<br />

den Abgleich führen. Das problemlos<br />

durchzuführende Verfahren dauert<br />

bei einem typischen Einfamilienhaus<br />

weniger als zwei Stunden und ist förderfähig.<br />

Ein hydraulischer Abgleich erhöht<br />

die Effizienz der Heizungsanlage erfahrungsgemäß<br />

um 10 bis 20 Prozent.<br />

Dennoch sind schätzungsweise<br />

Abb. 4: Mit den aktuellen Alpha2- und<br />

Alpha3-Modellen lässt sich ein unkomplizierter<br />

hydraulischer Abgleich durchführen,<br />

der förderfähig ist und weitere Energie einspart.<br />

immer noch bis zu 10 Millionen deutsche<br />

Heizungsanlagen nicht abgeglichen.<br />

Um so mehr macht es sich<br />

bezahlt, den Austausch mit einem hydraulischen<br />

Abgleich zu verbinden.<br />

Ein weiteres Argument für eine moderne<br />

Hocheffizienzpumpe.<br />

Autor: Jochen Krings,<br />

Professional Relations,<br />

Grundfos GmbH, Erkrath, Deutschland<br />

www.grundfos.de<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

19


Pumpen und Systeme<br />

Membrandosierpumpen<br />

Herstellung von Biomolekülen für Arzneimittel<br />

Membrandosierpumpen bewähren sich für<br />

kritische Mischaufgaben in der industriellen<br />

Oligonukleotid-Produktion<br />

Dr.-Ing. Hans-Joachim Johl<br />

Die Größe von Oligonukleotiden<br />

liegt zwischen denen kleiner niedermolekularer<br />

Wirkstoffe, so genannten<br />

APIs (aktive pharmazeutische<br />

Inhaltsstoffe) und großmolekularen<br />

Wirkstoffen, beispielsweise mAbs<br />

(monoklonale Antikörper). Produktionsanlagen<br />

zur Herstellung von<br />

Oligonukleotiden müssen sowohl<br />

mit brennbaren, toxischen Verbindungen<br />

umgehen können als auch<br />

hygienischen Standards zur Wahrung<br />

der biologischen Integrität genügen.<br />

Sie müssen vor allem aber flexibel<br />

einsetzbar und aus Pilotanlagen<br />

heraus skalierbar sein, um idealerweise<br />

verschiedenste Medikamente<br />

synthetisieren und reinigen zu können.<br />

Neben bereits standardisierten<br />

Plattformtechnologien werden auch<br />

kundenspezifische GMP-konforme<br />

Anlagen benötigt. Membrandosierpumpen<br />

in diesen Systemen können<br />

sowohl die Herausforderungen<br />

extremer chemischer Synthesen im<br />

Upstream-Prozess als auch kontaminationsfreie<br />

Downstream-Prozesse<br />

bedienen. Hier ist vor allem die flexible<br />

Herstellung von toxischen und<br />

entflammbaren Fluidmischungen bei<br />

stark variierenden Volumenstromanforderungen<br />

gefragt.<br />

Von seltenen Krankheiten bis hin zu<br />

chronischen Indikationen: Der Bedarf<br />

an Medikamenten auf Oligonukleotid-Basis<br />

nimmt stetig zu. Bei Oligonukleotiden<br />

handelt es sich um<br />

kurze, kleine (= Oligo) Abschnitte genetischer<br />

Sequenzen (RNA und DNA).<br />

Nukleotide sind dabei die Bausteine<br />

aus Nukleinsäuren, wie sie in DNAund<br />

RNA-Ketten auftreten. Somit gehören<br />

Oligonukleotide zu den wichtigsten<br />

Bestandteilen der modernen<br />

Molekularbiologie. Eine der bedeutendsten<br />

Möglichkeiten, Oligonukleotide<br />

mit modifizierten Nukleotiden<br />

zu therapeutischen Zwecken herzustellen,<br />

ist die industrielle DNA- und<br />

RNA-Synthese.<br />

Im Unterschied zu den häufig verwendeten<br />

biopharmazeutisch produzierten<br />

Medikamenten, die auf die<br />

Proteine ausgerichtet sind, zielen Oligonukleotide<br />

auf Störungen im genetischen<br />

Code ab, welche die Ursache<br />

von spezifischen Erkrankungen darstellen.<br />

Damit sind sie prädestiniert<br />

zur Behandlung bisher nicht heilbarer<br />

seltener Erkrankungen, darunter<br />

z. B. neuronale Krankheiten. Ein<br />

erstes so genanntes Antisense-Oligonukleotid<br />

Medikament wurde bereits<br />

1998 als Fomivirsen unter dem Handelsnamen<br />

Vitravene zur Behandlung<br />

von CMV-Virus bei AIDS-Patienten zugelassen.<br />

1 Etliche weitere folgten, darunter<br />

das 2018 zugelassene Partisiran<br />

unter dem Handelsnamen<br />

Onpattro, ein Lipid-Nanopartikel formuliertes<br />

Medikament, das zu den<br />

neueren Oligonukleotid-Therapien<br />

gegen Polyneuropathie gehört. Obwohl<br />

also bereits verschiedene Oligonukleotid-Medikamente<br />

über eine<br />

behördliche Zulassung verfügen, ist<br />

die Etablierung im großtechnischen<br />

kommerziellen Maßstab noch nicht<br />

abgeschlossen. Viele weitere Arzneimittel<br />

befinden sich derzeit in der<br />

klinischen Phase vor der industriellen<br />

Herstellung und damit im Mittelpunkt<br />

fortlaufender Forschungsbemühungen<br />

– zunehmend auch unter<br />

wirtschaftlichen und quantitativen<br />

Aspekten.<br />

Herausforderung: Wirtschaftliche<br />

Produktion von Oligonukleotiden<br />

In der Folge rückt die effiziente und<br />

sichere GMP-Herstellung von Oligonukleotiden<br />

mittels geeigneter Produktionsanlagen<br />

in den Fokus vieler<br />

spezialisierter Unternehmen. Ziel ist<br />

eine maximale Ausbeute bei gleichzeitig<br />

hoher Reinheit. Hersteller aktiver<br />

pharmazeutischer Wirkstoffe<br />

Abb. 1: Produktionsanlagen zur Herstellung von Oligonukleotiden müssen sowohl mit brennbaren,<br />

toxischen Verbindungen umgehen können, als auch hygienischen Standards zur<br />

Wahrung der biologischen Integrität genügen. (Quelle: LEWA)<br />

20 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Membrandosierpumpen<br />

Kontinuierliche Durchflussregulation<br />

Abb. 2: Bei den Inline-Verdünnungsanlagen<br />

kommen speziell für Pharma-Anwendungen<br />

ausgelegte Mehrkopf-Membrandosierpumpen<br />

zum Einsatz. (Quelle: LEWA)<br />

sehen sich daher mit der Aufgabe<br />

konfrontiert, die eigenen Produktionsprozesse<br />

immer wirtschaftlicher<br />

und robuster zu gestalten, so dass<br />

sie sich mit möglichst hoher Ausbeute<br />

in Synthese und nachgeschalteten<br />

Schritten vom Labor- bzw. Pilotmaßstab<br />

in den industriellen GMP-Produktionsmaßstab<br />

skalieren lassen,<br />

ohne dabei Qualitätseinbußen zu unterliegen<br />

oder Wirtschaftlichkeitsaspekte<br />

zu vernachlässigen.<br />

Einen wichtigen Schritt stellt in diesem<br />

Zuge die so genannte Medienverdünnung<br />

für Oligonukleotid-Prozesse<br />

dar, bei der die Konzentrationen<br />

der synthetisierten Lösung angepasst<br />

werden. Höher konzentrierte Lagerlösungen<br />

werden kontinuierlich verdünnt,<br />

um die gewünschte Arbeitskonzentration<br />

zu erreichen. Dabei hängt<br />

die Wahl der jeweiligen Lösung von<br />

den nachgelagerten Schritten im weiteren<br />

Downstream-Prozess ab. Nach<br />

der eigentlichen chemischen Synthese,<br />

bei der die Nukleotide nacheinander<br />

zu einer wachsenden Kette hinzugefügt<br />

werden, durchlaufen die<br />

synthetisierten Produkte so genannte<br />

Deschutz- und Aufreinigungsschritte,<br />

um unerwünschte Nebenprodukte zu<br />

entfernen. Eine begleitende Prozess-<br />

und Qualitätskontrolle, z. B. in Form<br />

von Massenspektrometrie stellt sicher,<br />

dass sich das Endprodukt im definierten<br />

Spezifikationsfenster befindet.<br />

Um der erhöhten Nachfrage durch<br />

eine Ausweitung der Produktionskapazitäten<br />

zu begegnen, müssen präzise<br />

und kontinuierlich arbeitende Inline-<br />

Verdünnungsanlagen<br />

bereitgestellt<br />

werden. Eine der größten Herausforderungen<br />

ist dabei das Aufrechterhalten<br />

einer konstant reproduzierbaren<br />

Qualität des jeweils benötigten Puffers<br />

innerhalb eines engen Fensters für zulässige<br />

Konzentrationsabweichungen.<br />

Dafür ist unter anderem eine kontinuierliche<br />

Kontrolle der Durchflussmengen<br />

sowie der daraus resultierenden<br />

Verdünnungsverhältnisse<br />

essenziell.<br />

Die Inline-Verdünnungsanlagen bestehen<br />

daher typischerweise aus mehreren<br />

Kanälen mit Ventilen, wobei jeder<br />

Kanal mit einer Mehrkopfmembranpumpe<br />

und einem Coriolis Durchflussmesser<br />

ausgestattet ist. Letztere messen<br />

den Massenstrom und halten die<br />

Fluidmenge mithilfe einer genauen<br />

Drehzahlregelung der Dosierpumpen<br />

konstant. Die im ausgangsseitigen<br />

Sammelstrang eingebauten Druckregelventile<br />

mit integrierter elektronisch<br />

geregelter pneumatischer Dämpfung<br />

halten den Mischstrom fluktuationsarm<br />

und nahezu konstant. Dies gilt<br />

auch hinsichtlich des Druckes: Schwankungen<br />

sind für die eingebauten Messketten<br />

unerwünscht und stören die<br />

Abb. 4: Druckregelventil mit Dämpfungseigenschaften<br />

ausgestattet mit einem elektronischen<br />

Pilotventil zur automatischen Regelung.<br />

(Quelle: EQUILIBAR)<br />

Trennvorgänge in den Chromatografiesäulen.<br />

Zudem müssen Gasphasenanteile<br />

sowie jeglicher Temperatureintrag<br />

verhindert werden.<br />

Nach Zusammenführung des<br />

Mischergebnisses in der Sammelleitung<br />

wird das Verhältnis mittels<br />

entsprechender Messtechnik analysiert,<br />

z. B. über den pH-Wert und<br />

die elektrische Leitfähigkeit. Nach einer<br />

Programmierung der abgelegten<br />

Sollwerte in der übergeordneten Steuerung<br />

stehen diese als unterschiedliche<br />

Methoden zur Systemsteuerung<br />

zur Verfügung. Die aufgezeichneten<br />

Messwerte werden mit hoher Abtastrate<br />

ermittelt und laufend zentral<br />

ausgewertet. Dabei müssen die eingesetzten<br />

Pumpen korrosionsbestän-<br />

Abb. 3: Die im ausgangsseitigen Sammelstrang eingebauten Druckregelventile mit integrierter<br />

elektronisch geregelter pneumatischer Dämpfung halten den Mischstrom fluktuationsarm<br />

und nahezu konstant. (Quelle: LEWA)<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

21


Pumpen und Systeme<br />

Membrandosierpumpen<br />

dig, hygienegerecht sowie robust für<br />

den Dauereinsatz ausgelegt sein. Detailliertes<br />

Wissen und langjährige Erfahrung<br />

beim hochgenauen Dosieren<br />

und Mischen konnte LEWA über Jahrzehnte<br />

im Bereich der Pumpenbereitstellung<br />

für die Prozesschromatografie<br />

großer OEMs nutzen. Seit einigen<br />

Jahren kommt dies nun auch der<br />

Kons truktion entsprechender Mischund<br />

Dosieranlagen für Oligosynthese-<br />

Kunden zugute.<br />

Package Units für individuelle<br />

Verdünnungsaufgaben<br />

Bei den konzipierten und beschriebenen<br />

Verdünnungsanlagen handelt<br />

es sich nicht um Standardanlagen,<br />

sondern um kundenspezifische Inline-<br />

Dosier- und Verdünnungsanlagen, die<br />

als Package Units (PU) für den jeweiligen<br />

Downstream-Prozess ausgelegt<br />

und konstruiert werden. So kann eine<br />

solche Anlage bis zu jeweils fünf – teilweise<br />

auch mehr – Prozesseingänge<br />

und -ausgänge sowie diverse weitere<br />

Anschlüsse etwa zum Spülen oder für<br />

Abwasser aufweisen, um einen flexiblen<br />

und fortlaufenden Fluidtransport<br />

zu gewährleisten. Durch die Zuführung<br />

der jeweiligen Synthesefluide<br />

wird ein Zyklus an chemischen Reaktionen<br />

initiiert. Dabei werden einzelne<br />

Nukleotidenden gekoppelt und<br />

die gewünschte modifizierte Kettensequenz<br />

durch wiederholte Abfolge<br />

der Reaktionen gebildet. Aufgrund der<br />

dabei notwendigen, leicht entzündlichen<br />

Fluide, darunter Lösungsmittel<br />

wie Ethanol, Isopropanol, Toluol und<br />

Acetonitril, müssen die Anlagen oft für<br />

den Einsatz in Ex-Zone 2 IIB T3 ausgelegt<br />

werden. Schutzgas (Stickstoff)<br />

sichert die Prozessführung darüber<br />

hinaus ab. Die Inline-Verdünnungsanlage<br />

für wässrige Fluidmischungen<br />

im Downstream-Bereich stellt Pufferlösungen<br />

von hoher Genauigkeit für<br />

eine semi-kontinuierlich arbeitende<br />

Chromatografie nach der Synthese<br />

bereit. Im Bereich der chromatografischen<br />

Aufreinigung kommen unter<br />

anderem HPLC-, Ion Pairing Reversed<br />

Phase- (IP-RP) und Ion Exchange- (IEX)<br />

Säulen zum Einsatz. 2<br />

Individuelle Verdünnungsaufgaben<br />

lassen sich so präzise und flexibel<br />

realisieren. Pro Kilogramm Wirkstoff<br />

Abb. 5: Prinzipielles Fließbild eines flexiblen Verdünnungssystems aus Konzentraten (Beispiel).<br />

(Quelle: LEWA)<br />

werden mehrere 1.000 l Lösungsmittel<br />

und wässrige Fluide benötigt.<br />

Um große Stellbereiche von wenigen<br />

Litern pro Stunde bis hin zu 6.000 l/h<br />

umsetzen zu können, muss über die<br />

Anlagensteuerung eine automatisierte<br />

und kontinuierliche Bereitstellung<br />

wechselnder Mischungen für den<br />

nachgeschalteten Aufreinigungsprozess<br />

abrufbar sein. Dabei kommen<br />

mehrere, speziell für Pharma-Anwendungen<br />

ausgelegte, Mehrkopf-Membrandosierpumpen<br />

zum Einsatz.<br />

Deren phasenversetzte Antriebscharakteristik<br />

mit typischerweise drei bis<br />

fünf Pumpköpfen ermöglicht einen<br />

pulsationsarmen<br />

Gesamtvolumenstrom.<br />

Aufgrund der gegendruckunabhängigen<br />

Kennlinie erfolgt der gesamte<br />

Dosier- und Mischprozess für<br />

die Oligonukleotidherstellung zuverlässig<br />

kontinuierlich und jederzeit<br />

absolut reproduzierbar. Stabile Linear-<br />

und Stufen-Gradienten sowie zuverlässige<br />

Gradientenkennlinien sind<br />

mit keinem anderen Pumpentyp reproduzierbarer<br />

zu erreichen. Rückströmung<br />

oder Kolbenpackungsprobleme<br />

sind bei diesen hermetisch<br />

dichten Pumpen ausgeschlossen.<br />

Große Stellbereiche und hohe<br />

Produktionssicherheit<br />

Weil die Herstellung der Verdünnungslösungen<br />

mitunter sehr unterschiedliche<br />

Volumenströme erfordert,<br />

müssen die Anlagen flexibel<br />

konstruiert werden. Ein Praxisbeispiel<br />

benötigte beispielsweise Volumenströme<br />

von minimal 40 l/h und<br />

maximal 2.500 l/h. Um diesen großen<br />

Stellbereich flexibel abdecken zu können,<br />

wurden insgesamt fünf Membrandosierpumpen<br />

vom Typ LEWA<br />

ecodos hygienic in dieser Anlage integriert.<br />

Die Pumpenköpfe sind mit<br />

mechanisch angelenkten, vierlagigen<br />

Sandwich-Sicherheitsmembranen<br />

ausgestattet. Da hinter der Membran<br />

streng reglementierte Reinraum-<br />

Umgebungsbedingungen herrschen,<br />

kann es nicht zu einer Verunreinigung<br />

mit Betriebsmitteln oder Prozessfluiden<br />

kommen. Aufgrund der<br />

GMP-Umgebung, die hohe Integrität<br />

hinsichtlich Verunreinigungen jeglicher<br />

Art anstrebt, müssen in diesem<br />

Bereich des Downstream-Processing<br />

außerdem<br />

Hygiene-Ausführungen<br />

der Pumpen eingesetzt werden. Dies<br />

geht einher mit Abnahmeprüfzertifikaten<br />

3.1 und mit durchgängig zertifizierten<br />

Konstruktionsmaterialien,<br />

wie z. B. FDA, USP oder AOF Konformitätsbescheinigungen.<br />

Alle fluidberührten<br />

metallischen Teile sind<br />

mechanisch sowie zusätzlich elektropoliert<br />

und verfügen über eine Oberflächenrauigkeit<br />

von Ra ≤ 0,5 µm.<br />

Dank einer hygienegerechten Konstruktion<br />

des Membranpumpenkörpers,<br />

die Toträume nahezu vollständig<br />

vermeidet, lassen sich die<br />

Pumpen sehr leicht und ohne vorige<br />

Demontage im CIP-Prozess reinigen.<br />

22 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Membrandosierpumpen<br />

Ein entscheidender Qualitätsnachweis<br />

in Bezug auf die besonders gute<br />

Inline-Reinigbarkeit des fluidseitigen<br />

Pumpenkopfes bildet das vorliegende<br />

Zertifikat EHEDG EL Class 1 für den<br />

eingesetzten Pumpentyp ecodos. Als<br />

Werkstoffe kommen Edelstahl 1.4435<br />

mit geringem Deltaferrit gehalt und für<br />

die stark chloridhaltigen Fluide höher<br />

legierte Stähle wie der korrosionsbeständigere<br />

Edelstahl 1.4529 oder auch<br />

Hastelloy zum Einsatz. Dadurch sind<br />

die Pumpen auch langfristig für die<br />

Förderung der hochkorrosiven und<br />

entzündlichen Fluide bei der Oligonukleotid-Herstellung<br />

geeignet. Hierzu<br />

trägt zudem die patentierte vierlagige<br />

PTFE-Sandwichmembran bei: Sie<br />

ist extrem stabil und sorgt dafür, dass<br />

selbst im Fall eines Membranbruches<br />

ein gefahrloser Weiterbetrieb möglich<br />

und somit eine hohe Prozesssicherheit<br />

gewährleistet ist. Im Ernstfall meldet<br />

die eingebaute Membranbruchsignalisierung<br />

sofort im Betrieb eine<br />

entsprechende Störung, ohne dass<br />

die weitere Prozesslinie kontaminiert<br />

wird. Eine solch hohe Produktionssicherheit<br />

bieten nur hermetische Kolben-Membranpumpen.<br />

Präzise Ansteuerung und<br />

kontinuier liche Überwachung<br />

Hinsichtlich der Ansteuerung lassen<br />

sich bei Verwendung eines Servomotors<br />

sowie einer intelligenten Steu-<br />

Abb. 6: Druckregeleinheit zur Einstellung konstanter gedämpfter Fluidströme vor Chromatografiesäulen.<br />

(Quelle: EQUILIBAR)<br />

erung unterschiedliche kundenseitige<br />

Anforderungsprofile realisieren<br />

und der Stellbereich bis zu 1:200 erweitern.<br />

Dabei kann der Volumenstrom<br />

traditionell über die Hublänge<br />

und die Drehzahl des Pumpenmotors<br />

über die Frequenz eines Umrichters<br />

angepasst werden. Bei neueren<br />

Konzepten ist die Drehzahl eines lüfterlosen<br />

Synchronmotors bzw. Permanentmagnet-Synchronmotors<br />

(PMSM) variabel und Arbeitspunkte<br />

lassen sich ohne manuelle Hubverstellung<br />

– und damit GMP-konform –<br />

exakt und reproduzierbar anfahren.<br />

zent sehr präzise. Zur Herstellung der<br />

Mischungen im chromatografischen<br />

Umfeld müssen die Volumenströme<br />

der einzelnen Pumpenstränge genau<br />

eingehalten werden. Hierfür werden<br />

sie über Coriolis Durchflussmesser<br />

ermittelt und über die Drehzahlregelung<br />

der Pumpen exakt auf die spezifizierten<br />

Sollwerte geregelt. Eine zusätzliche<br />

Online-Überwachung des<br />

pH-Werts und der elektrischen Leitfähigkeit<br />

sorgt für eine kontinuierliche<br />

Kontrolle der Prozessbedingungen.<br />

Damit die spezifizierten Genauigkeiten<br />

über weite Stellbereiche eingehalten<br />

werden, müssen korrekte saug-<br />

Die Dosiergenauigkeit ist mit ± 1 Promax.<br />

4.000 bar<br />

max. 10.000 l/min<br />

max. 600 m 3 /h<br />

max. 3000 kW


Pumpen und Systeme<br />

Membrandosierpumpen<br />

seitige Drücke (NPIPA) an den Pumpen<br />

sichergestellt werden. Die Abkürzung<br />

NPIP steht für „Net Positive Inlet Pressure“<br />

und NPIPA für „Net Positive Inlet<br />

Pressure Available“; letzteres meint<br />

den tatsächlich zur Verfügung stehenden<br />

Druck. Der NPIP ist ähnlich dem<br />

bekannten NPSH. Letzterer definiert<br />

sich jedoch nur über die Höhe, wohingegen<br />

der NPIPA das Maß für den<br />

Pumpenvordruck ist, der an den Einlassventilen<br />

durch das System vorliegt.<br />

Der NPIP wird durch den statischen<br />

Druck vor der Pumpe bestimmt, zum<br />

Beispiel durch einen Behälter mit oder<br />

ohne Drucküberlagerung oder durch<br />

den Druck in einer Ringleitung. Ist der<br />

NPIP zu niedrig, kann es bei Unterschreitung<br />

des Dampfdruckes in den<br />

Pumpenköpfen zu Kavitation kommen.<br />

Wenn eine Membrandosierpumpe<br />

hingegen einen zu hohen Netto-<br />

Saugdruck aufweist, droht besonders<br />

bei geringen Dosiermengen bei Pumpen,<br />

die aufgrund von hygienegerechten<br />

Forderungen auf eingebaute<br />

Ventilfedern verzichten, ein übermäßiger<br />

und unkontrollierter Durchfluss,<br />

was Dosiergenauigkeit und Verdünnungsrate<br />

beeinträchtigen kann. Zur<br />

Kontrolle der pumpenspezifischen<br />

hydraulischen Gegebenheiten werden<br />

auf der Druckseite der Pumpen<br />

nach allen Einbauten mit Druckverlusten<br />

daher Druck(„halte-“)regelventile<br />

eingesetzt, die einen konstanten<br />

Gegendruck gewährleisten. Dies kann<br />

zugleich genutzt werden, um geringe<br />

Restpulsationen der Mehrfachpumpenköpfe<br />

auszugleichen und zu glätten.<br />

Ausgewählte Rohrleitungsstränge<br />

werden dazu mit hygienegerechten<br />

Druckregelventilen ausgestattet, die<br />

auch einen integrierten Dämpfer enthalten,<br />

um Druckschwankungen in der<br />

Anlage zu begegnen, was zur Stabilität<br />

der Produktion von Oligonukleo tiden<br />

beiträgt. 3<br />

Referenzen<br />

1<br />

Textinformation aus ABDATA-Datenbank<br />

der Apotheken.<br />

2<br />

Large scale purification of oligonucleotides<br />

with ion exchange chromatography<br />

(U. Krop, T. Pöhlmann, N.<br />

Schneider).<br />

3<br />

Technische Information der Firma<br />

Equilibar, Fletcher, NC USA.<br />

Abb. 7: Theoretischer Volumenstromverlauf einer oszillierenden 3-Kopf Membrankolbenpumpe<br />

(direkt angelenkt) mit einem Fördergrad von 90 Prozent (Grafik 1).<br />

Ungedämpftes Echtzeitsignal zu Volumen- und Druckverlauf einer oszillierenden 3-Kopf<br />

Membrankolbenpumpe (direkt angelenkt) (Grafik 2). (Quelle: LEWA)<br />

Das Pflichtenheft der LEWA Membran dosierpumpen erfüllt alle Voraussetzungen<br />

für eine kontinuierliche Betriebsweise von Verdünnungssystemen<br />

in der industriellen GMP-Produktion von Oligonukleotiden:<br />

– ein großer Stellbereich der Pumpensysteme für maximale Flexibilität<br />

– präzise Arbeitsweise und Wiederholgenauigkeit der Dosierpumpen<br />

und damit Prozessstabilität<br />

– Sicherheit für das Bedienpersonal durch hermetisch dichte Systeme<br />

– Erfahrung in der Auslegung der hydraulischen Umgebung von oszillierenden<br />

Dosiermembranpumpen<br />

– Robuster Systembetrieb zu Sicherstellung gleichbleibender Qualität,<br />

hoher Ausbeute und wirtschaftlicher Betriebsweise<br />

Autor: Dr.-Ing. Hans-Joachim Johl, Lead Product Manager Pharma,<br />

Food & Life Sciences bei LEWA GmbH, Leonberg, Deutschland<br />

www.lewa.de<br />

24 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


MASCHINENBAU, UMWELT & ENERGIE<br />

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Pumpen und Systeme<br />

Exzenterschneckenpumpen<br />

Batterieproduktion in Europa führt zu<br />

Innovationen bei Pumpenherstellern<br />

Es ist allgemein bekannt, dass<br />

Europa sichere Lieferketten zur Herstellung<br />

von Lithium-Ionen-Batterien<br />

(LIB) etablieren muss – insbesondere<br />

für die schnell steigende Nachfrage<br />

nach Elektro- und Hybridfahrzeugen.<br />

In den letzten Jahren haben asiatische<br />

Hersteller das Angebot an Lithium-Batterien<br />

dominiert, aber die<br />

schnell wachsenden Produktionskapazitäten<br />

in Europa stellen Batteriehersteller<br />

und folglich auch Ausrüster<br />

vor gewisse Herausforderungen.<br />

Eine solche Herausforderung stellte<br />

sich auch der NETZSCH Pumpen &<br />

Systeme GmbH, einem globalen Hersteller<br />

von Verdrängerpumpen. Gerade<br />

in der Batterieproduktion werden<br />

neue Lösungen und Innovationen gefordert,<br />

zum Beispiel bei der Förderung<br />

und genauen Dosierung von Anoden-<br />

und Kathodenmaterialien.<br />

Eines der größten Probleme ist<br />

die sichere Handhabung von Kathodenschlämmen,<br />

die das Lösungsmittel<br />

N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) enthalten.<br />

Idealerweise würde ein solch<br />

toxisches Lösungsmittel mit hermetisch<br />

abgedichteten Pumpen mit<br />

Mag netkupplung gefördert.<br />

Magnetkupplungen werden dort<br />

eingesetzt, wo beim Pumpen von korrosiven,<br />

gefährlichen oder toxischen<br />

Flüssigkeiten Leckagen vermieden<br />

werden müssen und um allgemein<br />

die mit herkömmlichen mechanisch<br />

abgedichteten Pumpen verbundenen<br />

Probleme zu vermeiden.<br />

Bei solchen Systemen handelt es<br />

sich um Pumpen mit Stopfbuchsen<br />

oder Gleitringdichtungen in verschiedenen<br />

Konfigurationen. Eine Pumpe<br />

mit Stopfbuchse erfüllt in keiner Weise<br />

die Anforderungen an eine leckagefreie<br />

Pumpe. Eine Pumpe mit doppeltwirkender<br />

Gleitringdichtung und<br />

Versorgungseinheit ist zwar leckagefrei,<br />

aber auch mit einem erhöhten<br />

Wartungs- und Kontrollaufwand verbunden.<br />

Für ein toxisches Lösungsmittel wie<br />

NMP ist daher eine Magnetkupplung<br />

die ideale Lösung, um die Anforderung<br />

an eine hermetisch abgeschlossene<br />

Pumpe zu decken. Es gibt jedoch<br />

Nachteile bei proprietären Magnetkupplungen,<br />

die von bekannten Herstellern<br />

für Anwendungen angeboten<br />

werden, die eine Exzenterschneckenpumpe<br />

erfordern.<br />

Herkömmliche Magnetkupplungen<br />

sind für Batterieherstellung<br />

nicht geeignet<br />

Exzenterschneckenpumpen werden<br />

üblicherweise in Anwendungen eingesetzt,<br />

bei denen die zu pumpende<br />

Flüssigkeit abrasiv ist, feste Partikel<br />

enthält, viskos oder scherempfindlich<br />

ist oder die Anwendung eine genaue<br />

Dosierung oder beliebige Kombination<br />

von zwei oder mehreren dieser<br />

Eigenschaften vorschreibt.<br />

Insbesondere bei der Handhabung<br />

von Kathodenschlämmen zur Herstellung<br />

von Lithium-Ionen- Batterien ist<br />

die Flüssigkeit viskos, üblicherweise<br />

im Bereich von 8.000 bis 20.000 mPas,<br />

enthält naturgemäß feste Partikel und<br />

muss bei Beschichtungsanwendungen<br />

äußerst genau dosiert werden.<br />

Die Kombination dieser Eigenschaften<br />

bedeutet, dass herkömmliche<br />

Magnetkupplungen, die für die<br />

direkte Kopplung mit einer Zentrifugalpumpe<br />

mit 2- und 4-poliger Motordrehzahl<br />

konzipiert sind, sich für diese<br />

Art von Anwendungen nicht eignen.<br />

Wenn eine Pumpe mit Magnetkupplung<br />

mit hohen Drehzahlen<br />

(1.400 oder 2.800 U/min) arbeitet, ist<br />

eine Zirkulation der gepumpten Flüssigkeit<br />

zur Kühlung der Kupplung erforderlich.<br />

Dies wird dadurch erreicht,<br />

dass die Flüssigkeit durch Kühlkanäle<br />

in der Kupplung fließt. Solche Kühlkanäle<br />

haben einen geringen Durchmesser<br />

und werden daher leicht von<br />

Flüssigkeiten mit höherer Viskosität<br />

verstopft.<br />

Eine Exzenterschneckenpumpe, die<br />

ein Produkt mit bis zu 20.000 mPas<br />

pumpt, läuft in der Regel mit Drehzahlen<br />

von etwa 100 bis 200 U/min,<br />

obwohl dies nicht als die maximale<br />

Viskositätskapazität für Exzenterschneckenpumpen<br />

betrachtet werden<br />

sollte. Es gibt Anwendungen, bei<br />

denen Exzenterschneckenpumpen für<br />

Produkte mit weit über 1 Mio. mPas<br />

eingesetzt werden.<br />

NETZSCH konzipiert neue<br />

Magnetkupplung für Handhabung<br />

von Batterieschlämmen<br />

Aus diesem Grund war es notwendig,<br />

eine Magnetkupplung zu entwickeln,<br />

die speziell auf die Anforderungen typischer<br />

Anwendungen mit Exzenterschneckenpumpen<br />

zugeschnitten ist.<br />

Für Batterieschlämme musste eine<br />

Kupplung entwickelt werden, die der<br />

Viskosität der Schlämme gewachsen ist.<br />

Da die Drehzahlen der Exzenterschneckenpumpe,<br />

wie zuvor beschrieben,<br />

geringer sind als beim Einsatz einer<br />

Zentrifugalpumpe üblich, ist eine<br />

übermäßige Wärmeentwicklung in<br />

der Kupplung nicht zu erwarten. Es<br />

gab jedoch noch weitere Herausforderungen,<br />

für die eine Lösung gefunden<br />

werden musste. Dazu gehört das<br />

Drehmoment, das die Kupplung übertragen<br />

muss.<br />

NETZSCH ist es gelungen, eine Magnetkupplung<br />

zu entwickeln, die den<br />

Anforderungen von Batterieschlammanwendungen<br />

gerecht wird, da die<br />

Pumpe hermetisch abgedichtet ist<br />

und das Entweichen toxischer Dämpfe<br />

und vor allem das Eindringen von<br />

Luftblasen in den Schlamm verhindert,<br />

was bei der Folienbeschichtung<br />

besonders wichtig ist. Die Kunden<br />

stellten die NETZSCH Entwicklungsingenieure<br />

schließlich vor weitere Herausforderungen,<br />

die sich speziell auf<br />

Batterieanwendungen bezogen.<br />

Die neu entwickelte Magnetkupplung<br />

verhindert zwar das Ein-<br />

26 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Exzenterschneckenpumpen<br />

sehr geringem Kapitalaufwand eine<br />

blasenfreie Beschichtung der Anoden-<br />

und Kathodenschlämme gewährleistet<br />

werden, was die Qualität<br />

erheblich verbessert und die Abfallund<br />

Recyclingkosten senkt. Um die<br />

Anforderungen der ATEX-Vorschriften<br />

zu erfüllen, kann bei Bedarf ein<br />

Temperaturfühler an der Magnetkupplung<br />

angebracht werden.<br />

Automatische Reinigung der Pumpe<br />

Abb. 1: Die neu entwickelten Kuppelstangen sind in die Batteriepumpe integriert.<br />

dringen von Luft in das Produkt Erfahrung gemacht, dass gelegentlich<br />

Blasen in den Beschichtungspro-<br />

durch die Pumpe selbst, aber dennoch<br />

können Luftblasen in den Anoden-<br />

und Kathodenschlämmen aus Mag netkupplung bietet die Möglichzess<br />

gelangen. Die neu entwickelte<br />

dem Schlammaufbereitungsprozess keit, bei korrekter Ausrichtung der<br />

vorhanden sein. Obwohl Entlüfter Pumpe eine zusätzliche Luftabsaugung<br />

direkt an der Magnetkupp-<br />

Luftblasen aus den Schlämmen entfernen<br />

können, haben Kunden die lung vorzunehmen. Somit kann mit<br />

Werden die Batteriefolien im Chargenbetrieb<br />

hergestellt, muss die Pumpe,<br />

ebenso wie alle anderen Produktionskomponenten,<br />

zwischen den Zyklen<br />

gereinigt werden. Oftmals ist dies ein<br />

vollständig manueller Prozess mit entsprechendem<br />

Aufwand und entsprechenden<br />

Kosten.<br />

Die NETZSCH Entwicklungsingenieure<br />

wurden vor die Herausforderung<br />

gestellt, die Pumpe so zu<br />

konstruieren, dass sie mit einem automatischen<br />

System gereinigt werden<br />

kann.<br />

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Pumpen und Systeme<br />

Exzenterschneckenpumpen<br />

Dies erforderte zusätzliche bauliche<br />

Veränderungen an der Pumpe, u. a.<br />

den Einbau eines Spülanschlusses in<br />

die Magnetkupplung. Die größten Anpassungen<br />

waren jedoch im Ansaugbereich<br />

unreinigung der Schlämme durch das<br />

Schmiermittel erfolgt, wie es bei der<br />

Verwendung von geschmierten Gelenken<br />

und im Falle eines Versagens<br />

der Manschetten auftreten würde.<br />

des Pumpengehäuses und<br />

der Kuppelstange erforderlich. Kuppelstange wird additiv gefertigt<br />

Eine Exzenterschneckenpumpe<br />

erfordert eine Kuppelstange, die sowohl<br />

den Anforderungen der rotierenden<br />

als auch der exzentrischen<br />

Bewegung gerecht wird. Für Batterieanwendungen<br />

mit Anoden- und Kathodenschlämmen<br />

ist ein Biegestab<br />

die geeignetste Lösung. Eine solche<br />

Anordnung hat den Vorteil, dass keine<br />

Gelenke zur Aufnahme der exzentrischen<br />

Bewegung benötigt werden,<br />

wie sie in den allermeisten Anwendungen<br />

verbaut werden. Der Hauptgrund<br />

für die Verwendung eines Biegestabs<br />

war, dass die für das Gelenk<br />

Für hygienische Anwendungen ist ein<br />

Kuppelstangensystem mit offenen<br />

Gelenken mit einer Edelstahlstange<br />

und Bolzen erhältlich. Für Batterieanwendungen<br />

ist ein solches System<br />

aufgrund der abrasiven Beschaffenheit<br />

der Schlämme und der Gefahr einer<br />

Verunreinigung der Anoden- und<br />

Kathodenschlämme durch Metallpartikel,<br />

die die Endproduktqualität herabsetzen<br />

würde, nicht geeignet.<br />

Daher ist ein Biegestab die naheliegende<br />

Wahl – allerdings gibt es einen<br />

Nachteil bei der Verwendung<br />

erforderliche Schmierung entfällt. eines herkömmlichen Biegestabs.<br />

Dies hat den Vorteil, dass keine Ver-<br />

Dieser besteht üblicherweise aus Me-<br />

Abb. 2: Die Exzenterschneckenpumpe ist für komplexe Batterieanwendungen konzipiert.<br />

tall, meist aus Titan oder rostfreiem<br />

Duplexstahl. Aufgrund der begrenzten<br />

Flexibilität einer solchen Konstruktion<br />

muss der Biegestab länger<br />

sein als bei einer Kuppelstange mit<br />

Gelenksystem üblich.<br />

Bei einer automatischen Reinigung<br />

würde das größere Volumen<br />

im Pumpengehäuse aufgrund seiner<br />

größeren Länge zu einem höheren<br />

Produktverlust führen. Es wurde daher<br />

ein Konzept benötigt, das die Länge<br />

des Pumpengehäuses so weit wie<br />

möglich reduziert und gleichzeitig eine<br />

ausreichende Flexibilität der Kuppelstange<br />

bietet, um einen zuverlässigen<br />

Pumpenbetrieb zu gewährleisten.<br />

Neue Produktionsverfahren eröffneten<br />

Möglichkeiten, dieses Rätsel<br />

zu lösen, ohne dass die mit dem<br />

Spritzgussverfahren verbundenen hohen<br />

Werkzeugkosten anfallen. Durch<br />

die additive Fertigung war es möglich,<br />

in kürzester Zeit Prototypen möglicher<br />

Ausführungen zu erstellen und<br />

anschließend die endgültigen Produktkomponenten<br />

herzustellen.<br />

Die Entwicklung einer kürzeren<br />

Kuppelstange, die die Länge des<br />

Pumpengehäuses verkürzt, den mechanischen<br />

Belastungen standhält<br />

und den Anforderungen der automatischen<br />

Reinigung gerecht wird,<br />

war eine Herausforderung. Mithilfe<br />

modernster CFD-Lösungen wurde<br />

schließlich ein Kuppelstangen-Design<br />

entworfen und in die finale Konfiguration<br />

der Batteriepumpe integriert.<br />

Auf der Grundlage von Erfahrungen<br />

aus der Lebensmittelindustrie,<br />

in der eine hygienische Reinigung<br />

an Ort und Stelle gängig ist,<br />

wurde ein tangentialer Einlassanschluss<br />

eingebaut, um die Reinigungsfähigkeit<br />

der Pumpe durch optimierte<br />

Strömungsbedingungen im<br />

Gehäuse zu verbessern.<br />

Pumpenstator wird ebenfalls<br />

additiv gefertigt<br />

Abb. 3+4: Elastomer-Statoren und additiv gefertigte Statoren sind mit einem abtrennbaren<br />

Statorsystem kompatibel.<br />

Um die Anforderungen von Batterieschlammanwendungen<br />

zu erfüllen,<br />

war auch ein neues Konzept für<br />

den Pumpenstator erforderlich. Normalerweise<br />

verfügen Exzenterschneckenpumpen<br />

über einen Stator aus<br />

einem Elastomermaterial. Aufgrund<br />

der chemischen Aggressivität einiger<br />

28 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Exzenterschneckenpumpen<br />

Abb. 5: Die Mitarbeiterinnen begutachten einen innovativ gefertigten Stator.<br />

der in der Batterieherstellung verwendeten<br />

Flüssigkeiten – insbesondere<br />

des NMP für Kathodenschlämme<br />

– musste jedoch ein anderes<br />

Statormaterial verwendet werden.<br />

Bei solchen Anwendungen ist ein<br />

PTFE-Stator üblich. Die Herstellung<br />

Nach ausgiebigen Tests wurde ein<br />

neues Design entwickelt, das sowohl<br />

eine höhere Genauigkeit im Produktionsprozess<br />

als auch die notwendige<br />

chemische Beständigkeit garantiert.<br />

Die Effizienz des neuen Stators<br />

war so hoch, dass die Pumpe bei<br />

von PTFE-Statoren ist ein mechanisches<br />

Beschichtungsanwendungen wie<br />

Verfahren, bei dem die Sta-<br />

toren auf einer Drehmaschine hergestellt<br />

werden. Dabei wird das<br />

Innenprofil auf Maß gedreht.<br />

Angesichts des Erfolgs bei der<br />

Herstellung des Biegestabs mithilfe<br />

der additiven Fertigung wurde beschlossen,<br />

die Statoren ebenfalls mit<br />

diesem Verfahren herzustellen.<br />

dem Slot-Die-Coating die Genauigkeitsanforderungen<br />

in Bezug auf eine<br />

gleichmäßige Schichtdicke über die<br />

gesamte Folienlänge und -breite problemlos<br />

übertraf.<br />

Das Gegenstück zum Stator – der<br />

Rotor – benötigt ebenfalls eine hohe<br />

Genauigkeit, die sowohl mit einem<br />

Metall- als auch mit einem Keramikrotor<br />

erreicht werden kann. Keramikrotoren<br />

bieten gegenüber Metallrotoren<br />

den entscheidenden Vorteil,<br />

dass die Verschleißfestigkeit deutlich<br />

höher ist und – was noch wichtiger ist<br />

– dass es keine Metallabriebpartikel<br />

in den Schlämmen vom Rotor gibt.<br />

Die Kunden können wählen, welche<br />

Rotor-Stator-Kombination für ihre<br />

Anwendung am besten geeignet ist.<br />

Dies wird dadurch vereinfacht, dass<br />

sowohl Elastomer-Statoren als auch<br />

Statoren aus der additiven Fertigung<br />

mit einem abtrennbaren Statorsystem<br />

kompatibel sind, wie in den Abbildungen<br />

3+4 dargestellt.<br />

NETZSCH bietet eine mit modernsten<br />

Fertigungsverfahren hergestellte<br />

Exzenterschneckenpumpe<br />

mit optimierter Magnetkupplung an.<br />

Sie punktet mit einem strömungsoptimierten<br />

Gehäuse für die automatische<br />

Reinigung sowie additiv gefertigter<br />

Kuppelstange und Stator. So<br />

erfüllt sie die hohen Anforderungen<br />

des Batteriemarktes.<br />

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PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

29


Pumpen und Systeme<br />

Smart Factory<br />

Der intelligente Weg zur Smart Factory:<br />

Wie dank Cloud aus „Pain Points“<br />

zukunftsfitte Use Cases werden<br />

Andreas Dangl<br />

Mit Hilfe eines cloudbasierten Daten-<br />

und Dokumentenmanagementsystems<br />

schafft der Pumpenspezialist<br />

KSB nicht nur zukunftssichere<br />

Qualitätsprozesse, sondern auch<br />

ein eng geknüpftes Ökosystem entlang<br />

der gesamten Lieferkette.<br />

Die Deloitte-Studie „Accelarating smart<br />

manufacturing – The value of an ecosystem<br />

approach“ bringt es auf den<br />

Punkt: Der schnellste Weg zur Smart<br />

Factory führt über Partnerschaften,<br />

etwa in Form einer engen Verzahnung<br />

mit den Subunternehmern entlang<br />

der Lieferkette. Damit sparen Unternehmen<br />

nicht nur Kosten, sondern<br />

bringen auch die digitale Transformation<br />

voran und beschleunigen die Produktlebenszyklen.<br />

Um dieses Ziel zu erreichen,<br />

braucht es klarerweise eine lückenlose<br />

Vernetzung – das heißt: sichere, multimodale<br />

Realtime-Kommunikation im<br />

gesamten Ökosystem und eine ganzheitliche<br />

Entscheidungsfindung, die<br />

die Verantwortlichen durch den Informationsaustausch<br />

über alle Silo- und<br />

Unternehmensgrenzen hinweg erreichen,<br />

so die Studie.<br />

Ein deutsches Unternehmen, das<br />

einen Großteil des Weges zur Smart<br />

Factory schon bewältigt hat, ist der<br />

KSB-Konzern. Er gehört mit einem<br />

Umsatz von 2,6 Milliarden Euro und<br />

mehr als 15.000 Mitarbeitenden zu<br />

den weltweit führenden Anbietern<br />

von hochwertigen Pumpen, Armaturen<br />

und zugehörigen Systemen.<br />

Eine besondere Stellung innerhalb<br />

der Organisation nimmt das<br />

Pumpenwerk in Pegnitz ein. Mit rund<br />

1.600 Mitarbeiter ist es eines der<br />

größten und modernsten Niederlassungen<br />

in der KSB-Gruppe. Es ist zudem<br />

der Pilotstandort für den metallischen<br />

3D-Druck – und die digitale<br />

Transformation. Hier treiben die Verantwortlichen<br />

in einzelnen Use Cases<br />

die Verwandlung zur Smart Factory<br />

voran, die als Vorbild für andere KSB-<br />

Werke und Kunden auf der ganzen<br />

Welt dienen soll.<br />

Das Unternehmen versteht unter<br />

der Bezeichnung „Digitale Fabrik“<br />

eine Art Zielbild. Am Ende der Reise<br />

soll eine flexible und modulare Produktion<br />

stehen, die vom Auftragseingang<br />

über die Produktionsplanung<br />

bis hin zur Ausgangslogistik<br />

hochauto matisiert, digitalisiert und<br />

voll vernetzt arbeitet. „Nur das ermöglicht<br />

auch in Zukunft eine agile,<br />

schlanke und maximal kundenorientierte<br />

Produktion.“ Und: „Die intelligente<br />

Automatisierung von Prozessen<br />

in Produktionswerken bietet ein<br />

immenses Potential für Effizienz- und<br />

Qualitätssteigerungen, für Kostenreduktion<br />

sowie für mehr Kundenzufriedenheit<br />

und Wettbewerbsfähigkeit“,<br />

so die KSB-Vision in Sachen<br />

digitaler Transformation.<br />

Tausende Arbeitsstunden<br />

eingespart<br />

Der erste Use Case bei KSB zeigt,<br />

welche Vorteile eine gemeinsame<br />

Datenumgebung entlang der Wertschöpfungskette<br />

bringt. Gerade im<br />

projektbezogenen Maschinenbau bestehen<br />

im Zuge der Produktion von<br />

Spezialpumpen umfangreiche Dokumentationspflichten.<br />

Die Zulieferunternehmen<br />

sind angehalten, die<br />

nötigen Unterlagen fristgerecht bereitzustellen.<br />

Unterschiedliche Fachabteilungen<br />

wiederum müssen diese<br />

prüfen und freigeben. Kommt es in<br />

diesem Prozess zu Verzögerungen –<br />

gleichgültig an welcher Stelle der Lieferkette<br />

– sind Konventionalstrafen<br />

und Imageschäden keine Seltenheit.<br />

Der traditionelle Umgang mit Informationen<br />

ist nicht dazu geeignet,<br />

der Dokumentationspflicht zufriedenstellend<br />

nachzukommen. Denn<br />

nur allzu oft sind die Unterlagen in<br />

„Silos“, also zum Beispiel in abteilungseigenen<br />

Ablagesystemen oder<br />

E-Mail-Postfächern gespeichert, was<br />

das Wiederfinden zur Herausforderung<br />

macht. Zudem geschieht es<br />

schnell, dass von einem Dokument<br />

unterschiedliche Versionen im Umlauf<br />

sind. Jede Kontrollmaßnahme gestaltet<br />

sich daher sehr zeitintensiv. So<br />

betrug bei KSB der Aufwand für die<br />

Terminverfolgung zur Beschaffung<br />

der benötigten Unterlagen für jedes<br />

einzelne Projekt in der Vergangenheit<br />

rund 130 Stunden.<br />

Abb. 1: Prüfpläne mittels mobilen Endgeräts abarbeiten, Foto © : Gorodenkoff Productions<br />

OU via Getty Images, Fabasoft Approve<br />

30 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Weltklasse.<br />

Abb. 2: Mängel digital erfassen, Foto © : Westend61 via Getty Images<br />

Die Situation hat sich mit Einführung eines cloudbasierten Daten- und<br />

Dokumentenmanagementsystems grundlegend geändert. Die Projektunterlagen<br />

sind nun in einer gemeinsam genutzten Datenumgebung<br />

abgelegt und weltweit verfügbar – und zwar stets in der jeweils aktuellen<br />

Version. Der Zugriff erfolgt bequem über eine Weboberfläche, die<br />

auf Wunsch in unterschiedlichen Sprachen zur Verfügung steht.<br />

Ein weiterer Vorteil der Cloud-Nutzung ist, dass beispielsweise ein<br />

neuer Zulieferer schnell und einfach den Weg in das Ökosystem des<br />

Herstellers findet, da er nicht gezwungen ist, eine Software lokal zu<br />

installieren.<br />

Alle Projektmitarbeiter sind nun in der Lage, den aktuellen Dokumentationsstand<br />

abzurufen. Das umfasst die Informationen bezüglich<br />

Projektstatus, Dokumentationsumfang, Freigaben, Revisionen und anstehender<br />

Abgabetermine. Damit keine unberechtigten Personen Zugriff<br />

auf sensible Daten haben, ist die Software zudem mit einem intelligenten<br />

Berechtigungs- beziehungsweise Rollenkonzept ausgestattet,<br />

in dem genau definiert ist, wer auf welche Dokumente Zugriff hat.<br />

Auch der Cloud-Provider sorgt dafür, dass das Gesamtsystem<br />

sicher ist – vorausgesetzt, Unternehmen beziehen den Service von<br />

einem europäischen Anbieter, der entsprechende Zertifizierungen wie<br />

den Anforderungskatalog C5 („Cloud Computing Compliance Criteria<br />

Catalogue“) des deutschen Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik<br />

(BSI) vorweisen kann.<br />

Beim Thema Zusammenarbeit punktet ein smartes Dokumentenmanagementsystem<br />

mit einem integrierten Funktionsset, das typische<br />

Workflows wie Abstimmungs-, Prüf- und Freigabeabläufe umfasst.<br />

Falls diese nicht ausreichen, steht ein Low-Code-Prozess-Editor<br />

zur Verfügung, den auch Mitarbeiter in den Fachabteilungen nutzen<br />

können.<br />

Erstes Fazit: Der Einsatz der digitalen Lieferantendokumentation<br />

hilft KSB, 4.500 Arbeitsstunden pro Jahr einzusparen, die früher in aufwendige<br />

Suchen und begleitende Maßnahmen geflossen sind. Somit<br />

hat es das Unternehmen geschafft, den ursprünglichen „Pain Point“<br />

dank der Cloud in ein effizientes System zu verwandeln.<br />

LEWA ecoflow ® – das wegweisende<br />

Dosierpumpen programm.<br />

Jeder Einsatzzweck verlangt die optimale<br />

Dosierpumpenlösung. Deshalb kombiniert<br />

das LEWA ecoflow-Programm verschiedene<br />

Triebwerksgrößen mit unterschiedlichen<br />

Pumpenköpfen.<br />

Hinzu kommt das Prozess-Knowhow<br />

der LEWA-Experten: Unser Antrieb ist<br />

die maßgeschneiderte Lösung.<br />

Zukunftsweisendes Qualitäts management<br />

Der zweite Use Case auf dem Weg zur intelligenten Produktion ist die<br />

Schaffung eines durchgängigen, hochauto matisierten digitalen Qualitätsprozesses,<br />

der ebenfalls die Vorteile der engen Vernetzung der<br />

Player entlang der Lieferkette eindrucksvoll demonstriert.<br />

Hintergrund: Während der Produktentstehung führen die Mitarbeiter<br />

unterschiedliche Prüfungen durch und dokumentieren diese,<br />

Mehr unter:<br />

www.lewa.de/ecoflow


Pumpen und Systeme<br />

Smart Factory<br />

Abb. 3: Konstruktionszeichnungen in Fabasoft Approve, Foto © : Fabasoft Approve<br />

der existierenden Standardprüfpläne<br />

im Werk Pegnitz zu digitalisieren.<br />

Konkret bedeutet das, dass die geltenden<br />

Normen und Standards nun<br />

im cloudbasierten Daten- und Dokumentenmanagementsystem,<br />

das<br />

als Dreh- und Angelpunkt der Qualitätsprozesse<br />

dient, jeweils auf dem<br />

neuesten Stand zur Verfügung stehen.<br />

Die Teammitglieder greifen direkt<br />

auf die digitalisierten Listen zu,<br />

womit sichergestellt ist, dass keine<br />

veralteten Vorgaben in Verwendung<br />

sind. Ändert sich eine Norm, ersetzt<br />

die Software automatisiert die entsprechenden<br />

Stellen. Somit erfüllt<br />

die smarte Qualitätsdokumentation<br />

stets die aktuellen gesetzlichen Vorgaben.<br />

Auch die Zulieferfirmen profitieren<br />

von diesem System. Sie sind<br />

nun immer im Bilde, wann welche<br />

Prüfungen durchzuführen und welche<br />

Unterlagen zu übermitteln sind.<br />

Werden Korrekturschleifen nötig, so<br />

lassen sich auch diese über den neu<br />

geschaffenen, durchgängig digitalen<br />

Qualitätsprozess abbilden.<br />

Erfolgreicher Weg zur Smart Factory<br />

Abb. 4: Digitale Lieferantendokumentation, Foto © : Tom Werner via Getty Images<br />

um die hohen Qualitätsansprüche<br />

des KSB-Konzerns zu erfüllen. Das<br />

Team der technischen Auftragsabwicklung<br />

erstellt zu diesem Zweck<br />

auftragsbezogen einen „Quality Control<br />

Plan“ (QCP), den es mit den Kunden<br />

abstimmt und adaptiert.<br />

Die Grundlage für den QCP sind<br />

Standardprüfpläne, die im Detail alle<br />

Anforderungen vorgeben, auch jene,<br />

die definieren, wo die Prüfungen stattfinden<br />

sollen: direkt bei KSB oder bei<br />

einem der Lieferanten. Ein entscheidendes<br />

Kriterium für das Funktionieren<br />

dieser Prozessschritte ist, wie<br />

gut die Kommunikation zwischen den<br />

verantwortlichen Stellen abläuft.<br />

Bei 1.200 QCPs pro Jahr und der<br />

manuellen Prüfung von rund 8.500<br />

Testzertifikaten war die Zusammenarbeit<br />

Nachteil, dass der manuelle Aufwand<br />

groß und die Fehleranfälligkeit hoch<br />

waren. Pro Auftrag existierte ein Dokument,<br />

das die gesammelten Qualitätsanforderungen<br />

für sämtliche Bauteile<br />

beinhaltete. Das Dokument ging<br />

per E-Mail an den verantwortlichen<br />

Zulieferer, der vor der Aufgabe stand,<br />

aus dem Gesamtprüfplan jene Informationen<br />

herauszufiltern, die seinen<br />

Lieferanteil betrafen. Nachdem er die<br />

gefragten Prüfzertifikate – wieder als<br />

Mail-Anhang – zurückgeschickt hatte,<br />

druckte der Hersteller die Dokumente<br />

aus, kontrollierte und scannte sie, um<br />

sie schließlich in SAP abzulegen.<br />

KSB machte auch aus diesem<br />

„Pain Point“ einen Use Case. Das Unternehmen<br />

führte eine Plattform ein,<br />

auf der es einen durchgängigen di-<br />

zwischen den Playern in der gitalen Ende-zu-Ende-Prozess mo-<br />

Vergangenheit eine Herausforderung.<br />

dellierte – inklusive Schnittstelle zu<br />

Der Grund: Die Teams erstelldellierte<br />

ten die Standardprüfpläne und die<br />

QCPs mit Microsoft Excel – mit dem<br />

SAP. Mit dieser Plattform war das<br />

Team der technischen Auftragsabwicklung<br />

in der Lage, einen Großteil<br />

Die zwei Use Cases zeigen, welches<br />

Potential sich mit der intelligenten<br />

Automatisierung von Prozessen bei<br />

KSB eröffnet. Mit Unterstützung<br />

durch ein cloudbasiertes Daten- und<br />

Dokumentenmanagementsystem ist<br />

es dem Konzern nun möglich, seine<br />

Qualitätsmanagementprozesse<br />

Autor:<br />

Andreas Dangl ist Entrepreneur<br />

und Geschäftsführer der Fabasoft<br />

Approve GmbH. In seiner Funktion<br />

unterstützt er Unternehmen aus der<br />

Industrie bei der Einführung von<br />

smarter Software zum Managen<br />

technischer Daten und Dokumente.<br />

www.fabasoft.com/approve<br />

auf<br />

eine neue, zukunftssichere Ebene zu<br />

heben. Außerdem profitiert KSB von<br />

dem smarten Datenumgebung, die<br />

entlang der Lieferkette entstanden<br />

ist und in dem der Informationsaustausch<br />

reibungslos funktioniert – die<br />

besten Voraussetzungen dafür, den<br />

Weg in Richtung Smart Factory erfolgreich<br />

zu meistern.<br />

32 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Schlauchpumpen<br />

Dosierung von Flockungsmitteln in Trinkwasseraufbereitung<br />

“Schlauchpumpen sind hier eine<br />

wirtschaftliche Lösung“<br />

Oberflächenwasser aus Talsperren<br />

spielt eine wichtige Rolle in der<br />

Trinkwasserversorgung. Flockung<br />

und Filtration kolloidaler Partikel<br />

ist dabei einer der zentralen Prozessschritte,<br />

um das Roh- zu Trinkwasser<br />

aufzubereiten. Dosierpumpen<br />

für Flockungsmittel müssen<br />

daher höchsten Ansprüchen in Sachen<br />

Langlebigkeit und Betriebssicherheit<br />

genügen. Aus diesem<br />

Grund setzt die Thüringer Fernwasserversorgung<br />

(TFW) in der Aufbereitungsanlage<br />

Luisenthal auf<br />

Qdos Schlauchdosierpumpen von<br />

Watson-Marlow. Diese überzeugen<br />

nicht nur durch einfache Installation,<br />

Bedienung und geringe Pulsation,<br />

sondern vor allem durch lange<br />

Einsatzzeiten und einfache Wartung<br />

in wenigen Minuten und dadurch<br />

durch eine hohe Wirtschaftlichkeit.<br />

Mit einer Abgabemenge von jährlich<br />

36,9 Mio. m³ Trinkwasser gehört<br />

die Thüringer Fernwasserversorgung<br />

(TFW) zu den größten Fernwasserversorgern<br />

in Deutschland. Über Fernwasserleitungen<br />

mit einer Gesamtstreckenlänge<br />

von rund 550 km liefert<br />

das öffentliche Unternehmen TFW<br />

das Trinkwasser an Zweckverbände,<br />

Gemeinden und Stadtwerke und sichert<br />

so gemeinsam mit den örtlichen<br />

Versorgungsträgern die Trinkwasserversorgung<br />

von mehr als einer Million<br />

Einwohner im Freistaat Thüringen.<br />

Als einziger deutscher Fernwasserversorger<br />

stellt die TFW dabei ausschließlich<br />

Oberflächenwasser aus<br />

sechs versorgungwirksamen eigenen<br />

Trinkwassertalsperren bereit. Zur Aufbereitung<br />

des Oberflächenwassers<br />

(Rohwasser) zu Trinkwasser betreibt<br />

sie zwei moderne und leistungsfähige<br />

Trinkwasseraufbereitungsanlagen.<br />

Oberflächenwasser als Trinkwasser<br />

Die Bedeutung von Oberflächenwasser<br />

für die Trinkwasserversorgung<br />

sollte keinesfalls unterschätzt werden:<br />

Schon heute stammen insgesamt<br />

55 % des Trinkwasserbedarfs in<br />

Thüringen aus Talsperren und ihre Relevanz<br />

als Trinkwasserspeicher dürfte<br />

in Zeiten des Klimawandels weiter<br />

zunehmen, da nach derzeitigem Forschungsstand<br />

die Reservoire der Talsperren<br />

eine höhere Resilienz gegenüber<br />

Klimaveränderungen haben als<br />

Grundwasserdargebote. Auch durch<br />

das mit dem Klimawandel in Zusammenhang<br />

stehende häufigere Auftreten<br />

von lokalen Extremwetterlagen<br />

wie Starkregen, Hitze- und Trockenperioden<br />

dürften Fernwasserversorgungen<br />

für die Gewährleistung einer<br />

sicheren Trinkwasserversorgung<br />

durch ein effizientes Wassermanagement<br />

zukünftig eine besondere Bedeutung<br />

einnehmen.<br />

Die im Naturpark Thüringer Wald<br />

gelegene Talsperre Ohra der Thüringer<br />

Fernwasserversorgung verfügt über<br />

einen maximalen Stauraum von bis<br />

zu 17,82 Mio. m³. Das Rohwasser wird<br />

über einen Entnahmeturm in unterschiedlichen<br />

Höhen entnommen. Mit<br />

dem Wasser aus der Talsperre werden<br />

über das Fernwasserversorgungssystem<br />

Nord- und Mittelthüringen täglich<br />

rund 700.000 Menschen, u. a. in<br />

den Großstädten Jena und Erfurt und<br />

der nahen Kreisstadt Gotha versorgt.<br />

Circa 21,5 Mio. m³ Rohwasser aus der<br />

Talsperre Ohra werden dafür jährlich<br />

in der direkt unterhalb der Talsperre<br />

gelegenen Anlage Luisenthal zu Trinkwasser<br />

aufbereitet.<br />

Vom Roh- zum Trinkwasser<br />

Abb. 1: In der an der Talsperre Ohra gelegenen Anlage Luisenthal werden jährlich<br />

ca. 21.5 Mio. m³ Rohwasser zu Trinkwasser aufbereitet.<br />

Dazu müssen, abhängig von der Rohwasserqualität,<br />

verschiedene Verfahrensschritte<br />

durchlaufen werden,<br />

erläutert Frau Hövel, die als Fachingenieur<br />

bei der Thüringer Fernwasserversorgung<br />

beschäftigt ist. „Da<br />

das Wasser bis in die Talsperren<br />

in der Regel nur eine sehr geringe<br />

Bodenpassage aufweist, ist es weicher<br />

als Grundwasser. Der Gleichgewichts-pH-Wert<br />

des Rohwassers<br />

liegt häufig über dem zulässigen pH-<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

33


Pumpen und Systeme<br />

Schlauchpumpen<br />

Wert der Trinkwasserverordnung.<br />

Um diesen pH-Wert am Ende der<br />

Aufbereitung einstellen zu können<br />

und um die Mischbarkeit mit anderen<br />

Trinkwässern zu erhöhen, wird<br />

am Beginn des Aufbereitungsprozesses<br />

unser Rohwasser aufgehärtet.“<br />

Die Versorger vor Ort mischen<br />

dem Fernwasser oft noch Grundwasser<br />

aus eigener Gewinnung bei<br />

und erzeugen so ein Mischwasser.<br />

Außerdem wird das Wasser nach der<br />

Filtration einer abschließenden Desinfektion<br />

unterzogen.<br />

Zu den zentralen Aufbereitungsschritten<br />

vom Roh- zum Trinkwasser<br />

gehört die Flockung zur Elimination<br />

fein verteilter, schwer entfernbarer<br />

kolloidaler Partikel und Huminstoffe,<br />

die Trübungen verursachen könnten<br />

sowie von Mikroorganismen. Durch<br />

die Zugabe von Flockungsmitteln<br />

kann die elektrostatische Abstoßung<br />

der Partikel und gelösten Inhaltsstoffe<br />

überwunden werden. Sie<br />

binden sich dann zu größeren Flocken,<br />

die leichter zu entfernen sind.<br />

Dadurch lassen sich praktisch organischen<br />

und mineralischen Partikel<br />

sicher abfiltrieren.<br />

„Wir nutzen das Flockungsmittel<br />

Eisen-III-Chlorid als wässrige Lösung<br />

mit einer Konzentration von 40 %. Es<br />

wird in die Zuleitungen zu unseren<br />

vier 300 m³ großen Misch- und Reaktionsbecken<br />

dosiert“, berichtet der<br />

Wassermeister bei Thüringer Fernwasser.<br />

„Für die nötigen Turbulenzen<br />

im Wasser direkt an der Dosierstelle<br />

sorgen Statikmischer, in den Becken<br />

findet dann die Flockung statt. Anschließend<br />

werden die Flocken in insgesamt<br />

14 offenen Mehrschichtfiltern<br />

zurückgehalten. Als Filtermaterial<br />

wird Anthrazit, Quarzsande und Kies<br />

eingesetzt. Flockungshilfsmittel und<br />

auch Aktivkohle kann bei Bedarf dosiert<br />

werden. Die zurückgehaltenen<br />

Flocken werden aufbereitet als entwässerter<br />

Schlamm in der Biogasproduktion<br />

verwertet.<br />

Dosierpumpen für eine<br />

leistungsfähige Flockung<br />

Herzstück der Flockung ist die Flockungsmitteldosieranlage.<br />

Die Dosierpumpen<br />

fördern das Eisen-III-<br />

Chlorid von den Hebergefäßen der<br />

Abb. 2: Flockung ist einer der zentralen Aufbereitungsschritte vom Roh- zum Trinkwasser und<br />

ermöglicht die Entfernung kolloidaler Partikel und Stoffe.<br />

Abb. 3: Kontrolle der Dosierkonzentration am Auslauf in das Misch- und Reaktionsbecken.<br />

Vorratstanks zu den Misch- und Reaktionsbecken.<br />

Pro Misch- und Reaktionsbecken<br />

ist jeweils eine Dosierpumpe<br />

in 24/7-Dauereinsatz. Für<br />

eine optimale Flockung und Filtration<br />

wird die Dosiermenge dem jeweiligen<br />

Bedarf an Flockungsmittel angepasst,<br />

in der Regel dosieren die Pumpen<br />

mit einer Förderrate von jeweils circa<br />

zehn Litern pro Stunde, was einem<br />

täglichen<br />

Flockungsmittelverbrauch<br />

von ungefähr 1.000 Litern Eisen-III-<br />

Chlorid- Lösung entspricht.<br />

Häufige Wartung von<br />

Membranen notwendig<br />

In der 2017 neu installierten Dosieranlage<br />

kamen zunächst Membrandosierpumpen<br />

zum Einsatz, wie sie<br />

in vielen Dosierstationen zum Standard<br />

gehören. Bereits nach wenigen<br />

Monaten hatte sich jedoch gezeigt,<br />

dass diese Pumpenart nicht die für<br />

den Dauereinsatz benötigte Zuverlässigkeit<br />

und Langlebigkeit bieten<br />

konnte. „Schon nach wenigen Monaten<br />

wurden zahlreiche, oft langwierige<br />

Reparaturen notwendig. Etwa<br />

alle drei Monate mussten die Membranen<br />

getauscht werden“, berichtet<br />

der Wassermeister. „Während<br />

diese Wartung wenigstens in-house<br />

durchgeführt werden konnte, musste<br />

wir für die häufigen Reparaturen<br />

eine Fremdfirma beauftragen.“ „Der<br />

Hersteller der Membranpumpen riet<br />

uns zu einer Reduzierung der Hublänge<br />

– leider hat auch dies zu keiner<br />

Verbesserung geführt und diese<br />

Maßnahme war gleichzeitig mit<br />

der Reduzierung der maximale möglichen<br />

Dosiermenge verbunden “, ergänzt<br />

die Ingenieurin.<br />

34 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Schlauchpumpen<br />

Um einen unterbrechungsfreien Betrieb<br />

der Flockung in allen vier Mischund<br />

Reaktionsbecken sicherzustellen,<br />

waren neben häufigen Wartungs- und<br />

Reparatureinsätzen zusätzliche Maßnahmen<br />

notwendig: „Wir hatten zwei<br />

Membranpumpen mehr als geplant<br />

als Ersatzpumpen vorrätig und außerdem<br />

stellenweise sogar noch andere<br />

Pumpen als Zusatzlösung im Einsatz“,<br />

erinnert sie sich.<br />

Zunehmend unzufrieden mit der<br />

Unzuverlässigkeit der Membranpumpen<br />

und dem dadurch verbundenen<br />

hohen Betriebsaufwand sowie ohne<br />

Aussicht, dass sich die Situation mit den<br />

vorhandenen Geräten grundlegend<br />

verbessern lässt, machte sich das Team<br />

von Thüringer Fernwasser gemeinsam<br />

mit einem beauftragen Ingenieurbüro<br />

auf die Suche nach einer besseren<br />

Alternative. Fündig wurde man mit<br />

Schlauchdosierpumpen von Watson-<br />

Marlow Fluid Technology Solutions.<br />

Schlauchdosierpumpen für<br />

die Wasseraufbereitung<br />

Man entschloss sich, Qdos zunächst<br />

im Rahmen eines sechsmonatigen<br />

Feldversuchs zu testen – am Anfang<br />

durchaus mit einer gewissen Portion<br />

Skepsis. „Schlauchpumpen waren<br />

mir zu diesem Zeitpunkt vor allem<br />

als Lösung für sterile Anwendungen<br />

in Medizintechnik und Pharma, nicht<br />

jedoch als Dosierlösung für die Wasserwirtschaft<br />

bekannt“, berichtet die<br />

Abb. 4: Seit mehr als einem Jahr sind insgesamt fünf Pumpen in der Dosierstation für<br />

Flockungsmittel im Einsatz.<br />

Ingenieurin. „Daher war ich erstmal<br />

unsicher, was die Wirtschaftlichkeit<br />

von Schlauchpumpen in der Wasseraufbereitung<br />

angeht. Zumal die<br />

Schlauchpumpen in der Anschaffung<br />

etwas kostenintensiver sind.“<br />

Dabei wurde die Gehäuseschlauchpumpe<br />

von Watson-Marlow speziell für<br />

die Dosierung von Chemikalien und<br />

Aufbereitungsstoffen in der Wasserwirtschaft<br />

entwickelt. „Als Schlauchpumpe<br />

kommt Qdos vollständig ohne<br />

Membranen, Ventile oder Dichtungen<br />

aus, die verstopfen oder undicht werden<br />

könnten. Dadurch bietet sie besonders<br />

geringe Installationskosten<br />

und kann problemlos ohne Zusatzausrüstung<br />

in bestehende Dosieranlagen<br />

zum Austausch der vorher<br />

Abb. 5: Einziges Verschleißteil an der gesamten<br />

Pumpe ist der patentierte ReNu-<br />

Pumpenkopf, der sich innerhalb von nur<br />

wenigen Minuten als ein einzelnes Bauteil<br />

austauschen lässt.<br />

Trinkwasserzulassung – Ende in Sicht!<br />

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PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

35


Pumpen und Systeme<br />

Schlauchpumpen<br />

Abb. 6: Die Qdos Dosierpumpen sind in unterschiedlichen Größen verfügbar, die maximalen<br />

Fördermengen reichen von 333 ml/min bis zu 600 l/h.<br />

verwendeten Pumpen eingesetzt werden“,<br />

erläutert der Sales Engineer bei<br />

Watson-Marlow.<br />

Darüber hinaus verfügen Schlauch-<br />

pumpen über ein besonders innovatives<br />

Konstruktionsprinzip: Einziges<br />

Verschleißteil an der gesamten Pumpe<br />

ist der patentierte ReNu-Pumpenkopf,<br />

der sich innerhalb von nur wenigen<br />

Minuten als ein einzelnes Bauteil<br />

austauschen lässt. Die Pumpe steht<br />

im Anschluss „wie neu“ zur Verfügung.<br />

Da der Pumpenkopf vollständig<br />

gekapselt ist, wird ein Austritt von<br />

Flüssigkeit zuverlässig verhindert. Der<br />

Bediener kommt nicht mit dem Fördermedium<br />

in Berührung.<br />

Breite Auswahl an Größen, Pumpen<br />

kopf- und Steuerungsoptionen<br />

Die vielseitigen Qdos Dosierpumpen<br />

kommen in unzähligen Anwendungen<br />

in Wasser- und Abwasser-, aber auch<br />

in der chemischen Industrie und anderen<br />

Prozessindustrien zum Einsatz.<br />

Je nach Anforderungsprofil steht<br />

eine große Auswahl an unterschiedlichen<br />

Pumpenmodellen zur Verfügung:<br />

Für verschiedene Fördermengen<br />

stehen unterschiedliche Größen<br />

bereit, die maximalen Fördermengen<br />

reichen von 333 ml/min bis zu 600 l/h.<br />

Je nach Modell sind sie mit verschiedenen<br />

Steuerungsoptionen, von manueller<br />

Steuerung, 4-20 mA, bis hin zu<br />

EtherNet/IP, PROFINET und PROFIBUS<br />

verfügbar. Je nach Anwendung gibt<br />

es passende Pumpenkopfoptionen.<br />

Standardmäßig dazu gehört ein Santoprene-Schlauch,<br />

der sich für eine<br />

Vielzahl an Chemikalien eignet. Für<br />

die Dosierung von Natriumhypochlorit<br />

oder Polymeren sind außerdem<br />

speziell ausgelegte Pumpenköpfe, beispielsweise<br />

mit den Werkstoffen SEBS<br />

oder PU erhältlich.<br />

Schlauchdosierpumpe kann im<br />

Test überzeugen<br />

Bereits während des sechsmonatigen<br />

Tests in der Trinkwasseraufbereitung<br />

in Luisenthal konnte die<br />

Pumpe voll überzeugen. „Was uns<br />

zuerst auffiel, ist der im Vergleich zu<br />

den Membranpumpen deutlich reduzierte<br />

Lärmpegel“, berichtet der<br />

Wassermeister. „Außerdem ist sie<br />

deutlich bedienerfreundlicher und<br />

dosiert deutlich gleichmäßiger – also<br />

mit geringerer Pulsation – als eine<br />

Membranpumpe.“<br />

Entscheidendes Kriterium war<br />

jedoch: „Da wir Teil der kritischen<br />

Infrastruktur sind, ist Zuverlässigkeit<br />

und ein geringer Wartungsbedarf<br />

sowie im Fall der Fälle eine<br />

einfache und schnelle Wartung für<br />

uns natürlich das A und O“, sagt die<br />

Ingeneurin. „Denn die Flockung und<br />

Filtration ist vielleicht der kritischste<br />

und wichtigste Aufbereitungsschritt<br />

im gesamten Prozess, sobald eine<br />

Pumpe auch nur kurz ausfällt, resultiert<br />

dies in einem sofortigen Kapazitätsabfall<br />

der Aufbereitung.“<br />

Bietet die benötigte<br />

Betriebssicherheit<br />

Und in diesen Punkten wissen die<br />

Schlauchdosierpumpen seit ihrer Installation<br />

zu überzeugen: Seit mehr<br />

als einem Jahr sind nun insgesamt<br />

fünf Pumpen in der Dosierstation im<br />

Einsatz und funktionieren reibungslos.<br />

Vier Pumpen dosieren im Dauerbetrieb<br />

das Flockungsmittel in die vier<br />

Becken, während eine Pumpe für den<br />

Fall eines Ausfalls als Reserve-Pumpe<br />

zur Verfügung steht. Das aktuelle<br />

Redundanzniveau mit einer Ersatzpumpe<br />

für vier Pumpen im Einsatz<br />

war mit den vorherigen Membranpumpen<br />

nicht praktikabel.<br />

Ermöglicht wird die hohe Betriebssicherheit<br />

nicht nur durch eine<br />

enorme Zuverlässigkeit, sondern<br />

auch durch eine schnelle und einfache<br />

Wartung. Bislang arbeiten die<br />

Pumpen noch mit dem jeweils ersten<br />

Pumpenkopf reibungslos und zuverlässig,<br />

künftigen Wartungseinsätzen<br />

sieht man bei Thüringer Fernwasser<br />

entspannt entgegen. „Der Wechsel<br />

des Pumpenkopfes ist wirklich einfach<br />

und dauert maximal zehn Minuten,<br />

inklusive Spülung und Montage<br />

der Leitungen“, ist der Wassermeister<br />

begeistert und demonstriert den<br />

Austausch an der Reservepumpe<br />

der Dosieranlage. Dafür ist keinerlei<br />

Werkzeug notwendig, und die Pumpe<br />

muss nicht ausgebaut werden.<br />

Die Ingenieurin gibt einen Einblick<br />

in die betriebswirtschaftliche<br />

Seite des Einsatzes: „Trotz höherer<br />

Anfangsinvestitionen für die Qdos<br />

Schlauchpumpen sparen wir perspektivisch<br />

durch geringere Ersatzteil- und<br />

Wartungskosten im Vergleich zu den<br />

Membranpumpen bereits im zweiten<br />

Jahr erheblich Geld ein.“ Anfängliche<br />

Skepsis hinsichtlich Kosteneffizienz<br />

konnten die Schlauchdosierpumpen<br />

so schnell ausräumen. „Wir haben<br />

nicht nur gesehen, dass Schlauchpumpen<br />

bei Dosieraufgaben in der<br />

Wasserindustrie eine zuverlässige<br />

und leistungsfähige Lösung sind, sondern<br />

dass sie hier auch eine sehr wirtschaftliche<br />

Lösung sind.“<br />

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Pumpen und Systeme<br />

Exzenterschneckenpumpen<br />

Standzeit erhöhen, Personal entlasten<br />

Konische Exzenterschneckenpumpe für anspruchsvolle<br />

Anwendungen in der Industrie- und Abwasserbranche<br />

Markus Liebich<br />

Ob hohe Drücke oder abrasive Stoffe<br />

in den Medien: Die Anwendungsbereiche<br />

insbesondere in der Abwasserund<br />

Industriebranche stellen hohe<br />

Anforderungen an die Pumptechnik.<br />

Exzenterschneckenpumpen sind auf<br />

das Fördern anspruchsvoller Medien<br />

ausgelegt und haben sich als Pumptechnik<br />

in diesen Branchen bewährt.<br />

Ein Beispiel aus dem Abwasserbereich:<br />

Faulturmbeschickung<br />

Bei der Beschickung von Faultürmen<br />

kommen oft Exzenterschneckenpumpen<br />

zum Einsatz: Die Pumpen drücken<br />

den eingedickten Primär- oder<br />

Rohschlamm über lange Pumpwege<br />

in die zum Teil zwanzig Meter hohen<br />

Faultürme. Eine Kombination aus abrasiven<br />

Medien und hohen Drücken<br />

von bis zu sechs bar beansprucht<br />

die Pumpen hierbei stark. Oftmals ist<br />

ein- bis zweimal im Jahr ein aufwendiger<br />

Teilewechsel von Rotor und Stator<br />

erforderlich. Das bedeutet nicht<br />

nur den Ausfall der Pumpe, sondern<br />

auch einen hohen Zeit- und Ressourcenaufwand:<br />

Der Ersatzteilwechsel<br />

ist kostenintensiv und bedarf mindestens<br />

zweier Arbeitskräfte.<br />

Für Unternehmen der Industrie- und<br />

Abwasserbranche kommt es auf<br />

eine Pumptechnik an, die für die anspruchsvollen<br />

Anwendungen geeignet<br />

ist und sich flexibel an die Betriebsparameter<br />

anpassen lässt. So<br />

lassen sich Kosten- und Zeitaufwand<br />

bei Wartungseinsätzen reduzieren.<br />

HiCone mit konischer Rotor-<br />

Stator-Geometrie: Nachstellen<br />

ersetzt Teilewechsel<br />

Auf diese Anforderungen ist die Exzenterschneckenpumpe<br />

HiCone der<br />

Vogelsang GmbH & Co. KG ausgelegt.<br />

Bei der Pumpe sind Rotor und Stator<br />

konisch geformt. Entsteht in Folge<br />

von Verschleiß ein Spalt zwischen den<br />

beiden Teilen, lässt sich dieser im laufenden<br />

Betrieb kompensieren: Der<br />

Rotor wird axial nachgestellt. Danach<br />

erreicht die Pumpe wieder die gleichen<br />

Eigenschaften wie im Neuzustand.<br />

Ein zeit- und kostenintensiver<br />

Teilewechsel entfällt.<br />

Mehrmalige Wartungseinsätze<br />

reduzieren<br />

Durch das formgenaue Nachstellen<br />

ist die Standzeit der HiCone im Vergleich<br />

zu einer herkömmlichen Exzenterschneckenpumpe<br />

bis zu viermal so<br />

hoch. Wartungseinsätze sind seltener<br />

nötig und besser planbar. Das entlas-<br />

Industrie braucht flexible,<br />

wartungsarme Pumplösungen<br />

Auch in Industrieunternehmen fördert<br />

die Pumptechnik anspruchsvolle<br />

Medien, zum Beispiel Keramikschlicker.<br />

Das Wasser-Mineralgemisch<br />

wird für die Herstellung von Keramikerzeugnissen<br />

benötigt. Die breiige<br />

bis zähflüssige Konsistenz von<br />

Keramikschlicker beansprucht die<br />

Förderelemente beim Pumpen stark.<br />

Geschlämmter Ton ist zudem hochviskos<br />

und erfordert leistungsstarke,<br />

robuste Industriepumpen, die den<br />

Anforderungen der Keramikindustrie<br />

gerecht werden.<br />

Abb. 1: Energieeffizient und langlebig: die HiCone Exzenterschneckenpumpe.<br />

(Alle Fotos: Vogelsang GmbH & Co. KG)<br />

Abb. 2: Die konische Geometrie von Rotor und Stator ermöglicht ein formgenaues<br />

Nach stellen im Falle von Verschleiß und ersetzt einen Teilewechsel.<br />

38 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Exzenterschneckenpumpen<br />

Abb. 3: Durch das clevere Einstellsystem kann die HiCone individuell an verschiedene<br />

Betriebs parameter angepasst werden.<br />

tet das Wartungspersonal und<br />

schafft freie Kapazitäten – gerade<br />

in Zeiten des Fachkräftemangels<br />

auch ein wirtschaftlicher<br />

Faktor. Davon profitieren insbesondere<br />

Betriebe mit Pumpen im<br />

Remote- Einsatz. Ist die HiCone<br />

mit der automatischen Nachstellung<br />

ausgestattet, hat der Betrieb<br />

die Möglichkeit, den Verschleißzustand<br />

der Pumpe auf seinen Monitoren<br />

und optional auch an der<br />

Pumpe zu beobachten und zu erfassen.<br />

Dadurch sind Wartungseinsätze<br />

sehr genau planbar.<br />

Auf Prozessänderungen<br />

reagieren<br />

Dazu trägt auch bei, dass sich<br />

die HiCone individuell an die jeweiligen<br />

Betriebsparameter, wie<br />

zum Beispiel Temperatur oder<br />

Viskosität, anpassen lässt. Durch<br />

das Einstellsystem werden Rotor<br />

und Stator optimal zueinander<br />

positioniert. So kann sie der<br />

Anwender beispielsweise bestmöglich<br />

auf unterschiedliche Viskositäten<br />

einstellen. Je höher die<br />

Viskosität ist, desto besser dichtet<br />

sie den Spalt in der Pumpe ab.<br />

Deshalb kann die Klemmung reduziert<br />

werden. Dies geschieht,<br />

indem der Anwender den Rotor<br />

leicht herauszieht.<br />

Das gilt auch für Einsätze mit<br />

hohen Temperaturen oder Temperaturänderungen:<br />

Dehnt sich<br />

das Gummi im Stator aufgrund<br />

hoher Temperaturen aus, kommt<br />

es zu einer erhöhten Klemmung<br />

zwischen Rotor und Stator. Um<br />

diese zu reduzieren, wird der Rotor<br />

zurückgezogen. Sinkt die Temperatur<br />

anschließend wieder,<br />

zieht sich das Gummi im Stator<br />

zusammen. Die Folge: Die Klemmung<br />

verringert sich und die<br />

Förderleis tung sinkt. In diesem<br />

Fall wird der Rotor weiter reingeschoben,<br />

bis die gewünschte<br />

Klemmung wieder erreicht ist.<br />

Hohe Flexibilität: mobile<br />

Schlamm entwässerung<br />

Von dieser hohen Flexibilität der<br />

HiCone profitieren beispielsweise<br />

auch Unternehmen im Bereich<br />

der mobilen Schlammentwässerung.<br />

Hier muss die Pumptechnik<br />

auf hohe Temperaturschwankungen<br />

ausgelegt sein. Die<br />

Schlämme werden mit einer Exzenterschneckenpumpe<br />

aus der<br />

jeweiligen Anlage angesaugt und<br />

in einem Container entwässert.<br />

Der Betreiber setzt dieses Gerät<br />

bei unterschiedlichen Industrieunternehmen<br />

ein. Die Schlämme<br />

dort variieren zwischen Temperaturen<br />

von 20 bis 60 Grad<br />

Celsius. Um alle Einsatzfälle abzudecken,<br />

nutzt er deshalb zwei<br />

Exzenterschneckenpumpen: eine<br />

„normale“ für Temperaturen von<br />

bis zu 40 Grad und eine Exzenterschneckenpumpe<br />

mit Untermaß-<br />

Stator.<br />

Durch den Einsatz der HiCone<br />

spart der Betreiber nun eine herkömmliche<br />

Exzenterschneckenpumpe<br />

samt zugehöriger Leis-<br />

tungselektronik ein. Das Unternehmen<br />

profitiert von geringeren<br />

Anschaffungskosten, mehr Platz<br />

im Container und kann dadurch<br />

noch flexibler auf die Gegebenheiten<br />

vor Ort reagieren.<br />

Energieeffizient pumpen<br />

Darüber hinaus arbeitet die<br />

HiCone besonders energieeffizient.<br />

Dafür sorgt die intelligente<br />

Anfahrautomatik. Üblicherweise<br />

wird die Größe des Antriebsmotors<br />

bei Exzenterschneckenpumpen<br />

von dem hohen Anfahrmoment<br />

bestimmt. Durch die<br />

einstellbare Klemmung zwischen<br />

Rotor und Stator reicht ein<br />

Motor mit geringerer Leistung<br />

aus als bei herkömmlichen Exzenterschneckenpumpen.<br />

Das<br />

Drehmoment beim Hochfahren<br />

der Pumpe minimiert sich, der<br />

Strombedarf sinkt. Der Anfahrprozess<br />

erfolgt dabei vollautomatisch.<br />

Bedingt durch den kleineren<br />

Antriebsmotor, fällt auch<br />

der Frequenzumformer an der<br />

Pumpe kleiner aus.<br />

Die HiCone live erleben:<br />

Vogelsang auf der IFAT und<br />

Achema<br />

Interessierte können sich auf<br />

verschiedenen Messen in diesem<br />

Jahr über die konische<br />

Exzenterschneckenpumpe<br />

HiCone informieren:<br />

IFAT: 13.-17. Mai, München,<br />

Vogelsang-Stand in<br />

Halle B1, Stand 347/446<br />

Achema: 10.-14. Juni,<br />

Frankfurt am Main,<br />

Vogelsang-Stand in<br />

Halle 8.0, Stand F64<br />

Autor: Markus Liebich,<br />

Key Account Manager<br />

Abwasser und Biogas,<br />

Vogelsang GmbH & Co. KG<br />

www.vogelsang.info<br />

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Pumpen und Systeme<br />

Schraubenspindelpumpen<br />

Die Flüssigkeitsbeförderung<br />

sprengt herkömmliche Grenzen<br />

Peter Volkert<br />

Im Bereich der chemischen Anwendungen<br />

haben Präzision, Sicherheit<br />

und Effizienz höchste Priorität.<br />

Und bei der Handhabung von viskosen<br />

Flüssigkeiten spielen Verdrängungspumpen<br />

eine entscheidende<br />

Rolle. Unter diesen Pumpen stechen<br />

Schraubenspindelpumpen hervor,<br />

denn sie bieten entscheidende<br />

Vorteile im Vergleich zu ihren rotierenden<br />

Pendants. Sie punkten bei<br />

Eigenschaften wie Pulsationsfreiheit,<br />

außergewöhnliche Saugmenge,<br />

geringe Geräuschemissionen, ein<br />

großer Volumenstrombereich, der<br />

mit nur einer Pumpe erreicht wird,<br />

und eine schonende Behandlung der<br />

Flüssigkeiten. Dabei liefern sie herausragende<br />

Effizienz und Leistung.<br />

Abb. 1: L2MG zweispindelige Schraubenpumpe<br />

Schraubenspindelpumpen fallen in<br />

zwei Hauptkategorien, die sich in der<br />

Lagerposition unterscheiden: Pumpen<br />

mit äußerem Lager und Pumpen<br />

mit innerem Lager.<br />

Pumpen mit äußerem Lager<br />

Diese Pumpen können glänzen, wenn<br />

es um die Handhabung von Flüssigkeiten<br />

mit hohem Feststoffanteil<br />

oder extrem hohen Gasanteilen geht,<br />

denn sie ermöglichen die Förderung<br />

mit erheblichen Durchflussraten. Da<br />

aber vier Dichtungen und ein komplexes<br />

Zuführsystem erforderlich<br />

sind, können sie auch eine kostspielige<br />

Lösung sein.<br />

Pumpen mit innerem Lager<br />

Im Vergleich dazu bieten Pumpen mit<br />

innerem Lager viele Vorteile. Sie benötigen<br />

nur eine mechanische Abdichtung,<br />

keine vier, wie bei den<br />

Modellen mit äußerem Lager, und<br />

können zudem mit einer Magnetkupplung<br />

versehen werden.<br />

Schraubenspindelpumpen mit<br />

Magnetkupplung sind eine topaktuelle<br />

Innovation, die die Flüssigkeits-<br />

Abb. 2: Diagramm des volumetrischen Wirkungsgrades der L2MG bei 1.500 U/min<br />

handhabung in den verschiedenen seinen magnetgekuppelten Pumpen<br />

Industrien, speziell aber bei den chemischen<br />

Anwendungen, revolutiorung<br />

in diesem Bereich gesammelt.<br />

mit innerem Lager jahrelang Erfahniert<br />

hat. Leistritz, ein angesehener Leider ist die Verwendung dieses<br />

Name im Sektor der Pumpentechnologie,<br />

war einer der Pioniere dieser Lösungsmitteln mit geringer Viskosi-<br />

Pumpentyps bei der Handhabung von<br />

transformativen Entwicklung.<br />

tät – wie Hexan oder Tuolen – eingeschränkt,<br />

denn Systeme mit hydrodynamischem<br />

Lager benötigen eine<br />

Ein erstklassiges Beispiel<br />

höhere Viskosität. Daher konnte diese<br />

Der Umgang mit Isozyanaten ist ein besonders sichere und kostengünstige<br />

Lösung bisher nicht für Prozesse<br />

gutes Beispiel für die Möglichkeiten<br />

dieser Pumpen, und Leistritz hat mit genutzt werden, bei denen eine Lö-<br />

40 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen und Systeme<br />

Schraubenspindelpumpen<br />

sungsmittelspülung erforderlich ist,<br />

wie bei Polymerisationsprozessen.<br />

Diese Einschränkung basiert auf einer<br />

grundlegenden Tatsache.<br />

Diese Einschränkung hat die herkömmlichen<br />

Schraubenspindelpumpen<br />

mit äußerem Lager in eine sehr<br />

facettenreiche Rolle gedrängt, die<br />

niedrigviskose Produkte nur zu höheren<br />

Kosten handhaben können.<br />

Für die Ingenieure bei Leistritz<br />

wurde die Überarbeitung der Schraubenspindelpumpen<br />

zu einer spannenden<br />

Herausforderung – und sie<br />

haben sie gemeistert!<br />

Ein Riesenschritt nach vorn<br />

Die Entwicklung der L2MG-Pumpenserie<br />

ist ein beachtlicher Meilenstein,<br />

insbesondere in den bereits genannten<br />

Industrien. Diese innovative<br />

Pumpenserie kann problemlos Viskositäten<br />

von 0,3 bis 100.000 mPas<br />

verarbeiten und liefert einen Differenzdruck<br />

von bis zu 40 bar. Sie optimiert<br />

Verfahren, verbessert die Effizienz<br />

und gewährleistet die Einhaltung<br />

von Sicherheitsstandards. Die Wahl<br />

zwischen magnetischen und mechanischen<br />

Kupplungen bietet Vielseitigkeit,<br />

und die Konstruktion ohne Dichtung<br />

minimiert die Wartungskosten,<br />

was beides zur Reduzierung der Lebenszykluskosten<br />

beiträgt.<br />

Daher ist die Leistritz L2MG-Pumpenserie<br />

ein echter Gamechanger für<br />

die Polymerisations- und allgemeine<br />

chemische Industrie. Ihre Vielseitigkeit<br />

und verbesserte Leistung leitet<br />

ein neues Zeitalter der Effizienz und<br />

Sicherheit ein und erhöht letztlich Produktivität<br />

und Kosteneinsparungen<br />

für die Betreiber. Da sich die Polymerisationsprozesse<br />

weiterentwickeln, ist<br />

die L2MG-Serie gut gerüstet, um eine<br />

entscheidende Rolle bei der Unterstützung<br />

von Fortschritt und Innovation<br />

in diesem Sektor zu spielen.<br />

Aber es gibt noch einen weiteren<br />

wichtigen Vorteil: Aufgrund der<br />

Konstruktion der L2MG mit erheblich<br />

höherer Effizienz und minimalem<br />

Rückfluss werden scherempfindliche<br />

Produkte besonders schonend<br />

behandelt. Es besteht so kein Risiko<br />

mehr, dass Molekularketten durchtrennt<br />

werden. Leistritz hat diese<br />

bahnbrechende Pumpenserie – die<br />

L2MG – eingeführt und damit den<br />

Viskositätsbereich, der gehandhabt<br />

werden kann, deutlich vergrößert<br />

und die Differenzdrücke erhöht. Die<br />

chemische Industrie hat nun Zugang<br />

zu einem Produkt, das Viskositäten<br />

von 0,3 bis 100.000 mPas handhaben<br />

kann, bei einem Differenzdruck von<br />

bis zu 40 bar, und unabhängig davon,<br />

ob eine magnetische oder mechanische<br />

Kupplung verwendet wird.<br />

Auch im Bereich der Effizienz,<br />

Sicherheit und der Lebenszykluskosten<br />

ist diese Entwicklung ein echter<br />

Gamechanger, der noch vor fünf Jahren<br />

unvorstellbar schien.<br />

Autor: Peter Volkert, Head of Sales<br />

Chemistry & Life Science<br />

Leistritz Pumpen GmbH, Nürnberg,<br />

https://pumps.leistritz.com<br />

Wir meistern die<br />

Herausforderungen<br />

der Zukunft – mit<br />

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Vakuumtechnik<br />

Vakuum-Anlagensystem<br />

Auf den Spuren des Urknalls<br />

Vakuum-Anlagensystem für die Technologieentwicklung in der<br />

Gravitationswellendetektion<br />

Prof. Dr. Oliver Gerberding, Jens Grundmann, Dr. René Wutzler, Dr. Artem Basalaev<br />

Wie entstand unser Universum? Woraus<br />

besteht unser Universum? Und<br />

welche Ereignisse traten während<br />

des Entstehungsprozesses auf? Diese<br />

und weitere Fragen beschäftigen<br />

Astronomen und Physiker heute auf<br />

der ganzen Welt. Um diese Fragen<br />

beantworten zu können, benötigen<br />

wir Informationen über die dunklen<br />

Objekte in unserem Universum und<br />

über die Zeit nahe dem Urknall, vor<br />

rund 13,8 Milliarden Jahren. Aber<br />

wie kommt man an Informationen<br />

über Objekte, die man nicht sehen<br />

und somit nicht mit elektromagnetischer<br />

Strahlung beobachten kann?<br />

Wie soll man nahe am Urknall, in einer<br />

Zeit, in der das Universum undurchsichtig<br />

war, Objekte und Ereignisse<br />

beobachten können? Ein<br />

Informationsträger solch „alter“ Informationen<br />

sind die so genannten<br />

Gravitationswellen.<br />

Bereits 1915 beschrieb Albert<br />

Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie<br />

[1] den Einfluss von<br />

Masse auf Raum und Zeit, kurz die<br />

Raumzeit. Massen krümmen die<br />

Raumzeit, was wiederum die Bewegung<br />

von Massen beeinflusst, wodurch<br />

das Phänomen der Gravitation,<br />

also die der Schwerkraft, beschrieben<br />

wird. Die Ausbreitung von Raumzeitstörungen,<br />

erzeugt durch beschleunigte<br />

Massen, bezeichnet man heute<br />

als Gravitationswellen und sie erzeugen<br />

winzige Abstandsänderungen in<br />

großer Entfernung von ihrer Quelle.<br />

Einstein entwickelte zwar die Theorie<br />

der Existenz dieser Gravitationswellen<br />

bereits 1915, vermutete aber<br />

zu dieser Zeit, dass wir davon auf<br />

der Erde nichts mitbekommen werden.<br />

2015 gelang es Wissenschaftlern<br />

dann, genau diese Gravitationswellen<br />

zu detektieren [2]. Mit Hilfe des LIGO<br />

(Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium)<br />

in den USA<br />

konnte die Kollision zweier Schwarzer<br />

Löcher detektiert werden, welche beide<br />

ein Vielfaches der Masse unserer<br />

Sonne aufwiesen. Diese Kollision ereignete<br />

sich in einem Abstand von 1,3<br />

Milliarden Lichtjahren von der Erde,<br />

womit ein kosmisches Ereignis beobachtet<br />

werden konnte, welches bereits<br />

vor 1,3 Milliarden Jahren stattfand.<br />

Seitdem konnten mehr als 100<br />

solcher Ereignisse aufgezeichnet werden<br />

[3].<br />

Was kann man sich unter Gravitationswellen<br />

vorstellen? Als einfachen<br />

Vergleich kann man einen<br />

großen, stillen See nutzen, in welchen<br />

ein Stein geworfen wird. An dem Ort,<br />

an dem der Stein die Wasseroberfläche<br />

durchstößt, entstehen Wellen.<br />

Diese Wellen verlieren mit der Entfernung<br />

vom Einschlagort langsam<br />

ihre Stärke, so dass am Ufer des Sees<br />

die Wellen kaum noch spürbar sind.<br />

Überträgt man diese Beobachtung<br />

auf den Weltraum, so wäre der See<br />

unser Universum und der Stein würde<br />

eine Störung der Raumzeit durch<br />

eine beschleunigte Masse, z. B. ein<br />

sich bewegender Stern oder ein kollabierendes<br />

Schwarzes Loch, symbolisieren.<br />

Die Auswirkung im Sinne<br />

der Gravitationswellen würden wir<br />

an unserer Messposition, der Erde<br />

als Analogie zum Ufer des Sees, fast<br />

nicht bemerken. Denn zusätzlich zum<br />

Abstand zu den Ereignissen ist die<br />

Raumzeit sehr steif und lässt sich viel<br />

weniger in Schwingung versetzen als<br />

Wasser. Somit können nur extreme<br />

Ereignisse, wie die Verschmelzung<br />

Schwarzer Löcher, überhaupt messbare<br />

Gravitationswellen erzeugen.<br />

Die durch Gravitationswellen hervorgerufenen<br />

Abstandsänderungen<br />

sind extrem klein. So verändert eine<br />

Gravitationswelle, welche durch die<br />

Verschmelzung von Schwarzen Löchern<br />

innerhalb der Milchstraße erzeugt<br />

wird, den Abstand zwischen<br />

Sonne und Erde lediglich um den<br />

Durchmesser eines Wasserstoffatoms.<br />

Zusätzlich bleibt diese Abstandsänderung<br />

für viele derzeit<br />

beob achtete Objekte nur für Tausendstel<br />

einer Sekunde bestehen.<br />

Aus diesen winzigen Messgrößen ergeben<br />

sich auch besondere Anforderungen<br />

an die zu verwendende Messtechnik.<br />

Die zentrale Eigenschaft der Speziellen<br />

Relativitätstheorie, in der die<br />

Lichtgeschwindigkeit für jeden Beobachter<br />

konstant ist, wurde mit<br />

einem Michelson-Interferometer von<br />

Michelson und Morley nachgewiesen.<br />

Das Prinzip, das dieser Messapparatur<br />

zugrunde liegt, ist die Laser-Interferometrie<br />

[4]. Eben solche Laser-<br />

Interferometer werden auch für die<br />

Detektion von Gravitationswellen<br />

verwendet, da sie winzige Abstandänderungen<br />

extrem gut vermessen<br />

können. Die besondere Herausforderung<br />

bei dieser Methode liegt in der<br />

L-förmigen Anordnung und möglichst<br />

langen, optischen Laufstrecken (so<br />

genannten Armen) von infrarotem<br />

Laserlicht. Lange Arme vergrößern<br />

den Effekt der Gravitationswelle so,<br />

dass die Abstandsänderungen noch<br />

nachgewiesen werden können. Das<br />

Laserlicht wird mittels halbdurchlässiger<br />

Spiegel in besagte Arme eingeleitet<br />

und an deren Ende durch weitere<br />

Spiegel reflektiert, um an ihren<br />

Ursprungsort zurückgeleitet zu werden.<br />

Dort findet nun eine Überlagerung<br />

der Lichtwellen (Interferenz)<br />

statt. Interferierende, also sich überlagernde<br />

Wellen können sich verstärken,<br />

wenn bei gleicher Wellenlänge<br />

„Wellenberg auf Wellenberg“ trifft<br />

(konstruktive Interferenz). Oder es<br />

kommt beim Zusammentreffen von<br />

„Wellenberg und Wellental“ zur Auslöschung<br />

(destruktive Interferenz). Im<br />

Experiment wird das System so eingestellt,<br />

dass kein Licht am Ausgang<br />

42 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Vakuumtechnik<br />

Vakuum-Anlagensystem<br />

mehr sichtbar ist. Wenn eine Gravitationswelle<br />

auf die Ebene trifft, in der<br />

die Arme des Interferometers liegen,<br />

so wird ein Arm (oder beide, je nach<br />

Einfallsrichtung) periodisch verkürzt<br />

und verlängert. Dies ändert die Bedingung<br />

für die optische Überlagerung,<br />

also die destruktive Interferenz,<br />

was am dunklen Auskopplungsort ein<br />

Signal erzeugt. Somit wird die Gravitationswelle<br />

sicht- oder besser gesagt<br />

hörbar. Auf diesem Prinzip basiert<br />

auch LIGO. In den beiden LIGO Standorten<br />

in Washington State und Louisiana<br />

in den USA sind sehr große Anstrengungen<br />

unternommen worden,<br />

die hochempfindlichen Spiegel und<br />

deren Reflexionseigenschaften nicht<br />

durch Schmutz zu beeinträchtigen.<br />

Für die Herstellung des notwendigen<br />

Vakuums kommen daher ausschließlich<br />

trockene, kohlenwasserstofffreie<br />

Pumpen zum Einsatz. Die verwendeten<br />

Pumpstände bestehen aus trockenen<br />

Schraubenpumpen sowie aus<br />

magnetgelagerten Turbopumpen. Nur<br />

so ist es möglich, den Grenzwert von<br />


Vakuumtechnik<br />

Vakuum-Anlagensystem<br />

Dabei werden Frequenzen über 2 Hz<br />

mit einem Dämpfungsgrad von über<br />

90 % abgefangen. Dieses Isolationskonzept<br />

ist dabei an entsprechend<br />

komplexere Systeme bei LIGO [6] und<br />

in anderen Speziallaboren in der Welt<br />

angelehnt. Zur Einkopplung von Experimentieraufbauten<br />

außerhalb des<br />

Systems ist ein zweiter optischer Tisch<br />

an einer Seitenwand der Vakuumkammer<br />

montiert und ermöglicht über<br />

transparente Flansche in einer Ebene<br />

mit beiden Experimentiertischen die<br />

Übertragung von Laserlicht von außen<br />

nach innen. Für den leichten Zugang<br />

zur Kammer und dem Experimentiertisch<br />

im Inneren befinden sich auf beiden<br />

Seiten der Vakuumkammer Türen.<br />

Vacuum installiert. Diese stehen im<br />

Nebenraum des Labors und sind mit<br />

einer ca. 4 m langen Vakuumverrohrung<br />

mit der Kammer verbunden. Die<br />

beiden Pumpen dienen der Erzeugung<br />

des Vorvakuums in der Kammer.<br />

Ist der Vorvakuumdruck von<br />

ca. 1e-1 mbar erreicht, kann die auf<br />

der Kammerdecke befindliche Turbomolekularpumpe<br />

ATH 3204 M zu<br />

geschalten werden, um noch tiefere<br />

Drücke zu erzielen. Die ATH 3204 M<br />

ist eine magnetgelagerte Turbomolekularpumpe<br />

und hat ein maximales<br />

Saugvermögen von 3050 l/s für Stickstoff.<br />

Die Magnetlagerung ermöglicht<br />

eine schwingungsarme Evakuierung<br />

des Volumens. Bei der Verbindung<br />

An der Vorderseite ist eine einzelne der einzelnen Pumpen zueinander<br />

große Tür, um das gesamte Innenvolumen<br />

für Experimente zugänglich zu wurde darauf geachtet, Verbin-<br />

dungselemente einzusetzen, die eine<br />

machen. Hierüber kann im Bedarfsfall Verminderung der Schwingungsübertragung<br />

auch der interne optische Tisch entnommen<br />

werden. Die Rückseite der<br />

Vakuumkammer ist geteilt und erlaubt<br />

den Zugriff auf den Experimentiertisch<br />

über zwei separate Türen.<br />

erzielen. Mit dem Pum-<br />

psystem kann ein Vakuumdruck von<br />

ca. 1e-6 mbar in weniger als 2 h und<br />

ein pers pektivischer Enddruck von<br />


Vakuumtechnik<br />

Vakuum-Anlagensystem<br />

tion von Gravitationswellen bei<br />

tiefen Frequenzen verbessert<br />

werden. Da die meisten Signale<br />

zuerst bei tiefen Frequenzen ins<br />

Messband treten, kann mit solchen<br />

Verbesserungen unter anderem<br />

die Beobachtungszeit enorm<br />

erhöht werden. Langfristig<br />

soll es möglich werden, die Signale<br />

der Verschmelzung von<br />

Schwarzen Löchern schon viele<br />

Minuten vor dem Ereignis zu detektieren<br />

und so die Position der<br />

Objekte zu bestimmen. Dann<br />

können andere Teleskope sich<br />

dorthin ausrichten und „nachsehen“,<br />

ob es nicht doch elektromagnetische<br />

Spuren solcher<br />

Ereignisse gibt, was wiederum ermöglicht,<br />

die Physik solcher Objekte<br />

besser zu verstehen.<br />

Referenzen<br />

[1] Einstein, A. (1915). Erklärung<br />

der Perihelbewegung des Merkur<br />

aus der allgemeinen Relativitätstheorie.<br />

Sitzungsberichte der Königlich<br />

Preußischen Akademie der<br />

Wissenschaften (Berlin, 831-839.<br />

[2] Abbott, B. P., Abbott, R., Abbott,<br />

T. D., Abernathy, M. R., Acernese,<br />

F., Ackley, K., ... & Cavalieri,<br />

R. (2016). Observation of gravitational<br />

waves from a binary black<br />

hole merger. Physical review letters,<br />

116(6), 061102.<br />

[3] The LIGO Scientific Collaboration,<br />

the Virgo Collaboration,<br />

the KAGRA Collaboration et al.,<br />

GWTC-3: Compact Binary Coalescences<br />

Observed by LIGO and<br />

Virgo During the Second Part of<br />

the Third Observing Run, General<br />

Relativitry and Quantum Cosmology<br />

(gr-qc), 2021, https://doi.<br />

org/10.48550/arXiv.2111.03606<br />

[4] Saulson, P. R. (1994). Fundamentals<br />

of interferometric gravitational<br />

wave detectors.<br />

[5] Punturo, M., Abernathy, M.,<br />

Acernese, F., Allen, B., Andersson,<br />

N., Arun, K., ... & Yamamoto,<br />

K. (2010). The Einstein Telescope:<br />

a third-generation gravitational<br />

wave observatory. Classical and<br />

Quantum Gravity, 27(19), 194002.<br />

[6] Matichard, F., Lantz, B., Mittleman,<br />

R., Mason, K., Kissel, J., Abbott,<br />

B., ... & Wen, S. (2015). Seismic<br />

isolation of Advanced LIGO:<br />

Review of strategy, instrumentation<br />

and performance. Classical<br />

and Quantum Gravity, 32(18),<br />

185003.<br />

[7] Gerberding, O., & Isleif, K. S.<br />

(2021). Ghost Beam Suppression<br />

in Deep Frequency Modulation<br />

Interferometry for Compact<br />

On-Axis Optical Heads. Sensors,<br />

21(5), 1708.<br />

[8] Kirchhoff, R., Mow-Lowry, C.<br />

M., Bergmann, G., Hanke, M. M.,<br />

Koch, P., Köhlenbeck, S. M., ...<br />

& Strain, K. A. (2020). Local active<br />

isolation of the AEI-SAS for<br />

the AEI 10 m prototype facility.<br />

Classical and Quantum Gravity,<br />

37(11), 115004.<br />

[9] Di Pace, S., Mangano, V., Pierini,<br />

L., Rezaei, A., Hennig, J. S.,<br />

Hennig, M., ... & Van Heijningen,<br />

J. (2022). Research Facilities for<br />

Europe’s Next Generation Gravitational-Wave<br />

Detector Einstein<br />

Telescope. Galaxies, 10(3), 65.<br />

Acknowledgements<br />

Dieses Projekt wurde von der<br />

Deutschen Forschungsgemeinschaft<br />

(DFG) im Rahmen<br />

des Programms „Forschungsgroßgeräte“,<br />

Projektnummer<br />

455096128, gefördert. Weiterhin<br />

wurden O. Gerberding und A.<br />

Basalaev im Rahmen der Exzellenz<br />

Strategie - EXC 2121 „Quantum<br />

Universe“, Projektnummer<br />

390833306 sowie durch das Bundesministerium<br />

für Bildung und<br />

Forschung (BMBF) im Rahmen-<br />

programm „Erforschung von Universum<br />

und Materie“, Projekt<br />

05A20GU5, gefördert.<br />

Autoren:<br />

Prof. Dr. Oliver Gerberding,<br />

Juniorprofessor für Physik an der<br />

Universität Hamburg und baut<br />

dort im Rahmen des Exzellenzclusters<br />

Quantum Universe eine<br />

Arbeitsgruppe für Gravitationswellendetektion<br />

auf. Die Gruppe<br />

erforscht und entwickelt Techniken<br />

für die Verbesserung und<br />

Realisierung von Detektoren auf<br />

der Erde und im Weltraum und<br />

ist an LIGO, dem Einstein Teleskop<br />

und der LISA Mission beteiligt.<br />

Jens Grundmann und<br />

Dr. René Wutzler<br />

beide Projektleiter bei der Dreebit<br />

GmbH, einer 100%-Tochter der<br />

Pfeiffer Vacuum GmbH<br />

Dr. Artem Basalaev<br />

Experimentalphysiker an der<br />

Universität Hamburg in der Arbeitsgruppe<br />

von Prof. Dr. Oliver<br />

Gerberding im Exzellenzclusters<br />

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PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

45


Vakuumtechnik<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

Potential von Oberflächenstrukturen zur<br />

Reduktion von Vakuumspaltströmungen<br />

Sven Brock, Heiko Pleskun, Gero Polus, Jannis Saelzer, Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dirk Biermann,<br />

Prof. Dr.-Ing. Andreas Brümmer<br />

Kurzfassung<br />

In diesem Artikel wird ein patentierter<br />

Ansatz zur strömungsmechanischen<br />

und thermodynamischen Verbesserung<br />

von Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

vorgestellt [Brü21]. Diese<br />

Maschinen gehören zu der Gruppe<br />

der rotierenden Verdrängervakuumpumpen<br />

und weisen zwei parallele<br />

Rotoren auf, die das Gas entlang der<br />

Rotorachsen fördern. Die verschlungene<br />

Geometrie der Rotoren bildet<br />

während der Rotation Kammern, die<br />

auf der Seite des Saugstutzens entstehen<br />

und dort Fluid aufnehmen.<br />

Anschließend wandern die Kammern<br />

entlang der Rotorachsen, bis sie ihr<br />

Volumen auf der Druckseite verringern<br />

und so das enthaltende Fluid<br />

in den Hochdruckstutzen, in der Regel<br />

zur Atmos phäre, befördern. Als<br />

Hauptverlustmechanismus derartiger<br />

Maschinen sind die betriebsbedingten<br />

Spalte identifiziert, durch die das Fluid<br />

in entgegengesetzte Richtung strömen<br />

kann. Eine Minimierung dieser<br />

Spaltströmungen erfolgt in der Regel<br />

durch die Wahl einer möglichst geringeren<br />

Spalthöhe.<br />

Da die Verringerung der Spalthöhe<br />

durch die Betriebssicherheit infolge<br />

von Fertigungstoleranzen und Wärmedehnungen<br />

begrenzt ist, konzentriert<br />

sich diese Studie auf die Reduktion<br />

von Spaltmassenströmen durch Oberflächenstrukturen<br />

ohne gleichzeitige<br />

Verringerung der Spalthöhe. Diese<br />

Strukturen weisen eine Profiltiefe auf,<br />

die deutlich geringer als die Spalthöhe<br />

zwischen Gehäuse und Rotor ist. Das<br />

Hauptziel besteht darin, die Reflexionseigenschaften<br />

von Mole külen im<br />

Bereich verdünnter Gasströmungen,<br />

in denen die Teilchen-Wand-Interaktion<br />

dominiert, gezielt zu manipulieren.<br />

Die strategische Anordnung und Beschaffenheit<br />

dieser Oberflächenstrukturen<br />

zielen darauf ab, eine verstärkte<br />

Rückstreuung der Moleküle entgegen<br />

der Strömungsrichtung zu bewirken.<br />

Hierdurch soll ein reduzierter Spaltmassenstrom<br />

erreicht werden, ohne<br />

die Betriebssicherheit der Maschine<br />

zu gefährden.<br />

Saugvermögen im Fein- oder Hochvakuumbereich<br />

eingesetzt [Jou18]. Die<br />

wichtigste Kenngröße für SSVPs ist<br />

das effektive Saugvermögen S eff<br />

, das<br />

den Volumenstrom auf der Niederdruckseite<br />

beschreibt. Der niedrigste<br />

Einleitung<br />

erreichbare Druck, der in einem Rezipienten<br />

mit einer Vakuumpumpe<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

(SSVP) (siehe Abb. 1) haben in den<br />

letzten Jahren zunehmend an Bedeutung<br />

gewonnen, weil sie in der<br />

Lage sind, technisch sauberes Vakuum<br />

erzeugen zu können und gleichzeitig<br />

eine gute Toleranz gegenüber<br />

Schmutzpartikeln und geringen Flüssigkeitsmengen<br />

aufweisen. Da konstruktionsbedingt<br />

nur wenige Maschinenteile<br />

benötigt werden, ist der<br />

Montage- und Wartungsaufwand dieser<br />

Maschinen vergleichsweise gering.<br />

Zusammen mit ihrem hohen<br />

Saugvermögen (bis zu S eff<br />

= 2500 m³/h)<br />

sind diese Maschinen besonders für<br />

industrielle Zwecke interessant. Sie<br />

bieten Ansaugdrücke von p saug<br />

= 0,1 Pa<br />

bis zum Atmosphärendruck p at<br />

und<br />

sind somit im Grob- und Feinvakuum<br />

angesiedelt. In vielen Anwendungen<br />

ohne äußere Leckage erreicht werden<br />

kann, wird als Enddruck bezeichnet<br />

[Jou18]. Die maschinenbeschreibende<br />

Kennlinie ist die so genannte Saugvermögenskurve,<br />

die das Saugvermögen<br />

als Funktion des Ansaugdrucks<br />

beschreibt, wobei der Hochdruck<br />

dem Atmosphärendruck entspricht.<br />

In Messungen haben Dreifert und<br />

Müller beobachtet, dass die Saugvermögenskurve<br />

einer SSVP maßgeblich<br />

durch das Spiel zwischen den Rotoren<br />

und dem umschließenden Gehäuse<br />

(dem so genannten Gehäusespalt)<br />

beeinflusst wird. So ist in Abb. 2 zu erkennen,<br />

dass bereits eine zehnprozentige<br />

Änderung der Spalthöhe eine<br />

signifikante Kennlinienänderung bewirkt,<br />

die umso größer ist, je niedriger<br />

der Ansaugdruck ist [Dre14]. Dementsprechend<br />

ist eine Minimierung des<br />

werden sie als Vorvakuumpumpen in schädlichen Gehäusespaltmassenstroms<br />

Kombination mit Roots-Pumpen oder<br />

anderen Vakuumpumpen für hohe für die Effizienz der Maschine<br />

essentiell, wobei die Verringerung der<br />

Abb. 1: Prinzipielle Darstellung eine Schraubenspindelvakuumpumpe (SSVP)<br />

46 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Vakuumtechnik<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

Abb. 2: Saugvermögenskurve einer Schraubenspindelvakuumpumpe mit unterschiedlichen<br />

Gehäusespalthöhen [Dre14]<br />

Spalthöhe Grenzen in Bezug auf die<br />

Betriebssicherheit hat, da das Spiel<br />

abzüglich der Fertigungstoleranzen,<br />

möglicher Schwingungen und insbesondere<br />

Wärmedehnung für einen<br />

reibungsfreien Betrieb gewährleistet<br />

sein muss.<br />

Generell steigt das Saugvermögen<br />

der Maschine zunächst mit sinkendem<br />

Ansaugdruck an, bis ein<br />

Maximum – das so genannte nominale<br />

Saugvermögen – erreicht ist. Anschließend<br />

sinkt das Saugvermögen<br />

bei weiterer Druckabsenkung bis auf<br />

null und der Enddruck der Maschine<br />

ist erreicht. Da bei immer kleinerem<br />

Druck immer weniger Masse in<br />

die Maschine gelangt, stellt sich bei<br />

diesem Druck ein Gleichgewicht zwischen<br />

angesaugtem Massenstrom<br />

und dem Massenstrom, der durch<br />

die Spalte zurückgelangt ein, so dass<br />

die Maschine effektiv nichts mehr fördert<br />

und somit eine weitere Druckabsenkung<br />

verhindert wird. Die Charakteristik<br />

des zunächst steigenden<br />

Saugvermögens ist mit den strömungsmechanischen<br />

Eigenschaften<br />

innerhalb der Spalte begründet. Bei<br />

hohem Ansaugdruck ist die Moleküldichte<br />

sehr groß, so dass ein Teilchen<br />

sehr häufig mit anderen Teilchen kollidiert,<br />

bis es auf eine Berandung (Rotor<br />

und Gehäuse) stößt. Auf diese<br />

Art und Weise sind der Impuls- und<br />

Ener gietransport durch intermolekulare<br />

Stöße dominiert und das Fluid<br />

bewegt sich als Kontinuum fort.<br />

Bei einer Druckabsenkung sinkt auch<br />

die Moleküldichte, so dass ein Teilchen<br />

eine größere Strecke zurücklegen<br />

kann, bis es mit einem anderen<br />

Teilchen kollidiert. Somit nimmt der<br />

Anteil an Teilchen-Wand-Kollisionen<br />

zu, was zu einem erhöhten Einfluss<br />

der Reibung führt. Wenn der Druck<br />

so niedrig ist, dass die Anzahl der intermolekularen<br />

Stöße gegenüber der<br />

Teilchen-Wand-Kollisionen vernachlässigbar<br />

ist, spricht man von einer<br />

molekularen Strömung. Ein qualitativer<br />

Verlauf des normierten Massenstroms<br />

durch einen luftdurchströmten<br />

Spalt ist in Abb. 3 dargestellt. Die<br />

Normierung ist so gewählt, dass ein<br />

normierter Massenstrom von eins<br />

einer isentropen verblockten Düsenströmung<br />

entspricht. Die Spalthöhe<br />

ist zu h = 0,3 mm gewählt und<br />

für die Umgebungstemperatur wird<br />

T = 293 K angenommen. Dabei zeigt<br />

sich, dass der normierte Massenstrom<br />

bei anfänglicher Kontinuumsströmung<br />

mit sinkendem Eintrittsdruck<br />

deutlich abnimmt, bis ein<br />

Minimum erreicht wird und anschließend<br />

bei weiterer Druckabsenkung<br />

hin zur molekularen Strömung wieder<br />

asymptotisch ansteigt. Durch den<br />

größeren Anteil der Teilchen-Wand-<br />

Interaktionen steigt auch der Einfluss<br />

einer relativen Wandbewegung auf<br />

den Massenstrom. Eine solche Wandbewegung<br />

wird durch die Drehbewegung<br />

der Rotoren hervorgerufen.<br />

Die rote Line ergibt sich dementsprechend<br />

durch eine Wandbewegung<br />

in Strömungsrichtung, die grüne Linie<br />

für eine Wandbewegung entgegen<br />

der Strömungsrichtung und die<br />

schwarze Linie beschreibt eine rein<br />

druckgetriebene Strömung mit statischen<br />

Berandungen.<br />

Um die großen Druckverhältnisse<br />

über der Maschine (z. B. p at<br />

/p saug<br />

=10 5 )<br />

zu realisieren, weisen die Rotoren<br />

eine deutlich größere Umschlingung<br />

auf, als herkömmliche Schraubenmaschinen<br />

in Überdruckanwendungen.<br />

Dadurch wird eine Art Mehrstufigkeit<br />

mit mehreren gekapselten Arbeitskammern<br />

in axialer Richtung erzielt,<br />

was zu einer Verringerung des<br />

Druckverhältnisses zwischen einzelnen<br />

Arbeitskammern führt. Um<br />

durchgehende<br />

Spaltverbindungen<br />

von der Hochdruck- zur Niederdruckseite<br />

zu vermeiden, ist die Zähnezahl<br />

auf maxi mal zwei, bei manchen Pro-<br />

Abb. 3: Schematischer Verlauf des normierten Massenstroms durch einen Gehäusespalt einer<br />

Schraubenvakuumpumpe als Funktion des Eintrittsdrucks und der Einfluss von relativ<br />

bewegten Berandungen<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

47


Vakuumtechnik<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

filen sogar auf eins begrenzt. Eine innere<br />

Verdichtung wird in der Regel<br />

sukzessiv über eine Verringerung des<br />

Kammervolumens durch eine Änderung<br />

der Rotorsteigung, neuerdings<br />

aber auch durch die Verwendung<br />

von konischen Rotoren vorgenommen<br />

[Moe23]. Der Vorteil gegenüber<br />

der Verdichtung gegen eine Endplatte<br />

ist eine gleichmäßigere Verdichtung<br />

entlang des Rotors und somit eine<br />

bessere Wärmeverteilung in der Maschine.<br />

Weiterhin können Drosselverluste<br />

durch die Vermeidung von Steuerkanten<br />

verringert werden [Jou18].<br />

Eine Herausforderung bei der inneren<br />

Verdichtung der Maschinen ist,<br />

dass die Maschine sehr große Druckbereiche<br />

abdecken muss. Im Nennbetrieb<br />

wäre eine sehr große innere Verdichtung<br />

wünschenswert, was zum<br />

einen den Energieaufwand, zum anderen<br />

aber möglicherweise auch die<br />

Baugröße verringern würde. So wird<br />

bei einer großen ansaugenden Kammer<br />

viel Masse aufgenommen, die<br />

dann auf ein kleines Volumen verdichtet<br />

und anschließend auf der<br />

Hochdruckseite bei geringer Steigung<br />

ausgeschoben werden kann. Bei hohen<br />

Ansaugdrücken, insbesondere<br />

beim Anfahren der Maschine, wenn<br />

ein Rezipient initial evakuiert werden<br />

muss, führt dies jedoch zu einer erheblichen<br />

Überverdichtung und somit<br />

zu Temperaturspitzen, vor allem<br />

aber zu einer erhöhten Leistungsaufnahme<br />

und somit zu einem hohen<br />

Drehmoment. Dies kann zum Beispiel<br />

mit einem Überdruckventil vermieden<br />

werden, was jedoch einen gewissen<br />

Wartungsaufwand zur Folge hat.<br />

Um eine große innere Verdichtung bei<br />

gleichzeitigem Verzicht auf ein Überdruckventil<br />

zu gewährleisten, schlagen<br />

Kösters und Eickhoff vor, den<br />

Gehäusespalt auf der Niederdruckseite<br />

der Maschine absichtlich größer<br />

auszuführen [Kös06]. Dabei soll<br />

ausgenutzt werden, dass die Spaltsituation<br />

im Bereich niedriger Ansaugdrücke<br />

deutlich verbessert wird (siehe<br />

Abb. 3). Die Idee ist also, dass beim<br />

Anfahren mehr Masse zurückströmt,<br />

wodurch eine Überkompression verringert<br />

oder verhindert wird und man<br />

dennoch eine leistungsstarke Maschine<br />

erhält, da die Spalte bei sinkendem<br />

Druck dichter werden.<br />

In diesem Artikel wird ein Ansatz zogen auf die Reflexionsstelle nicht<br />

vorgestellt, mit dem der Gehäusespaltmassenstrom<br />

der Maschine im tistisch verteilt sind. Es wird daher da-<br />

definiert, da die Rauheitsspitzen sta-<br />

niedrigen Druckbereich deutlich reduziert<br />

werden kann, ohne die Spalt-<br />

in der Rauheitsstruktur beliebig viele<br />

von ausgegangen, dass das Teilchen<br />

höhe zu verringern und somit die Betriebssicherheit<br />

zu beeinträchtigen. Zeit verbringt, um energetisch im<br />

Kollisionen durchführt, dabei genug<br />

Dadurch, dass bei verdünnten Gasströmungen<br />

die Teilchen-Wand-Inter-<br />

und anschließend in eine beliebige<br />

Gleichgewicht mit der Wand zu sein<br />

aktionen dominieren, soll durch eine Richtung von der Wand weg gestreut<br />

mikroskopische Oberflächenstruktur wird. Der Ausfallswinkel ist somit unabhängig<br />

vom Einfallswinkel, wobei<br />

die Streurichtung der Moleküle beeinflusst<br />

werden, so dass diese eine die Teilchen im Mittel senkrecht zur<br />

größere Wahrscheinlichkeit haben, Wand gestreut werden. Das Ergebnis<br />

ist die so genannte Kosinusvertei-<br />

entgegen der Strömungsrichtung reflektiert<br />

zu werden.<br />

lung, die in Abb. 4 schematisch dargestellt<br />

ist. Auf dieser Basis können<br />

Teilchen-Wand-Interaktion<br />

mathematische Modelle zur Berechnung<br />

des Massenstroms hergeleitet<br />

Die gängigste Annahme von Teilchen-Wand-Interaktionen<br />

mit tech-<br />

viele technische Oberflächen in guter<br />

werden, die mit Messergebnissen für<br />

nisch glatten Oberflächen ist die so Übereinstimmung sind [Jou18].<br />

genannte diffuse Streuung. Im Gegensatz<br />

zur spiegelnden Reflexion, che wie in Abbildung 5 schematisch<br />

Die Idee ist nun, dieser Oberflä-<br />

bei der das Molekül nach dem Prinzip<br />

Einfallswinkel gleich Ausfallswin-<br />

durch das die Moleküle eine größe-<br />

dargestellt ein Muster aufzuprägen,<br />

kel seinen gesamten Tangentialimpuls<br />

und seine Energie vor dem Stoß entgegengesetzte Richtung zurückre<br />

Wahrscheinlichkeit haben, in die<br />

beibehält, liegt bei der diffusen Streuung<br />

die Modellvorstellung zugrun-<br />

Λ des Musters soll dabei viel kleiner<br />

gestreut zu werden. Die Profiltiefe<br />

de, dass die Oberfläche im Verhältnis sein als die Spalthöhe h, aber immer<br />

zum Moleküldurchmesser sehr rau noch groß im Verhältnis zum Moleküldurchmesser,<br />

so dass die loka-<br />

ist, da Rauheitsspitzen in der Regel in<br />

Mikrometern angegeben werden und le Oberflächenstruktur im Verhältnis<br />

zum einzelnen Teilchen als rau<br />

der Moleküldurchmesser in der Größenordnung<br />

Angström immer noch charakterisiert wird. Bei üblichen<br />

etwa vier Potenzen kleiner ist. Damit Spalthöhen in der Größenordnung<br />

ist der genaue Normalenvektor be-<br />

h ≈ 0,1 – 0,3 mm ist die Profiltiefe in<br />

Abb. 4: Diffuse Wandstreuung an einer technisch glatten Oberfläche<br />

48 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Vakuumtechnik<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

Simulation und Modellierung<br />

Abb. 5: Streuung eines Moleküls an einer Wand mit Oberflächenstruktur<br />

der Größenordnung Λ ≈ 1– 30 µm anzusiedeln.<br />

Ausgehend davon, dass messer, so dass lokal die Annahme<br />

sentlich größer als der Moleküldurch-<br />

das Oberflächenmuster eine Rauheit einer diffusen Streuung gilt. Am Beispiel<br />

des Dreiecksprofils werden hier<br />

aufweist, welche deutlich kleiner als<br />

die Profiltiefe ist, ist diese noch we-<br />

die Profilwinkel α und β definiert.<br />

Der Einfluss von Oberflächenstrukturen<br />

auf den Massenstrom von<br />

Spaltströmungen wird mithilfe der Direct-Simulation<br />

Monte-Carlo (DSMC)<br />

Methode untersucht. Dies ist ein statistisches<br />

Simulationsverfahren für<br />

Strömungen auf Basis von Molekularbewegungen<br />

und -Interaktionen. Eine<br />

Besonderheit des Verfahrens ist, dass<br />

ein simuliertes Teilchen eine Vielzahl<br />

von identischen Molekülen repräsentiert,<br />

die zeitgleich identische Bewegungen<br />

durchführen. Weiterhin sind<br />

die Teilchenbewegung und die Teilchenkollision<br />

voneinander entkoppelt,<br />

so dass in einem Zeitschritt zunächst<br />

alle Teilchen entlang ihrer<br />

Flugbahn bewegt und dann mithilfe<br />

statistischer Methoden Kollisionen<br />

der Teilchen untereinander durchgeführt<br />

werden. Die kollidierenden<br />

Teilchen erhalten so unter Einhaltung<br />

der Impuls- und Energieerhaltung<br />

veränderte Geschwindigkeits-<br />

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PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

49


Vakuumtechnik<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

vektoren und innere Energien. Diese<br />

Annahme ermöglicht es, größere Systeme<br />

im technischen Maßstab zu untersuchen.<br />

Jeder einzelne Zeitschritt<br />

unterliegt zwar einer großen statistischen<br />

Unsicherheit, die jedoch über<br />

eine zeitliche Mittelung von vielen<br />

Zeitschritten sukzessive reduziert<br />

werden kann. Die Teilchen-Wand-Interaktion<br />

folgt dem oben beschriebenen<br />

diffusen Wandmodell. Verlässt<br />

ein Teilchen das Simulationsgebiet<br />

während des Bewegungsschritts,<br />

wird dieses aus der Simulation eliminiert.<br />

An den offenen Rändern werden<br />

zu Beginn jedes Zeitschritts neue<br />

Teilchen auf Basis der Randbedingungen<br />

erzeugt. [Bir94]<br />

Die makroskopischen Größen wie<br />

Druck, Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit<br />

leiten sich anschließend<br />

aus der Teilchenverteilung mit<br />

den jeweiligen Teilchenmassen, dem<br />

Impuls und der entsprechenden<br />

Ener gie ab. Diese Methode nutzte<br />

bereits Sazhin, um eine druckgetriebene<br />

Strömung, ausgehend von<br />

einem Hochdruckreservoir mit Druck<br />

p 1<br />

und Temperatur T 1<br />

durch einen<br />

Kanal mit einer Dreiecksstruktur auf<br />

den Kanalwänden in ein perfektes Vakuum<br />

(p 2<br />

= 0) zu untersuchen [Saz20].<br />

Ein exemplarisches Simulationsgebiet<br />

ist in Abb. 6 abgebildet. Der Kanal<br />

wird als wesentlich breiter als<br />

hoch angesehen, so dass eine 2D-<br />

Strömung betrachtet wird. Die Strichpunktlinie<br />

zeigt eine Symmetrieebene<br />

an, so dass beide Berandungen<br />

die gleiche Oberflächenstruktur aufweisen.<br />

In Abb. 7 ist der Massenstrom<br />

durch den Kanal mit Oberflächenstrukturen<br />

im Verhältnis zu dem Massenstrom,<br />

der sich mit glatten Wänden<br />

bei gleicher Spalthöhe einstellt,<br />

als Funktion des Spalteintrittsdruckes<br />

p 1<br />

für verschiedene Profilwinkel α = β<br />

dargestellt. In Abb. 7a wird dies für<br />

ein Längen- zu Höhenverhältnis von<br />

eins dargestellt, was näherungsweise<br />

einer Blendenströmung entspricht.<br />

Dabei ist zu erkennen, dass alle vier<br />

Kurven mit fallendem Druck eine erhöhte<br />

Drosselwirkung hervorrufen,<br />

was analog zu Abb. 3 damit zu begründen<br />

ist, dass der Anteil der Teilchen-Wand-Interaktionen<br />

ansteigt.<br />

Weiterhin ist die Drosselwirkung von<br />

der Form der Oberflächenstruktur abhängig.<br />

Ein sehr breiter Profilwinkel<br />

bewirkt nur eine geringfüge Verringerung<br />

des Massenstrom, während<br />

ein Profilwinkel α = β = 45° bereits bei<br />

der Blendenströmung eine Verringe-<br />

Abb. 6: Simulationsgebiet für eine druckgetriebene Strömung durch einen Kanal mit strukturierten<br />

Oberflächen<br />

a) L/h = 1 b) L/h = 10<br />

Abb. 7: Massenstrom durch einen Kanal mit Oberflächenstrukturen bezogen auf den Massenstrom<br />

durch einen Kanal mit glatten Wänden als Funktion des Eintrittsdrucks p 1<br />

für verschiedene<br />

Profilwinkel α = β [Saz20]<br />

rung des Durchsatzes von etwa 10 %<br />

hervorruft. Bei weiterer Verringerung<br />

des Profilwinkels stagniert der Verlauf.<br />

Dies ist ebenfalls in Abb. 7b zu<br />

erkennen, in der die gleiche Situation<br />

für ein Längen- zu Höhenverhältnis<br />

von zehn gezeigt wird und die Moleküle<br />

so einen deutlich längeren Kanal<br />

durchqueren müssen. Hier kann<br />

für kleinere Profilwinkel bereits eine<br />

Verringerung von etwa 25 % erzielt<br />

werden. Weiterhin fällt auf, dass der<br />

Effekt für steigende Eintrittsdrücke<br />

kleiner wird, so dass eine Übertragung<br />

auf die Vakuumpumpe insbesondere<br />

für die Niederdruckseite der<br />

Maschine interessant ist. Dadurch ergeben<br />

sich vielversprechende Synergiemöglichkeiten<br />

mit dem zuvor beschriebenen<br />

Ansatz von Kösters und<br />

Eickhoff, da größere Maschinenspalte<br />

auf der Niederdruckseite realisiert<br />

werden könnten, um eine Überkompression<br />

beim Anfahren zu verhindern.<br />

Sobald der Druck auf der Niederdruckseite<br />

klein genug ist, würde<br />

die vergrößerte Spaltgröße mithilfe<br />

der Oberflächenstrukturen kompensiert,<br />

indem der Massendurchsatz<br />

nochmals weiter verringert wird, als<br />

ohnehin schon durch die verdünnte<br />

Gasströmung bei technisch glatten<br />

Wänden.<br />

Da in Spalten von Vakuumpumpen<br />

immer eine Überlagerung einer<br />

druckgetriebenen Poiseuille-Strömung<br />

und einer durch bewegte Berandungen<br />

hervorgerufene Couette-<br />

Strömung auftritt, wird im Folgenden<br />

mittels DSMC-Methode untersucht,<br />

wie sich eine derartige Oberflächenstruktur<br />

auf eine reine Couette-Strömung<br />

auswirkt. Die dazugehörige<br />

Simulationsdomain ist in<br />

Abb. 8 dargestellt. Bei einer Spalthöhe<br />

von h = 0,3 mm wird eine Profiltiefe<br />

Λ = 0,03 mm verwendet. Da die Spaltlänge<br />

und die Spaltbreite in Vakuumpumpen<br />

viel größer als die Spalthöhe<br />

sind, wird vereinfachend ein unendlich<br />

breiter und langer Kanal simuliert,<br />

so dass zur Reduktion des Rechenaufwands<br />

in Tiefenrichtung (z)<br />

symmetrische und in Strömungsrichtung<br />

(x) zyklische Randbedingungen<br />

verwendet werden. Letztere haben<br />

die Eigenschaft, dass die linke und<br />

rechte Zelle so miteinander verknüpft<br />

sind, als würde der Kanal fortgesetzt.<br />

50 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Vakuumtechnik<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

Entsprechend wird ein Teilchen, dass<br />

auf der rechten Seite die zyklische<br />

Randbedingung kreuzt auf der linken<br />

Seite wieder initialisiert und andersherum.<br />

Die untere Wand weist eine<br />

Wandgeschwindigkeit von U = 10 m/s<br />

in positive x-Richtung auf. In der in<br />

grün dargestellten Referenzebene<br />

wird der Massenstrom bestimmt, indem<br />

die Summe der Teilchenmassen<br />

in positive x-Richtung abzüglich der<br />

Summe der Teilchenmassen, welche<br />

die Ebene innerhalb eines Zeitschritts<br />

in negativer Richtung kreuzen, berechnet<br />

und anschließend durch den<br />

Zeitschritt geteilt wird:<br />

Gl. 1<br />

Unabhängig vom Druckbereich kann<br />

der Massenstrom<br />

für eine reine<br />

Couette-Strömung mit technisch<br />

glatten Wänden über<br />

Gl. 2<br />

bestimmt werden, wobei ρ die Dichte<br />

und A = h b die Querschnittsfläche<br />

des Kanals ist [Ple22a, Ple22b].<br />

Abb. 8: Domain zur DSMC-Simulation einer<br />

reinen Couette-Strömung durch einen Kanal<br />

mit einseitiger strukturierter Oberflächenbeschaffenheit<br />

Abb. 9: Massenstrom einer Couette-Strömung<br />

durch einen Kanal mit Oberflächenstrukturen<br />

bezogen auf den Massenstrom<br />

durch einen Kanal mit glatten Wänden als<br />

Funktion des Drucks p für verschiedene<br />

Profilwinkel α = β<br />

In Abb. 9 ist entsprechend der simulierte<br />

Massenstrom einer Cou ette-<br />

Strömung für verschiedene Profilwinkel<br />

α = β bezogen auf den<br />

Massenstrom einer glatten Wand mit<br />

gleicher Spalthöhe als Funktion des<br />

Druckes für Luft bei T = 293 K dargestellt.<br />

Die Fehlerbalken zeigen die maximale<br />

statistische Unsicherheit der<br />

Ergebnisse an. Es zeigt sich, dass - wie<br />

bereits bei der druckgetriebenen Strömung<br />

- auch bei einer Scherströmung<br />

eine Reduktion des Massenstroms<br />

trotz gleicher minimaler Spalthöhe<br />

mittels Oberflächenstrukturen erzielt<br />

werden kann. Der Effekt ist umso größer,<br />

je kleiner der Druck ist, wohingegen<br />

der Effekt bei großen Drücken<br />

verschwindet. Auch hier lässt sich für<br />

Profilwinkel α = β = 30° die größte Einsparung<br />

von knapp 30 % erzielen.<br />

Zusammenfassung und Ausblick<br />

Die theoretischen Untersuchungen legen<br />

nahe, dass eine mikroskopische<br />

Oberflächenstruktur im Bereich niedriger<br />

Drücke eine deutliche Reduktion<br />

von bis zu 30 % der Spaltmassenströme<br />

in Vakuumpumpen erzielt werden<br />

kann, ohne dass die Betriebssicherheit<br />

gefährdet wird. Einerseits kann<br />

dies bei gleicher Spalthöhe dazu genutzt<br />

werden, dass die Maschine bei<br />

niedrigeren Ansaugdruckbereichen<br />

ein deutlich besseres Saugvermögen<br />

aufweist, wie die Messergebnisse von<br />

Dreifert und Müller in Bezug auf die<br />

Änderung der Spalthöhe zeigen. Andererseits<br />

könnte die Idee von Kösters<br />

und Eickhoff verfolgt werden, mit der<br />

die Spalthöhe auf der Niederdruckseite<br />

der Maschine vergrößert wird,<br />

um eine Überkompression bei hohen<br />

Ansaugdrücken zu reduzieren. Da die<br />

Oberflächenstruktur insbesondere bei<br />

niedrigen Ansaugdrücken eine deutlich<br />

größere Drosselwirkung hervorruft,<br />

bei hohen Ansaugdrücken aber<br />

kaum einen Effekt zeigt, kann somit<br />

eine Überkompression verringert werden,<br />

ohne dass die Maschine bei niedrigen<br />

Ansaugdrücken schlechter wird.<br />

Aufgrund des großen Verbesserungspotenzials<br />

werden in einem aktuellen<br />

kooperativen Forschungsprojekt<br />

vom Fachgebiet Fluidtechnik und<br />

dem Institut für spanende Fertigung<br />

an der Technischen Universität Dortmund<br />

die Anwendbarkeit von Oberflächenstrukturen<br />

in verdünnten<br />

Gasströmungen näher untersucht.<br />

In dem Zuge wird eine Optimierung<br />

der Strukturform vorgenommen,<br />

um zum einen eine möglichst große<br />

Drosselwirkung zu erzielen und zum<br />

anderen eine effiziente Fertigung zu<br />

ermöglichen. Eine zentrale Herausforderung<br />

bei der Fertigung ist die<br />

geringe Profiltiefe der Strukturformen<br />

– es wird von der Mikrozerspanung<br />

gesprochen. Hierbei können<br />

die Abmessungen der Grate in der<br />

Größenordnung der Strukturformen<br />

liegen. Aus diesem Grund wird mit<br />

Hilfe einer Finiten-Elemente Spanbildungssimulation<br />

ein Sonderwerkzeug<br />

entwickelt, wodurch verschiedene<br />

geometrische Anpassungen am<br />

Werkzeug zur Minimierung der Gratbildung<br />

simulativ untersucht werden<br />

können. Im Anschluss werden die<br />

vielversprechendsten Werkzeugvarianten<br />

gefertigt und eingesetzt, um<br />

Proben mit den identifizierten Oberflächenstrukturen<br />

zu präparieren.<br />

Diese werden zum einen messtechnisch<br />

ausgewertet, wodurch eine Validierung<br />

der Spanbildungssimulation<br />

ermöglicht wird und zum anderen auf<br />

einem Vakuumversuchsstand eingesetzt,<br />

in welchem die Drosselwirkung<br />

untersucht werden kann.<br />

Acknowledgements<br />

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft<br />

(DFG) – Projektnummer<br />

513663608.<br />

Literaturverzeichnis<br />

[Bir94] Bird, G. A.: Molecular gas dynamics<br />

and the direct simulation of<br />

gas flows (Clarendon Press, Oxford,<br />

1994).<br />

[Brü21] Brümmer, B.; Pleskun, H.:<br />

Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung<br />

verdünnter Gasströmungen<br />

mit Hilfe von Rauheiten aufweisenden<br />

Oberflächen, insbesondere<br />

an Vakuumpumpen, MEMS, Patent,<br />

DE 102021002290, 2021.<br />

[Dre14] Dreifert, T.; Müller, R.: Screw<br />

Vacuum pumps - The state of the art:<br />

International Conference on Screw<br />

machines 2014: VDI-Berichte 2228, S.<br />

29-42 (VDI-Verlag, 2014).<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

51


Vakuumtechnik<br />

Schraubenspindelvakuumpumpen<br />

[Jou18] Jousten, K.: Wutz - Handbuch<br />

der Vakuumtechnik, Vol. 12<br />

(Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2018).<br />

[Kös06] Kösters, H.; Eickhoff, J.: Trockene<br />

Schraubenvakuumpumpe mit<br />

hoher innerer Verdichtung, Schraubenmaschinen<br />

2006: VDI- Berichte<br />

1932, S. 423-428 (VDI-Verlag, 2006).<br />

[Moe23] Moesch, T. W. et al.: Thermodynamic<br />

analysis of a conical screw<br />

spindle compressor for R718: ICR2023<br />

- 26 th International Congress of Refrigeration,<br />

S. 012016, 2023.<br />

[Ple22a] Pleskun, H.; Bode, T.,<br />

Brümmer, B.: Couette flow in a rectangular<br />

channel in the whole range of<br />

the gas rarefaction, Physics of Fluids,<br />

Vol. 34, S. 032004, 2022.<br />

[Ple22b] Pleskun, H.; Brümmer, B.:<br />

Gas-surface interactions of a Couette-<br />

Poiseuille flow in a rectangular channel,<br />

Physics of Fluids, Vol. 34, 082009,<br />

2022.<br />

[Saz20] Sazhin, O.: Rarefied gas flow<br />

through a rough channel into a vacuum:<br />

Microfluid Nanofluid, Vol. 24, 2020.<br />

Symbole und Abkürzungen<br />

Symbol Einheit Bedeutung<br />

b m Spaltbreite<br />

h m Spalthöhe<br />

L m Spaltlänge<br />

.<br />

m kg⁄s Massenstrom<br />

m kg Masse<br />

p Pa Druck<br />

t s Zeit<br />

T K Temperatur<br />

U m⁄s Wandgeschwindigkeit<br />

α ° Profilwinkel<br />

β ° Profilwinkel<br />

Λ m Profiltiefe<br />

ρ kg⁄m 3 Dichte<br />

Index oder Abkürzung<br />

eff<br />

saug<br />

Autoren:<br />

Sven Brock 1 , Heiko Pleskun 1 , Gero Polus 2 , Jannis Saelzer 2 ,<br />

Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dirk Biermann 2 ,<br />

Prof. Dr.-Ing. Andreas Brümmer 1<br />

1<br />

Fachgebiet Fluidtechnik, TU Dortmund, 44227 Dortmund, Deutschland<br />

https://ft.mb.tu-dortmund.de/<br />

2<br />

Institut für spanende Fertigung, TU Dortmund, 44227 Dortmund, Deutschland,<br />

https://isf.mb.tu-dortmund.de/<br />

Bedeutung<br />

Effektivwert<br />

Ansaugwert<br />

1 Eintritt<br />

2 Austritt<br />

+ Positive Richtung<br />

- Negative Richtung<br />

52 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Vakuumtechnik<br />

Reparatur vs. Austausch<br />

Vakuumpumpen reparieren oder<br />

austauschen? Ein Leitfaden<br />

nen sie gegebenenfalls später erneut<br />

auftreten.<br />

Beseitigt nur ein bestimmtes Problem:<br />

Potenziell langfristig höhere Kosten:<br />

Wenn Probleme an der Vakuumpumpe<br />

schwierig zu reparieren sind, können<br />

sie gegebenenfalls später erneut<br />

auftreten.<br />

Austausch<br />

Wenn Ihre Vakuumpumpe defekt<br />

ist, stehen Sie vor einer Entscheidung:<br />

reparieren oder austauschen.<br />

Unser Leitfaden erläutert beide<br />

Möglichkeiten und gibt Empfehlungen,<br />

wann es sinnvoll ist, Vakuumpumpen<br />

zu reparieren und wann<br />

sie ersetzt werden sollten. Wir werden<br />

uns auch ansehen, wie häufige<br />

Probleme erkannt und diagnostiziert<br />

werden können, bevor sie zu<br />

Systemausfällen führen.<br />

Die Grundlagen<br />

Der Entscheidungsprozess für Reparatur<br />

oder Austausch beginnt immer<br />

mit Tests und einer Diagnose. Ein geschulter,<br />

auf Vakuumpumpen spezialisierter<br />

Servicetechniker führt eine<br />

Inspektion durch und identifiziert das<br />

Problem.<br />

Alle Fotos: Busch Vacuum Solutions<br />

Reparatur<br />

Falls Ihre Vakuumpumpe repariert<br />

werden kann, werden fehlerhafte<br />

Bauteile ausgebaut und ausgetauscht,<br />

und die Pumpe wird gemäß<br />

Herstellervorgaben zurückgegeben.<br />

Vorteile<br />

Wirtschaftlich: Bei kleineren Problemen<br />

oder wenn die Vakuumpumpe<br />

relativ neu ist, müssen möglicherweise<br />

nur wenige Ersatzteile ausgetauscht<br />

werden.<br />

Geringe Umweltauswirkungen: Es werden<br />

weniger Ressourcen verbraucht<br />

und es fällt weniger Müll an.<br />

Nachteile<br />

Potenziell langfristig höhere Kosten:<br />

Wenn Probleme an der Vakuumpumpe<br />

schwierig zu reparieren sind, kön-<br />

Wenn Sie sich für den Austausch Ihrer<br />

Vakuumpumpe entscheiden, wird<br />

die vorhandene Vakuumpumpe ausgebaut<br />

und eine fabrikneue installiert.<br />

Vorteile<br />

Höhere Zuverlässigkeit: In neuen Vakuumpumpen<br />

sind völlig neue Bauteile<br />

verbaut, was sie unter Umständen<br />

energieeffizienter macht.<br />

Neue Garantie: Ein neues Gerät bietet<br />

auch eine neue Garantie, die Sicherheit<br />

gewährleistet und möglicherweise<br />

zukünftige Reparaturkosten senkt.<br />

Nachteile<br />

Höhere Anfangsinvestition: Der Kauf<br />

einer neuen Vakuumpumpe bedeutet<br />

höhere Anschaffungskosten.<br />

Längere Installationszeit: Die Installation<br />

und Integration einer neuen Vakuumpumpe<br />

dauern in der Regel länger<br />

als die Durchführung einer kleinen<br />

Reparatur.<br />

Wichtige Überlegungen<br />

Bevor Sie sich für die Reparatur oder<br />

den Austausch einer Vakuumpumpe<br />

entscheiden, sollten Sie fünf Kriterien<br />

berücksichtigen.<br />

1) Kosten<br />

Wenn bei Ihrer vorhandenen Vakuumpumpe<br />

nur ein kleines Problem<br />

vorliegt, kann eine Reparatur die<br />

wirtschaftlichere Option sein. Denken<br />

Sie aber auch an längerfristige<br />

Wartungs- und Reparaturkosten.<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

53


Vakuumtechnik<br />

Reparatur vs. Austausch<br />

Mit zunehmendem Alter einer Vakuumpumpe<br />

kann es beispielsweise erforderlich<br />

sein, häufigere Servicearbeiten<br />

durchzuführen. Diese könnten<br />

sich im Laufe der Zeit auf mehr als<br />

den Preis einer Neubeschaffung summieren,<br />

auch wenn letztere mit deutliche<br />

höheren Sofortkosten verbunden<br />

ist.<br />

2) Prozessanforderungen<br />

Prüfen Sie, ob Ihre vorhandene Vakuumpumpe<br />

noch die beste Option für<br />

Ihren Prozess ist. Wenn Ihre Vakuumpumpe<br />

ständig auf Hochtouren läuft<br />

oder regelmäßig Reservepumpen<br />

eingeschaltet werden, um den Bedarf<br />

zu decken, kann es sein, dass die<br />

Pumpe den aktuellen Prozessanforderungen<br />

nicht mehr gewachsen ist.<br />

Sie auszutauschen könnte daher eine<br />

sinnvolle Option sein. So können Sie<br />

Produktionsverzögerungen vermeiden<br />

und eine optimale Qualität und<br />

Leistung sicherstellen.<br />

in Ihrem Prozess Vorteile bringen<br />

könnten? Dann könnte dies der richtige<br />

Zeitpunkt für entsprechende Investitionen<br />

sein. Sie könnten auch<br />

eine Nachrüstung in Erwägung ziehen.<br />

Vorhandene Vakuumpumpe können<br />

um einige technische Optionen erweitert<br />

werden – z. B. um den variablen<br />

Drehzahlantrieb ECOTORQUE oder<br />

um OTTO, die digitalen Services zur<br />

intelligenten Überwachung Ihrer Vakuumpumpe.<br />

So können Sie aufrüsten,<br />

ohne in ein komplett neues System<br />

zu investieren.<br />

Diagnose und Störungsbehebung<br />

bei häufig auftretenden Problemen<br />

Vakuumpumpen fallen selten ohne<br />

Vorwarnung aus. Es kann jedoch<br />

schwierig sein, die Symptome eines<br />

Problems frühzeitig zu erkennen.<br />

Regelmäßige Wartung ist der erste<br />

Schritt: Ein frühzeitig erkanntes Problem<br />

lässt sich in der Regel einfacher<br />

beheben. Es ist auch hilfreich, sich<br />

mit häufigen Problemen und den typischen<br />

Anzeichen einer defekten Vakuumpumpe<br />

vertraut zu machen:<br />

3) Service-Historie<br />

Ist das gleiche Problem schon einmal<br />

aufgetreten? Überprüfen Sie die<br />

Service-Historie. Regelmäßige Wartungen<br />

wie der Austausch von Ersatzteilen<br />

wie Dichtungen oder Schiebern<br />

sind in der Regel unbedenklich,<br />

aber wenn größere Probleme auftreten,<br />

sind Reparaturen möglicherweise<br />

keine Option mehr.<br />

4) Energieeffizienz<br />

Viele neue Generationen von Vakuumpumpen<br />

sind energieeffizienter<br />

als die vorherige. Daher sollten Sie<br />

die Vorteile eines Austauschs Ihrer<br />

derzeitigen Vakuumpumpe gegen<br />

eine Pumpe mit geringerem Energieverbrauch<br />

in Betracht ziehen. Je<br />

nachdem, wie groß der Unterschied<br />

beim Energieverbrauch zwischen Ihrer<br />

vorhandenen Vakuumpumpe und<br />

der neuesten Vakuumpumpentechnologie<br />

ausfällt, könnten Ihre Energiekosten<br />

beträchtlich sinken. Dies<br />

gilt auch für Ihren CO 2<br />

-Fußabdruck.<br />

Wenn Ihre Vakuumpumpe jedoch älter<br />

ist, ist sie möglicherweise nicht<br />

mehr mit den technischen Neuerungen<br />

kompatibel, die seit ihrem<br />

Kauf entwickelt wurden. Infolgedessen<br />

kann es sein, dass einige Optimierungsmöglichkeiten<br />

in Ihrem Prozess<br />

nicht mehr umsetzbar sind. Daher<br />

sollten Sie überlegen, wie wichtig diese<br />

Option für Sie und Ihren Prozess<br />

ist. Dies könnte Ihre Entscheidung<br />

zwischen Reparatur oder Austausch<br />

beeinflussen.<br />

– übermäßige Geräuschentwicklung<br />

oder Vibrationen<br />

– Leckagen<br />

– geringeres Saugvermögen<br />

– Überhitzung<br />

Bitten Sie professionelle Vakuumpumpen-Servicepartner<br />

und geschulte<br />

Techniker um Hilfe, um diese<br />

Probleme zu diagnostizieren und<br />

eine Störungsbehebung durchzuführen.<br />

Eine schnelle Reaktion auf<br />

Störungen ist entscheidend für eine<br />

5) Technische Merkmale<br />

Berücksichtigen Sie, inwieweit Ihre<br />

vorhandene Vakuumpumpe auf dem<br />

neuesten Stand der Technik ist. Verfügen<br />

modernere Vakuumpumpen<br />

über neue technische Merkmale, die<br />

54 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Vakuumtechnik<br />

Reparatur vs. Austausch<br />

kosteneffiziente Reparatur der Vakuumpumpe<br />

und die Minimierung des<br />

Risikos von Ausfallzeiten. Auch die<br />

Anschaffung eines intelligenten Überwachungssystems<br />

wie OTTO – Digital<br />

Services sollte in Betracht gezogen<br />

werden. Es ermöglicht die kontinuierliche<br />

Überwachung der Leistungsdaten<br />

jeder Vakuumpumpe und weist<br />

auf mögliche Störungen hin.<br />

Beispiel aus der Praxis: Abwägung<br />

zwischen Reparatur und Austausch<br />

In einer Lebensmittelverpackungsanlage<br />

ist die Leistung der Vakuumpumpe<br />

entscheidend für die Qualität und<br />

Haltbarkeit der Lebensmittel. Bei einer<br />

Vakuumpumpe kam es jedoch zu<br />

einem erhöhten Geräuschpegel bei<br />

niedrigerem Saugvermögen, was zu<br />

Produktionsverzögerungen führte.<br />

Nach sorgfältiger Prüfung stellte<br />

der Techniker des Vakuumpumpen-Reparaturservice<br />

fest, dass das<br />

Problem auf ein Leck zurückzuführen<br />

war. Die Vakuumpumpe war seit<br />

mehreren Jahren in Betrieb, doch<br />

das Problem trat erstmals auf. Und<br />

obwohl die ersten Symptome beunruhigend<br />

erschienen, war die Problembehebung<br />

einfach. Daher war<br />

die Reparatur der Vakuumpumpe die<br />

sinnvollste Option. Der Servicetechniker<br />

tauschte die verschlissene Dichtung<br />

aus und die Vakuumpumpe war<br />

wieder einsatzbereit.<br />

Fazit<br />

Wenn Ihre Vakuumpumpe nicht so<br />

läuft wie gewünscht, sollten Sie Ihre<br />

Optionen sorgfältig prüfen. Lassen<br />

Sie sich von Fachleuten des Vakuumpumpen-Reparaturservice<br />

beraten<br />

und führen Sie eine ordnungsgemäße<br />

Prüfung und Diagnose durch.<br />

Außerdem sollten Sie Effizienz, Leistung<br />

und sofortige sowie mögliche<br />

zukünftige Reparaturkosten im Vergleich<br />

zu den Kosten für eine neue<br />

Vakuumpumpe betrachten. Dies hilft<br />

Ihnen, sich für die optimale Maßnahme<br />

zu entscheiden. Letztendlich<br />

sollte Ihre Entscheidung darauf basieren,<br />

was für Ihren Produktionsprozess<br />

am kostengünstigsten und vorteilhaftesten<br />

ist.<br />

Es kann schwierig sein, dies selbst<br />

einzuschätzen. Daher hilft Busch Ihnen<br />

dabei gerne weiter. Unsere Experten<br />

prüfen Ihr vorhandenes<br />

System vor Ort und geben Ihnen<br />

Empfehlungen, wie Sie weiter vorgehen<br />

können. Egal, wofür Sie sich am<br />

Ende entscheiden: Wir bieten Ihnen<br />

an, notwendige Reparaturen durchzuführen<br />

oder die Vakuumpumpe ggf.<br />

auszutauschen oder die Wartung zu<br />

übernehmen. Wir bieten passenden<br />

Serviceverträge, intelligente IoT-Lösungen<br />

und durchgängige Fernüberwachung<br />

des Zustands Ihrer Vakuumpumpe<br />

an. Mit 60 Jahren Erfahrung in<br />

der Vakuumtechnologie können Sie<br />

sicher sein, dass Ihre Vakuumversorgung<br />

bei uns in guten Händen ist.<br />

Busch Vacuum Solutions<br />

Mary MacGregor Velhinho<br />

https://www.buschvacuum.com<br />

Leistritz HYPER-Pumpen.<br />

Leistungsstark. Patentiert.<br />

HYPER3<br />

Dreispindelinge<br />

Schraubenspindelpumpe<br />

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Unübertroffene Kombination aus höchster Effizienz<br />

und innovativem Design: Leistritz Schraubenspindelpumpen<br />

für die Lebensmittel- und Getränke-<br />

Industrie. Vielfach bewährt in anspruchsvollen<br />

Anwendungen, unübertroffen in Zuverlässigkeit,<br />

Energieeffizienz und Reinigbarkeit.<br />

HYPER TWIN<br />

Zweispindelinge<br />

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Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Optimale Pumpenüberwachung mit<br />

Künstlicher Intelligenz<br />

Die Firma ABEL hat in der Welt der Pumpentechnologie einen neuen<br />

Meilenstein erreicht. Das in-house entwickelte, intelligente Monitoringsystem<br />

„Smart Pump Assistant“ ermöglicht nun auch die vorausschauende<br />

Pumpenwartung. Mit der Einführung von Künstlicher Intelligenz<br />

(KI) in die Pumpenüberwachung hat ABEL das nächste Level erreicht.<br />

Damit setzt der norddeutsche Pumpenhersteller neue Maßstäbe für<br />

die Branche.<br />

Die wegweisende Technologie zeichnet sich durch mehrere Schlüsselelemente<br />

aus. Diese innovative Lösung ermöglicht es, präzise Vorhersagen<br />

für den Wartungsbedarf der Abel-Pumpen zu generieren, indem<br />

sie künstliche Intelligenz integriert. Abel ist damit der erste Anbieter<br />

am Markt, der Predictive Maintenance (Vorausschauende Wartung) für<br />

Kolbenmembranpumpen anbietet.<br />

Durch den Einsatz von KI kann Abel eine proaktive Instandhaltung<br />

realisieren, die Ausfallzeiten minimiert und die Effizienz in der<br />

Pumpen wartung revolutioniert. Die Anwendung von Predictive Maintenance<br />

bietet zahlreiche Kundenvorteile, darunter eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit,<br />

deutliche Reduzierung der Wartungskosten sowie<br />

eine verbesserte Gesamtleistung von Kolbenmembranpumpen.<br />

Abb. 2: Intelligentes Benachrichtigungssystem<br />

Abb. 3: Smart Pump Assistant optimiert den Einsatz von ABEL-Pumpen<br />

Ausfälle verhindern, die Produktivität steigern und ihre Marktposition<br />

stärken.<br />

Die Tatsache, dass Abel für diese Innovation Unterstützung vom<br />

Bundesministerium erhalten hat, zeigt die wirtschaftliche Bedeutung<br />

und den Innovationsgeist hinter dieser Technologie. Die Kunden profitieren<br />

von einer Lösung, die auf höchstem Niveau anerkannt ist.<br />

Abb. 1: Schema: Vorausschauende vs. vorbeugende Wartung<br />

Maximale Zuverlässigkeit<br />

Dank der KI-gesteuerten Lösung können potenzielle Probleme an<br />

Kolben membranpumpen frühzeitig erkannt werden, lange bevor sie<br />

zu kostspieligen Ausfällen führen. Das bedeutet maximale Betriebszeit<br />

und minimale Stillstandzeiten.<br />

Kosteneinsparungen<br />

Die vorausschauende Fehlererkennung ermöglicht nicht nur einen reibungslosen<br />

Betrieb, sondern führt auch zu erheblichen Einsparungen.<br />

Reparaturen können geplant und teure Notfallmaßnahmen vermieden<br />

werden.<br />

Effizienzsteigerung<br />

Die KI-Technologie optimiert den Pumpenbetrieb kontinuierlich, um<br />

Energieeffizienz und Ressourcennutzung zu maximieren. Das bedeutet<br />

nicht nur Kosteneinsparungen, sondern auch eine umweltfreundlichere<br />

Produktion.<br />

Wettbewerbsvorteil<br />

Unternehmen, die die KI-gesteuerte Pumpenüberwachung von Abel<br />

nutzen, sind ihren Mitbewerbern einen Schritt voraus. Sie können<br />

24/7 Fehlererkennung/Vorteile für den Kunden<br />

Der Smart Pump Assistant von Abel liefert Kunden wichtige Erkenntnisse<br />

über die Leistung der Pumpe, den Gesundheitszustand und<br />

Pumpenprozess. Das ermöglicht es, den Betrieb der Pumpe zu optimieren.<br />

Darüber hinaus errechnet der SPA regelmäßig auf Basis eines<br />

individuellen Nutzerprofils den optimalen Wartungszeitpunkt. Mit Hilfe<br />

Künstlicher Intelligenz werden Daten nicht nur digital veranschaulicht,<br />

sondern auch ausgewertet und verstanden.<br />

Der Smart Pump Assistant informiert vollautomatisiert über das<br />

Auftreten von Fehlern und Störungen an der Pumpe. Er zeigt dem Kunden<br />

an, an welchem Bauteil der Fehler auftritt, wie hoch der Effizienzverlust<br />

ist und gibt darüber hinaus Empfehlungen, wie der Fehler behoben<br />

werden kann. Über eine App kann alternativ Hilfe direkt bei<br />

Abel angefordert werden, damit etwaige Störungen schnell und zielgerichtet<br />

behoben werden können.<br />

Praxisbeispiel: Nutzung des Monitorsystems SPA optimiert<br />

Filterpressenbeschickung<br />

Der ABEL-Kunde, die Firma SOLVALOR in Rouen (Frankreich) ist spezialisiert<br />

auf das Recycling und die Rückgewinnung von Boden/Erden,<br />

wobei das meiste Material aus Bauaushub im Tiefbau besteht und<br />

zu einem großen Teil aus Paris stammt. Das Unternehmen ist heute<br />

Marktführer bei der Rückgewinnung und beim Recyceln von Erdmaterialien.<br />

56 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Im Frühjahr 2021 wurden zwei ABEL Hydraulische Membranpumpen<br />

bei dem französischen Kunden in Betrieb genommen. Die Membranpumpen<br />

vom Typ HMD-G-80-1000 werden zur Filterpressenbeschickung<br />

mit einer Leistung von 80 m³/h und 12 bar eingesetzt.<br />

Auf besonderen Wunsch des Kunden kann er jetzt auch die theoretisch<br />

berechnete Durchsatzleistung abrufen und spart somit teure Durchflussmesser.<br />

Damit verfügt der ABEL-Kunde jederzeit über vollständige<br />

Informationen zum Zustand seiner Pumpen.<br />

Mit dem Smart Pump Assistant können detaillierte Betriebsparameter<br />

wie Temperaturen und Drücke visualisiert werden. Bei<br />

Parameter überschreitungen erhält der Kunde eine Warnmeldung. Die<br />

Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse durch den Smart Pump<br />

Assistant führen dazu, dass die Firma SOLVALOR erhebliche Mengen an<br />

Zeit, Kosten und Energie innerhalb ihres Produktionsprozesses spart<br />

und dabei gleichzeitig die Produktivität in ihrem Unternehmen steigert.<br />

Abbildung 5 zeigt, dass die ABEL-Pumpen in 5 Produktionstagen 46<br />

Filterpressen Zyklen ohne Stillstand geschafft haben.<br />

Insgesamt zeigt sich die Firma SOLVALOR höchst zufrieden mit der<br />

Performance der Pumpen und des Services.<br />

Die Einführung von KI in die Pumpenüberwachung durch Abel ist<br />

mehr als nur eine technologische Errungenschaft - sie ist ein Game<br />

Changer für Unternehmen in aller Welt. Kunden können sich auf eine<br />

Zukunft freuen, in der Pumpenanlagen zuverlässiger, kosteneffizienter<br />

und umweltfreundlicher arbeiten.<br />

Abb. 4: Einsatz der ABEL HM-Pumpen zur Filterpressenbeschickung bei der<br />

französischen Firma SOLVALOR<br />

Optimale Unterstützung durch den ABEL Smart Pump Assistant<br />

Der tägliche Einsatz und die Überwachung der beiden ABEL HM-<br />

Pumpen wird bei der Firma SOLVALOR mit dem Monitoringsystem<br />

„Smart Pump Assistant (SPA)“ unterstützt. Die Firma ABEL bietet hier<br />

eine Remote-Unterstützung, durch die Sofort-Anomalien anhand der<br />

Daten erkannt und entsprechende Abhilfemaßnahmen vorgeschlagen<br />

werden.<br />

smart-pump-assistant - ABEL Pump Technology (abelpumps.com)<br />

ABEL GmbH<br />

Abel-Twiete 1<br />

21514 Büchen<br />

Tel +49 (4155) 818-0<br />

Fax +49 (4155) 818-499<br />

abel-mail@idexcorp.com<br />

www.abelpumps.com<br />

Weniger Wartungsaufwand durch<br />

moderne Vakuumerzeugung<br />

Porzellanfabrik Hermsdorf GmbH<br />

Höhere Qualität, weniger Wartung und geringere Kosten – dass alles zugleich<br />

möglich ist, beweisen zwei Standard-Vakuumsysteme von Busch<br />

Vacuum Solutions in der Porzellanfabrik Hermsdorf in Thüringen, die<br />

für die Extruderentgasung eingesetzt werden.<br />

Abb. 5: „Durch die ABEL-Pumpen kann ich die Produktion meiner Anlage drastisch<br />

erhöhen und mehr Schlamm annehmen, da ich in der gleichen Zeit mehr Filtrationszyklen<br />

schaffe, als mit der vorherigen Technologie. Außerdem ist es jetzt egal,<br />

was für einen Schlamm ich annehme, die ABEL-Pumpe macht das schon!“, so<br />

Maxime Jolly.<br />

Darüber hinaus erhält der ABEL-Kunde einen monatlichen Performance-Report,<br />

der die tägliche Nutzung und den Zustand seines Pumpen-/Filtrationsprozesses<br />

dokumentiert. „Der Performance-Report<br />

hilft uns, die Produktionsplanung sowie die Wartungsplanung zu optimieren“,<br />

so Maxime Jolly, Direktor Industrie, SOLVALOR.<br />

Abb. 1: Die Wabenkörper erhalten durch eine Schablone hinter der Schneckenpresse<br />

ihre feinen Löcher und dünnen Stege. (alle Fotos: Busch Vacuum Solutions)<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

57


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Seit 1890 wird in Hermsdorf bei Jena Industriekeramik hergestellt. Früher<br />

Hochspannungsisolatoren, heute keramische Wabenkörper für<br />

Wärmetauscher, Lüftungs- und Abgasreinigungssysteme. Stets ist man<br />

dabei mit der Zeit gegangen, hat innovative Werkstoffe und Produkte<br />

entwickelt und dafür moderne Produktionsverfahren eingesetzt. Wie<br />

die zwei neuen SIMPLEX Vakuumsysteme von Busch für die Entgasung<br />

der keramischen Masse. Seit 2021 ersetzen sie vier ölgeschmierte<br />

Drehschieber-Vakuumpumpen und versorgen vier Extrusionslinien<br />

mit dem benötigten Vakuum. In den historischen Hallen der Porzellanfabrik<br />

arbeiten derzeit über 100 Angestellte.<br />

mussten, passen sich die neuen Vakuumsysteme von Busch automatisch<br />

an das erforderliche Vakuumlevel an und schalten sich ab, wenn<br />

kein Vakuum benötigt wird. „Wir haben zunächst testweise ein Leihsystem<br />

von Busch eingesetzt, waren sofort begeistert und sind auch<br />

heute noch mit unseren eigenen SIMPLEX Systemen vollauf zufrieden.<br />

Wartungstechnisch stellen die neuen Systeme wirklich eine enorme Erleichterung<br />

dar“, bilanziert der Geschäftsführer.<br />

1.600 Löcher, keine Luftblasen<br />

Gemächlich schiebt sich der noch feuchte quadratische Keramik-<br />

Strang aus der Schneckenpresse. Doch nach 1,50 Metern ist erst einmal<br />

Schluss. Denn dann schneiden geschickte Hände das vordere Stück<br />

ab, legen es auf ein großes Gestell zum Trocknen. Das machen sie hier<br />

unablässig in drei Schichten. Nach etwa neun Tagen, wenn die Masse<br />

nur noch ein Prozent Restfeuchte enthält, werden die Wabenkörper im<br />

1.200 Grad heißen Ofen gebrannt. 1.600 kleine Löcher ziehen sich einmal<br />

längs durch sie hindurch, getrennt nur durch feine Stege, alles akkurat<br />

und symmetrisch. Damit dies auch nach dem Brennvorgang so<br />

bleibt, darf die Masse keinerlei Lufteinschlüsse enthalten. Diese würden<br />

sich bei der Hitze im Ofen ausdehnen und den ganzen Wabenkörper<br />

zum Platzen bringen. Deshalb muss die Masse vorher entgast<br />

werden und zwar mit SIMPLEX Vakuumsystemen von Busch. Herzstück<br />

neben Steuerschrank und Vakuumbehälter bildet jeweils eine trockene<br />

Klauen-Vakuumpumpe MINK MV Synchro. Was andere Vakuumpumpen<br />

vor Herausforderungen stellt, nämlich der Umgang mit sehr feuchten,<br />

pastösen Massen, meistern sie mit Leichtigkeit. Denn genau dafür,<br />

für die Extruderentgasung, sind sie entwickelt worden.<br />

Abb. 3: Die getrockneten Wabenkörper warten aufs Brennen. Sie enthalten keine<br />

Lufteinschlüsse, die im Ofen aufplatzen könnten.<br />

Aus Hermsdorf in die Welt<br />

Zwei energiesparende, äußerst wartungsarme trockene Standardsysteme,<br />

die vier alte, energie- und wartungsintensive ölgeschmierte<br />

Pumpen ersetzen: „Dank der guten Beratung von Busch haben wir<br />

pro Jahr 10.000 kWh gespart. Seit der Installation laufen die beiden Vakuumsysteme<br />

absolut störungsfrei. Es ist überhaupt kein Vergleich zu<br />

den Vorgänger-Pumpen“, freut sich der Geschäftsführer der Porzellanfabrik.<br />

Und so verlassen dank der neuen Vakuumlösung von Busch Monat<br />

für Monat 80.000 bis 90.000 qualitativ hochwertige Wabenkörper<br />

in verschiedenen Größen und Formen das Traditionswerk in Hermsdorf,<br />

um weltweit in Lüftungssystemen von Passivhäusern oder Nachverbrennungsanlagen<br />

auf großen Container- und Kreuzfahrtschiffen<br />

für effiziente Wärmerückgewinnung und saubere Luft zu sorgen.<br />

Abb. 2: Das intelligente Vakuumsystem SIMPLEX VO von Busch sorgt für die<br />

Entgasung der Masse im Extruder.<br />

Keine matschige Angelegenheit<br />

Die zuvor eingesetzten ölgeschmierten Drehschiebervakuum kamen<br />

mit den Prozessbedingungen nicht so gut klar. „Das Öl wurde mit dem<br />

kondensierten Wasserdampf schnell zur Emulsion, sie waren laut, haben<br />

gestunken, die Filter haben sich permanent zugesetzt. Es kam zu<br />

hohem Verschleiß und Ausfällen der Pumpen. Einmal pro Monat mussten<br />

wir Filter und Öl tauschen, was eine ganz schöne Matscherei war“,<br />

so der Geschäftsführer der Porzellanfabrik Hermsdorf GmbH. Ganz<br />

anders die neuen Vakuumsysteme SIMPLEX VO von Busch. Sie kommen<br />

ohne Öl im Verdichtungsraum aus, sind praktisch wartungsfrei,<br />

leise und frequenzgeregelt. Während die alten Pumpen permanent<br />

durchliefen und mittels Falschluftventilen von Hand geregelt werden<br />

Busch Vacuum Solutions<br />

Schauinslandstraße 1<br />

79689 Maulburg<br />

Tel +49 (7622) 681-0<br />

Fax +49 (7622) 5484<br />

info@busch.de<br />

www.buschvacuum.com<br />

Druckluft-Membranpumpen<br />

für Klebstoffe<br />

Zum Fördern von Klebstoffen und Leim kommen in der Möbel- und<br />

Holzindustrie neben Kolbenpumpen auch druckluftbetriebene Membranpumpen<br />

zum Einsatz.<br />

Der Pumpenhersteller JESSBERGER aus Ottobrunn bei München bietet<br />

hierfür druckluftbetriebene Membranpumpen der Baureihe JP-810 an.<br />

Der Vorteil einer Membranpumpe ist, dass diese selbstansaugend<br />

ist, trockenlaufen kann und der Kunde über die Druckluftzufuhr die<br />

58 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Förderleistung regulieren kann. Wenn man die Druckseite der Pumpe<br />

schließt, bleibt diese umgehend stehen und läuft wieder an, sobald<br />

man wieder Klebstoff oder Leim benötigt und die Druckseite öffnet.<br />

Die Pumpen sind auch in einer ATEX-Ausführung für die Ex-Zone 1<br />

(Standard: Ex-Zone 2, II 3/3 G Ex h IIC T4 Gb, II 3 D Ex h IIIB T 135°C Db X)<br />

erhältlich und für fast nahezu alle Einsatzzwecke geeignet. Die Pumpen<br />

aus Aluminium oder Klebstoff können neben neutralen Flüssigkeiten<br />

auch für leicht aggressive, brennbare Substanzen und hochviskose<br />

Medien wie Klebstoffe oder Leim bis 50.000 mPas eingesetzt werden.<br />

Die Membranpumpen des Herstellers wurden in verschiedenen<br />

Materialien (Polypropylen, Edelstahl, Aluminium und PVDF) und<br />

Baugrößen (Anschlüsse ¼“ bis 3“) konzipiert, so dass mit ihnen ein<br />

großes Leistungsspektrum von 8 l/min bis 1.050 l/min abgedeckt werden<br />

kann. Als Antrieb dient ausschließlich Druckluft, die absolut ölfrei<br />

sein muss. Für den Betrieb der Pumpen ist ein maximaler Betriebsdruck<br />

von 8 bar erforderlich.<br />

Als Zubehör sind automatische Pulsationsdämpfer und Schlauchstecker<br />

für den Saug- und Druckbereich erhältlich. Auch Hubzähler<br />

zum exakten Dosieren sind verfügbar.<br />

gangenen Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen. Eine präzise Risikoeinstufung<br />

ist entscheidend, um Explosionen zu verhindern. Denn<br />

nur eine sichere Pumpenüberwachung sorgt für reibungslose Prozesse<br />

und damit für Effizienz im Unternehmen.<br />

Sicherheitsexperten vom TÜV kennen das Szenario: Pumpen ohne ausreichende<br />

Standfestigkeit können schnell heiß laufen. Diese Hitze kann<br />

zu einer Explosion mit einem verheerenden Schaden in der Produktion<br />

führen. Möglicherweise bleibt das Unternehmen auf einem Teil des<br />

Schadens sitzen, wenn die Haftpflichtversicherung dem Unternehmen<br />

Fahrlässigkeit nachweisen kann. Nicht gesicherte Pumpenaggregate<br />

sind also ein hohes betriebswirtschaftliches Risiko. Mehr noch: Das<br />

verantwortliche Management begeht eine Straftat, wenn es sich nicht<br />

an die gesetzlichen Vorgaben hält. Oder kurz und knapp: Sichere Pumpenüberwachung<br />

bewahrt die Geschäftsführung vor dem Gefängnis!<br />

Temperaturmonitoring<br />

Versuchsaufbau<br />

Umlenktrommel,<br />

Erwärmung des<br />

neuen Lagers (5)<br />

Antriebstrommel<br />

JUMO-Sensor (3)<br />

In Gewindebohrung<br />

für Deckel<br />

PT100 (2)<br />

am Lagergehäuse<br />

Wellentemperatur<br />

(1)<br />

Temperatur<br />

an der Schmiernippelposition<br />

(4)<br />

Lufttemperatur (6)<br />

JESSBERGER GmbH<br />

Jägerweg 5-7<br />

85521 Ottobrunn<br />

Tel +49 (89) 6666 33-400<br />

Fax +49 (89) 6666 33-411<br />

info@jesspumpen.de<br />

www.jesspumpen.de<br />

Risikoreduktion in Ex-Umgebungen:<br />

Read the Manual! Sichere Pumpenüberwachung<br />

bewahrt Geschäftsführung<br />

vor dem Gefängnis<br />

Die Überwachung von Pumpen in industriellen Prozessen ist weit mehr<br />

als eine reine Schutzmaßnahme für das Pumpenaggregat. Neben der<br />

präventiven Wartung und der Erfassung von Betriebsdaten hat die<br />

Zündquellenüberwachung besonders in Ex-Umgebungen in den ver-<br />

Unübersichtlicher Dschungel für Normen und Verordnungen<br />

Nur wenige Hersteller decken mit ihren Produkten und Lösungen die<br />

komplette Sicherheitskette für Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik<br />

(MSR) ab.<br />

Die zuverlässige Funktion von MSR-Einrichtungen kann durch folgende<br />

Einflüsse beeinträchtigt werden:<br />

– Betriebsweise, d. h. die Fähigkeit, die Aufgaben zu erfüllen, die für<br />

den bestimmungsgemäßen Einsatz der MSR-Einrichtung erforderlich<br />

sind (ein Überfüllen zu erkennen, eine anlaufende Explosion zu<br />

stoppen, die Lüftung einzuschalten),<br />

– die Prozessfehlertoleranzzeit,<br />

– äußere Ereignisse, wie z. B. Überspannung, Energieausfall,<br />

– Fehler gemeinsamer Ursache, wie z. B. verschmutzte Druckluft,<br />

fehlerhafte Isolation.<br />

Sicherheit im Produktionsablauf hat für Unternehmen<br />

oberste Priorität<br />

Sicherheit im Produktionsablauf hat für Unternehmen oberste Priorität.<br />

Daher gibt es zahlreiche Normen und Verordnungen, die ineinander-<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

59


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Versuchsaufbau<br />

Wärmebilder<br />

Hinweis: Die Stirnseite der Welle wurde lackiert, um einen besseren Reflektionsgrad zu erreichen. Temperaturen der radialen Flächen sind deshalb ggf. verfälscht.<br />

Versuchsaufbau<br />

Wärmebilder<br />

Hinweis: Die Stirnseite der Welle wurde lackiert, um einen besseren Reflektionsgrad zu erreichen. Temperaturen der radialen Flächen sind deshalb ggf. verfälscht.<br />

greifen müssen. Sie alle erfordern eine konsequente Anwendung, wie<br />

beispielsweise der Betriebssicherheitsverordnung und der TRGS 725.<br />

Was auf den ersten Blick einfach und logisch klingt, wird komplex,<br />

sobald man sich in den Dschungel der Normen, Richtlinien, Verordnungen,<br />

technischen Regeln und Herstellerempfehlungen begibt, die<br />

bei der Zündquellenüberwachung beachtet werden müssen.<br />

Relevant für dieses Thema sind die IEC/EN 60079-xx als Normenwerk<br />

zum Thema Explosionsschutz, die DIN EN 50495 (Sicherheitseinrichtungen<br />

für den sicheren Betrieb von Geräten im Hinblick auf<br />

Explosionsgefahren) und die DIN EN 14597 (Temperaturregel- und Begrenzereinrichtung<br />

für wärmeerzeugende Anlagen). Die Betrachtung<br />

Norm DIN EN 14597 umfasst immer ein komplettes Mess- und Regel- &<br />

Begrenzersystem bestehend aus Sensor, Logik und Aktorik. Dabei werden<br />

z. B. folgende Betrachtung für die Einzelkomponenten zertifiziert:<br />

– Ansprechverhalten von der Sensorik<br />

– Reaktionen (Wirkungsweisen) der Auswertelektronik<br />

– Zuverlässigkeit/Lebensdauer der Aktorik.<br />

Hinzu kommen aus dem Bereich der Funktionalen Sicherheit die IEC/<br />

EN 61508, EN/ISO 13849 und die EN/IEC 62061 & 61511, die TRGS 725<br />

sowie evtl. weitere produktspezifische Normen.<br />

60 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Nahm früher der elektrische Explosionsschutz traditionell breiten<br />

Raum bei den Sicherheitsvorkehrungen ein, rückte die letzten Jahre<br />

zunehmend die mechanische Komponente als potentielle Zündquelle<br />

in den Fokus. Anwender müssen diese Hintergründe verstehen, sorgfältig<br />

beurteilen und in ihre Entscheidungsprozesse einbeziehen. Die<br />

korrekte Anwendung der Ex-Kennzeichnung und die Bewertung von<br />

SIL (Safety Integrity Level) und PL (Performance Level) stellen dabei besondere<br />

Herausforderungen dar.<br />

Achtung: Das Unternehmen ist in der Beweispflicht<br />

SIL (Safety Integrity Level) und PL (Performance Level) gewinnen in der<br />

Prozessindustrie und im Maschinenbau eine immer größere Bedeutung.<br />

Das Engineering der Zusammenschaltung von Sensor-, Logikund<br />

Aktoreinheiten zu einer Sicherheitsmesskette wird immer mehr<br />

zum zentralen Thema bei den SIL-Berechnungen.<br />

Entscheidend ist hierbei, dass die komplette Messkette genaustens betrachtet<br />

werden muss! Denn in der Regel gilt der Grundsatz: Jeder ist<br />

als unschuldig zu behandeln, bis ihm eine Schuld nachgewiesen werden<br />

konnte. Die Beweislastumkehr dreht diese Nachweispflicht jedoch<br />

um, so dass der Beschuldigte, sollte er fahrlässig gehandelt haben, Beweise<br />

für seine Unschuld erbringen muss.<br />

In unserem Fall gilt die Anwendung der Normen als Stand der<br />

Technik. Eine Abweichung dieser Standards bedingt die Nachweispflicht<br />

im Schadensfall. Diese Nachweispflicht beinhaltet den Beweis,<br />

besser oder gleichwertig gegenüber dem Normenstand gehandelt zu<br />

haben. Aus meiner langjährigen Praxis kann ich Ihnen nur empfehlen:<br />

Read the Manual!<br />

Pumpenmarkt für Druckprüfung<br />

von Behältern wächst<br />

Der Markt für Druckbehälter als Energiespeicher und für den Transport<br />

und die Anwendung von technischen Gasen wächst, insbesondere<br />

durch die Nutzung von Wasserstoff.<br />

KAMAT hat in jüngster Zeit marktreife und standardisierte Anlagen entwickelt,<br />

die speziell auf die Prüfung von Druckbehältern zugeschnitten<br />

sind und alle Belange dieser Aufgabe berücksichtigen. Dies umfasst die<br />

Druckprüfung selbst, aber auch die Temperierung des Prüfmediums<br />

und die Modellierung von Prüfkurven und Druckverläufen.<br />

Sicherheit ja – Kopfzerbrechen nein<br />

Maschinen- und Anlagenplaner, die schon Berührungspunkte mit dem<br />

Thema „Funktionale Sicherheit“ hatten, müssen bereits festgestellt<br />

haben, wie komplex und vielfältig das Thema ist. Die Verantwortung<br />

um das Schadenrisiko, die Betreiber und Planer von Schutzeinrichtungen<br />

tragen, ist immens. Sie müssen sichere <strong>Komponenten</strong> anschaffen<br />

und stehen vor einem riesigen Berg aus Zahlen und Formeln. Am<br />

Ende wissen sie immer noch nicht, ob alles richtig berechnet ist.<br />

Dass es auch einfacher geht, zeigt JUMO SAFETY PERFORMANCE.<br />

Unter diesem Markennamen sind alle Jumo-Produkte und -Dienstleistungen<br />

zu den Themen SIL und PL zu finden. Mit JUMO SAFETY<br />

PERFORMANCE bieten wir seit Jahren ein zertifiziertes Kompaktsystem<br />

für die funktionale Sicherheit nach SIL und PL, keine Berechnung<br />

ist erforderlich. Es ist auch für ATEX-/IECEx-/EAC-Anwendungenund<br />

Maschinenrichtlinie geeignet.<br />

JUMO gewährleistet norm- und rechtskonforme Sicherheit. Kurzum:<br />

Es ist ein komplettes Sicherheitssystem bestehend aus Sensor, Logik<br />

und Relais-Ausgang zur Betätigung des Aktors aus einer Hand.<br />

Die Anwendung der vorgestellten technischen Regeln und Normen<br />

in Kombination mit den gesamten Systemzertifizierungen des JSP bei<br />

der Pumpenüberwachung kann zu einer anderen Art der Fehlerbetrachtung<br />

führen. Denn durch diese Komplettlösung können bis zu 45 % der<br />

systematischen und systemrelevanten Fehler vermieden werden.<br />

Abb. 1: Ventilbank einer kombinierten Prüfanlage<br />

Die Aufgabe: Behälter von kleinem bis sehr großem Volumen müssen<br />

in drei Kategorien geprüft werden. Mit Wasser als Prüfmedium, auch<br />

mit Korrosionsschutzzusätzen, werden Druckbehälter 1. zum Bersten<br />

gebracht, 2. zyklisch geprüft und 3. einer Druckhalteprüfung unterzogen.<br />

Für große Behälter gab es bisher nur eingeschränkte Prüfmöglichkeiten.<br />

Häufig werden bei hohen Druckanforderungen pneumatisch<br />

oder hydraulisch angetriebene Druckübersetzerpumpen eingesetzt.<br />

Diese Pumpen sind jedoch in ihrer Förderleistung begrenzt, so dass die<br />

gewünschten Zykluszeiten nicht erreicht werden können bzw. Lebens-<br />

JUMO GmbH & Co. KG<br />

Moritz-Juchheim-Straße 1<br />

36039 Fulda<br />

Tel +49 (661) 6003-0<br />

Fax +49 (661) 6003-500<br />

mail@jumo.net<br />

www.jumo.de<br />

Abb. 2: Geeignete Pumpe für große Druckbehälter: KAMAT Hochdruckpumpe<br />

vom Typ K50018A-3G<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

61


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

dauertests mit 20.000 Zyklen zu lange dauern. Daher muss auf andere<br />

Pumpentechnologien zurückgegriffen werden. Hier sind Plungerpumpen<br />

die erste Wahl, da sie sowohl hohe Drücke als auch hohe Fördermengen<br />

zur Verfügung stellen können. KAMAT-Pumpen arbeiten bis<br />

zu Drücken von 3500 bar und Fördermengen von über 280 m³/h.<br />

Abb. 3: KAMAT Regeldrossel 3000 bar für die Modulation von Zyklier - Druckkurven<br />

Wichtig für die Auslegung eines Pumpenaggregates ist, dass bei der<br />

Druckbeaufschlagung eines Behälters je nach Behältergröße 1 bis 10<br />

Zyk len pro Minute gefahren werden, d.h. der Behälter wird bis zum<br />

Prüfdruck beaufschlagt und wieder entlastet. Bei 10 Zyklen pro Minute<br />

ist dann schnell eine Fördermenge von 250 l/min und mehr erforderlich.<br />

Trotz des hohen Durchflusses muss der obere und untere Prüfdruck<br />

sehr genau angefahren werden. In einem dynamischen Hydrauliksystem<br />

ist das eine Herausforderung. KAMAT entwickelt daher sowohl<br />

die notwendige Ventiltechnik (Ventile, Regeldrossel, Sensorik) als auch<br />

die Regelalgorithmen der Steuerung selbst. So wird sichergestellt, dass<br />

die oberen Prüfdrücke nicht überschritten und die unteren Haltedrücke<br />

nicht unterschritten werden. Aufgrund der Bauart der KAMAT-Pumpe<br />

können in dieser Konfiguration Prüfdrücke bis 3500 bar erreicht werden.<br />

Auch bei Berstprüfungen sind bis zu 3500 bar möglich.<br />

KAMAT-Anlagen können schnell und optimal an die Kundenbedürfnisse<br />

angepasst werden. Für den Hochdruckteil kann dazu auf den optimierten<br />

Pumpenbaukasten zurückgegriffen werden. Daraus ergeben<br />

sich drei Gerätekategorien:<br />

– Zirkulationsgerät mit der erforderlichen Ventiltechnik, Regeldrossel<br />

und Steuerungstechnik<br />

– Berstgerät mit der notwendigen Ventiltechnik und Steuerungstechnik.<br />

Dies ist z. B. bereits mit der kleinsten KAMAT-Pumpe<br />

kostengünstig möglich<br />

– Vorrichtung für Druckhalteprüfungen<br />

Selbstverständlich können die Funktionalitäten bei Bedarf auch kombiniert<br />

werden.<br />

In einer Welt, die zunehmend auf Nachhaltigkeit und Effizienz ausgerichtet<br />

ist, stehen die innovativen Pumpensysteme von KAMAT an der<br />

Spitze des Marktes für Druckbehälterprüfungen. Indem Lösungen angeboten<br />

werden, die hohe Leistung mit Präzision und Anpassungsfähigkeit<br />

vereinen, erfüllt KAMAT nicht nur die wachsende Nachfrage<br />

nach sicherer und effizienter Energiespeicherung und -transport, sondern<br />

ebnet auch den Weg für eine nachhaltigere Zukunft, die durch<br />

Wasserstoffkraft angetrieben wird.<br />

Abb. 4-6: Prüfkurven für Druckbehälterprüfung<br />

62 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

KAMAT: 50 Jahre Innovation in der Pumpentechnik<br />

Seit der Gründung 1974 als Myers Europe GmbH steht KAMAT für Innovation<br />

und Nachhaltigkeit und legte mit der Konzentration auf die<br />

Herstellung von Triplex-Hochdruckplungerpumpen den Grundstein<br />

für ein breites Spektrum an Hochdruckpumpen.<br />

Nach der Trennung vom amerikanischen Mutterkonzern übernahm<br />

1979 Dipl.-Ing. Karl J. Sprakel das Ruder, benannte das Unternehmen<br />

in Myers-Europe Pumpen um, leitete die Produktentwicklung<br />

und die internationale Marktexpansion ein und stellte damit die Weichen<br />

für das Wachstum von KAMAT.<br />

Die Zeit von 1983 bis 1987 war geprägt von organischem Wachstum<br />

und strategischen Akquisitionen, insbesondere der Fusion mit<br />

Hochdruck-Apparatebau Witten, die das Produktprogramm erweiterte<br />

und eine Erweiterung der Produktionsfläche im Industriepark Witten-<br />

Annen erforderlich machte.<br />

Zwischen 1987 und 2012 erlebte KAMAT bedeutende technologische<br />

Fortschritte und Erweiterungen. In dieser Zeit wurde der Geschäftsbereich<br />

„Wassernebel“ eingeführt, aus dem später die eigenständige<br />

FOGTEC GmbH hervorging.<br />

2012 war für KAMAT ein Jahr des Umbruchs, in dem die Anlagen<br />

modernisiert und die Produktionsfläche erweitert wurden. In dieser<br />

Zeit wurden auch mannlose Fertigungskapazitäten und eine modernisierte<br />

Infrastruktur eingeführt, was die Anpassungsfähigkeit und Innovationsbereitschaft<br />

des Unternehmens widerspiegelt.<br />

Mit dem Generationswechsel im Jahr 2012 übernahmen Jan<br />

Sprakel und Dr.-Ing. Andreas Wahl die Geschäftsführung und führen<br />

das Erbe von Innovation und Expansion fort. Mit der Umfirmierung in<br />

KAMAT GmbH & Co. KG im Jahr 2014 wurde aufgezeigt, dass KAMAT<br />

viel mehr als nur Pumpen herstellt.<br />

Die 50-jährige Geschichte von KAMAT ist geprägt von kontinuierlicher<br />

Innovation, strategischer Weiterentwicklung und dem Bekenntnis<br />

zu Qualität und Nachhaltigkeit. Der Pioniergeist des Unternehmens<br />

verspricht, auch in absehbarer Zukunft an der Spitze der Hochdruckpumpenindustrie<br />

zu stehen. Und das bis hin zur Materialbeschaffung,<br />

die wirklich „Made in Germany“ sind.<br />

Markt in den letzten Jahren wie im Flug erobert haben. Eingesetzt<br />

werden sie vor allem als Verpackungskomponenten sowie zur Stoßdämpfung,<br />

thermischen Isolierung und Schalldämmung. Die Varianz<br />

an Treibmitteln und deren Prozessbedingungen wie hohe Drücke oder<br />

abweichende Temperaturen erfordern jedoch spezifizierte Anlagen<br />

und lassen das Extrusionsverfahren schnell relativ aufwendig werden.<br />

Abhilfe schafft das LEWA ecofoam Dosiersystem: Dabei handelt es sich<br />

um eine ausfallsichere Komplettlösung für alle bekannten Treibmittel,<br />

die sich auch bei schwankenden Parametern durch eine gleichbleibend<br />

präzise Dosierung auszeichnet. Die LEWA ecofoam Test anlage<br />

bietet Anwendern eine kostengünstige und unverbindliche Chance,<br />

sich im Alltagsbetrieb selbst ein Bild von der zuverlässigen Qualität der<br />

Extruderanlage sowie der Endprodukte zu machen.<br />

Je nach Verwendungszweck und gewünschten Eigenschaften des<br />

Kunststoffprodukts kommen bei der Schaumextrusion unterschiedliche<br />

Treibmittel zum Einsatz. Dabei kann es sich z. B. um Kohlendioxid,<br />

Propan, Butan, Pentan oder halogenierten Kohlenwasserstoff wie Freon<br />

152a handeln. So sehr die Förderdrücke und Temperaturen dieser<br />

Medien auch voneinander abweichen, so gleichbleibend präzise muss<br />

die Zudosierung der Treibmittel in die Kunststoffschmelze letztlich erfolgen,<br />

um ein homogenes und hochwertiges Endprodukt zu erhalten.<br />

Das bewährte LEWA ecofoam Dosiersystem wurde daher eigens darauf<br />

ausgelegt, sämtliche gängige Treibmittel exakt und zuverlässig zu<br />

dosieren.<br />

KAMAT GmbH & Co. KG<br />

Salinger Feld 10<br />

58454 Witten<br />

Tel +49 (2302) 89 030<br />

info@KAMAT.de<br />

www.KAMAT.de<br />

Schaumextrusion<br />

Verfahrensoptimierung, aber ohne<br />

Risiko: Mietbare Testanlage dosiert<br />

unterschiedliche Treibmittel<br />

präzise selbst bei schwankenden<br />

Extruder drücken<br />

Inklusive Kühleinrichtung für CO 2<br />

und Ex-Ausführung für<br />

entzündliche Medien<br />

Eine niedrigere Dichte, bessere mechanische sowie isolierende Eigenschaften<br />

und ein deutlich reduzierter Rohstoffverbrauch: Angesichts<br />

dieser Vorteile ist es kein Wunder, dass geschäumte Kunststoffe den<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

63


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Universelle Extruderanlage zum Testen mit allen Treibmitteln<br />

Um die erforderliche konstante Schaumqualität zu gewährleisten, wird<br />

die Menge des Treibmittels in der LEWA ecofoam proportional an die<br />

Drehzahl des Extruders angepasst. Dafür sorgt die vom Hersteller<br />

selbst entwickelte LEWA smart control Steuerungstechnik, welche das<br />

Signal des Durchflussmessgeräts kontinuierlich mit dem Führungssignal<br />

vergleicht und die Drehzahl des Antriebsmotors entsprechend<br />

regelt. Aufgrund der drucksteifen Kennlinie der Pumpe bleibt die<br />

Dosierung auch bei schwankenden Extruderdrücken konstant.<br />

Im Kern besteht das hermetisch dichte und somit wartungsarme<br />

System aus einer LEWA ecoflow Dosiermembranpumpe, die das Treibmittel<br />

mit einem Druck von 50 bis 350 bar fördert. Die Fördermenge<br />

ist abhängig vom eingestellten Druck sowie der Kompressibilität des<br />

Mediums und kann bei 250 bar z. B. 13 kg/h CO 2<br />

, 8 kg/h i-Butan oder<br />

20 kg/h H 2<br />

O betragen. Da die LEWA ecofoam Testanlage für alle bekannten<br />

Treibmittel konzipiert wurde, ist sie für entzündliche Medien<br />

wie Propan oder Butan bereits standardmäßig explosionsgeschützt ausgeführt<br />

sowie mit einer Kühleinrichtung für Kohlendioxid ausgestattet.<br />

Damit sich die Anlage zu Testzwecken problemlos transportieren<br />

lässt, sind alle <strong>Komponenten</strong> sicher auf einem gemeinsamen Grundrahmen<br />

montiert. Sie kann für bis zu sechs Wochen unverbindlich gemietet<br />

werden, wobei nach Absprache auch längere Zeiträume möglich<br />

sind. So haben Anwender die Möglichkeit, die zuverlässige Qualität<br />

der Anlage sowie die gleichbleibend exakte Dosierung unterschiedlicher<br />

Treibmittel in der realen Anwendungsumgebung auf die Probe<br />

zu stellen – ganz ohne finanzielle Risiken.<br />

Weitere Infos unter:<br />

https://www.lewa.com/de-DE/systeme/lewa-ecofoam<br />

LEWA GmbH<br />

Ulmer Str. 10<br />

71229 Leonberg<br />

Tel +49 (7152) 14-0<br />

Fax +49 (7152) 14-1303<br />

lewa@lewa.de<br />

www.lewa.de<br />

Die neue Qdos H-FLO Pumpe zum<br />

Fördern und Dosieren von Chemikalien<br />

bietet höhere Fördermengen<br />

für zahlreiche Dosieranwendungen<br />

– Die neueste Pumpe in der Qdos-Modellreihe unterstützt höhere<br />

Fördermengen von bis zu 600 l/h.<br />

– Mit der neuen Schlauchpumpe können Chemikalien einfacher,<br />

sicherer und besonders kostengünstig dosiert werden.<br />

– Qdos H-FLO eignet sich für zahlreiche Anwendungen<br />

und Branchen<br />

Watson-Marlow Fluid Technology Solutions (WMFTS) präsentiert die<br />

neue Qdos H-FLO Pumpe zum Fördern und Dosieren von Chemikalien,<br />

die speziell für höhere Fördermengen von bis zu 600 l/h entwickelt<br />

wurde.<br />

Qdos H-FLO überzeugt durch dieselbe hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit<br />

wie andere Qdos-Pumpen, ermöglicht aber gleichzeitig<br />

höhere Fördermengen. Durch verschiedene Pumpenköpfe und<br />

Schlauchmaterialien ist die chemische Verträglichkeit mit der Prozessflüssigkeit<br />

sichergestellt.<br />

Abb. 1: Qdos-Pumpen zum Fördern und Dosieren von Chemikalien – Qdos H-FLO<br />

(Mitte), Qdos 60 und Qdos CWT<br />

64 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Zu den Vorteilen der neuen Qdos H-FLO zählen:<br />

Abb. 2: Qdos H-FLO Universal+ Pumpe zum Fördern und Dosieren von<br />

Chemikalien, mit Schlauch<br />

Die hochpräzise Qdos H-FLO Pumpe ist skalierbar und lässt sich flexibel<br />

an kundenspezifische Prozesse anpassen. Sie eignet sich perfekt<br />

für den Einsatz in den verschiedensten Branchen, wie Wasser- und Abwasseraufbereitung,<br />

Bergbau und Mineralienaufbereitung, chemische<br />

Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie Zellstoffe<br />

und Papier.<br />

Die Qdos H-FLO zeichnet sich durch Fördermengen von bis zu<br />

600 l/h und eine Druckleistung von bis zu 7 bar (102 psi) aus. Damit<br />

stellt sie eine optimale Ergänzung des Qdos-Pumpensortiments dar.<br />

Genau wie die anderen Schlauchpumpen der Qdos-Modellreihe<br />

ermöglicht die Qdos H-FLO Kosteneinsparungen, da Chemikalien mit<br />

höherer Präzision dosiert werden können. Die Pumpe erreicht beim<br />

Dosieren eine Präzision von ±1 % und eine Wiederholgenauigkeit von<br />

±0,5 %.<br />

Die Qdos H-FLO eignet sich ideal für verschiedene Dosieranwendungen,<br />

wie zum Beispiel:<br />

– Desinfektionsmittel<br />

– Fällmittel<br />

– Flockungsmittel<br />

– Säuren/Laugen<br />

– Reagenzien im Bergbau<br />

– Tenside<br />

Adeel Hassan, Produktmanager bei WMFTS: „Watson-Marlow Fluid<br />

Technology Solutions setzt auf innovative Produktentwicklungen, um<br />

komplexe Kundenanforderungen durch einfach zu bedienende Lösungen<br />

zu erfüllen. Dank der hohen Präzision und Wiederholgenauigkeit<br />

unserer Pumpen können Kosten für Chemikalien eingespart<br />

werden. Dies hilft unseren Kunden auch, ihre Nachhaltigkeitsziele zu<br />

erreichen. Für die Pumpe wurden einige besondere Merkmale der<br />

Qdos-Modellreihe übernommen, gleichzeitig verfügt sie aber auch<br />

über mehrere völlig neue Funktionen, mit denen Chemikalien einfacher,<br />

sicherer und kostengünstig dosiert werden können.“<br />

„Das Feedback unserer Kunden hat entscheidend dazu beigetragen,<br />

die Qdos für höhere Fördermengen weiterzuentwickeln. Die Qdos<br />

H-FLO ermöglicht das einfachere und effizientere Dosieren von Chemikalien<br />

und ist daher unter den Gesichtspunkten Betrieb, Wartung und<br />

EHS eine ausgezeichnete Lösung. Mit mehreren integrierten Kommunikationsoptionen<br />

für die SCADA- und SPS-Integration trägt sie maßgeblich<br />

zur Prozessoptimierung bei.“<br />

– Fördermengen von 2,0 ml/min bis 600 l/h.<br />

– Druckleistung von bis zu 7 bar.<br />

– Die Pumpenkopf-Erkennung per RFID-Technologie garantiert den<br />

Einsatz des korrekten Pumpenkopfes.<br />

– Der Umdrehungszähler unterstützt bei der Wartung des Pumpenkopfes.<br />

– Leckageerkennung und Flüssigkeitseinschluss verhindern, dass am<br />

Lebensende des Pumpenkopfes Flüssigkeiten oder Chemikalien<br />

austreten.<br />

– Optionen für Netzwerkintegration, Steuerung und Kommunikation<br />

wie EtherNet/IP, PROFINET und PROFIBUS ermöglichen die einfache<br />

Integration mit SCADA/SPS.<br />

– Ein einzelner Pumpenantrieb mit mehreren Pumpenkopf-Optionen<br />

unterstützt variable Prozessbedingungen und unterschiedliche chemische<br />

Umgebungen.<br />

Die Qdos H-FLO kann mit einem optionalen Drucksensor-Kit ausgestattet<br />

werden, das den Druck in Echtzeit überwacht und so die Prozesssicherheit<br />

gewährleistet und die Sicherheit insgesamt verbessert.<br />

Das optionale Drucksensor-Kit verfügt über konfigurierbare Alarme für<br />

die Prozessüberwachung. Das Drucksensor-Kit wird in Zukunft für das<br />

komplette Qdos-Sortiment angeboten und ist mit den in der Prozessindustrie<br />

üblichen Chemikalien kompatibel.<br />

Watson-Marlow GmbH<br />

Kurt-Alder-Straße 1<br />

41569 Rommerskirchen<br />

Tel +49 (2183) 42040<br />

info.de@wmfts.com<br />

www.wmfts.com<br />

Neue Sinuspumpe Certa Compact<br />

reduziert Platz- und Energiebedarf<br />

Watson-Marlow Fluid Technology Solutions erweitert sein Angebot an<br />

MasoSine Certa Sinuspumpen. Die neuen Certa Compact Modelle benötigen<br />

30 % weniger Platz als die bestehenden Certa Pumpen. Dabei<br />

bewahrt die neue Pumpe alle Vorteile der Sinuspumpentechnologie,<br />

wie hohes Saugvermögen, schonende Förderung und hervorragende<br />

Hygieneeigenschaften. Wie alle Certa Modelle punktet Certa Compact<br />

außerdem durch eine besonders hohe Energieeffizienz.<br />

Mit der neuen Certa Compact erweitert Watson-Marlow die im Lebensmittel-<br />

und Getränkebereich etablierte Baureihe der Certa Sinuspumpen<br />

von MasoSine. Dank einer flexibleren und vereinfachten Bauweise<br />

bieten die neuen Modelle Certa Compact einen um 30 % geringeren<br />

Platzbedarf im Vergleich zu den bestehenden Certa Modellen. Davon<br />

profitieren unter anderem Anlagenbauer und die Anbieter von modularen<br />

Anlagenkonzepten und schlüsselfertigen Komplettanlagen.<br />

Neben Platz in ihren Anlagen sparen sie auch während der Installation<br />

wertvolle Montagezeit und -kosten ein.<br />

Trotz der kompakten Bauweise bewahrt die neue Pumpe alle Vorteile<br />

der Sinuspumpentechnologie: Neben einem hohen Saugvermögen<br />

bei gleichzeitig schonender Förderung mit geringen Scherkräften<br />

und minimaler Pulsation bieten alle Certa-Pumpen hervorragende<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

65


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

gen häufig eine effiziente Be- und Entladung von Tanks und schnelle<br />

Verarbeitungszeiten ohne das Risiko von Kavitation.<br />

Watson-Marlow GmbH<br />

Kurt-Alder-Straße 1<br />

41569 Rommerskirchen<br />

Tel +49 (2183) 42040<br />

info.de@wmfts.com<br />

www.wmfts.com<br />

Magnetic drive pumps<br />

Powering The Hydrogen Revolution<br />

Für eine grünere, wasserstoffbetriebene<br />

Welt<br />

Abb. 1: Die neuen Certa Compact Modelle bieten einen besonders geringen Platzbedarf<br />

(Fotos: Watson-Marlow Fluid Technology Solutions)<br />

Auf der Suche nach nachhaltigen Energielösungen spielt Wasserstoff<br />

eine Schlüsselrolle beim Übergang zu einer grüneren Zukunft. Wir bei<br />

Klaus Union sind stolz darauf, mit der Herstellung von hochmodernen<br />

Magnetkupplungspumpen für Anwendungen in der Wasserstoffproduktion<br />

an der Spitze dieser wegweisenden Entwicklung zu stehen.<br />

Magnetkupplungspumpen spielen eine entscheidende Rolle bei der<br />

Herstellung von Wasserstoff. Sie gewährleisten das sichere und effiziente<br />

Fördern von Flüssigkeiten in Prozessen wie der alkalischen Elektrolyse<br />

(für KOH oder NaOH) und der PEM-Elektrolyse, bei der Wasserstoff<br />

aus hochreinem Wasser erzeugt wird.<br />

Was macht die Klaus Union Magnetkupplungspumpen<br />

für die Wasserstoffproduktion so wertvoll?<br />

Abb. 2: Durch das Konstruktionsprinzip mit nur einem Rotor, einer Welle und einer<br />

Dichtung bieten Sinuspumpen einen besonders geringen Energieverbrauch<br />

Hermetisch dicht<br />

Durch die Verwendung einer hermetisch dichten Magnetkupplung<br />

wird die zu fördernde Flüssigkeit sicher in der Pumpe eingeschlossen.<br />

Dies verhindert jegliche Leckage und schließt gleichzeitig Verunreinigungen<br />

von außen aus.<br />

Hygieneeigenschaften mit einer Zertifizierung gemäß EHEDG Typ EL<br />

Aseptic Class I. Darüber hinaus profitieren Anwender von Sinuspumpen<br />

beim Pumpen von hochviskosen Medien von einem bis zu 50 % geringeren<br />

Stromverbrauch im Vergleich zu anderen Pumpenarten.<br />

Produktschonend für empfindliche Lebensmittel<br />

Die neuen Certa Compact Modelle bieten eine Fördermenge von bis<br />

zu 99.000 Litern pro Stunde bei einem Druck von bis zu 6 bar. Die<br />

Pumpe schafft selbst Medien mit hohen Viskositäten von bis zu acht<br />

Millionen Centipoise. Dank der konkurrenzlos schonenden Förderung<br />

eignen sich Sinuspumpen vor allem für empfindliche Medien<br />

in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Dabei schützen die die<br />

Produktintegrität und verhindern Produktverluste. In der Milchindustrie<br />

verhindern sie zum Beispiel Beschädigungen des Käsebruchs,<br />

die Bildung von Käsestaub oder Viskositätsverluste. In Brauereien eignen<br />

sich die Pumpen dank des starken Saugvermögens und der konkurrenzlos<br />

schonenden Förderung insbesondere für den Einsatz im<br />

Hefemanagement und schützen die empfindlichen Zellen. In der Getränkeindustrie<br />

bieten die Sinuspumpen durch ihr hohes Saugvermö-<br />

Abb. 1: Magnetgekuppelte Kreiselpumpe in Blockbauweise mit elektropoliertem<br />

Pumpengehäuse<br />

66 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Energieeffizienz<br />

Magnetkupplungspumpen, insbesondere mit nicht-metallischem<br />

Spalttopf, sind hocheffizient, tragen zu Energieeinsparungen bei und<br />

verringern den CO 2<br />

-Fußabdruck der Wasserstoffproduktion.<br />

Nichtmetallische Spalttöpfe aus Zirkonoxid sind nicht elektrisch leitend.<br />

Aufgrund dieser Eigenschaft gibt es keine Wirbelstromverluste,<br />

die die Pumpenleistung beeinträchtigen. So kann die aufgenommene<br />

Leistung, im Vergleich zu metallischen Spalttöpfen, um 10-15 % gesenkt<br />

werden.<br />

Abb. 2: Hochbelastbare Spalttöpfe aus technischer Keramik für bis zu 63 bar<br />

Eine Magnetkupplungspumpe überträgt das Drehmoment über Permanentmagnete<br />

vom Antrieb auf die Pumpenwelle, ohne dass eine<br />

physische Verbindung besteht. Der Spalttopf spielt hier eine entscheidende<br />

Rolle bei der Aufrechterhaltung der hermetischen Integrität, da<br />

er die gepumpte Flüssigkeit von ihrer Umgebung trennt.<br />

Ideal für hochreines Wasser<br />

Durch elektrochemisches Polieren der medienberührten Teile der<br />

Pumpe und die Verwendung von Gleitlagern aus Siliziumkarbid wird<br />

eine Verunreinigung durch Ionen oder Abrasionen verhindert.<br />

Durch Elektropolieren werden Oberflächenfehler und lokale Spannungen,<br />

die in der dünnen Materialschicht auf der Oberfläche enthalten<br />

sind, beseitigt, wodurch optimale Eigenschaften des Grundmaterials<br />

erzielt werden.<br />

Das Risiko von Verunreinigung ist ausgeschlossen, da das Verfahren<br />

die Mikrorauigkeit des Materials reduziert. Außerdem werden die<br />

Teile in einer öl- und fettfreien Ausführung geliefert. In diesem Fall<br />

wird die Montage sorgfältig in unserer speziellen, hochmodernen<br />

Reinraum anlage durchgeführt. Der erreichte Reinheitsgrad entspricht<br />

dem einiger unserer Armaturen, die in Luftzerlegungsanwendungen<br />

(Förderung von Sauerstoff) eingesetzt werden.<br />

Blockbauweise<br />

Besonders bei großen Pumpen und Motoren ist die kompakte Blockbauweise<br />

für den Einbau in engen Räumen wie z. B. Containermodulen<br />

unverzichtbar.<br />

Blockbauweise bedeutet, dass der Motor über einen Adapterflansch<br />

mit der Zwischenlaterne der Pumpe verbunden ist, so dass<br />

weder eine Kupplung noch ein Kupplungsschutz erforderlich sind. Dadurch<br />

wird das Risiko einer Fehlausrichtung beseitigt und es gibt in der<br />

Pumpe keine Kugellager mit begrenzter Lebensdauer.<br />

Wartungsfrei<br />

Durch die berührungslose Übertragung des Drehmoments und hochbelastbare<br />

Gleitlagerwerkstoffe ist bei Blockpumpen keine planmäßige<br />

Wartung erforderlich.<br />

Die planmäßige Wartung einer Magnetkupplungspumpe hängt nur<br />

von der Art der installierten Lager ab, was sie bei einer Blockpumpe<br />

überflüssig macht. Die Magnetkupplung selbst ist wartungs- und verschleißfrei,<br />

sofern sie innerhalb vorgegebener Grenzen betrieben wird.<br />

Begleiten Sie uns<br />

Mit der Herstellung dieser hochmodernen Pumpen engagiert sich<br />

Klaus Union für die Weiterentwicklung der Wasserstoffwirtschaft. Wir<br />

sind davon überzeugt, dass Wasserstoff das Potential hat, Industrien<br />

umzugestalten, Treibhausgasemissionen zu reduzieren und nachhaltige<br />

Energielösungen für kommende Generationen zu bieten. Je nach<br />

Anwendung sind die genannten Vorteile für alle Pumpentypen von<br />

Klaus Union erhältlich.<br />

Begleiten Sie uns auf dieser spannenden Reise in eine grünere,<br />

wasserstoffbetriebene Welt. Sollten Sie Fragen haben, kontaktieren Sie<br />

uns gerne: info@klaus-union.com<br />

KLAUS UNION GmbH & Co. KG<br />

Postfach 10 13 49<br />

44713 Bochum<br />

Tel +49 (234) 4595-0<br />

Fax +49 (234) 4595-7000<br />

info@klaus-union.com<br />

www.klaus-union.com<br />

sera Dosiertechnik bei<br />

Erdinger Privatbrauerei<br />

„Des Erdinger Weißbier, des is hoid a Pracht hollara-di-riad-dei,<br />

des schmeckt uns beim Tag und bei der Nacht.“<br />

Jeder kennt diesen Jingle. Kein Wunder – seit den 1970er Jahren nutzt<br />

die Erdinger Privatbrauerei ihn unverändert in TV- und Radiospots. Beständigkeit,<br />

Zuverlässigkeit und Qualität – dafür steht Erdinger nicht<br />

nur in der Werbung.<br />

Das 1886 gegründete Unternehmen hat sich seit jeher dem Weißbier<br />

verschrieben. Mit dem weltbekannten Erdinger Weißbier haben<br />

sie einen Klassiker geschaffen, der sich seit über 130 Jahren größter<br />

Beliebtheit erfreut. Mittlerweile wird das Portfolio natürlich durch weitere<br />

Biere, wie zum Beispiel alkoholfreie Weißbiere, ergänzt.<br />

Die Weißbierbrauerei in Erding ist mit einem Ausstoß von 1,7 Millionen<br />

Hektolitern die größte Weißbierbrauerei der Welt und der einzige<br />

Produktionsstandort der Privatbrauerei. Von hier aus vertreibt Erdinger<br />

seine Biere in über 100 Länder. Erdinger Weißbiere werden traditionell<br />

in Flaschengärung hergestellt.<br />

Beständigkeit, Verlässlichkeit und Qualität – diese Faktoren machen<br />

die Erfolgsgeschichte von Erdinger aus. Und natürlich starke Partner,<br />

die die gleichen Werte vertreten wie Erdinger.<br />

Seit fast 30 Jahren setzt Erdinger auf das Know-how und die Erfahrung<br />

von sera in der Getränkeindustrie. Etwa 150 Dosierpumpen und<br />

Dosiersysteme sind bei der Privatbrauerei im Einsatz und sorgen für<br />

reibungslose Abläufe und gleichbleibende Qualität in der Produktion.<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

67


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

Stapeltanks gelagert. Mittels sera Kompaktdosieranlagen vom Typ CVD<br />

(Compact Vertical Dosing) werden die Chemikalien (Lauge, Säure und<br />

Desinfektionsmittel) in der gewünschten Konzentration (meist 98 %<br />

H 2<br />

O und 2 % Additiv) gemischt und in den Reinigungsprozess dosiert.<br />

CIP ist nicht nur sicher, sondern vor allem wirtschaftlich, da die eingesetzten<br />

Reinigungsmittel und auch das Wasser nur in der gewünschten<br />

Menge verbraucht werden und teilweise wieder aufbereitet werden<br />

können.<br />

Konstruktion in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie<br />

Damit die CIP-Reinigung einwandfrei funktioniert, müssen Dosieranlagen<br />

und -pumpen besondere konstruktive Merkmale aufweisen. Die<br />

eingesetzten Produkte werden von sera so konzipiert und konstruiert,<br />

dass es im jeweiligen Innenraum (medienberührter Teil) keine so<br />

genannten Toträume gibt, in denen sich Feststoffe oder Bakterien ablagern<br />

können.<br />

Bandschmierung<br />

Ein, im wahrsten Sinne des Wortes, reibungsloser Produkttransport<br />

zwischen einzelnen Anlagen wie Abfüllung oder Verpackung ist für eine<br />

effiziente Produktion unerlässlich. Um die Reibung zwischen Transportband<br />

und Flasche oder Kasten zu reduzieren, werden auch bei<br />

Erdinger die Transportbänder geschmiert. sera Dosiertechnik kommt<br />

hier zum Einsatz, um dem Wasserkreislauf für die Bandschmierung die<br />

jeweils richtige Menge an Chemikalien zuzuführen.<br />

Reinigung vor Ort (CIP)<br />

Cleaning in Place (CIP) wird in der Getränke- und Lebensmittelindustrie<br />

eingesetzt, um die komplette Produktionsanlage inklusive Tanks und<br />

Rohrleitungen zyklisch zu reinigen. Dabei wird zunächst das in der Anlage<br />

verbliebene Produkt ausgespült, anschließend werden organische<br />

Spurenstoffe mit Lauge entfernt, mineralische Ablagerungen werden<br />

mit Säure entfernt und abschließend wird die Anlage mit Frischwasser<br />

gespült. Die für die Reinigung benötigten Chemikalien werden in<br />

Prozess- & Abwasserbehandlung<br />

Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit sind wichtige Faktoren in jeder<br />

Produktion – so auch bei Erdinger. Die Aufbereitung von Prozess- und<br />

Abwässern kann daher einen Unterschied machen. Mit den richtigen<br />

Chemikalien aufbereitet, können die Wässer wiederverwendet werden<br />

und tragen so zu einer nachhaltigen Produktion bei.<br />

Erdinger bezieht das Brauwasser direkt aus zwei brauereieigenen<br />

Brunnen mit einer Tiefe von 160 Metern. Bei Bedarf wird das Brauwasser<br />

auch aufbereitet, um beispielsweise einen stets konstanten pH-<br />

Wert zu gewährleisten. Auch hier kommt Dosiertechnik von sera zum<br />

Einsatz und sorgt so für einen nachhaltigen Umgang mit Wasser.<br />

Dosiertechnik in der Getränkeindustrie<br />

– Cleaning in Place (CIP)<br />

– IBC-Entleerstationen<br />

– Tank Befüllung und Entleerung<br />

– Dosierung von Chemikalien und Zugaben<br />

sera ProDos GmbH<br />

sera-Straße 1<br />

34376 Immenhausen<br />

Tel +49 (5673) 999-02<br />

sales.prodos@sera-web.com<br />

www.sera-web.com<br />

HiPace 30 Neo: Kleinste hybridgelagerte<br />

Hochleistungs-Turbopumpe<br />

auf dem Markt<br />

– Für leichte Gase<br />

– Kompakt und portabel<br />

– Patentierte Laser Balancing-Technologie<br />

Die neue Turbopumpe HiPace 30 Neo von Pfeiffer Vacuum ist eine<br />

Vakuumpumpe für kompakte Analysesysteme und portable Anwendungen.<br />

Dank ihres hohen Gasdurchsatzes und einer außergewöhnlichen<br />

Kompression eignet sie sich für leichte Gase und verfügt über<br />

eine sehr gute Vorvakuumverträglichkeit. Durch die hohe Wuchtgüte<br />

des Rotors, der mit bis zu 1.500 Umdrehungen in der Sekunde läuft,<br />

68 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Pumpen/Vakuumtechnik<br />

Unternehmen – Innovationen – Produkte<br />

ist die Vakuumpumpe sehr gut in vibrationssensitiven Applikationen<br />

einsetzbar.<br />

Alexander Kreuter, Produktmanager bei Pfeiffer Vacuum: „Als einer<br />

der führenden Anbieter von Vakuumtechnologie sind wir stolz das<br />

Upgrade der kleinsten hybridgelagerten Hochleistungs-Turbopumpe<br />

auf dem Markt vorzustellen. Sie vereint Leistung und Praktikabilität in<br />

einem. Diese kleine Pumpe ist speziell im Analytikbereich vielseitig und<br />

portabel einsetzbar. Und dank unserer patentierten Laser Balancing-<br />

Technologie verfügt sie über das geringste Vibrationsniveau im Markt.<br />

Dies macht sie ideal für vibrationssensitive Anwendungen!“<br />

Die HiPace 30 Neo kombiniert Kompaktheit, Antriebseffizienz und Intelligenz.<br />

Damit leistet sie einen weiteren Beitrag zur Nachhaltigkeit<br />

des Turbopumpen-Portfolios. So kann durch die kompaktere Bauweise<br />

und die damit verbundene Materialeinsparung ein erheblicher Anteil<br />

an CO 2<br />

eingespart werden. Durch den Einsatz intelligenter Sensorik<br />

wird die Pumpe immer mit dem bestmöglichen Energieeinsatz betrieben.<br />

Dank der intelligenten Steuerung lassen sich die Pumpen ohne<br />

großen Aufwand miteinander verschalten, das heißt Vor- und Turbopumpen<br />

interagieren miteinander. So kann in wenigen Schritten ein<br />

komplexes, IoT-fähiges Vakuumsystem realisiert werden.<br />

Dabei ist die Pumpe sehr kompakt und smart zugleich: Durch die<br />

Pfeiffer Vacuum eigene Zubehörschnittstelle AccessLink mit automatischer<br />

Zubehörerkennung ist die Betriebsbereitschaft des Systems<br />

mit wenigen Schritten in kurzer Zeit hergestellt.<br />

Die HiPace 30 Neo ist mit einem neuen High-Performance-Schmiermittel<br />

ausgestattet, das mit höherer Alterungsbeständigkeit, optimiertem<br />

Schmierverhalten und hoher Temperaturbeständigkeit die Sicherheit<br />

und Zuverlässigkeit gewährleistet. Die HiPace 30 Neo Pumpen laufen<br />

bis zu 5 Jahre wartungsfrei.<br />

Pfeiffer Vacuum GmbH<br />

Berliner Straße 43<br />

35614 Asslar<br />

Tel +49 (6441) 802-0<br />

Fax +49 (6441) 802-1202<br />

info@pfeiffer-vacuum.com<br />

www.pfeiffer-vacuum.com<br />

Kleinste hybridgelagerte Hochleistungs-Turbopumpe HiPace 30 Neo<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

69


Messen und Events<br />

IFAT Munich <strong>2024</strong><br />

IFAT Munich <strong>2024</strong><br />

Kommunen: Kernzielgruppe der<br />

Umweltbranche<br />

– Die Folgen des Klimawandels<br />

bewältigen<br />

– Die Qualität und Sicherheit<br />

der Wasserwirtschaft erhalten<br />

– Tag der resilienten Kommunen<br />

am 16. Mai<br />

Zu den bedeutendsten Anwendern<br />

der auf der Umwelttechnologiemesse<br />

IFAT Munich <strong>2024</strong> präsentierten<br />

Produkte und Verfahren gehören<br />

die Kommunen. Neue Herausforderungen,<br />

Chancen und Lösungen sorgen<br />

bei Städten und Gemeinden zudem<br />

für hohen Informations- und<br />

Diskussionsbedarf.<br />

Vom 13. bis 17. Mai <strong>2024</strong> versammelt<br />

die IFAT Munich die weltweite<br />

Umwelttechnologiebranche wieder<br />

an einem Ort. Die Aussteller<br />

auf dem Münchener Messegelände<br />

werden dann erneut ihre aktuellen<br />

Produkte, Verfahren und Dienstleistungen<br />

aus den Bereichen Wasser-<br />

und Abwasser- sowie Abfall- und<br />

Rohstoffwirtschaft der Fachöffentlichkeit<br />

vorstellen. Bei vielen gehören<br />

Städte und Gemeinden mit ihren<br />

vielfältigen umweltrelevanten Aufgaben<br />

zum zentralen Kundenkreis. So<br />

stehen Kommunen zum Beispiel bei<br />

der Trinkwasserversorgung vor der<br />

Dauerherausforderung, Menge und<br />

Qualität zu sichern, die infrastrukturellen<br />

Werte zu erhalten sowie potentielle<br />

Gefahren für Gesellschaft und<br />

Umwelt abzuwenden – und dies alles<br />

zu angemessenen Kosten. Dazu<br />

passend bietet der Deutsche Verein<br />

des Gas- und Wasserfaches e. V.<br />

(DVGW) auf der Münchner Weltleitmesse<br />

drei Lösungstouren unter den<br />

Titeln „Innovative Technologien zur<br />

Zustandsbewertung von erdüberdeckten<br />

Rohrleitungen“, „Schutz kritischer<br />

Infrastrukturen in der Trinkwasserversorgung“<br />

und „Erhöhte<br />

Wassertemperatur im Verteilnetz“<br />

an. Am Messestand des Vereins erläutern<br />

Impulsvorträge zunächst das<br />

jeweilige Problem, bevor geführte<br />

Rundgänge die Teilnehmerinnen und<br />

Teilnehmer zu korrespondierenden<br />

Austellerlösungen führen.<br />

Neue PFAS-Grenzwerte beeinflussen<br />

die Aufbereitungsansprüche<br />

Im Juni 2023 trat in Deutschland die<br />

neu gefasste Trinkwasserverordnung<br />

in Kraft, die maßgebliche Inhalte der<br />

EU-Trinkwasserrichtlinie aus dem Jahr<br />

2020 umsetzt. Unter den neuen und<br />

geänderten Grenzwerten spielen die<br />

toxikologisch relevanten per- und polyfluorierten<br />

Alkylsubstanzen – kurz<br />

PFAS – eindeutig die wichtigste Rolle.<br />

Wasserversorger müssen PFAS gegebenenfalls<br />

mit hohem technischem<br />

Aufwand herausfiltern. „End-of-Pipe-<br />

Ansätze sind jedoch keine Lösung. Die<br />

Herstellung und Anwendung von PFAS<br />

muss auf wenige essentielle Zwecke<br />

beschränkt sein. Ziel muss eine Vermeidung<br />

dieser Stoffe bereits an der<br />

Quelle der Verschmutzung sein. Diese<br />

Stoffe dürfen gar nicht erst in die Umwelt<br />

gelangen“, sagt Wolf Merkel, Vorstand<br />

Wasser des DVGW. Der Verein<br />

nimmt dies zum Anlass, auf der IFAT<br />

Foto: Messe München GmbH<br />

Munich im Rahmen seines Veranstaltungsformats<br />

„TechLIFT“ neue technologische<br />

Ansätze zur Behandlung<br />

von PFAS-haltigen Wässern zu präsentieren<br />

und mit einer Expertenjury<br />

zu diskutieren.<br />

„Auch in der Abwasserwirtschaft<br />

ist die Liste der Herausforderungen<br />

für Kommunen lang“, betont Dr.<br />

Friedrich Hetzel. Als Beispiele nennt<br />

der Leiter der Abteilung Wasser- und<br />

Abfallwirtschaft bei der Deutschen<br />

Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser<br />

und Abfall e.V. (DWA) die Abscheidung<br />

von Phosphor aus Abwasser<br />

und Klärschlamm, die durch die<br />

Novellierung der EU-Kommunalabwasserrichtlinie<br />

zu erwartenden niedrigeren<br />

Grenzwerte für Nährstoffe<br />

wie Phosphor im Ablauf von Kläranlagen,<br />

die Entfernung von Spurenstoffen<br />

aus dem Wasserkreislauf und<br />

die Mischwasserüberläufe.<br />

Für eine wasserbewusste, resiliente<br />

Kommune<br />

Getrieben von den Folgen des Klimawandels<br />

gehört nach seiner Einschätzung<br />

zudem eine wasserbewusste<br />

Stadtentwicklung auf der kommu-<br />

70 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


nalen Agenda ganz weit nach oben. „Ein<br />

zentraler Punkt ist dabei der intelligente<br />

Umgang mit Regenwasser, besonders im<br />

Rahmen von Extremereignissen. Gefragt<br />

sind Lösungen, die helfen, deren Folgen zu<br />

bewältigen oder durch geeignete technische<br />

Maßnahmen im Vorfeld zu minimieren“,<br />

so Hetzel. Die DWA bietet auf der IFAT Munich<br />

speziell für den öffentlichen Sektor in<br />

Zusammenarbeit mit dem DVGW und dem<br />

Verband kommunaler Unternehmen e. V.<br />

(VKU) den Tag der resilienten Kommunen<br />

am Donnerstag, den 16. Mai sowie diverse<br />

Lösungstouren an.<br />

Digitalisierung und Schutz der kritischen<br />

Infrastruktur<br />

Wie die Gesellschaft insgesamt, so sind<br />

selbstverständlich auch Städte und Gemeinden<br />

aufgerufen, sich mit den Chancen<br />

und Risiken des Megathemas Digitalisierung<br />

auseinanderzusetzen. Beispielsweise<br />

veranstaltet der VKU unter dem Titel „KI:<br />

Detektionssys teme und Wertstoffscanner –<br />

Wie viel KI braucht die Abfallwirtschaft?“ auf<br />

der Forumsbühne eine Podiumsdiskussion.<br />

Dabei wird der Frage nachgegangen, ob sich<br />

KI wirklich eignet, den Ressourcenverbrauch<br />

zu minimieren und die Qualität der einzelnen<br />

Sammelfraktionen im Sinne einer funktionierenden<br />

Kreislaufwirtschaft zu steigern.<br />

Die öffentlichen Ver- und Entsorgungswirtschaft<br />

gehört ferner zu den kritischen Infrastrukturen<br />

(KRITIS). „Seit Jahren steigt hier<br />

die physische und virtuelle Bedrohung. Diese<br />

Dienstleistungen zu schützen, ist von essentieller<br />

Bedeutung“, unterstreicht VKU-Vizepräsident<br />

Patrick Hasenkamp. Auf der Forumsbühne<br />

zeigt der Verband, welche gesetzlichen<br />

Pflichten KRITIS-Betreiber schon jetzt und vor<br />

allem in Zukunft erfüllen müssen.<br />

Den Blick in die Zukunft richtet auch die<br />

VKU-Lösungstour „Abfalllogistik 2035“. „Abfalllogistik<br />

wird eine entscheidende Rolle<br />

im Ressourcenmanagement spielen, indem<br />

sie Abfall minimiert, wertvolle Ressourcen<br />

erhält und somit die Umweltauswirkungen<br />

verringert“, ist sich Hasenkamp sicher. Nach<br />

einem Vortrag werden die Messebesucher<br />

zu ausgewählten VKU-Mitgliedsunternehmen<br />

geführt, wo sie mehr über die aktuellen<br />

Entwicklungen erfahren.<br />

und Batterielösungen sowie der Aufbau der<br />

erforderlichen Ladeinfrastruktur zentrale<br />

Themen“, sagt Burkard Oppmann, Präsident<br />

des Verbands der Arbeitsgeräte- und<br />

Kommunalfahrzeug-Industrie e. V. (VAK). Zu<br />

diesen und weiteren Themen wird der VAK<br />

auf der IFAT Munich <strong>2024</strong> erstmals an jedem<br />

Messetag eine 45-minütige Podiumsdiskussion<br />

mit Branchenexperten durchführen.<br />

Dabei wird es unter anderem um eine<br />

emissionsfreie Kommunalfahrzeugindustrie<br />

und Kommunalwirtschaft, die Förderung der<br />

CO 2<br />

-freien Entsorgung und die Berufskraftfahrerqualifikation<br />

gehen.<br />

Zukunftsthema Wasserstoff<br />

Welche Rolle kann der Wasserstoff in der<br />

kommunalen Kreislaufwirtschaft spielen?<br />

Dieser Frage widmet sich eine Spotlight<br />

Area. Dabei wird sich laut deren Organisatoren<br />

– dem DVGW und dem Zentrum Wasserstoff.Bayern<br />

(H2.B) – zeigen: Sowohl bei<br />

der Erzeugung als auch der Nutzung des<br />

klimafreundlichen Energieträgers und seiner<br />

Nebenprodukte gibt es interessante<br />

Anknüpfungspunkte. Zum Beispiel: Die in<br />

Müllheizkraftwerken und Bio gasanlagen gewonnene<br />

Energie kann zur CO 2<br />

-neutralen<br />

Wasserstoffgewinnung dienen. Bei der Elektrolyse<br />

von Wasser entsteht neben Wasserstoff<br />

auch Sauerstoff, mit dem sich Klärbecken<br />

effektiv belüften lassen. Methan aus<br />

der Klärschlammbehandlung oder auch<br />

Kunststoffabfälle lassen sich zu Wasserstoff<br />

sowie landwirtschaftlich oder industriell<br />

nutzbarem Kohlenstoff aufbereiten. Und<br />

dass erste Müllsammelfahrzeuge schon mit<br />

Wasserstoff fahren, wurde ja im Vorangegangenen<br />

bereits erwähnt.<br />

Messe München<br />

www.ifat.de<br />

Problemlöser für<br />

die Prozess- und<br />

Abwassertechnik<br />

www.eggerpumps.com<br />

Turo ® Freistrom-Pumpe T und TA<br />

Für die verstopfungsfreie Förderung<br />

von Abwässern mit Fasern, für Dickstoffe<br />

und Schlämme sowie für empfindliche<br />

Strukturen in der chemischen<br />

Industrie.<br />

Iris ® Blendenregulierschieber IBS<br />

Für Energie sparende, hochpräzise<br />

Regulierung von Belebungsluft,<br />

Gasen oder Flüssigkeiten bei<br />

maximalen Durchflusswerten.<br />

Saubere Antriebe für Kommunalfahrzeuge<br />

„Bei den Kommunalfahrzeugen und -geräten<br />

sind nach wie vor der Einsatz von alternativen<br />

Antrieben, vor allem Wasserstoff-<br />

SWISS ENGINEERED<br />

PUMPS SINCE 1947<br />

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Emile Egger & Cie SA<br />

Route de Neuchâtel 36<br />

2088 Cressier NE<br />

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Wattstrasse 28<br />

68199 Mannheim<br />

Tel. +49 (0)621 84 213-0


Messen und Events<br />

IVS - INDUSTRIAL VALVE SUMMIT <strong>2024</strong><br />

Der Countdown für den IVS -<br />

INDUSTRIAL VALVE SUMMIT <strong>2024</strong> läuft<br />

Die fünfte Ausgabe des IVS -<br />

Industrial Valve Summit, der wichtigsten<br />

internationalen Veranstaltung<br />

für Referenztechnologien<br />

und Lösungen zur Durchflussregelung,<br />

wird in einem Monat beginnen.<br />

Die von Confindustria Bergamo<br />

und Promoberg organisierte Messe<br />

wird am 15. und 16. Mai <strong>2024</strong> auf<br />

dem Messegelände von Bergamo in<br />

Italien stattfinden.<br />

Während der IVS <strong>2024</strong> werden die<br />

Organisatoren das Angebot mit Nebenveranstaltungen<br />

und Momenten<br />

der Interaktion bereichern und eine<br />

echte „Ventil-Woche“ schaffen, die<br />

den Wachstumsweg der Veranstaltung<br />

fortsetzt. Die IVS beginnt am 14.<br />

Mai mit der Eröffnungszeremonie, gefolgt<br />

von der Öffnung der den Ausstellern<br />

vorbehaltenen Pavillons und<br />

bietet den Protagonisten der Lieferkette<br />

eine wertvolle Gelegenheit, sich<br />

zu treffen und sich auszutauschen.<br />

Die Veranstaltung wird am 15. und<br />

16. Mai mit der Öffnung der Hallen für<br />

das internationale Publikum in vollem<br />

Gange sein, wobei Hunderte von Ausstellern<br />

und Tausende von Fachbesuchern<br />

erwartet werden. Im Anschluss<br />

an die zweitägige Ausstellung haben<br />

ausländische Delegationen am Freitag,<br />

dem 17. Mai, die Möglichkeit, mit<br />

den Protagonisten der erweiterten<br />

Öl- und Gasversorgungskette ins Gespräch<br />

zu kommen. Im Jahr 2022 begrüßte<br />

der Summit 12.000 Besucher<br />

(+12 % gegenüber 2019) aus über 60<br />

Ländern sowie 300 ausstellende Unternehmen<br />

(+17 % gegenüber 2019)<br />

aus 12 Ländern.<br />

Im Laufe der Jahre hat sich der<br />

Summit als ein Ort etabliert, an dem<br />

Veränderungen interpretiert und<br />

die neuesten Innovationen erforscht<br />

werden können, um die Herausforderungen<br />

der Branche herauszufinden<br />

und zu untersuchen. Die IVS <strong>2024</strong><br />

wird das umfangreichste wissenschaftliche<br />

Programm bieten, das jemals<br />

von der Veranstaltung angeboten<br />

wurde. Es wird aus insgesamt 46<br />

Konferenzen, Rundtischgesprächen,<br />

Workshops, Fallstudien und Labors<br />

bestehen. Die Experten, die das Wort<br />

ergreifen werden, werden sich mit<br />

acht Makrothemen befassen: additive<br />

Fertigung; digitale Technologien, die<br />

auf Ventile, Stellantriebe und Durchflussregelungssysteme<br />

angewendet<br />

werden; Dichtungen und flüchtige<br />

Emissionen; Ventil- und Materialdesign<br />

für raue Wetterbedingungen; regulatorische<br />

Standards und Entwicklungen;<br />

Lieferkettenmanagement;<br />

künstliche Intelligenz, die auf mechanisches<br />

Design, Lieferung und Fertigung<br />

angewendet wird; Energiewende<br />

und Kohlenstoffabscheidung und<br />

-speicherung. Ergänzt werden diese<br />

Themen durch Rundtischgespräche<br />

über Wasserstoff, die Analyse von<br />

Markttrends, die Richtlinie zur Nachhaltigkeitsberichterstattung<br />

von Unternehmen<br />

(CSRD), Treibhausgasmanagement<br />

und andere Themen. Die<br />

neueste Version des IVS-Prometeia-<br />

Observatoriums „The Oil&Gas Valve<br />

Industry <strong>2024</strong>“, das unter Mitwirkung<br />

des Forschungsbüros Confindustria<br />

Bergamo entwickelt wurde, wird<br />

ebenfalls auf der Messe vorgestellt.<br />

Foto: IVS - Industrial Valve Summit<br />

Bergamo ist bereit, Tausende von<br />

Menschen aus der ganzen Welt zu<br />

empfangen. Nicht nur dank Gastfreundschaft<br />

und infrastruktureller<br />

Effizienz, sondern auch durch ein Angebot<br />

an Kultur, Netzwerk und Freizeit,<br />

das über die zweitägige Ausstellung<br />

hinausgeht. Bergamo und<br />

Umgebung ist ein strategisches Gravitationszentrum<br />

für die gesamte Branche:<br />

In einem Umkreis von 100 Kilometern<br />

um die Provinz befinden sich<br />

90 % der Unternehmen, die zur industriellen<br />

Ventil-Nutzkette in Italien<br />

beitragen. Ein führendes Gebiet für<br />

die Branche und im nationalen Panorama,<br />

das sich durch Elemente wie<br />

Fertigungskompetenz, Exzellenz auf<br />

den internationalen Märkten und Unternehmenskultur<br />

auszeichnet.<br />

Holen Sie sich Ihren Pass für IVS:<br />

registration.industrialvalvesummit.<br />

com/site/home.xsp<br />

72 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Messen und Events<br />

ACHEMA <strong>2024</strong><br />

ACHEMA <strong>2024</strong>: Vielfältiges Vortragsprogramm<br />

für die Welt der Prozessindustrie<br />

Die ACHEMA <strong>2024</strong> verzahnt erneut<br />

das Vortrags- und Rahmenprogramm<br />

vollständig mit der Ausstellung.<br />

Im Jahr 2022 hatte die ACHEMA<br />

den Kongress und die so genannten<br />

Innovation Stages erstmals in die<br />

Ausstellung integriert. Aufgrund des<br />

positiven Feedbacks wird das Konzept<br />

auch dieses Jahr fortgeführt.<br />

Insgesamt warten in den Vortragssälen<br />

und auf den Bühnen in der<br />

Ausstellung mehr als 750 Beiträge<br />

auf die Besucher.<br />

„Wissenschaft und Industrie im Dialog<br />

ist seit jeher Credo der DECHEMA<br />

und seit der letzten ACHEMA auch<br />

gelebte Praxis im Vortrags- und Kongressprogramm.<br />

Der Erfolg gibt uns<br />

dabei recht: Mit mehr als 20.000<br />

Zuhörern waren die Besucherzahlen<br />

im Jahr 2022 deutlich höher als<br />

bei der ACHEMA 2018, die insgesamt<br />

mehr Teilnehmer hatte“, so Dr.<br />

Andreas Förster, Geschäftsführer des<br />

DECHEMA e. V. und damit Veranstalter<br />

der ACHEMA. Das Kongressprogramm<br />

setzt dieses Jahr Schwerpunkte<br />

in den Themen Wasserstoff,<br />

Nachhaltigkeit, Kreislaufwirtschaft<br />

und Digitalisierung. Auf den sechs<br />

Innovation Stages in der Ausstellung<br />

und in den fünf Highlight-Sessions<br />

des Kongresses greift die ACHEMA<br />

<strong>2024</strong> diese und weitere Top-Themen<br />

der Prozessindustrie auf.<br />

Process Innovation<br />

Auf der GEA Process Innovation<br />

Stage in Halle 9.0 wird es um Themen<br />

wie Elektrifizierung, Flexibilisierung<br />

und Biotechnologisierung von<br />

chemischen Prozessen sowie Beiträge<br />

zu smarten digitalen Technologien<br />

im Anlagenbau und -betrieb gehen.<br />

In der Process Highlight Session „Vorbild<br />

Natur – maximale Ressourceneffizienz<br />

in der chemischen Industrie”<br />

diskutieren Experten die Vision einer<br />

vollständig ressourceneffizienten<br />

chemischen Industrie und deren Umsetzung.<br />

Die Highlight-Session findet<br />

am Freitag, 14. Juni <strong>2024</strong> von 12:00<br />

bis 13:00 Uhr statt.<br />

Pharma Innovation<br />

Die ZETA Pharma Innovation Stage<br />

in Halle 4.1 nimmt neben vielen anderen<br />

Themen rund um Pharmaproduktion<br />

und -verpackung vor allem<br />

die biopharmazeutische Produktion<br />

in den Fokus – ebenfalls Schwerpunkt<br />

der Pharma Highlight Session<br />

am Montag, 10. Juni <strong>2024</strong> von 13:00<br />

bis 14:00 Uhr: Unter dem Titel „Pharmaproduktion<br />

der nächsten Generation<br />

– aktuelle Fortschritte in der<br />

Zell- und Gentherapie“ wird es zum<br />

Auftakt der ACHEMA um die zentrale<br />

und dezentrale Herstellung von Zelltherapeutika<br />

und die aktuellen Herausforderungen<br />

der translationalen<br />

Forschung und der Vermarktung von<br />

Therapien gehen.<br />

Lab Innovation<br />

Der Erfolg im Labor wird mehr denn<br />

je durch die im Labor und an den<br />

Schnittstellen zu Technik und Produktion<br />

eingesetzten Technologien bestimmt.<br />

Darum drehen sich die Beiträge<br />

auf der Lab Innovation Stage in<br />

Halle 12.0. Zusätzlich zur Lab Innovation<br />

Stage gibt es auf der ACHEMA<br />

<strong>2024</strong> eine Aktionsfläche rund um das<br />

digitalisierte, miniaturisierte und automatisierte<br />

Labor der Zukunft. Neben<br />

innovativer Bio analytik und (bio-)<br />

pharmazeutischen Anwendungen<br />

werden auch Nachhaltigkeit sowie<br />

Planung, Bau, Einrichtung und Betrieb<br />

von Laboren intensiv beleuchtet. Letzteres<br />

ist vor allem im SEFA Theatre der<br />

Scien tific Equipment and Furniture<br />

Association ein Schwerpunkt: Auf der<br />

ACHEMA ist es die Anlaufstelle für Laborbetreiber,<br />

Architekten, Anwender<br />

und Experten der Labor-Community,<br />

die sich über die Laboratory-Grade-<br />

Umgebung informieren und einen<br />

Einblick in Erfolgsbeispiele aus aller<br />

Welt erhalten möchten.<br />

Green Innovation<br />

alle Fotos: DECHEMA/ e.V./Hannibal<br />

Die Herausforderung der klimaneutralen<br />

Produktion in der Prozessindustrie,<br />

zirkuläre Wirtschaft, die<br />

Integration von molekularer und industrieller<br />

Biotechnologie, nachhaltige<br />

Innovationen und Investitionen<br />

– das sind die Themen, die im Fokus<br />

der EY Green Innovation Stage in<br />

Halle 6.0 stehen. „Die Chemieindus-<br />

74 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Messen und Events<br />

ACHEMA <strong>2024</strong><br />

trie setzt auf innovative Technologien,<br />

wie die grüne Chemie und Kreislaufwirtschaft,<br />

um die Nachhaltigkeit<br />

zu stärken. Die ACHEMA ist eine wichtige<br />

Plattform, um Branchenexperten<br />

zusammenzubringen, diese Herausforderungen<br />

anzugehen und Innovation<br />

zu fördern“, betont Matthias<br />

Brey, Head of Sustainability Consulting<br />

Europe West bei EY. In der Highlight-Session<br />

„Fossil-freie Produktion<br />

– auf der Suche nach alternativen<br />

Kohlenstoffquellen für die Chemieindustrie”<br />

diskutieren Experten aus<br />

Wissenschaft und Industrie am Donnerstag,<br />

13. Juni <strong>2024</strong> von 13:00 bis<br />

14:00 Uhr, wie eine fossilfreie Produktion<br />

Realität werden kann.<br />

Digital Innovation<br />

Industrie 4.0, Künstliche Intelligenz,<br />

Autonome Systeme, Digitale Zwillinge<br />

und nicht zuletzt auch Cybersecurity:<br />

Die Siemens Digital Innovation<br />

Stage in Halle 11.0 bietet einen umfassenden<br />

und praxisnahen Überblick<br />

über zentrale Digitaltrends und<br />

ihren Einsatz in der Prozessindustrie.<br />

„Für die Prozessindustrie ist die<br />

ACHEMA die zentrale Plattform, auf<br />

der Innovation und praktische Anwendung<br />

zusammentreffen. Wir werden<br />

dort zeigen, wie Siemens die reale<br />

mit der digitalen Welt verbindet,<br />

um eine nachhaltigere Zukunft für<br />

unsere Kunden zu gestalten“, so Axel<br />

Lorenz, CEO Process Automation bei<br />

Siemens.<br />

Die Highlight Session „Künstliche Intelligenz<br />

und autonome Systeme in<br />

der Prozessindustrie” am Mittwoch,<br />

12. Juni <strong>2024</strong> von 13:00 bis 14:00 Uhr<br />

erörtert die Schritte auf dem Weg hin<br />

zu autonomen Systemen und geht<br />

der Frage nach, welche technologischen<br />

und kulturellen Herausforderungen<br />

uns bevorstehen.<br />

Hydrogen Innovation<br />

Die Prozessindustrie steht wie keine<br />

andere Branche für das technologische<br />

Rückgrat einer funktionierenden<br />

Wasserstoffökonomie: Die<br />

Siemens Hydrogen Innovation Stage<br />

in Halle 6.0, die Sonderschau Wasserstoff<br />

sowie zahlreiche weitere Aussteller<br />

auf der ACHEMA präsentieren die<br />

bisherigen Meilensteine der Wasserstoffwirtschaft<br />

sowie künftige Herausforderungen.<br />

In der Highlight Session<br />

„Hyperscaling hydrogen – von Strategiezielen<br />

zur Wirklichkeit” geht es am<br />

Dienstag, 11. Juni <strong>2024</strong> von 13:00 bis<br />

14:00 Uhr um die zentralen Fragen des<br />

Wasserstoffhochlaufs: Was bedeutet<br />

ein Hyperscaling für den Anlagenbau,<br />

seine Zulieferer und die Anwender?<br />

Welche Investitionen und Partnerschaften<br />

brauchen wir für Technologieentwicklung<br />

und Infrastruktur?<br />

Alle Highlight-Sessions finden im Saal<br />

Europa in der Halle 4.0 statt.<br />

Während es in den Kongress-<br />

Sessions vor allem um anwendungsnahe<br />

Forschung und Entwicklung<br />

vom Proof-of-Concept bis an die<br />

Schwelle zum Markteintritt geht, legen<br />

die Vorträge auf den Innovation<br />

Stages in kurzen Präsentationen<br />

den Schwerpunkt auf aktuelle Fragestellungen<br />

aus der Produktion, Best<br />

Practices und Ready-to-use-Technologien<br />

– die Anwendung immer im<br />

Blick. Gemeinsam mit der Ausstellung<br />

und der engen Verzahnung gewinnen<br />

Teilnehmer dadurch eine einzigartige<br />

360-Grad-Perspektive auf<br />

alle Trends und Technologien der<br />

Prozess industrien. Das Vortragsprogramm<br />

ist damit ein wichtiger Grund,<br />

warum auch dieses Jahr wieder Experten<br />

und Anwender aus 130 Ländern<br />

zur ACHEMA nach Frankfurt<br />

kommen werden.<br />

www.achema.de<br />

Flexibel einsetzbare Chemie-Schraubenspindelpumpen von Jung Process Systems<br />

Besuchen Sie uns<br />

Halle 8, Stand F27<br />

Fördern von unterschiedlichen Viskositäten und Drücken mit ein und derselben Pumpe?<br />

Schraubenspindelpumpen der CHEMSPIN Baureihe sind Multitalente für die chemische Industrie.<br />

Ob wässrig, hochviskos, stückig, faserig, korrosiv, abrasiv oder gasbeladen, die Pumpen<br />

zeichnen sich durch höchste Effizienz und Flexibilität aus. Der Kunde kann unterschiedlichste<br />

Produkte, Viskositäten oder Drücke mit nur einer Pumpe fördern.<br />

Durchsätze: bis 300 m 3 /h<br />

Feststoffe:<br />

bis 67 mm<br />

Viskositäten: bis 1.000.000 mPas<br />

Temperaturen: bis 180 °C<br />

Jung Process Systems GmbH Auweg 8 25495 Kummerfeld T. +49 4101 80409-0 E-Mail: sales@jung-process-systems.de


Messen und Events<br />

FILTECH <strong>2024</strong><br />

Filtration und Separation:<br />

Trends für die Prozessindustrie<br />

Bei konstanten Wachstumsraten<br />

überrascht der Weltmarkt für industrielle<br />

Filtration immer wieder mit<br />

Innovationen – das hat sich auch auf<br />

der FILTECH gezeigt. Ein Überblick<br />

über vielversprechende Trends.<br />

Separation und Filtration werden<br />

feiner und genauer, digitaler und intelligenter.<br />

Mit den bestimmenden<br />

Trends vor Auge bereiten sich Akteure<br />

der Branche auf die bedeutendste<br />

Plattform der Branche vor.<br />

Wenn im November <strong>2024</strong> die FILTECH<br />

zu Messe und Kongress einlädt, werden<br />

Experten aus allen Bereichen<br />

sich austauschen, neue Technologien<br />

entdecken und die Zukunft der<br />

Trenntechnik gestalten.<br />

Kernkompetenzen und stets aktuelle<br />

Filtrationstechnologie mit einer Integration<br />

von Überwachung und Optimierung.<br />

Foto: Filtech GmbH<br />

an. Klimabedingungen könnten vermehrt<br />

zu solchen Maßnahmen zwingen,<br />

weshalb Weinbauspezialisten<br />

sich bereits darauf vorbereiten.<br />

Welche Themen werden die Branche<br />

in der nahen Zukunft beschäftigen?<br />

Ein Überblick über anwendungsspezifische<br />

Entwicklungen.<br />

KI: Boost für Erfrischungsgetränke<br />

Künstliche Intelligenz hat enormes<br />

Potenzial für verschiedene Industrien,<br />

einschließlich der Filtration.<br />

Sie ermöglicht Echtzeitüberwachung<br />

und -optimierung von Filtrationssystemen,<br />

verbessert die Effizienz und<br />

minimiert den Energieverbrauch.<br />

Adap tive Systeme passen sich automatisch<br />

an wechselnde Bedingungen<br />

an, während KI-basierte Qualitätskontrolle<br />

die Filtrationsgenauigkeit<br />

und -effizienz erhöht.<br />

Filtration as a Service<br />

Filtration as a Service (FaaS) ist ein<br />

neues Konzept für den geschäftlichen<br />

Umgang mit Filtrationstechnologie:<br />

Statt Filterelemente buchen Betreiber<br />

Durchsätze. Unternehmen können<br />

bedarfsgerecht Filtrationsdienste<br />

nutzen, ohne sich mit Ausrüstungsinvestitionen<br />

oder Wartung zu beschäftigen.<br />

FaaS ermöglicht den Fokus auf<br />

Pharmaproduktion: sichere<br />

Produkte durch aktivkohlehaltige<br />

Filtermedien<br />

In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie<br />

steigen die Anforderungen<br />

an Filtration besonders stark. Zunehmend<br />

kommt Aktivkohle zum Einsatz,<br />

um unerwünschte Nebenprodukte,<br />

Verfärbungen und Gerüche zu entfernen.<br />

Zwei Trends sind erkennbar:<br />

Produkte in Pulverform und Filterschichten<br />

mit gebundener Aktivkohle,<br />

die noch höhere Sicherheit und Reinheit<br />

bieten.<br />

Wein: Filtrationsprobleme durch<br />

Botrytis- und Oidium-belastetes<br />

Lesegut<br />

Das Weinjahr 2023 brachte für Produzenten<br />

verschiedene Herausforderungen<br />

wie Überangebote in<br />

verschiedenen Regionen und klimatische<br />

Extreme. Die Filtrierbarkeit des<br />

Weins wird beeinträchtigt durch unklare<br />

Jungweine und verblockende<br />

Filter, insbesondere bei botrytisoder<br />

oidiumbefallenem Lesegut. Filtrationsspezialisten<br />

bieten dafür Lösungen<br />

wie Enzyme und Labortests<br />

Lebensmittel: strengere Vorschriften<br />

durch bessere Prüfverfahren<br />

Die steigende Präzision in der Lebensmittelprüfung<br />

erhöht die Ansprüche<br />

an Filtration. Systeme müssen<br />

höhere Standards erfüllen und<br />

regelmäßig überwacht und gewartet<br />

werden. Feinfiltrationstechnologien<br />

wie Membran- oder Nanofiltration<br />

werden gefragter, denn sie entfernen<br />

auch kleinste Verunreinigungen.<br />

Innovative Lösungen für komplexe<br />

Prozesse<br />

Trenntechnik ist vielfältig. In allen Bereichen<br />

ist der Markt für Filtration und<br />

Separation auf Wachstum und Wandel<br />

vorbereitet. Da die Unternehmen<br />

die Bedeutung der Filtration für die<br />

Aufrechterhaltung der Produktqualität<br />

und der Umweltverantwortung<br />

erkennen, wird die Nachfrage nach<br />

modernen Filtrationslösungen weiter<br />

steigen. Auf der FILTECH erhalten Teilnehmer<br />

Lösungen, die jede Anforderung<br />

erfüllen können – heute und in<br />

Zukunft.<br />

www.filtech.de<br />

76 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Messen und Events<br />

VALVE WORLD EXPO <strong>2024</strong><br />

VALVE WORLD EXPO <strong>2024</strong> in Düsseldorf<br />

Branche reagiert auf wirtschaftspolitische<br />

Herausforderungen<br />

Wasserstoff scheint in aller Munde,<br />

doch wie gehen die Schlüsseltechnologiebranchen<br />

der Industriearmaturen<br />

und Ventile damit um?<br />

Wie können vorhandene Gasleitungen<br />

kosteneffizient umgerüstet<br />

werden, wann werden genug neue<br />

Leitungen produziert und flächendeckend<br />

eingesetzt und wird die Herstellung<br />

von Wasserstoff in Zukunft<br />

günstiger? Wo sind die Fachkräfte, die<br />

die Leitungen bauen und befüllen?<br />

Fragen über Fragen an eine Industrie,<br />

die sich in schnellem Wandel<br />

befindet. Welche Innovationen die<br />

Branche für den Energiewandel bereit<br />

hält, zeigen die aktuell 327 Aussteller<br />

aus 29 Ländern auf der VALVE<br />

WORLD EXPO mit begleitender Conference<br />

vom 3. bis 5. Dezember <strong>2024</strong><br />

in Düsseldorf.<br />

Das Messeangebot der Nr. 1-Fachmesse<br />

für Industriearmaturen reicht<br />

von mächtigen Maschinen und Anlagen<br />

bis hin zu winzigen Spezialventilen<br />

und bildet damit die gesamte<br />

Wertschöpfungskette im Bereich Industriearmaturen<br />

ab.<br />

Dass die Branche fest an ihre Leitmesse<br />

als Innovationstreiber und internationale<br />

Community-Plattform glaubt, zeigt<br />

der überzeugende Zwischenanmeldestand.<br />

Neben deutschen Unternehmen<br />

zeigen wieder Aussteller aus Italien,<br />

Spanien, UK, der Türkei, den USA,<br />

Indien und China Flagge in Düsseldorf.<br />

Hier trifft sich die Branche alle zwei<br />

Jahre zum internationalen Industriearmaturen-Gipfel,<br />

tauscht Innovationen,<br />

Trends und Lösungen aus.<br />

„Düsseldorf als Hot-Spot der Industriearmaturenbranchen<br />

- mit einer<br />

hochkarätig besetzten Conference,<br />

den Valve Star Awards und den nachhaltigen<br />

ecoMetal trails - ein unbedingtes<br />

Muss für die Performer der<br />

Branche“, verspricht der Director der<br />

Messe Düsseldorf. Gemeinsam mit<br />

seinem Team blickt er gespannt Richtung<br />

Messestart am 3. Dezember.<br />

Auch <strong>2024</strong> flankiert die ecoMetals-<br />

Kampagne der Messe Düsseldorf die<br />

VALVE WORLD EXPO. Über einen QR-<br />

Code können Besucher selbst entscheiden,<br />

wann sie ihre Tour zu den<br />

Ausstellern an den Ständen planen,<br />

um live am Stand zu erfahren, wie<br />

nachhaltig die Unternehmen in ihren<br />

Werken produzieren.<br />

Nach erfolgreicher Premiere 2022<br />

werden auch <strong>2024</strong> wieder die Valve<br />

Star Awards für besonders innovative<br />

Unternehmen und deren Produkte<br />

verliehen. Organisiert vom Vulkan-<br />

Verlag, können Aussteller vor Messestart<br />

ihre Produkte in einem Steckbrief<br />

einreichen und so zur Teilnahme<br />

an den Valve Star Awards nominieren.<br />

Per online-Voting kann dann abgestimmt<br />

werden. Die Sieger werden<br />

während der Messelaufzeit in Düsseldorf<br />

in den vier Kategorien Armaturen,<br />

Antriebe, Dichtungstechnik<br />

und der Sonderkategorie Industrie<br />

4.0/Automatisierung ausgezeichnet.<br />

alle Fotos: Messe Düsseldorf/tillmann<br />

www.valveworldexpo.de<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

77


Messen und Events<br />

DIAM & DDM 2025<br />

DIAM & DDM – Nachtrag eines erfolgreichen<br />

Jubiläumsjahres 2023 & Vorschau 2025<br />

Das Jahr 2023 war für die Veranstalter<br />

der DIAM & DDM ein ganz besonders.<br />

Denn neben den beiden<br />

Präsenzveranstaltungen in Leipzig/<br />

Schkeuditz und Bochum wurde zudem<br />

das 10-jährige Bestehen der<br />

Fachmesse gefeiert. Seit Gründung<br />

der damals alleinstehenden DIAM<br />

waren dies die Veranstaltungen<br />

Nummer 10 und 11, die im vergangenen<br />

Jahr durchgeführt wurden.<br />

Mit der 6. Auflage am Premierenstandort<br />

in der Bochumer Jahrhunderthalle<br />

fand dieses besondere<br />

Jahr einen erfolgreichen Abschluss.<br />

„Wir sind sehr stolz, dass es uns seit<br />

mehr als 10 Jahren gibt und wir die<br />

DIAM & DDM gemeinsam mit unseren<br />

Ausstellern zum größten nationalen<br />

Branchentreff für Industriearmaturen<br />

& Dichtungstechnik<br />

entwickeln konnten. Unsere 6. Ausgabe<br />

am Standort Bochum war wie in<br />

der Vergangenheit wieder eine sehr<br />

gute Präsenzveranstaltung. Wir sind<br />

hochzufrieden!“, resümierten Malte<br />

Theuerkauf und Kevin Hildach. Es<br />

fanden sich knapp 150 ausstellende<br />

Firmen in der Jahrhunderthalle ein.<br />

Die Freude der Aussteller, sich wieder<br />

zum altbekannten „Familientreffen“<br />

einzufinden, war sichtlich erkennbar.<br />

Die Zufriedenheit der Veranstalter<br />

spiegelt sich ebenfalls im Statement<br />

vom Premium-Partner aus dem Jahr<br />

2023 wider: „Wir als SAMSON AG<br />

haben die DIAM & DDM als Premium-Partner<br />

unterstützt, um das erfolgreiche<br />

Format dieser wichtigen<br />

Branchenmesse mit in die Zukunft<br />

zu begleiten. Für uns war die DIAM &<br />

DDM sehr erfolgreich und wir freuen<br />

uns schon jetzt auf innovative Veranstaltungen<br />

im Jahr 2025!“<br />

In Zukunft werden die Organisatoren<br />

des größten nationalen Branchentreffs<br />

für Industriearmaturen und<br />

Dichtungstechnik weiterhin an ihrem<br />

bewährten Konzept festhalten und<br />

weitere Stellschrauben zum Ausbau<br />

des Erfolgs der Fachmesse drehen.<br />

Die nächsten DIAM & DDM-Fachmessen<br />

sind am 02./03. April 2025<br />

in Leipzig/Schkeuditz und am 12./13.<br />

November 2025 in der Jahrhunderthalle<br />

Bochum.<br />

Die Termine:<br />

GLOBANA Trade Center<br />

Leipzig/Schkeuditz<br />

02./03. April 2025<br />

Jahrhunderthalle Bochum<br />

12./13. November 2025<br />

Öffnungszeiten:<br />

1. Messetag von 09:00–17:00 Uhr<br />

2. Messetag von 09:00–16:00 Uhr<br />

www.diam-ddm.de<br />

78 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Save<br />

the<br />

Date<br />

Industriearmaturen &<br />

Dichtungstechnik<br />

/ 02. - 03. April 2025<br />

/ Globana Eventhallen<br />

Leipzig/Schkeuditz<br />

/ 12. - 13. November 2025<br />

/ Jahrhunderthalle Bochum<br />

DIAM-DDM.DE


Kompressoren und Systeme<br />

Maschinenraumbelüftung<br />

Maschinenraumbelüftung<br />

Damit den Aggregaten nicht die Luft ausgeht<br />

Der Maschinenraum -<br />

Das unbeachtete Stiefkind<br />

Verdichter, Gebläse und Turbos sind<br />

das Herzstück unzähliger Prozesse<br />

weltweit. Sie werden in der Regel<br />

auf höchste Effizienz und maximale<br />

Ener gieeinsparungen ausgelegt und<br />

sorgen so für Kostensenkungen und<br />

reduzierte CO 2<br />

-Emissionen. Doch<br />

von 100 Prozent eingesetzter Energie<br />

gehen typischerweise 15 Prozent<br />

an Verlusten in einem schlecht gestalteten<br />

Maschinenraum verloren –<br />

thermische Verluste durch die Wärmeabstrahlung<br />

der Aggregate sowie<br />

mechanische Verluste durch entstehenden<br />

Unterdruck im Maschinenaufstellraum<br />

und Ansaugverluste.<br />

Für einen möglichst wirtschaftlichen<br />

Betrieb ist es daher unerlässlich, den<br />

Maschinenraum in das Effizienzkonzept<br />

miteinzubeziehen. Die Raumbelüftung<br />

spielt dabei eine zentrale Rolle,<br />

denn Luftdruck und Temperatur<br />

im Aufstellraum der Maschinen sind<br />

von entscheidender Bedeutung für<br />

einen effizienten Betrieb. Oder kurz<br />

gesagt: Ohne eine professionelle Maschinenraumbelüftung<br />

lösen Anwender<br />

ihr Geld im wahrsten Sinne des<br />

Wortes in Luft auf.<br />

Es ist noch viel Luft nach oben<br />

Die Maschinenraumbelüftung steht<br />

selten oben auf der Prioritätenliste.<br />

Ein großer Fehler. Stimmen die Umgebungsbedingungen<br />

im Aufstellraum<br />

nicht, müssen die Gebläse und Verdichter<br />

mehr leisten beziehungsweise<br />

länger laufen, um die geforderte Leistung<br />

zu erzielen. Anlagenbetreibern<br />

ist oft gar nicht bewusst, wie sehr sie<br />

mit einer unzureichenden Belüftung<br />

der Aufstellräume die Effizienzvorteile<br />

ihrer Aggregate konterkarieren. Dabei<br />

sind die Verluste durch zu hohe Temperaturen<br />

und/oder falschen Luftdruck<br />

eklatant. Da kommen schnell<br />

mehrere Zehntausend Euro pro Jahr<br />

zusammen.<br />

Die Folgen einer unzureichenden<br />

Raumbelüftung:<br />

– Höherer Energiebedarf der<br />

Aggregate<br />

– Schnellerer Verschleiß der<br />

Anlagenkomponenten<br />

– Geringere Lebensdauer der<br />

Maschine<br />

– Ungehinderte Schallausbreitung<br />

Luftdruck, Temperatur und Schall -<br />

Die Werte müssen stimmen<br />

Es ist völlig unerheblich, woher die<br />

Aggregate ihre Ansaugluft beziehen.<br />

Wichtig ist, dass davon ausreichend<br />

in der richtigen Temperatur vorhanden<br />

ist. Klingt banal, ist aber keineswegs<br />

trivial.<br />

Ohne Nachschub geht den<br />

Maschinen die Luft aus<br />

AERZEN Aggregate arbeiten nach<br />

dem Verdrängungsprinzip (Verdichter<br />

mit innerer Verdichtung, Gebläse<br />

ohne) und sind so genannte Zwangsförderer.<br />

Das bedeutet: Sie entnehmen<br />

ihrer Umgebung Luft – und zwar<br />

kontinuierlich. Kann keine oder zu<br />

wenig Luft nachströmen, fehlt Luft<br />

im Raum. Es entsteht ein Unterdruck.<br />

Das kann so weit gehen, dass sich Türen<br />

nicht mehr öffnen lassen. So wirkt<br />

bei einem 2 m 2 großen Türblatt und<br />

25 mbar Unterdruck im Raum eine<br />

Druckkraft von 5.000 N auf die Tür.<br />

Das entspricht ca. 510 kg. Personen,<br />

die sich im Maschinenraum aufhalten,<br />

könnten diesen dann mehr nicht<br />

verlassen – eine Gefahrensituation.<br />

Zusätzlich kommt es zu Effizienzverlusten<br />

bei den Maschinen. Mit<br />

abfallendem Luftdruck nimmt die<br />

Dichte der Luft ab und die Gebläse<br />

(Verdichter) müssen zum Erreichen<br />

der vorgesehenen Performance ihre<br />

Leistungsaufnahme erhöhen. Bei Anwendungen<br />

mit einer Druckdifferenz<br />

von 500 mbar bedeutet das schnell<br />

einen Anstieg von 10 Prozent in der<br />

Leistung.<br />

Prozesslufterzeuger mögen‘s kühl<br />

Bei der Komprimierung von Luft entsteht<br />

prozessbedingt viel Wärme – sowohl<br />

im erzeugten Luftstrom als auch<br />

unter der Schallhaube durch die Abwärme<br />

des Motors, Schalldämpfers<br />

und Kompressors. Wird diese Abwärme<br />

nicht aus dem Raum nach draußen<br />

geführt, kann die Raumtemperatur<br />

auf unzulässige Werte steigen.<br />

In der Folge können die Aggregate<br />

80 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Kompressoren und Systeme<br />

Maschinenraumbelüftung<br />

überhitzen, was zu Wirkungsgradverlusten,<br />

schnellerem Verschleiß und<br />

einer geringeren Lebensdauer führt –<br />

bis hin zu einem akuten (Total-)Schaden.<br />

Dieser Effekt tritt bei allen Maschinentechnologien<br />

auf, jedoch in<br />

unterschiedlicher Ausprägung. Bei<br />

Drehkolbengebläsen, die in der Pneumatik<br />

und Abwassertechnik sehr verbreitet<br />

sind, ist die Wärmeentwicklung<br />

besonders stark. Daher werden<br />

diese zunehmend durch Drehkolbenverdichter<br />

und Turbos ersetzt,<br />

die eine höhere Energieeffizienz und<br />

eine geringere Wärmeabstrahlung<br />

mitbringen.<br />

bauen, könnte durch den Schallschutz<br />

zu wenig Außenluft ins Innere<br />

nachströmen. Den Aggregaten würde<br />

aufgrund mangelnden Nachschubs<br />

buchstäblich die Luft ausgehen. Auch<br />

eine Ansaugung der Maschinen über<br />

Rohrleitung, also direkt von außen,<br />

kann Nachteile mit sich bringen, da<br />

man das Ansauggeräusch annähernd<br />

direkt nach außen verlagert.<br />

Zusätzliche Problematik in<br />

der Pneumatik<br />

Bei der pneumatischen Förderung<br />

von sensiblen Medien in der Lebensmittelindustrie<br />

– beispielsweise<br />

Zucker, Kakaopulver o.ä. – müssen<br />

bestimmte Temperaturbereiche eingehalten<br />

werden. Ist die Förderluft<br />

zu warm, wird das Fördermaterial<br />

geschädigt. Sollen also empfindliche<br />

Produkte gefördert werden, müssen<br />

Anwender dafür sorgen, dass<br />

die Ansaugluft kühl ist. Je höher die<br />

Ansaugtemperatur, umso höher ist<br />

die Verdichtungs-Endtemperatur. Als<br />

Faustregel gilt: Pro 100 mbar mehr<br />

Druck im Verdichtungsprozess, steigt<br />

die Temperatur auf der Austrittseite<br />

um 10 Kelvin an. Bei einem Förderdruck<br />

von 500 mbar und einer Raumtemperatur<br />

von 20 Grad ergibt sich<br />

damit eine Austrittstemperatur von<br />

70 Grad (20 Grad Ansaugtemperatur<br />

plus 50 Grad Temperaturerhöhung<br />

durch den Verdichtungsprozess).<br />

Abkühlung der Förderluft und damit<br />

unter Umständen zur Unterschreitung<br />

des Drucktaupunkts. Wird der<br />

Drucktaupunkt unterschritten, fällt<br />

Wasser ab. Das Temperaturmanagement<br />

ist also von entscheidender Bedeutung<br />

für die Effizienz und Qualität<br />

der Förderprozesse.<br />

Die größten Effizienzsünden -<br />

Kosten ohne Nutzen<br />

Bei unzureichend dimensionierten<br />

Zu- und Abluftwegen und/oder zu<br />

hohen Innentemperaturen müssen<br />

die Aggregate ihre Leistung erhöhen,<br />

um die notwendige Menge an<br />

Prozessluft zur Verfügung stellen zu<br />

können. Diese Abstriche beim Wirkungsgrad<br />

summieren sich am Ende<br />

des Tages zu einem eklatanten Verlust<br />

an Energieeffizienz und damit<br />

zu steigenden Stromkosten. Wie der<br />

Maschinenraum gestaltet ist, ist also<br />

nicht unerheblich für die Effizienz<br />

der Prozess- und Drucklufterzeuger.<br />

Die Knackpunkte sind vor allem ein<br />

ausreichender Volumenstrom, der<br />

richtige Luftdruck, die wirksame Begrenzung<br />

der Temperatur im Aufstellraum<br />

sowie die Ausrichtung des<br />

Raums bzw. Gebäudes nach der Himmelsrichtung.<br />

Folgende Fehler sollten vermieden<br />

werden:<br />

Laut statt warm? Keine gute Idee.<br />

Wer im täglichen Betrieb meint, zur<br />

Innenklimaverbesserung einfach die<br />

Tür oder das Fenster eines Maschinenraums<br />

zu öffnen, hat die Rechnung<br />

ohne den Schall gemacht. Denn<br />

durch die Öffnungen kann der Schall<br />

ungehindert nach draußen – ein unerwünschter<br />

Nebeneffekt, der die<br />

Einhaltung von Arbeits- und Lärmschutzvorgaben<br />

erschwert. Das andere<br />

Extrem ist ebenso wenig zielführend.<br />

Würde bei der Konzeption des<br />

Maschinenraums der Schwerpunkt<br />

ausschließlich darauf liegen, die äußere<br />

Hülle möglichst schalldicht zu<br />

je 100 mbar mehr Druck = 10 Kelvin<br />

wärmere Förderluft<br />

Ist die Austrittstemperatur zu warm<br />

für das Fördermedium, muss die Förderluft<br />

heruntergekühlt werden. Bei<br />

Gebläsen bis 1.000 mbar geschieht<br />

dies auf der Ansaugseite. Von Vorteil<br />

ist dabei, dass Ansaugkühlungen die<br />

Luft in der Regel vortrocknen.<br />

Bei Schraubenverdichtern empfiehlt<br />

sich dagegen eine Kühlung<br />

auf der Druckseite. Aufgrund der<br />

höheren Drücke werden Verdichtungstemperaturen<br />

von ca. 200 Grad<br />

erreicht. Ohne Druckverluste durch<br />

Nachkühler, Kondensatableiter und<br />

gegebenenfalls Trockner zum Trocknen<br />

der heruntergekühlten Luft geht<br />

es dabei allerdings nicht. Bei längeren<br />

Förderwegen kommt es durch Konvektion<br />

an der Rohrleitung zudem zur<br />

– Zu enge Belüftungsöffnungen<br />

– Zugestellte Belüftungsgitter<br />

– Zu hohe Innentemperaturen<br />

– Zu warme Ansaugluft<br />

– Verstopfte Filtermatten<br />

– Schallschutzkonzept ohne Berücksichtigung<br />

einer ausreichenden<br />

Luftzufuhr (Gefahr von Unterdruck)<br />

– Geöffnete Maschinenraumtüren<br />

(Stichwort Schallemissionen)<br />

– Frequenzumrichter im Maschinenraum<br />

(= Wärmequelle)<br />

Die Folgen einer mangelhaften bzw.<br />

nicht vorhandenen Maschinenraumbelüftung<br />

sind Verluste – Verluste<br />

im Wirkungsgrad, Verluste bei der<br />

Lebensdauer der Aggregate, Verluste<br />

in der Versorgung der pneumatischen<br />

Förderanlage und Verluste in<br />

den Finanzen.<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

81


Kompressoren und Systeme<br />

Maschinenraumbelüftung<br />

Maschinenraumbelüftung sollte daher<br />

ausschließlich von Profis durchgeführt<br />

werden. Eine erste Hilfestellung<br />

für die Planung und Optimierung<br />

bietet der Raumbelüftungsrechner<br />

von AERZEN. Planungsbüros und Anlagenbauer<br />

können in dem online<br />

verfügbaren Tool vorhandene Werte<br />

wie Motorleistung, Umgebungstemperatur,<br />

Volumenstrom, Strömungsgeschwindigkeit<br />

und Aufstellhöhe<br />

sowie weitere relevante Daten eingeben<br />

– damit errechnet der Raumbelüftungsrechner<br />

automatisiert die<br />

notwendige Raumbelüftung.<br />

In einem schlecht gestalteten Maschinenraum<br />

müssen die Gebläse und<br />

Verdichter typischerweise 15 Prozent<br />

mehr leisten, um die geforderte<br />

Menge an Prozessluft zur Verfügung<br />

stellen zu können.<br />

Die optimale Raumbelüftung - Die<br />

Wärme muss raus, der Schall bleibt<br />

drinnen<br />

Kulissenschalldämpfer für die<br />

Zu- und Abluftseite<br />

Die Hauptarbeit übernehmen Zuund<br />

Abluftkulissenschalldämpfer.<br />

Sie sorgen dafür, dass ausreichend<br />

Luft für die Verdichtung vorhanden<br />

ist, der Raum sich nicht aufheizt und<br />

die Schallemissionen die Grenzwerte<br />

nicht überschreiten. Die Kulissen im<br />

Inneren sind so konzipiert, dass sie<br />

effektiv den Schall mindern und wenig<br />

Strömungswiderstand erzeugen,<br />

damit die Aggregate im Maschinenhaus<br />

keinen Unterdruck ziehen. Kom-<br />

Egal ob Ansaugung von Kühl- und/<br />

oder Förderluft direkt aus dem Maschinenraum<br />

oder von draußen über<br />

eine separate Rohrleitung: Für alle<br />

Ansaugarten wird eine ausreichend<br />

dimensionierte Raumbelüftung benötigt.<br />

Die Maschinenraumbelüftung<br />

erfüllt dabei drei Funktionen: Zuführen<br />

von Förderluft, Regulierung der<br />

Temperatur und Lärmschutz.<br />

Eine Kunst für sich<br />

Bei der Berechnung, Auslegung und<br />

Umsetzung der idealen Maschinenraumbelüftung<br />

sind eine Vielzahl an<br />

Faktoren zu berücksichtigen – angefangen<br />

von den Leistungsdaten der<br />

Aggregate über die geografischen<br />

Rahmenbedingungen bis hin zur optimalen<br />

Position der Zu- und Abluftkulissen<br />

im Raum. Die Auslegung der<br />

Optimalerweise werden die Zu- und die Abluftkulisse im Maschinenraum so platziert, dass<br />

der Innenraum möglichst diagonal durchströmt wird.<br />

plettiert wird die Zuluftkulisse von<br />

einem Wetterschutzgitter, das auch<br />

Vögel und Laub daran hindert, in den<br />

Ansaugkanal zu geraten.<br />

Funktionen der Maschinenraumbelüftung:<br />

- Zuführen von Förderluft<br />

- Regulierung der Temperatur<br />

- Lärmschutz<br />

Von Norden nach Süden<br />

Die Abluftkulisse hat vor allem die<br />

Aufgabe, überschüssige Wärme nach<br />

außen zu leiten. Sie ist in der Regel<br />

nur halb so groß wie die Zuluftkulisse<br />

und sollte im Maschinenraum – im<br />

Verhältnis zur Zuluftkulisse – so platziert<br />

werden, dass der Innenraum<br />

möglichst diagonal durchströmt wird.<br />

Für die Abluft gilt in puncto Schallemissionen<br />

das gleiche, wie bei der Zu-<br />

82 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Kompressoren und Systeme<br />

Maschinenraumbelüftung<br />

luft: Die Wärme muss raus, der Schall<br />

bleibt drinnen. Die Abluftkulissen sind<br />

daher mit Schalldämpferelementen<br />

ausgestattet und sorgen mit Abluftventilatoren<br />

dafür, dass die warme<br />

Luft schnell den Raum verlässt. Die<br />

Abluftventilatoren sind sinnvollerweise<br />

in Deckenhöhe montiert, da hier<br />

die Luft am wärmsten ist.<br />

Auch die Himmelsrichtungen spielen<br />

eine Rolle. So liegt die Zuluft auf<br />

der Nordhalbkugel idealerweise im<br />

Norden, da die Luft dort kälter ist und<br />

dementsprechend über eine höhere<br />

Dichte verfügt. Die Abluft wird optimalerweise<br />

nach Süden ausgerichtet.<br />

Jalousieklappen gegen die Kälte<br />

Mit optionalen Jalousieklappen lassen<br />

sich die Zu- und Abluftkulissen<br />

schließen und öffnen – entweder manuell<br />

per Handsteuerung oder automatisiert<br />

mittels Thermostats und<br />

Schaltgeräts. Das ist für den Einsatz<br />

bei kalten Außentemperaturen sinnvoll.<br />

Herrschen draußen Minusgrade,<br />

ist es weder erwünscht, dass Wärme<br />

den Raum verlässt, noch dass Kälte<br />

in den Raum hineingelangt. Durch<br />

bedarfsgerechtes Schließen und Öffnen<br />

der Zu- und Abluftkulissen mittels<br />

Jalousieklappen lässt sich beides<br />

verhindern und dennoch eine gute<br />

Raumbelüftung sicherstellen.<br />

des Ansaugfilters empfiehlt sich ein<br />

Wechselturnus von zwei Monaten. Es<br />

reicht nicht, den verstopften Filter mit<br />

Druckluft auszublasen. Zugesetzte<br />

Filter sorgen schnell für einen Druckwiderstand<br />

von 25 und mehr Millibar.<br />

Bei einer durchschnittlichen Anlage<br />

mit vier Gebläsen mit jeweils 37 kW<br />

Motorleistung, insgesamt 6.900 Betriebsstunden<br />

jährlich und 40 Cent<br />

pro Kilowattstunde würde allein der<br />

verstopfte Ansaugfilter von den Gebläsen<br />

fünf Prozent mehr Leistung<br />

abfordern. Das sind mehr als 20.000<br />

Euro im Jahr. Ein häufiger Wechsel<br />

der Ansaugfilter lohnt sich also und<br />

spart zudem Kosten.<br />

Effizienzpotentiale heben<br />

Zusammenfassend lässt sich festhalten:<br />

Jeder Abstrich beim Wirkungsgrad<br />

– und wenn er nur wenige<br />

Prozentpunkte beträgt – wirkt sich<br />

negativ auf die Energiebilanz aus und<br />

erhöht damit die Stromkosten. Damit<br />

der Maschinenraum nicht zum Effizienzkiller<br />

wird, sollten Kriterien wie<br />

eine ausreichende Luftzufuhr, eine<br />

kühle Ansaugtemperatur, ein optimaler<br />

Luftdruck, die Ausrichtung der Zuund<br />

Abluft nach Himmelsrichtung sowie<br />

eine regelmäßige Filterreinigung<br />

nicht außer Acht gelassen werden.<br />

Regelmäßige Filterwechsel<br />

zahlen sich aus<br />

Normalerweise wird der Filter einmal<br />

im Jahr gewechselt. Das ist in den<br />

meisten Fällen zu selten. Angesichts<br />

der immensen Effizienz- und Kostenverluste<br />

durch Filterverschmutzung<br />

Maschinenraum mit Belüftung Südseite und Nordseite<br />

So sieht die ideale Maschinenraumbelüftung<br />

aus:<br />

– Ausreichend dimensionierte Belüftungsöffnungen<br />

– Auf der Nordhalbkugel: Ausrichtung<br />

der Zuluft nach Norden (kältere<br />

Luft mit höherer Dichte) und<br />

der Abluft nach Süden<br />

– Raum wird diagonal durchströmt<br />

– Einsatz von Kulissenschalldämpfern<br />

auf der Zu- und der<br />

Abluftseite<br />

– Abluftventilatoren in Deckenhöhe<br />

(dort ist die Luft am wärmsten)<br />

– Jalousieklappen für den Einsatz bei<br />

kalten Außentemperaturen<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

83


Kompressoren und Systeme<br />

Maschinenraumbelüftung<br />

(mit Handverstellung oder<br />

automatisiert)<br />

– Regelmäßige Wartung der Ansaugfilter<br />

Rechenbeispiel: Verluste durch eine unzureichende Raumbelüftung<br />

Einmal investieren, immer<br />

profitieren - Moderne Belüftungskonzepte<br />

machen den Unterschied<br />

Hohe Energiekosten, zunehmende<br />

Ressourcenknappheit, fortschreitendes<br />

Umweltbewusstsein und erhöhter<br />

Kostendruck zwingen Unternehmen<br />

und Anlagenbetreiber, ihre Prozesse<br />

zu optimieren und Ressourcen sparsamer<br />

und effizienter zu nutzen. Der<br />

Einsatz hochleistungsfähiger Technologien<br />

und energiesparender Aggregate<br />

ist ein wichtiger Schritt. Der<br />

Schlüssel zu maximaler Energie- und<br />

Kosteneffizienz liegt jedoch in einem<br />

ganzheitlichen Ansatz – und dieser<br />

schließt die optimale Gestaltung des<br />

Aufstellraums der Gebläse, Verdichter<br />

und Turbos mit ein.<br />

Ausgangsituation:<br />

– 4 Aggregate mit einer Motorleistung<br />

von je 37 kW<br />

– 6.900 Betriebsstunden pro Jahr<br />

– 40 ct/kWh Stromkosten<br />

– Anwendung mit einer Druckdifferenz<br />

von 500 mbar bei einem Umgebungsdruck<br />

von 1.000 mbar<br />

(1 bar)<br />

Prozess- und Drucklufterzeugung<br />

prozessbedingt anfallen kann.<br />

Minimale Kosten, maximale Effizienz<br />

Mit nur wenig Aufwand und überschaubarem<br />

finanziellen Investment<br />

lassen sich Effizienzverluste von Gebläsen<br />

und Verdichtern, die aus ungenügenden<br />

Umgebungsbedingungen im<br />

Das nachfolgende Rechenbeispiel<br />

macht deutlich, welche Kosten durch<br />

eine unzureichende Raumbelüftung<br />

entstehen.<br />

Im Anwendungsbeispiel fallen durch<br />

zu hohe Temperaturen, Unterdruck<br />

im Raum und verschmutzte Ansaugfilter<br />

jährlich Kosten in Höhe von ca.<br />

40.848 € an – eine enorme Summe.<br />

Dabei sind diese Kosten absolut vermeidbar.<br />

Bereits einfache Maßnahmen<br />

helfen, diese unnötigen Verluste<br />

zu eliminieren und lösen gleichzeitig<br />

die Schall-Problematik, die bei der<br />

Aufstellraum resultieren, beseitigen.<br />

Verglichen mit den jährlichen Einsparungen<br />

sind die Kosten für die einmalige<br />

Investition in eine Maschinenraumbelüftung<br />

verschwindend gering.<br />

Maschinenfabrik Aerzen GmbH<br />

Aerzen, Deutschland<br />

www.aerzen.com<br />

84 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


PrEMIUM TECHNOLOGIE,<br />

DIE DEN UNTErSCHIED MACHT.<br />

Als einer der Pioniere der Druckluftbranche legen wir Wert darauf, alles selbst zu entwickeln<br />

und zu fertigen. Hochwertige Bauteile sind das eine, doch erst wenn alle <strong>Komponenten</strong><br />

optimal aufeinander abgestimmt sind, kann ein komplexes Druckluftsystem seine volle<br />

Leistung entfalten … und das Energiesparen auf die Spitze treiben. Maßgeschneidert für<br />

Ihren Bedarf, sorgt eine BOGE Anlage von Anfang an für den entscheidenden Effizienzvorsprung.<br />

Mit der Übernahme von INMATEC, Weltmarktführer für Stickstoff- und Sauerstoffgeneratoren,<br />

wollen wir diesen Vorsprung für Sie weiter ausbauen, denn „Excellence<br />

made in Germany“ liegt uns im Blut – seit 1907.<br />

Premium-Kompressoren – hergestellt in Deutschland.<br />

boge.com


Kompressoren und Systeme<br />

Biogasrückeinspeisung<br />

Biogasrückeinspeisung Leoben<br />

Ralf Deichelmann<br />

Die bekannteste österreichische<br />

Biermarke auf dem internationalen<br />

Markt ist das zur Brau Union Österreich<br />

AG gehörende Gösser Bräu.<br />

Die Brauerei im steirischen Leoben<br />

kann auf eine über 1000-jähre Tradition<br />

zurückblicken. Die vom Nonnenstift<br />

Göss gestartete und später<br />

eingestellte Brautätigkeit wurde<br />

1860 vom Bierbrauer Max Kober erfolgreich<br />

reaktiviert.<br />

Heute steht die Farbe Grün im Logo<br />

auch für das Bemühen um eine klimafreundliche<br />

Unternehmenspolitik.<br />

Gösser unternimmt große Anstrengungen,<br />

um die fossilen Energieträger<br />

in der Produktion, Beschaffung<br />

und Auslieferung zu reduzieren. Neben<br />

einer großen Solaranlage und<br />

der Nutzung von Abwärme für den<br />

Brauprozess, bildet vor allem der<br />

Einsatz von selbsterzeugtem Biogas<br />

einen Kernbereich der Nachhaltigkeitsstrategie<br />

des Unternehmens.<br />

Die Versorgung mit Biogas ist ein Gemeinschaftsprojekt<br />

der Brau Union,<br />

des Energieversorgers Energienetze<br />

Steiermark und des Verdichterspezialisten<br />

BAUER KOMPRESSOREN. Das<br />

für den Produktionsprozess genutzte<br />

Biogas wird von der Brau Union in<br />

einer hauseigenen Biogasanlage aus<br />

dem Biertreber, den Reststoffen des<br />

Brauprozesses gewonnen und dann<br />

an „Energienetze Steiermark“ übergeben,<br />

die das erzeugte Rohgas in fertig<br />

verwendbares verdichtetes und gereinigtes<br />

Biomethan verwandelt.<br />

Vor der künftigen Verwendung muss<br />

das frisch gewonnene Rohgas in<br />

einem ersten Schritt zunächst aufbereitet<br />

werden. Es durchläuft dabei<br />

eine so genannte Aminwäsche, in der<br />

das Rohgas von unerwünschten Begleitstoffen<br />

befreit wird.<br />

Abb. 1: Die Gösser Brauerei verwendet von BAUER verdichtetes Biogas<br />

Die Aminwäsche ist ein häufig genutzter<br />

Prozess zur Abtrennung von<br />

Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff<br />

und anderen sauren Gasen aus<br />

Gasgemischen. Die Aminwäsche basiert<br />

auf dem Prinzip der Chemisorption<br />

und erreicht so schon bei relativ<br />

niedrigen Drücken hohe Reinheiten.<br />

Der Druck des Gases beträgt bei der<br />

Zuführung in die Einspeiseanlage nur<br />

wenige Millibar. Vor der Verdichtung<br />

wird die Qualität des aufbereiteten<br />

Biomethans mit einem Gasanalysegerät<br />

in Bezug auf den Methangehalt<br />

und deren Begleitstoffe gemessen,<br />

um die in den Normen festgelegten<br />

Standards einzuhalten.<br />

Abb. 2: Biogasrückverdichterstation von BAUER KOMPRESSOREN als Containerlösung für<br />

den Außeneinsatz<br />

Da die Einspeisung abhängig vom<br />

Bedarf in unterschiedliche Netze erfolgt,<br />

wurden zwei technisch unterschiedliche<br />

Verdichteranlagen<br />

projektiert. Hier kommt die technologieführende<br />

Verdichtertechnik<br />

des Erdgas- und Biogasspezialisten<br />

BAUER KOMPRESSOREN zum Einsatz.<br />

Die erste der beiden Anlagen beinhal-<br />

86 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Kompressoren und Systeme<br />

Biogasrückeinspeisung<br />

tet einen wassergekühlten Schraubenverdichter<br />

des Typs CNK9-55, der<br />

sich durch eine hohe Lieferleistung<br />

bei geringerem Druck auszeichnet.<br />

Dieser speist das fertig aufbereitete<br />

Biomethan in ein 4 Bar Netz ein, das<br />

für den Brauprozess in der Brauerei<br />

verwendet wird.<br />

Abb. 3: Schaltschema Gaseinspeisung Leoben<br />

Abb. 4: Wassergekühlter CNK9-55 Schraubenverdichter<br />

Nach dem Verdichten wird das Biomethan<br />

nochmals mit speziellen<br />

Filtersys temen gereinigt und mittels<br />

eines Kälteaggregats auf eine<br />

Gastemperatur von ca. 20°C heruntergekühlt,<br />

da die Leitungen im<br />

Prozess der Brauerei aus temperatursensiblen<br />

PE bestehen. Ist die Abnahme<br />

im Brauprozess zu gering,<br />

wird auf den zweiten Verdichter,<br />

einen wassergekühlten Mitteldruckverdichter<br />

Typ CS23.8-37, vollautomatisch<br />

umgeschaltet. Dieser von<br />

BAUER KOMPRESSOREN entwickelte<br />

Hockdruck Booster erlaubt es, einen<br />

hohen Vordruck zu verarbeiten,<br />

ohne diesen zu reduzieren. Diese Betriebsart<br />

ist besonders energieeffizient<br />

und reduziert den Energiebedarf.<br />

Eine speziell dafür entwickelte Steuerungs-<br />

und Ventiltechnik ermöglicht<br />

hier einen unterbrechungsfreien Betrieb.<br />

Die Einhausung der Verdichter<br />

in geheizten und belüfteten Containern<br />

erlaubt den Betrieb auch unter<br />

stark schwankenden Außenbedingungen.<br />

Mit der Inbetriebnahme der fertig installierten<br />

Anlagen nach finaler Abnahme<br />

hat Gösser Bräu seiner Nachhaltigkeitsstrategie<br />

einen weiteren<br />

wichtigen Baustein hinzufügt.<br />

Autor: Ralf Deichelmann,<br />

Werbung und PR<br />

BAUER KOMPRESSOREN GmbH<br />

München, Deutschland<br />

www.bauer-kompressoren.de<br />

Abb. 5: Wassergekühlter Mitteldruckverdichter des Typs CS23.8-37<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

87


Kompressoren und Systeme<br />

Nachhaltigkeit<br />

Druckluftspezialist engagiert sich fürs Klima und die Kunden<br />

Nachhaltigkeit im Aufwind<br />

Beim Einsatz von Druckluft wird eine<br />

Menge Energie verbraucht. Doch<br />

auch in diesem Bereich wird an der<br />

Ökobilanz gearbeitet. Hersteller wie<br />

BOGE unterstützen ihre Kunden dabei,<br />

Strom und CO 2<br />

einzusparen und<br />

engagieren sich branchenübergreifend<br />

in Projekten, die zum Umweltund<br />

Klimaschutz beitragen.<br />

Kompressoren und Druckluftsystemen<br />

liefert die für den Betrieb der Anlage<br />

notwendige Druckluft. Sie wird<br />

als Instrumentenluft benötigt – etwa<br />

zur Ansteuerung pneumatischer Ventile<br />

– aber auch für die Erzeugung<br />

des Stickstoffs. Der Generator funktioniert<br />

nach dem Pressure-Swing-<br />

Adsorption-Verfahren (PSA) und liefert<br />

Stickstoff mit einer Reinheit von<br />

99,99 Prozent. Darüber hinaus hat<br />

BOGE eine Anlage zur Verdichtung<br />

des aus der Luft gewonnenen Kohlendioxids<br />

entwickelt. „Anders als üblich<br />

wird das CO 2<br />

nicht in einem festen Behälter<br />

gespeichert, sondern in einer<br />

Blase aus gummiertem Gewebe, die<br />

sich bis zum vorgegebenen Füllstand<br />

Eines dieser Vorhaben ist „Haru Oni“<br />

– in der Sprache der Ureinwohner Chiles<br />

bedeutet das „starker Wind“. Davon<br />

gibt es in der südlichsten Region<br />

Chiles mehr als genug. Im Pilotprojekt<br />

„Haru Oni“ soll die Windenergie<br />

genutzt werden, um E-Fuel herzustellen.<br />

Jenen Stoff also, der künftig einen<br />

Teil der Autos, Schiffe und Flugzeuge<br />

sowie unzählige Maschinen antreiben<br />

soll. Unter der Leitung der chilenischen<br />

Projektgesellschaft HIF (Highly Innovative<br />

Fuels) haben sich Unternehmen<br />

aus mehreren Ländern zusammengeschlossen.<br />

Gemeinsames Ziel ist es,<br />

zunächst 130 Kubikmeter des grünen<br />

Kraftstoffs zu produzieren. In einer<br />

zweiten Phase soll die Produktion auf<br />

55.000 und ab 2026 auf 550.000 Kubikmeter<br />

gesteigert werden.<br />

Abb. 1: Im Rahmen des Haru Oni-Projekts hat BOGE eine Anlage zur Verdichtung des aus<br />

der Luft gewonnenen Kohlendioxids entwickelt. Dabei wird das CO 2<br />

in einer Blase aus<br />

gummiertem Gewebe gespeichert, die sich bis zum vorgegebenen Füllstand aufbläht.<br />

(alle Bilder: BOGE)<br />

Der klimaneutrale Kraftstoff wird aus<br />

Wasserstoff und Kohlendioxid gewonnen.<br />

Dazu wird Wasser mithilfe<br />

elektrischer Energie in seine Bestandteile<br />

Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.<br />

Der Wasserstoff wird mit<br />

Kohlendioxid, das direkt aus der Luft<br />

absorbiert und gesammelt wird, zu<br />

einem Synthesegas vermischt. Dieses<br />

wird zu Methanol und schließlich zu<br />

synthetischem Benzin weiterverarbeitet.<br />

Die am Projekt beteiligten Firmen,<br />

darunter Siemens Energy, erproben<br />

dafür diverse neue Verfahren.<br />

Stickstoff mit einer Reinheit von<br />

99,99 Prozent<br />

Mit von der Haru Oni-Partie ist auch<br />

BOGE. Der Bielefelder Hersteller von<br />

Abb. 2: Mit den neuen <strong>Komponenten</strong> für Schraubenkompressoren lassen sich bis zu 94<br />

Prozent der eingesetzten Energie zurückgewinnen.<br />

88 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


Kompressoren und Systeme<br />

Nachhaltigkeit<br />

aufbläht“, erklärt der Senior-Projektleiter bei<br />

BOGE. Viele der im Projekt eingesetzten Anlagen<br />

sind Pilotanlagen, die teilweise zum ersten<br />

Mal betrieben werden und aufeinander<br />

abgestimmt werden müssen.<br />

Mehr Wärme gleich weniger Energie<br />

Erneuerbare Energien aus Wind und Sonne<br />

spielen eine Schlüsselrolle, um die international<br />

vereinbarten Klimaziele zu erreichen.<br />

Doch damit allein wird es kaum gelingen –<br />

vielmehr muss Energie auch weniger verschwendet,<br />

wo immer möglich eingespart<br />

und mehrmals genutzt werden. Deshalb bietet<br />

BOGE seinen Kunden an, einen Teil der bei<br />

der Drucklufterzeugung aufgewandten Energie<br />

zurückzugewinnen und weiter zu verwerten:<br />

Die dabei anfallende Wärme wird nicht<br />

länger in die Umgebung abgegeben, sondern<br />

kann beispielsweise zum Beheizen von<br />

Betriebsbereichen und beim Erwärmen von<br />

Wasser oder Ölen genutzt werden. Mit den<br />

neuen <strong>Komponenten</strong> für Schraubenkompressoren<br />

lassen sich bis zu 94 Prozent der<br />

eingesetzten Energie zurückgewinnen. Da die<br />

entstehende Wärme abgeleitet wird, verringert<br />

sich außerdem der Energieaufwand für<br />

die Kühlung der Kompressoren. Die Investition<br />

amortisiert sich darum in der Regel innerhalb<br />

weniger Monate: ein doppelter Vorteil<br />

für die Umwelt und für das Unternehmen.<br />

Mit Druckluft zu sauberem<br />

Trinkwasser<br />

Neben der Nutzung von regenerativen Energiequellen<br />

und der Einsparung von Prozesswärme<br />

gibt es noch weitere Stellschrauben,<br />

um zum Klimaschutz beizutragen. So<br />

wird beispielsweise dem Thema Trinkwasser<br />

noch größere Aufmerksamkeit als bisher geschenkt,<br />

seit der Klimawandel auch in weiten<br />

Teilen Europas mit Wassermangel einhergeht.<br />

Ein belgischer Versorger unterhält<br />

ein Trinkwassernetz von gut 2.300 Kilo metern<br />

Länge und versorgt damit fast 200.000 Menschen.<br />

Das Wasser stammt aus dem Albert-<br />

Kanal und dem Nete-Kanal sowie dem Stausee<br />

Eekhoven. Da es sich bei ihm um ein<br />

flaches, stehendes Gewässer handelt, entwickeln<br />

sich in den heißen Sommermonaten<br />

dort schnell Blaualgen. Sie verfärben das<br />

Wasser, bilden auf seiner Oberfläche unansehnlichen<br />

Schaum und schwimmende Matten,<br />

zudem gefährden sie die menschliche<br />

Gesundheit.<br />

Um dies zu verhindern, hat der Versorger<br />

gemeinsam mit BOGE einen Plan für ein Belüftungssystem<br />

entwickelt, das die Algenbildung<br />

vereiteln soll. Die Anlage liefert ölfreie<br />

Druckluft und pumpt sie über fünf Punktbelüfter<br />

ins Wasser. Die Belüftung gewährleistet<br />

eine gute Durchmischung, führt zu einem erhöhten<br />

Sauerstoffgehalt, einer verringerten<br />

Nährstoffabgabe durch den Boden und zur<br />

Beseitigung toter Zonen. So wird den Algen<br />

die Möglichkeit zur Schichtbildung genommen<br />

und das Trinkwasser bleibt einwandfrei.<br />

Maßgeschneiderte Lösungen<br />

für Kunden<br />

Die Erzeugung erneuerbarer Ener gien, die<br />

Verwertung von Abwärme, die Sicherung<br />

sauberen Trinkwassers – ökologisches und<br />

nachhaltiges Wirtschaften hat viele Facetten.<br />

Eher ungewöhnlich erscheint ein Aspekt, der<br />

für Getreidesilos große Bedeutung besitzt:<br />

die Verwendung von Stickstoff zur Schädlingsbekämpfung.<br />

In der Lebensmittelindustrie<br />

ist der Einsatz des Gases längst üblich,<br />

um Sauer stoff aus Verpackungen zu verdrängen<br />

und damit Lebensmittel vor dem Verderben<br />

zu schützen. Das gleiche Prinzip wendet<br />

BOGE nun bei Getreidesilos an: Aus der Umgebungsluft<br />

gewonnener Stickstoff wird in die<br />

Silos geleitet und verdrängt dort den Sauerstoff,<br />

ohne den aerobe Tiere – in diesem Fall<br />

insbesondere Kornkäfer – nicht existieren<br />

können. Die wirtschaftlichen Verluste durch<br />

Schädlingsbefall in Silos betragen schnell<br />

Hunderttausende von Euro. Stellen beispielsweise<br />

Brauereien bei der Qualitätskontrolle<br />

des von einer Mälzerei gelieferten Getreides<br />

Schädlinge fest, wird die Annahme oft verweigert<br />

und die Lieferung geht wieder zurück.<br />

Bei der von BOGE entwickelten Lösung<br />

„Blueprotect“ sind die Insekten 30 bis 40 Tage<br />

lang dem Stickstoff ausgesetzt, so dass sich<br />

keine Bruten entwickeln können. Die zur Stickstoff-Produktion<br />

nötigen Geräte – Kompressor,<br />

Trockner und Filter – sind in einen Container<br />

in den Größen 10 und 20 Fuß integriert. Der<br />

Container kann per Plug-and-Play für mehrere<br />

Silos genutzt werden. Die Stickstoffzufuhr ins<br />

Silo erfolgt über Rohrleitungen oder Schläuche,<br />

wobei vorhandene Feuerwehranschlüsse<br />

oder Belüftungsrohre genutzt werden können.<br />

„Wir richten uns nach den Anforderungen<br />

des Kunden und bieten maßgeschneiderte Lösungen<br />

an“, sagt der Experte für Special Gases<br />

bei BOGE.<br />

Je dichter ein Silo ist, desto effizienter ist<br />

das Verfahren. Häufig sind jedoch feine Risse<br />

nicht erkennbar, nicht selten sind außerdem<br />

undichte Stellen im Bereich der Zu- und Abfuhr-Öffnungen<br />

für Getreide, Zuluft-Öff-<br />

Abb. 3: Bei der von BOGE entwickelten Lösung<br />

„Blueprotect“ sind die Insekten 30 bis 40 Tage lang<br />

dem Stickstoff ausgesetzt, so dass sich keine Bruten<br />

entwickeln können.<br />

nungen oder von Mannlöchern vorhanden.<br />

Auf Wunsch stellt BOGE darum einen Testcontainer<br />

zur Verfügung, der Stickstoff mit<br />

einem Volumenstrom von 40 bis 60 Kubikmetern<br />

pro Stunde liefert. So lässt sich binnen<br />

weniger Tage die Dichtheit des Silos ermitteln<br />

und die Anlage danach auslegen. „Blueprotect<br />

ist ökologisch und damit eine zukunftsweisende<br />

Alternative zum Einsatz konventioneller<br />

Methoden“, erklärt der Experte.<br />

Nachhaltigkeit lohnt sich<br />

Lange war Nachhaltigkeit ein Begriff, der nur<br />

in der Forstwirtschaft eine Rolle gespielt hat.<br />

Das hat sich inzwischen geändert, weil die Einsicht<br />

wächst, dass ökologisches Handeln und<br />

Wirtschaften in allen Bereichen notwendig ist:<br />

Auch im Maschinenbau – auch im Druckluft-<br />

Segment. Mit seinen verschiedenen Initiativen<br />

und Projekten zeigt der Bielefelder Kompressorenhersteller<br />

BOGE, wie vielfältig die Gebiete<br />

sind, in denen sich Nachhaltigkeit lohnt –<br />

für die Umwelt wie für die Unternehmen.<br />

BOGE KOMPRESSOREN<br />

Otto Boge GmbH & Co. KG,<br />

Bielefeld, Deutschland<br />

www.boge.com<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

89


Kompressoren und Systeme<br />

Wärmerückgewinnung<br />

Wärmerückgewinnung<br />

Gut für Geldbeutel und Umwelt<br />

Dipl. Betriebswirtin Daniela Koehler, Dipl.-Ing. (FH) Gerhart Hobusch<br />

Kompressoren und die damit erzeugte<br />

Druckluft finden in der Industrie<br />

für vielerlei Anwendungen ihren<br />

Einsatz. Häufig vergessen wird allerdings,<br />

dass sich auch die Abwärme<br />

der Kompressoren nutzen lässt. Das<br />

Zauberwort heißt Wärmerückgewinnung.<br />

Bis zu 96 Prozent der Kompressor-Antriebsenergie<br />

stehen zur<br />

weiteren Nutzung bereit. Das spart<br />

Energie und Kosten und senkt den<br />

CO 2<br />

-Fußabdruck.<br />

Die kompletten 100 Prozent der<br />

einem Kompressor zugeführten Antriebsenergie<br />

werden in Wärme umgewandelt.<br />

Für eine möglichst umfassende<br />

Rückgewinnung und weitere<br />

Nutzung dieser Energie sind luftund<br />

fluidgekühlte Schraubenkompressoren<br />

hervorragend geeignet.<br />

Bei ihnen finden sich ca. 76 Prozent<br />

der eingesetzten Energie als Wärme<br />

im Kühlfluid und werden diesem<br />

im Fluidkühler entzogen. Weitere 15<br />

Prozent dieser Energie können als<br />

Wärme über den Druckluftnachkühler<br />

zurückgewonnen werden. Bis zu<br />

5 Prozent gibt der Elektromotor an<br />

Wärme ab. Vollgekapselte Schraubenkompressoren<br />

ermöglichen es<br />

sogar, selbst diesen Energieanteil mit<br />

gezielter Kühlung zurückzugewinnen.<br />

Damit stehen bis zu 96 Prozent der<br />

ursprünglich zugeführten Antriebsenergie<br />

zur Zweitnutzung bereit. Nur<br />

ca. 2 Prozent gehen durch Wärmestrahlung<br />

verloren und weitere ca. 2<br />

Prozent verbleiben als Wärme in der<br />

Druckluft.<br />

Diese Wärme kann natürlich auch<br />

einfach abgeleitet werden. Allerdings<br />

gibt es noch weitere Möglichkeiten<br />

der Verwendung dieser ohnehin<br />

vorhandenen Energiequelle. Am<br />

einfachsten und effizientesten ist es,<br />

die vom Kompressor erwärmte Kühlluft<br />

direkt zu nutzen. Zum Beispiel<br />

als Heizluft für angrenzende Räume.<br />

Dabei leitet ein Luftkanalsystem die<br />

Warmluft aus der Druckluftstation in<br />

Abb. 1: Nahezu die komplette Energie die zur Drucklufterzeugung aufgewendet wird, kann<br />

zur Wärmerückgewinnung genutzt werden.<br />

Abb. 2: Mit der erwärmten Kühlluft des Kompressors lassen sich benachbarte Räume sehr<br />

einfach und effektiv über Lüftungskanäle beheizen.<br />

benachbarte Lager oder Werkstätten,<br />

anstatt sie nach draußen abzuführen.<br />

Besteht kein Heizluftbedarf, wird die<br />

erwärmte Abluft durch einfaches Umstellen<br />

einer Schwenkklappe oder Jalousie<br />

ins Freie geleitet. Eine thermostatisch<br />

geregelte Jalousiesteuerung<br />

erlaubt es, die Warmluft so genau zu<br />

dosieren, dass konstante Temperaturen<br />

erreicht werden.<br />

Neben der Voll- oder Zusatzheizung<br />

für Betriebsräume lässt sich die<br />

warme Abluft des Kompressors beispielsweise<br />

auch zum Unterstützen<br />

von Trocknungsprozessen, zum Aufbau<br />

von Warmluftschleusen oder<br />

zum Vorwärmen der Brennerluft von<br />

Heizanlagen einsetzen. Oft amortisieren<br />

sich die entsprechenden Investitionen<br />

schon innerhalb eines Jahres.<br />

Natürlich lässt sich die Kompressorabwärme<br />

auch in vorhandene<br />

Warmwasser-Heizsysteme und<br />

Brauchwasseranlagen<br />

einspeisen.<br />

Dieses ist in mehreren Stufen möglich.<br />

Je nach vorgesehener Speicherkapazität<br />

können Wassertemperaturen<br />

von plus 70 Grad Celsius und<br />

ggf. auch höher erzeugt werden. Am<br />

kostengünstigsten geschieht dies mit<br />

einem Plattenwärmetauscher, der in<br />

den Kompressor integriert ist. Er wird<br />

an den Kühlfluid-Kreislauf des Kompressors<br />

angeschlossen und überträgt<br />

die Energie vom erwärmten<br />

Kühlfluid auf das zu erwärmende<br />

90 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


FILTECH<br />

Wasser. Je nachdem, ob das Warmwasser bei<br />

sehr empfindlichen Produktions- und Reinigungsprozessen,<br />

als Dusch- und Waschwasser<br />

oder für Heizzwecke verwendet werden soll,<br />

kommen spezielle Sicherheitswärmetauscher<br />

oder übliche Plattenwärmetauscher zum Einsatz.<br />

So sind ohne zusätzlichen Energieaufwand<br />

etwa 70 bis 80 Prozent der installierten<br />

Kompressorleis tung wärme technisch nutzbar.<br />

Diese Variante der Wärmerückgewinnung<br />

ist auch mit primär wassergekühlten Schraubenkompressoren<br />

möglich.<br />

Generell macht der Einsatz von Methoden<br />

zur Wärmerückgewinnung Sinn, wenn<br />

die für die Drucklufterzeugung benötigten<br />

Kompressoren eine Leistung von mindestens<br />

5,5 Kilowatt erbringen.<br />

Vorher den wirklichen Bedarf<br />

ermitteln<br />

Vor der Installation einer Druckluftanlage<br />

empfiehlt sich die Durchführung eines so genannten<br />

Druckluftaudits. Denn die wenigsten<br />

Betreiber kennen ihren genauen Druckluftbedarf.<br />

Bei diesem Audit, das mit Hilfe moderner<br />

Analysewerkzeuge wie zum Beispiel der so genannten<br />

ADA/KESS (Analyse der Druckluftauslastung/Kaeser<br />

Energiespar System-Service)<br />

schnell und problemlos durchgeführt werden<br />

kann, werden die genauen Bedarfsdaten<br />

eines Projektes exakt ermittelt. Das Web-basierte<br />

System transportiert nicht nur die Messdaten,<br />

sondern auch die Systemdaten der auditierten<br />

Station und ist in der Lage, innerhalb<br />

kürzester Zeit dem Betreiber einen Bericht für<br />

eine erste Information zur Verfügung zu stellen.<br />

Die Daten können dann zum Beispiel in<br />

das KESS-System übernommen werden. Damit<br />

werden Planungsschritte für den Betreiber<br />

der Druckluftstation ermittelt sowie die<br />

Investitionskosten und die möglichen Energieeinsparungen.<br />

Für den Fall einer komplett<br />

neuen Installation werden von vornherein optimale<br />

Lösungen angeboten. Unabhängige<br />

Vergleiche von verschiedenen Systemvarianten<br />

sind dabei ohne weiteres möglich, um<br />

dann die wirtschaftlichste aussuchen zu können.<br />

Im Fall der Haustechnik empfiehlt es sich,<br />

gleichzeitig mit diesem Druckluftaudit auch<br />

ein Wärmeaudit durchzuführen, damit parallel<br />

zum Luftverbrauch auch die Entwicklung<br />

des Wärmehaushalts ermittelt werden kann.<br />

Dabei sollten neben den charakteristischen<br />

Daten für Druckluft (Menge, Druck, benötigte<br />

Luftqualität, etc.) auch die Daten für die Wärme<br />

(zum Beispiel Temperaturvor- und rücklauf)<br />

abgefragt werden.<br />

Stehen diese fest, lässt sich ermitteln,<br />

wie viel Prozent der Kompressorenabwärme<br />

in den normalen Wärmebedarf des Projektes<br />

abgenommen werden kann. Daraus<br />

lässt sich errechnen, wie groß die Speicher<br />

sein müssen und wie hoch die Temperaturniveaus<br />

sind. Im optimalen Fall können 96<br />

Prozent eingesetzt werden.<br />

Worauf man achten sollte<br />

Bei der weiteren Planung oder Optimierung<br />

der Druckluftstation gibt es einige Punkte zu<br />

beachten. So sollten Kompressoren und Hei-<br />

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Abb. 3: Druckluftstation mit Luftkanälen zur Wärmerückgewinnung. Über die Kanäle wird die warme Luft in<br />

benachbarte Räume geleitet.<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

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Kompressoren und Systeme<br />

Wärmerückgewinnung<br />

zung sich nicht im gleichen Raum<br />

befinden, da sie für eine optimale<br />

Nutzung unterschiedliche Anforderungen<br />

an das Raumklima stellen<br />

und der Kompressor keine gefährlichen<br />

Beimengungen ansaugen darf.<br />

Der Raum der Kompressoren sollte<br />

gut belüftet sein, der Heizungsraum<br />

jedoch nicht. Ideal sind zwei voneinander<br />

getrennte Räume, die aber<br />

nebeneinander angeordnet sind, um<br />

den Weg zwischen Kompressoren<br />

und Heizung so kurz wie möglich zu<br />

halten. Auch wenn die beiden Anlagen<br />

getrennt voneinander platziert<br />

werden, lässt sich die Wärme der<br />

Kompressoren allerdings durchaus<br />

auch zur Erwärmung der Brenneransaugluft<br />

der Heizung einsetzen.<br />

Da in den seltensten Fällen die<br />

Menge der anfallenden Wärme und<br />

der Wärmeverbrauch gleich dimensioniert<br />

sind, ist es ebenfalls wichtig,<br />

für ausreichend große Wärmespeichermöglichkeiten<br />

zu sorgen, damit<br />

die optimale Versorgung auch dann<br />

gewährleistet ist, wenn Erzeugung<br />

und Verbrauch temporär nicht gleich<br />

groß ausfallen. Das ist ähnlich wie<br />

bei einem Haus, das mit einer Solarthermie<br />

ausgerüstet ist. Auch dort ist<br />

die Installation eines Speichers notwendig,<br />

da die Warmwassernutzung<br />

auch dann stattfindet, wenn die Sonne<br />

nicht scheint.<br />

Luft- oder wassergekühlte<br />

Kompressoren?<br />

Steht die Auslegung fest, gilt es, die<br />

richtigen Kompressoren zu wählen.<br />

Generell gibt es Kompressoren mit<br />

zwei unterschiedlichen Kühlverfahren:<br />

Luftkühlung und Wasserkühlung.<br />

Bei der ersten Variante leiten, wie beschrieben,<br />

Luftkanäle mit thermostatisch<br />

gesteuerten Klappen die warme<br />

Abluft von den Kompressoren zum<br />

Beispiel zum Heizen direkt in benachbarte<br />

Betriebsräume. Um die Verluste<br />

dieser zu minimieren, sollte der Weg<br />

der Abluft vom Kompressor zum Einsatzort<br />

nicht zu weit sein.<br />

Heute stehen Schraubenkompressoren<br />

mit bis zu 315 kW luftgekühlt<br />

zur Verfügung. Auch wenn<br />

sie nicht ganzjährig genutzt werden<br />

kann, lohnt sich diese Art der Wärmerückgewinnung:<br />

Die Investition für<br />

die Wärmerückgewinnung mit Warmluftführung<br />

ist relativ niedrig und<br />

amortisiert sich in der Regel schon<br />

innerhalb eines Jahres. Anlagen, die<br />

zusätzlich mit Wasserwärmerückgewinnung<br />

ausgestattet sind, können<br />

ganzjährig Wasser liefern, das Temperaturen<br />

von bis zu plus 70 Grad<br />

Celsius hat. Auch höhere Temperaturen<br />

können grundsätzlich erzielt<br />

werden. Da dies dann Einfluss auf<br />

den Leistungsbedarf der Kompressoren<br />

hat, sollte eine solche Nutzung<br />

vorher allerdings auf ihre Wirtschaftlichkeit<br />

geprüft werden.<br />

Bei wassergekühlten Kompressoren<br />

spielen die bauseitigen Voraussetzungen<br />

und die Kühlwasserkosten<br />

eine zusätzliche Rolle; prinzipiell ist<br />

auch hier die aufgezeigte Wasserwärmerückgewinnung<br />

über einen zweiten<br />

angeschlossenen Kreislauf möglich.<br />

Fazit<br />

Wärmerückgewinnung kann die Effizienz<br />

einer Druckluftanlage deutlich<br />

erhöhen und die Umwelt durch<br />

Vermeiden von Treibhausgas-Emissionen<br />

entlasten. Die Höhe der notwendigen<br />

Investitionen richtet sich<br />

nach örtlichen Gegebenheiten, Einsatzzweck<br />

und gewähltem Wärmerückgewinnungsverfahren.<br />

Autoren:<br />

Dipl. Betriebswirtin Daniela Koehler,<br />

Pressesprecherin,<br />

Dipl.-Ing. (FH) Gerhart Hobusch<br />

Leiter Projektingenieure,<br />

beide Kaeser Kompressoren<br />

Coburg, Deutschland<br />

www.kaeser.com<br />

92 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN<br />

Inserentenverzeichnis<br />

Verzeichnis der Inserenten<br />

Aerzener Maschinenfabrik GmbH Seite 7<br />

Kaeser Kompressoren SE<br />

Beikleber<br />

BAUER KOMPRESSOREN GmbH Seite 95<br />

Bayerische Gesellschaft<br />

für Internationale Wirtschaftsbeziehungen mbH Seite 25<br />

BOGE KOMPRESSOREN Otto Boge GmbH & Co. KG Seite 85<br />

BRINKMANN PUMPEN<br />

K.H. Brinkmann GmbH & Co. KG Seite 39<br />

Busch Dienste GmbH Seite 41<br />

C. Otto Gehrckens GmbH & Co. KG Seite 105<br />

DECHEMA Ausstellungs-GmbH<br />

2. Umschlagseite<br />

Emile Egger & Cie SA Seite 71<br />

Filtech Exhibitions Germany Seite 91<br />

GF Georg Fischer GmbH, Piping Systems Seite 97<br />

Hammelmann GmbH Seite 11<br />

JESSBERGER GmbH<br />

3. Umschlagseite<br />

Jung Process Systems GmbH Seite 75<br />

KAMAT GmbH & Co. KG Seite 23<br />

KLAUS UNION GmbH & Co. KG Seite 27<br />

KLINGER GmbH Seite 35<br />

Leistritz Pumpen GmbH Seite 55<br />

LEWA GmbH Seite 31<br />

Messe Düsseldorf GmbH Seite 37<br />

MT - Messe & Event GmbH Seite 79<br />

NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH<br />

4. Umschlagseite<br />

Pfeiffer Vacuum GmbH Seite 49<br />

Promoberg Srl Seite 73<br />

Pumpenfabrik Wangen GmbH Seite 13<br />

SEEPEX GmbH<br />

Titelseite<br />

Vogelsang GmbH & Co. KG Seite 9<br />

Watson-Marlow GmbH Seite 29<br />

WOMA GmbH Seite 45<br />

Ihr Mediakontakt<br />

D-A-CH<br />

Thomas Mlynarik<br />

Tel.: +49 (0) 911 2018 165<br />

Mobil: +49 (0) 151 5481 8181<br />

mlynarik@harnisch.com<br />

INTERNATIONAL<br />

PROZESSTECHNIK &KOMPONENTEN<br />

Gabriele Fahlbusch<br />

Tel.: +49 (0) 911 2018 275<br />

fahlbusch@harnisch.com<br />

Impressum<br />

Herausgeber<br />

Dr. Harnisch Verlags GmbH in Zusammenarbeit<br />

mit dem Redaktionsbeirat<br />

©<br />

<strong>2024</strong>, Dr. Harnisch Verlags GmbH<br />

Verlag und Leserservice<br />

Dr. Harnisch Verlags GmbH<br />

Eschenstraße 25<br />

90441 Nürnberg<br />

Tel 0911 2018-0<br />

Fax 0911 2018-100<br />

E-Mail puk@harnisch.com<br />

www.harnisch.com<br />

Technische Leitung<br />

Armin König<br />

Druck<br />

Schleunungdruck GmbH<br />

Eltertstraße 27<br />

D-97821 Marktheidenfeld<br />

Redaktionelle Koordination<br />

Silke Watkins<br />

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker<br />

Anzeigen/Bezugsquellen<br />

Silke Watkins/Matti Schneider<br />

Redaktionsbeirat <strong>2024</strong><br />

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker,<br />

Prof. i. R., Berater in Wasserstoffund<br />

Energiefragen<br />

Prof. Dr.-Ing. Andreas Brümmer,<br />

TU Dortmund<br />

Dipl.-Ing. (FH) Gerhart Hobusch,<br />

KAESER KOMPRESSOREN SE<br />

Dipl.-Ing. (FH) Johann Vetter,<br />

NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH<br />

Dipl.-Ing (FH) Sebastian Oberbeck,<br />

Pfeiffer Vacuum GmbH<br />

Haftungsausschluss<br />

Für den Inhalt der einzelnen Beiträge<br />

sind die benannten Autoren verantwortlich<br />

und entsprechen nicht zwangsläufig<br />

der Meinung der Redaktion. Eine Haftung<br />

für die Richtigkeit des Inhalts kann<br />

trotz sorgfältiger Prüfung nicht vom Verlag<br />

übernommen werden. Inhalte der<br />

Zeitschrift als auch der Website sind urheberrechtlich<br />

geschützt und dürfen<br />

nicht ohne vorherige schriftliche Zustimmung<br />

des Verlages vervielfältigt oder anderweitig<br />

verwendet und veröffentlicht<br />

werden.<br />

ISSN 2192-7383<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

93


<strong>Komponenten</strong><br />

Frequenzumrichter<br />

SD4M-Frequenzumrichter-Serie für Hochgeschwindigkeitsanwendungen<br />

Multi-Level-Technologie:<br />

Was sie kann und was sie ermöglicht<br />

Markus Finselberger<br />

Motorische und generatorische<br />

Hochgeschwindigkeitsanwendungen<br />

mit hohen Ausgangsleistungen bringen<br />

die gängigen Umrichter-Technologien<br />

an ihre Grenzen. Vor allem im<br />

Kontext erneuerbarer Energien und<br />

einer effizienten Druckluftversorgung<br />

besteht ein wachsender Bedarf<br />

an Umrichtern, die hohe Drehfeldfrequenzen<br />

unterstützen können.<br />

Die SIEB & MEYER AG hat deshalb<br />

eine Lösung basierend auf der Drei-<br />

Level-Technologie entwickelt. Mit der<br />

SD4M-Serie der Hochgeschwindigkeitsspezialisten<br />

lassen sich Motorverluste,<br />

elektromagnetische Störausstrahlung<br />

und Isolationsbeanspruchung<br />

deutlich reduzieren. Der<br />

folgende Artikel beantwortet die<br />

wichtigsten Fragen zum Einsatz und<br />

zur Funktionsweise von Multi-Level-<br />

Frequenzumrichtern.<br />

Wie funktioniert ein Multi-Level-<br />

Frequenzumrichter?<br />

Level-Umrichter sechs elektronische<br />

Leistungsschalter (Transistoren) benötigt,<br />

braucht ein Drei-Level-<br />

Umrichter bereits zwölf Schalter.<br />

Wo kommen Multi-Level-Umrichter<br />

zum Einsatz?<br />

Multi-Level-Umrichter ermöglichen<br />

unter anderem eine deutliche Effizienzsteigerung<br />

von Strömungsmaschinen,<br />

wie Turboverdichtern<br />

und -kompressoren (beispielsweise<br />

in der Abwasseraufbereitung), von<br />

rotieren den Energiespeichern (Flywheel)<br />

sowie von ORC-Anlagen zur<br />

Verstromung von Restenergie. Die Effizienz<br />

dieser Systeme steigt mit ihrer<br />

Drehzahl. Jedoch gab es bislang kaum<br />

Umrichter für Ausgangsleistungen<br />

> 100 kW und Drehfeldfrequenzen bis<br />

2.000 Hz – vor allem, wenn es um die<br />

sensorlose Regelung von Synchronmotoren<br />

ging. Diese Lücke schließt<br />

die Multi-Level-Technologie.<br />

Welche Anforderungen stellen<br />

HG-Motoren an die Umrichter-<br />

Technologie?<br />

In den oben beschriebenen Anwendungen<br />

kommen Hochgeschwindigkeitsmotoren<br />

(HG-Motoren) zum<br />

Einsatz, die ihre Leistung über die Drehzahl<br />

und nicht über das Dreh moment<br />

generieren. Überschlägig gilt: Das Rotorvolumen<br />

verändert sich analog<br />

zum Kehrwert der Drehzahl erhöhung.<br />

Das heißt, bei 10-facher Drehzahl verringert<br />

sich das Rotorvolumen auf ein<br />

Zehntel. Daraus wiederum resultiert<br />

eine eingeschränkte Wärmeabfuhr.<br />

Dieser negative Aspekt verstärkt sich,<br />

wenn die Motoren im Vakuum oder<br />

Gasen mit geringer Wärmeleitfähigkeit<br />

betrieben werden, was beispiels weise<br />

Ein Großteil der Frequenzumrichter,<br />

die heute in der Antriebstechnik zum<br />

Einsatz kommen basieren auf der<br />

Zwei-Level-Technologie. Das bedeutet,<br />

dass die Umrichter eine vorab aus<br />

der Netzwechselspannung gleichgerichtete<br />

DC-Spannung in eine Wechselspannung<br />

mit variabler Frequenz<br />

und Amplitude umwandeln, die dann<br />

einen Motor mit regelbarer Drehzahl<br />

antreibt. Die Erzeugung der Wechselspannung<br />

erfolgt mit wechselnder<br />

Polarität – Plus und Minus – auf zwei<br />

Stufen (Level). Häufig wird dazu die<br />

Modulationsart PWM (Puls-Weiten-<br />

Modulation) eingesetzt. Multi- Level-<br />

Umrichter verfügen über mindestens<br />

eine weitere Spannungs-Zwischenstufe.<br />

Dafür ist eine deutlich andere<br />

Endstufen-Topologie notwendig.<br />

Während ein dreiphasiger Zwei-<br />

Abb. 1: Multi-Level-Frequenzumrichter unterstützen Applikationen, die hohe Drehfeldfrequenzen<br />

erfordern. Unter anderem ermöglichen sie eine deutliche Effizienzsteigerung von<br />

Turboverdichtern und -kompressoren, die beispielsweise in der Abwasseraufbereitung zum<br />

Einsatz kommen. (Foto © : Kletr_261344590 - adobestock.com)<br />

94 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


<strong>Komponenten</strong><br />

Frequenzumrichter<br />

bei einem Flywheel der Fall ist. Entsprechend<br />

müssen die eingesetzten<br />

Frequenzum richter Motorverluste und<br />

damit verbundene Wärme entwicklung<br />

weitestgehend reduzieren.<br />

Wie beeinflussen hohe Drehzahlen<br />

das Motordesign?<br />

Auch das Motordesign muss an das<br />

anwendungsseitig benötigte Leistungs-/Drehzahlverhältnis<br />

angepasst<br />

werden. Dabei ist die zulässige Umfangsgeschwindigkeit<br />

des Rotors<br />

ebenso zu beachten wie die biegekritischen<br />

Frequenzen der zugehörigen<br />

Welle. Für einen Synchronmotor<br />

mit 100 kW bei 60.000 1/min bedeutet<br />

das beispielsweise, dass die benötigte<br />

Leis tungsdichte nur mit einem<br />

4- poligen Motordesign realisiert werden<br />

kann. Ein 2-poliges Design würde<br />

aufgrund der schlechteren Verteilung<br />

des magnetischen Feldes und<br />

der damit verbundenen unsymmetrischen<br />

Magnetausnutzung ein um<br />

Abb. 2: Die Drei-Level-Technologie der SD4M-Serie von SIEB & MEYER liefert in der Kombination<br />

mit geräteabhängigen Schaltfrequenzen bis zu 32 kHz, eine sehr gute Stromqualität<br />

und sorgt so für geringste Motorverluste und einen entsprechend hohen Wirkungsgrad.<br />

(Abb. 2-6: SIEB & MEYER AG)<br />

das 1,5-fach größeres Rotorvolumen<br />

erfordern. Jedoch wäre die daraus<br />

resultierende Wellenlänge aufgrund<br />

von biegekritischen Frequenzen nicht<br />

realisierbar. Folglich wird für den Betrieb<br />

mit 60.000 1/min eine Drehfeldfrequenz<br />

von 2.000 Hz anstatt<br />

von 1.000 Hz benötigt, was die Nutzung<br />

eines Hochgeschwindigkeitsumrichters<br />

notwendig macht.<br />

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<strong>Komponenten</strong><br />

Frequenzumrichter<br />

noch die halbe Zwischenkreisspannung<br />

in Höhe von 300 V schalten. Entsprechend<br />

können Halbleiter mit einer<br />

Sperrspannung von 600 V zum Einsatz<br />

kommen. Diese Halbleitertypen haben<br />

signifikant bessere Schalteigenschaften,<br />

so dass die resultierende Verlustleistung<br />

– trotz Schaltfrequenzen von<br />

bis zu 32 kHz – beherrschbar ist und<br />

nur geringe umrichterbedingte Verluste<br />

im Rotor entstehen.<br />

Abb. 3: Durch die Drei-Level-Technologie und die gegenüber Standard-Umrichtern höhere<br />

Schaltfrequenz ergibt sich eine Reduzierung der harmonischen Stromanteile (Rippelstrom)<br />

auf 10 %, so dass die umrichterbedingten Rotorverluste signifikant sinken.<br />

… und welchen Einfluss haben sie<br />

auf die Motorverluste?<br />

Bislang wurden hier Zwei-Level-<br />

Frequenzumrichter eingesetzt, die die<br />

benötigte Ausgangsspannung mittels<br />

PWM erzeugen. Hier ergibt sich jedoch<br />

in Abhängigkeit von der verwendeten<br />

Schaltfrequenz und der Induktivität<br />

des Motors eine schaltfrequente Welligkeit<br />

(Stromrippel) des Motorstroms:<br />

Die wirksame Motor induktivität sinkt<br />

bei HG-Motoren mit zunehmender<br />

Drehzahl und die Glättung der Stromrippel<br />

nimmt proportional ab. Die<br />

hochfrequenten Stromanteile verursachen<br />

nicht vernachlässigbare Zusatzverluste<br />

im Motor, die wiederum<br />

zu einer vermehrten Wärmeentwicklung<br />

und Lagerbelastung führen. Diese<br />

müssen auf ein Maß reduziert werden,<br />

das einen sicheren Betrieb gewährleistet.<br />

Grenztemperaturen von<br />

Synchron rotoren liegen im Bereich<br />

von ca. 90 bis 150 °C.<br />

Verfügbare Zwei-Level-Frequenzumrichter<br />

bieten im Leistungsbereich<br />

> 100 kW standardmäßig zulässige<br />

Schaltfrequenzen von 4 bzw. 6 kHz,<br />

da für eine Zwischenkreisspannung<br />

bis 600 V Halbleiterschalter (IGBTs) mit<br />

einer Sperrspannung von 1.200 V benötigt<br />

werden. Höhere Schaltfrequenzen<br />

sind aus technischen und wirtschaftlichen<br />

Gründen nicht sinnvoll, denn die<br />

daraus resultierenden höheren Schaltverluste<br />

verursachen eine überproportionale<br />

Erwärmung und reduzieren<br />

die Stromtragfähigkeit. Entsprechend<br />

ist eine effektive Drehfeldfrequenz<br />

von maximal 600 bis 800 Hz möglich,<br />

da die PWM-Frequenz zur Realisierung<br />

eines näherungsweise sinusförmigen<br />

Ausgangsstroms das 8- bis 10-fache<br />

der Drehfeldfrequenz betragen soll.<br />

… und warum ermöglicht die Drei-<br />

Level-Technologie höhere Schaltfrequenzen?<br />

Drei-Level-Frequenzumrichter ermög-<br />

lichen höhere Schaltfrequenzen, da<br />

die einzelnen Halbleiterschalter nur<br />

Wie weit lassen sich Motorverluste<br />

mittels Drei-Level-Technologie<br />

reduzieren?<br />

Entscheidenden Einfluss auf die<br />

Motorverluste hat neben der PWM-<br />

Schaltfrequenz auch der Spannungshub,<br />

welcher mit dem PWM-Muster<br />

auf die Motorwicklungen beaufschlagt<br />

wird. Dieser halbiert sich mit dem Einsatz<br />

der Drei-Level-Technologie, was<br />

in erster Näherung auch den Stromrippel<br />

nochmals um die Hälfte verringert.<br />

Daraus resultieren wiederum<br />

wesentlich reduzierte Wärme einträge<br />

im Rotor. Bei gleicher PWM-Frequenz<br />

lassen sich durch den Einsatz von<br />

Drei-Level-Umrichtern die im Rotor<br />

entstehenden Verluste um bis zu 75 %<br />

verringern. Entsprechend kann bei<br />

vielen Anwendungen auf Motorfilter<br />

Warum sind die Schaltfrequenzen<br />

bei Zwei-Level-Frequenzumrichtern<br />

begrenzt?<br />

Abb. 4: Einfluss von Drehzahl und Drehfeldfrequenz auf das Motordesign.<br />

Abb. 5: Durch die Drei-Level-Technologie wird der Spannungshub halbiert, was in erster<br />

Näherung auch den Stromrippel nochmals um die Hälfte verringert.<br />

96 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


<strong>Komponenten</strong><br />

Frequenzumrichter<br />

oder Glättungsdrosseln zwischen Umrichter<br />

und Motor verzichtet werde.<br />

Das reduziert Gewicht, Platzbedarf<br />

und Kosten. Darüber hinaus profitiert<br />

der Anwender von einem optimierten<br />

Gesamtwirkungsgrad.<br />

Wie verringert die Drei-Level-<br />

Technologie die Isolationsbeanspruchung?<br />

Die Drei-Level-Technologie löst<br />

das häufig gefürchtete „Teilentladungsproblem“.<br />

Dieses steht für<br />

die schleichende Zerstörung der<br />

Stator- Isolation aufgrund von Spannungsspitzen<br />

am Motor – erzeugt<br />

durch die Schaltflanken der Leistungstransistoren<br />

in modernen Umrichtern.<br />

Kommt es zur vollständigen<br />

Zerstörung der Isolation, ist der<br />

Motor bleibend geschädigt. Relevant<br />

für diesen Effekt ist neben der Länge<br />

der Motorleitung in erster Linie die<br />

Amplitude der Spannungssprünge.<br />

Da der Drei-Level-Umrichter bei jedem<br />

Schaltvorgang nur 50 % der<br />

Spannungsamplitude nutzt, wird das<br />

Teilentladungsproblem selbst bei längeren<br />

Motorleitungen deutlich verringert<br />

und kann in den meisten Fällen<br />

komplett vernachlässigt werden.<br />

Was bietet die SD4M-Serie<br />

von SIEB & MEYER?<br />

Bei der Entwicklung der SD4M-Serie<br />

hat SIEB & MEYER Erprobtes mit<br />

neuster Regelungs- und Kommunikationstechnik<br />

kombiniert. Die Drei-<br />

Level-Technologie des SD4M liefert<br />

in der Kombination mit geräteabhängigen<br />

Schaltfrequenzen bis zu<br />

Abb. 6: Innovative Anwendungen, die im Zuge der Energiewende entwickelt werden, profitieren<br />

in hohem Maße von der Multi-Level-Technologie. So ermöglicht der SD4M zum Beispiel<br />

eine deutliche Effizienzsteigerung von rotierenden Energiespeichern (Flywheel).<br />

32 kHz eine sehr gute Stromqualität<br />

und sorgt so für geringste Motorverluste<br />

und einen entsprechend hohen<br />

Wirkungsgrad. Die SD4M-Varianten<br />

stehen für einen Leistungsbereich<br />

von 70 bis 490 kW bzw. für 120 bis<br />

800 A Nennstrom zur Verfügung. Über<br />

die standardmäßig verfügbare Multi-<br />

protokoll-Echtzeit-Ethernet-Schnitt-<br />

stelle (u. a. PROFINET IO, EtherCAT)<br />

ist eine unkomplizierte Implementierung<br />

des SD4M in die übergeordnete<br />

Steuerung möglich. Die Gerätevarianten<br />

mit DC-Versorgung lassen sich<br />

über ein externes rückspeisefähiges<br />

Netzteil optimal betreiben. Für alle<br />

Gerätevarianten ist eine NRTL/CSA-<br />

Zertifizierung beantragt, so dass sie<br />

ohne zusätzliche Abnahme in Maschinen<br />

für den US-amerikanischen<br />

Markt integriert werden können.<br />

Vorteile der Multi-Level-<br />

Technologie auf einen Blick:<br />

Betrieb von Hochgeschwindigkeitsmotoren<br />

mit<br />

– sehr guter Stromqualität<br />

– geringer Verlustleistung<br />

– geringer Rotorerwärmung<br />

– hohem Systemwirkungsgrad<br />

– geringer Isolationsbean-spruchung<br />

und<br />

– reduzierten CO 2<br />

-Emissionen<br />

Autor:<br />

Markus Finselberger,<br />

Leiter Vertrieb Antriebselektronik<br />

bei SIEB & MEYER AG, Lüneburg<br />

www.sieb-meyer.de<br />

GF Piping Systems<br />

Absperrklappe 565 Lug-Style<br />

Für die Zukunft<br />

geschaffen<br />

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PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

97


<strong>Komponenten</strong><br />

Total Cost of Ownership<br />

Hilfe beim Energiesparen<br />

Die elektrischen Antriebe in Produktion<br />

und Logistik bergen erhebliche<br />

Einsparpotentiale. Mit dem NORD<br />

ECO-Service unterstützt NORD<br />

DRIVESYSTEMS seine Kunden dabei,<br />

diese zu realisieren und die energieeffizienteste<br />

Antriebslösung zu<br />

finden.<br />

70 Prozent! So groß ist Expertenschätzungen<br />

zufolge der Anteil am Gesamtenergieaufwand<br />

sämtlicher Industrien,<br />

der für elektrische Antriebe<br />

aufgewendet wird. Das ist nicht nur<br />

ein erheblicher Kostenfaktor – dahinter<br />

stehen gleichzeitig große Optimierungs-<br />

und Einsparpotentiale. Damit<br />

seine Kunden diese ausschöpfen<br />

können, bietet NORD DRIVESYSTEMS<br />

eine besondere Dienstleitung an: den<br />

NORD ECO-Service.<br />

NORD DRIVESYSTEMS als einer<br />

der Weltmarktführer von elektrischen<br />

Antriebskomponenten, bietet<br />

ein umfassendes Portfolio an Elektromotoren,<br />

Getrieben und elektronischer<br />

Antriebstechnik, das an die<br />

speziellen Herausforderungen einzelner<br />

Branchen angepasst ist. „Kontinuierlich<br />

arbeiten wir daran, die Energieeffizienz<br />

unserer <strong>Komponenten</strong><br />

weiter zu verbessern, um unseren<br />

Kunden damit leistungsstarke und<br />

gleichzeitig verbrauchsgünstige Produkte<br />

anbieten zu können“, betont<br />

der Bereichsleiter Marketing.<br />

Messung der Leistungsdaten<br />

Der NORD ECO-Service hilft, die energieeffizienteste<br />

Antriebslösung für<br />

einen konkreten Anwendungsfall zu<br />

finden. Der erste Schritt dabei besteht<br />

in der umfassenden Erhebung<br />

von Messwerten. Um eine Antriebslösung<br />

in Bezug auf Energieeffizienz<br />

optimieren zu können, muss man<br />

erst einmal die Daten der Anwendung<br />

kennen. Dazu wird die so genannte<br />

NORD ECO-Box, ein mobiler<br />

Schaltschrank, zwischen den Motor<br />

und die Stromversorgung geschaltet.<br />

Die ECO-Box besteht aus einem<br />

Abb. 1: Aus dem NORD-Baukasten lassen sich Getriebe, Motor und Frequenzumrichter für<br />

jede Anwendung in optimal energieeffizienter Konfiguration zusammenstellen<br />

(alle Bilder: NORD DRIVESYSTEMS)<br />

Energiemessgerät mit Datenlogger-<br />

Funktion, Stromwandler und Kabelanschlüssen.<br />

Welche Anwendung der<br />

Motor antreibt, ob ein Förderband<br />

oder das Hubwerk eines Krans, ist für<br />

die Messung unerheblich.<br />

Über einen Zeitraum von etwa<br />

zwei Wochen zeichnet die Box in<br />

Echtzeit Daten über dauerhafte Belastungen,<br />

Lastspitzen und unregelmäßige<br />

Zustände auf. Man braucht<br />

diesen längeren Zeitraum und damit<br />

eine größere Datendichte, um Muster<br />

erkennen und zufällige Ausreißer eliminieren<br />

zu können.<br />

Abb. 2: Mit den Servicebausteinen Analyse,<br />

Beratung und Optimierung verhilft NORD<br />

seinen Kunden zu einer energieeffizienten<br />

Anlagenauslegung<br />

Auswertung der Daten<br />

Ist die Erhebung abgeschlossen, werden<br />

die Daten in eine eigens von<br />

NORD entwickelte Software hochgeladen<br />

und automatisch ausgewertet.<br />

Der Kunde erhält die Auswertung in<br />

Form eines PDF-Dokuments, in dem<br />

die wesentlichen Eckdaten dargestellt<br />

werden. „Bei der Interpretation der<br />

Daten unterstützen wir den Kunden<br />

natürlich“, unterstreicht der Bereichsleiter<br />

Marketing.<br />

In der NORD ECO-Box arbeitet ein<br />

Energiemessgerät, das Stromstärke<br />

und -spannung misst. Daraus bestimmt<br />

es die Wirk- bzw. die Blindleistung,<br />

also die tatsächlich genutzte<br />

bzw. nicht genutzte Energie und ermittelt<br />

als Verhältnis daraus den<br />

Leistungsfaktor. Diese Messung im<br />

Zeitverlauf ermöglicht es, einen Lastzyklus<br />

der Anlage zu erstellen. Daran<br />

ist dann abzulesen, ob eine Anlage in<br />

der Dimensionierung den Anforderungen<br />

der jeweiligen Anwendung<br />

entspricht.<br />

Alternative <strong>Komponenten</strong><br />

Ein Beispiel aus der Praxis: NORD untersucht<br />

ein Antriebssystem und stellt<br />

eine durchschnittliche Leistungsaufnahme<br />

von 1,1 kW fest, in der Spitze<br />

sind es 1,9 kW. Angetrieben wird<br />

das System von einem 4-kW-Motor,<br />

der damit im Schnitt um weniger als<br />

30 Prozent ausgelastet ist - ein ty-<br />

98 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


<strong>Komponenten</strong><br />

Total Cost of Ownership<br />

Abb. 3: Die optimale Abstimmung von Getriebe,<br />

Motor und Frequenzumrichter beim<br />

DuoDrive von NORD ermöglicht einen<br />

Systemwirkungsgrad von bis zu 92 Prozent<br />

pischer Fall von Überdimensionierung.<br />

NORD empfiehlt daraufhin einen<br />

Motor mit 2,2 kW Leistung, der<br />

im Schnitt zu knapp 50 Prozent ausgelastet<br />

ist und damit deutlich effizienter<br />

arbeitet. Es gibt natürlich auch<br />

Fälle, in denen dem Kunden vorgeschlagen<br />

wird, einen IE3 oder IE4 Motor<br />

gegen einen hocheffizienten IE5+<br />

Antrieb auszutauschen. Und wenn<br />

ein Standardantrieb die Anforderungen<br />

nicht abdeckt, bietet NORD auch<br />

eine kundenindividuelle Lösung an.<br />

Wenn NORD nach einer Messung<br />

einen anderen Antrieb vorschlägt,<br />

bietet das Unternehmen zugleich einen<br />

weiteren Service an. „Wir ermöglichen<br />

dann, die Anlage mit dem von<br />

uns empfohlenen Antrieb zu fahren<br />

und eine erneute Messung im gleichen<br />

Zeitraum durchzuführen“, sagt<br />

der Bereichsleiter Marketing. Dann<br />

können die Auswertungen in einer<br />

TCO-Analyse (Total Cost of Ownership)<br />

verglichen und die kosten- und<br />

energieeffizienteste Lösung kann ermittelt<br />

werden.<br />

Reduzierung der Varianten<br />

So signifikant die Vorteile einer NORD<br />

ECO-Messung für ein einzelnes Antriebssystem<br />

sind, über eine ganze<br />

Abb. 5: Beim NORD ECO Service werden die<br />

installierte Leistung und der Realverbrauch<br />

verglichen, was nicht selten zur Reduzierung<br />

der Varianten in einer Anlage führt<br />

Anlage gesehen potenzieren sie sich<br />

noch. Bei großen Anlagen mit zahlreichen<br />

Antrieben, etwa in der Intralogistik,<br />

kann der ECO-Service dazu<br />

führen, die Anzahl unterschiedlicher<br />

Antriebssysteme deutlich zu verkleinern.<br />

Eine solche Variantenreduzierung<br />

hilft, über die Gesamtanlage Verwaltungskosten<br />

zu minimieren und<br />

Produktions-, Logistik-, Lager- und<br />

Serviceprozesse zu straffen. Die hocheffizienten<br />

NORD-Motoren, die ein<br />

konstantes Drehmoment über einen<br />

großen Drehzahlbereich leisten, eignen<br />

sich besonders für eine Variantenreduzierung.<br />

In zahlreichen Messungen hat<br />

NORD DRIVESYSTEMS bisher die Lastprofile<br />

von Antriebssystemen erstellt.<br />

Das Unternehmen bietet den Service<br />

sowohl für Anlagen mit eigenen als<br />

auch mit Fremdkomponenten. „Dass<br />

wir die erhobenen Kundendaten vertraulich<br />

behandeln, versteht sich<br />

von selbst“, betont der Antriebsexperte.<br />

„Vielen Kunden haben wir mit<br />

dem ECO-Service schon geholfen, die<br />

Energieeffizienz ihrer Produktion zu<br />

verbessern und damit auch ihren<br />

Carbon Footprint zu verkleinern.“<br />

NORD DRIVESYSTEMS<br />

Bargteheide, Deutschland<br />

www.nord.com<br />

Abb. 4: NORD ECO: In fünf Schritten führt der Service von NORD zu Energieersparnis, Kostensenkung<br />

und CO 2<br />

-Reduzierung<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

99


<strong>Komponenten</strong><br />

Dichtungen<br />

Das Rundum-Sorglos-Paket für Trinkwasserdichtungen<br />

mit KTW-BWGL-Konformität<br />

Dipl.-Ing. Norbert Weimer<br />

Mit der KTW-BWGL (Bewertungsgrundlage<br />

für Kunststoffe und andere<br />

organische Materialien im Kontakt mit<br />

Trinkwasser) ist eine neue Regelung<br />

in Kraft getreten, die den Umgang mit<br />

Dichtungsmaterialien im Trinkwasser<br />

stark beeinflusst. Bekannte Dichtungsmaterialien<br />

dürfen nicht mehr<br />

eingesetzt werden und konforme<br />

neue Dichtungstypen sind rar.<br />

Ein Umdenken bei den Einkäufern<br />

von Trinkwasserdichtungen ist<br />

notwendig<br />

Das Umweltbundesamt (UBA) hat Anforderungen<br />

an Bauteile im Bereich der<br />

Trinkwasserversorgung aufgestellt. Im<br />

Bereich der Elastomer- und Faserweichstoffdichtungen<br />

ist die KTW-BWGL für<br />

Organische Materialien maßgebend.<br />

Produkte und Bauteile aus organischen<br />

Materialien werden in Bezug auf die<br />

eingesetzten Ausgangsstoffe (Vormaterialien)<br />

und deren Stoffübergang ins<br />

Trinkwasser bewertet.<br />

In den Positivlisten des UBA sind<br />

die Rohstoffe gelistet, die zur Herstellung<br />

von Elastomeren im Kontakt mit<br />

Trinkwasser verwendet werden dürfen.<br />

Die Liste für organische Materialien<br />

gilt auch für die mit Elas tomeren gebundenen<br />

faserverstärkten Dichtungsplatten<br />

(FA – Dichtungsplatten auf Basis<br />

von Fasern). In der Positivliste sind die<br />

vollständig bewerteten Stoffe aufgeführt<br />

(Monomere, Füllstoffe, Weichmacher,<br />

Alterungsschutzmittel, Verarbeitungs-Hilfsstoffe,<br />

Vernetzungsmittel,<br />

etc.). Die Übergangsfrist für Dichtungsmaterialien,<br />

die unbewertete oder teilbewertete<br />

Rohstoffe beinhalten, gilt<br />

nur noch wenige Monate. Dann ist die<br />

Umstellung auf neue Dichtungsmaterialien<br />

unausweichlich.<br />

dass die bisherigen Rezepturen für<br />

Produkte, die für die Trinkwasseranwendung<br />

gedacht waren, in diesem<br />

Anwendungsbereich nicht mehr<br />

verwendet werden dürfen. Dabei ist<br />

es schmerzlich, dass die bisher gewohnte<br />

Anwendungsbreite auf Grund<br />

der Beschneidung der möglichen Zutaten<br />

nicht mehr gewährleis tet ist.<br />

Dies trifft insbesondere auch die<br />

Weiterverarbeiter, wie Stanzer und<br />

technische Händler, die sich hinsichtlich<br />

der Ausnutzung der Dichtungsplatten<br />

beim Stanzen und bezüglich der<br />

Lagerhaltung für verschiedene Einsatzgebiete<br />

(z. B. Trinkwasser, Gas, Temperaturbereiche<br />

etc.) neu einrichten<br />

müssen (Lagerhaltung und Kalkulation).<br />

Ebenso könnte es für Armaturen-,<br />

Pumpen- und Gerätehersteller ein Problem<br />

werden, wenn in der Produktion<br />

eine Zuordnung verschiedener Dichtungswerkstoffe<br />

zu verschiedenen Anwendungsbereichen<br />

nicht machbar<br />

(bsp.: Heizgeräte mit Dichtungen für<br />

Gas sowie Heiz- und Trinkwasser) und<br />

die „Eine für alles Dichtung“ nicht mehr<br />

erhältlich sein sollten.<br />

Dies alles führt dazu, dass sich<br />

Anwender und auch die Lieferkette<br />

frühzeitig um eine gut funktionierende<br />

Alternative kümmern sollten.<br />

Hier bietet der Dichtungsmaterialhersteller<br />

Klinger mit einem neuen<br />

Produkt, der KLINGERSIL C-4240, die<br />

neue Flachdichtung auf Basis von Fasern<br />

(FA), hervorragende Möglichkeiten,<br />

dieses Problem deutlich abzumildern.<br />

Dieser Dichtungstyp (FA)<br />

wird sehr häufig in Trinkwassersystemen<br />

eingesetzt. Er ist auf Grund des<br />

Bindemittels (Elastomer) durch die<br />

neue Regelung KTW-BWGL betroffen.<br />

Die Reduzierung der erlaubten<br />

Zutaten für den Produktionsprozess<br />

ist so groß, dass der Walz- und Vulkanisierungsvorgang<br />

höchstes Knowhow<br />

erfordert, um überhaupt eine<br />

Dichtungsplatte unter diesen Bedingungen<br />

herstellen zu können. Bisher<br />

hat es nur der Hersteller KLINGER geschafft,<br />

eine FA-Dichtungsplatte zu<br />

entwickeln, welche die Konformität<br />

nach der KTW-BWGL in der Risikoklasse<br />

P2 besitzt. Die Risikoklasse P2<br />

muss erfüllt werden, wenn die trinkwasserberührende<br />

Oberfläche mehr<br />

als 1 % der Gesamtoberfläche des<br />

Bauteils beträgt.<br />

Zuverlässigkeit ist auch in der<br />

Montage wichtig<br />

In der Trinkwasserinstallation finden<br />

wir zwei typische unterschiedliche<br />

Anwendungsfelder. Für das eine Feld<br />

Die Lieferkette muss reagieren - es<br />

sind nur noch wenige Monate Zeit<br />

Für den Hersteller von FA-Dichtungsplatten<br />

bedeutet diese Situation,<br />

Abb. 1: Die neue Flachdichtung KLINGERSIL C-4240 auf Basis von Fasern<br />

100 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


<strong>Komponenten</strong><br />

Dichtungen<br />

steht der Monteur, der mit seinem<br />

Werkstattwagen seine Kunden besucht.<br />

Vor Ort unter oft widrigen Bedingungen<br />

Bauteile austauscht oder<br />

neu montiert und mit seiner Erfahrung<br />

und Qualifikation für das Handwerk<br />

steht.<br />

Das andere Anwendungsfeld ist<br />

die industrielle Fertigung von zusammengesetzten<br />

Bauteilen und Geräten<br />

vom Wasserfilter über die Armatur<br />

oder Pumpe bis zum Heizgerät. Hier<br />

sind exakte Montagebedingungen<br />

und hohe Wiederholgenauigkeit von<br />

Montageprozessen zu erwarten.<br />

Das Dichtungsmaterial muss also<br />

eine gleichbleibende Qualität besitzen,<br />

um eine industrielle Fertigung mit<br />

immer gleichem Verhalten zu sichern.<br />

Zusätzlich muss es einen breiten Anwendungsbereich<br />

haben, um auch manuelles<br />

Montieren unter unterschiedlichen<br />

Bedingungen zu ermöglichen.<br />

So hat der Hersteller mit dem<br />

neuen Produkt eine Dichtungsplatte<br />

entwickelt, die hinsichtlich ihres<br />

Verhaltens seinen bisherigen Dichtungsmaterialien<br />

sehr ähnlich ist. Gerade<br />

dieses Verhalten macht es dem<br />

Anwender möglich, ohne spezielle<br />

Umstellungen das neue Dichtungsmaterial<br />

einsetzen zu können. Das<br />

Pressungsverhalten und die Stabilität<br />

sind so, wie es sich der Anwender<br />

wünscht. Obwohl es aufgrund der extrem<br />

reduzierten Vernetzungschemie<br />

schwierig ist, ein gut vulkanisiertes<br />

Produkt zu erzeugen, hat die Entwicklungsmannschaft<br />

bei KLINGER hervorragende<br />

Arbeit geleistet.<br />

Welche Flachdichtungen sind<br />

ebenso im Trinkwasser mit höheren<br />

Oberflächenanteilen einsetzbar? Parallel<br />

zu den Faserstoffmaterialien gibt es<br />

weitere Dichtungsmaterialien in Form<br />

von stanzbaren Platten und auch fertige<br />

Dichtungen, welche die neuen Anforderungen<br />

erfüllen. In den Bereich<br />

Kunststoffe fällt die mit Siliziumcarbid<br />

hochgefüllte Dichtungsplatte auf<br />

PTFE-Basis „KLINGERtop-chem 2000“.<br />

Für diesen Werkstoff liegt die Konformitätsbestätigung<br />

bereits vor.<br />

Außerdem werden in der Trinkwasserversorgung<br />

oft die so genannten<br />

Gummi-Stahl-Dichtungen verwendet<br />

– meist in Erzeugungs- und<br />

Verteilsystemen, bei denen Flanschverbindungen<br />

mit beschichteten<br />

Abb. 2: Dichtungsplatte KLINGERtop-chem<br />

2000 auf PTFE-Basis<br />

Oberflächen verbaut werden. Bei diesen<br />

Dichtungstypen ist die Situation<br />

ähnlich – eine Konformität zur KTW-<br />

BWGL ist bisher nur für die KLINGER<br />

KGS GII aus speziellem EPDM bekannt.<br />

Abb. 3: Gummi-Stahl-Dichtung KLINGER<br />

KGS GII aus speziellem EPDM<br />

Weitere Zulassungen und<br />

Zertifikate für die Faserdichtung<br />

KLINGERSIL C-4240<br />

In den letzten Jahren ist es sehr zeitraubend<br />

geworden, bei Instituten<br />

und Organisationen die Dichtungsmaterialien<br />

prüfen zu lassen und<br />

entsprechende Zertifikate zu erhalten.<br />

Daher stehen diese Informationen<br />

bei einem neuen Produkt nur<br />

nach und nach zur Verfügung. Nachdem<br />

die trinkwasserhygienische Beurteilung<br />

nach der Elastomerleitlinie<br />

und dem DVGW-Arbeitsblatt W 270<br />

im Jahr 2021 abgeschlossen wurde,<br />

konnte KLINGER im Jahr 2022 auch<br />

den Nachweis zur Dichtheit für den<br />

Einsatz in Gasanwendungen führen.<br />

Das DIN-DVGW-Baumusterprüfzertifikat<br />

nach DIN 3535-6 für den Einsatz<br />

bei Gasanwendungen liegt vor. Nun,<br />

wir haben mittlerweile das Jahr <strong>2024</strong>,<br />

stehen auch die englische Trinkwasserzulassung<br />

bei der WRAS und des<br />

Statement nach EU 1935/2004 zur<br />

Verfügung. Sogar die Konformität<br />

zur neugestalteten BfR ist gegeben!<br />

Aktuell ist die Prüfung für die Zulassung<br />

nach der französischen ACS im<br />

Gange. Zum Zeitpunkt der Drucklegung<br />

wurde die Prüfung der Rohstoffe<br />

erfolgreich abgeschlossen.<br />

Für Hersteller von Geräten für die<br />

Warmwassererzeugung ist dies alles<br />

ein gewaltiger Vorteil, denn es ist<br />

schwierig, einen Unterschied zwischen<br />

Trinkwasserdichtungen und Dichtungen<br />

für die gasführenden Teile in<br />

der Serienfertigung zu machen. Der<br />

Export von Produkten und Geräten<br />

für die Trinkwasserversorgung in verschiedene<br />

europäische Länder und<br />

Regionen wird durch die vielen Zulassungen<br />

und Konformitäten ebenso erleichtert<br />

bzw. erst möglich.<br />

Hilfreich ist das breite Spektrum an<br />

Zulassungen und Konformitäten auch<br />

für den Stanzer und technischen Händler,<br />

der die Dichtungsplatten aufgrund<br />

der zusätzlichen Anwendungsmöglichkeiten<br />

viel besser ausnutzen kann.<br />

Fazit für Entwickler, Konstrukteure,<br />

Planer und Installateure<br />

Für den verantwortungsvollen Hersteller<br />

und Vertreiber von Armaturen,<br />

Pumpen und Geräten im Anwendungsbereich<br />

Trinkwasser wird es<br />

immer dringender, den Umstellungsprozess<br />

auf die amtlich geforderte<br />

Dichtungsqualität einzuleiten. Gerade<br />

bei industriell produzierten Bauteilen,<br />

Geräten und Anlagen muss<br />

jetzt gehandelt werden, um den Umstellungsprozess<br />

erfolgreich vor dem<br />

finalen Datum abgeschlossen zu haben.<br />

Mit drei verschiedenen Dichtungstypen<br />

bietet Klinger die Möglichkeit,<br />

die passenden Dichtungen<br />

für neu zu zertifizierende Bauteile<br />

und Geräte auszuwählen, so dass<br />

ohne großen Aufwand die notwendigen<br />

Nachweise selbst für den Risikobereich<br />

P2 erbracht werden können.<br />

Autor: Dipl.-Ing. Norbert Weimer,<br />

KLINGER GmbH, Idstein<br />

www.klinger.de<br />

PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong><br />

101


<strong>Komponenten</strong><br />

OT-Security<br />

Neue Regelwerke haben Auswirkungen auf das OT-Netzwerk<br />

OT-Security muss von Anfang an<br />

eingeplant werden<br />

Denise Fritzsche und Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll<br />

Für Maschinenbauer und Anlagenbetreiber<br />

wird Security ein immer<br />

wichtigeres Thema. Normen wie die<br />

IEC 62443 (internationale Normenreihe<br />

für „Industrielle Kommunikationsnetzte<br />

– IT-Sicherheit für Netze<br />

und Systeme“) stellen unter anderem<br />

Anforderungen an die Systemsicherheit<br />

und Sicherheitsstufen.<br />

Ziel ist es, die Cyber-Resilience der<br />

Industrie zu stärken, gerade auch<br />

auf OT-Ebene (OT = Operative Technologie).<br />

Denn immer öfter wird<br />

diese von Angriffen auf die IT-Ebene<br />

quasi als „Beifang“ in Mitleidenschaft<br />

gezogen. Gleichzeitig sollte<br />

sie aber auch vor direkten Angriffen,<br />

die im Produktionsumfeld stattfinden,<br />

geschützt werden. Sicherheit<br />

ist also ein Thema, das nicht nur<br />

die einzelnen Anlagenteile, sondern<br />

gerade auch das eingesetzte Kommunikationsnetzwerk<br />

betrifft.<br />

Anlagen bestehen in der automatisierten<br />

Fertigung oder der Prozessindustrie<br />

aus zahlreichen Einzelmaschinen.<br />

Das Management initialisiert<br />

Digitalisierungsprojekte wie zum Beispiel<br />

Prozessoptimierung, Steigerung<br />

der Prozesstransparenz, Energiemanagement<br />

usw. Dadurch wandeln<br />

sich die Anforderungen an die Netzwerk-Kommunikation<br />

und deren Sicherheit.<br />

Nach aktuellem Stand wird<br />

die IEC 62443, Teil 3-3 („Anforderungen<br />

an die Systemsicherheit und Sicherheitsstufen“)<br />

über den Anhang<br />

III 1.1.9 auch in die Maschinenverordnung<br />

eingehen und die Voraussetzungen<br />

für eine sichere Kommunikation<br />

schaffen. Unabhängig davon<br />

sind schon jetzt die Verordnungen<br />

der Richtlinie hilfreiche Vorgaben,<br />

um Security in einem OT-Netzwerk<br />

zu gewährlisten. Es ist davon auszugehen,<br />

dass schon bald von Anlagenbauern<br />

und -betreibern mehr Netzwerk-Know-how<br />

gefordert wird. Oder<br />

sie holen sich, wie auch beim Maschinenbau,<br />

externe Expertise ins Haus.<br />

Security-Konzepte<br />

OT-Security ist nichts, was man nach<br />

Fertigstellung einer Anlage einfach<br />

noch „überstülpen“ könnte. Vielmehr<br />

betrifft das Thema die Anlage bei jeder<br />

verbauten Komponente und bis<br />

in die Tiefe der physikalischen Netzwerkstruktur.<br />

Cyber-Security muss<br />

daher von Anfang an eingeplant werden.<br />

Dazu sieht die IEC 62443 verschiedene<br />

Security-Konzepte vor, die<br />

die eingesetzte Hardware und Systeme<br />

ebenso betreffen wie Prozesse im<br />

Unternehmen und den Reifegrad der<br />

Organisation, sprich das Verständnis<br />

der Mitarbeiter für die vorhandenen<br />

Prozesse und das Wissen darum, was<br />

im jeweiligen Problemfall zu tun ist.<br />

Die Netzwerkexperten von Indu-<br />

Sol beschäftigen sich seit ihrer Gründung<br />

vor gut zwanzig Jahren mit der<br />

Zuverlässigkeit von industriellen<br />

Netzwerken. Ein Netzwerk, das aus<br />

welchen Gründen auch immer nicht<br />

zuverlässig funktioniert, hat stets<br />

auch Einfluss auf die Sicherheit der<br />

gesamten Anlage. Mit den Tools kann<br />

transparent gemacht werden, was im<br />

Netzwerk los ist. Gerade auch in Bezug<br />

auf Security von Netzwerken können<br />

Anlagenbauer und -betreiber in<br />

den Bereichen Hardware und Systeme<br />

sowie bei dem Reifegrad der Organisation<br />

über entsprechende System-Schulungen<br />

unterstützt werden.<br />

Netzwerk im Anlagen-Lebenszyklus<br />

Wer OT-Security in Anlagen einplant,<br />

sollte das also auch beim Netzwerk<br />

tun. Das ist aber ein komplexes Unterfangen,<br />

das nicht einfach so nebenbei<br />

erledigt werden kann. Es<br />

bräuchte sowohl bei der Anlagenplanung<br />

als auch im späteren Betrieb einen<br />

Experten für Netzwerktechnik.<br />

Das ist aber in der Regel aus finanzieller<br />

Sicht nicht machbar und im<br />

Zuge des Fachkräftemangels sind gut<br />

ausgebildete Mitarbeiter für die Netzwerktechnik<br />

schwer aufzutreiben.<br />

Hier kann es sinnvoll sein, bereits ab<br />

der ersten Phase des Anlagenlebenszyklus<br />

das Thema Netzwerk an externe<br />

Dienstleister auszulagern (Abb. 1).<br />

Das bringt den zusätzlichen Vorteil,<br />

Abb. 1: Tools und Strategien für Cyber-Security betreffen den ganzen Lebenszyklus einer<br />

Anlage. (Quelle: Indu-Sol)<br />

102 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN <strong>2024</strong>


<strong>Komponenten</strong><br />

OT-Security<br />

dass es bei der Übergabe der fertiggestellten<br />

Anlage von Anlagenbauer<br />

an den Anlagenbetreiber<br />

nicht zu einem Zuständigkeitswechsel<br />

bei der Netzwerktechnik<br />

kommt.<br />

Netzwerkexperten<br />

können<br />

bereits in der Phase der strategischen<br />

Planung beratend unterstützen.<br />

In der Phase von Umsetzung<br />

und Aufgabenstellung<br />

übernehmen sie dann die Netzwerkplanung.<br />

Bei der Einrichtung<br />

und Inbetriebnahme kümmern sie<br />

sich um die Netzwerkabnahme, im<br />

laufenden Betrieb über entsprechende<br />

Service-Level Agreements<br />

um Condition Monitoring und Predictive<br />

Maintenance. Wo es in Anlagen<br />

zum Retrofit kommt, stehen<br />

sie ebenfalls beratend zur Seite<br />

und helfen beim Netzwerkumbau.<br />

Für all diese Tätigkeiten braucht es<br />

dreierlei: Know-how, die passende<br />

Hardware sowie Services passend<br />

zur jeweiligen Lebensphase der<br />

Anlage.<br />

Tools mit integrierter Expertise<br />

Die Zeiten, in denen OT-Netzwerke<br />

noch vom Rest der Welt<br />

unabhängige Inseln waren, sind<br />

weitestgehend vorüber. Zu groß<br />

die Vorteile, die sich durch konvergente<br />

Netzwerke und direk ten<br />

Zugriff auf die Smart-Sensor-Daten<br />

der Maschinen und Anlagen<br />

ergeben. Zunehmend sind intern<br />

daher OT-Netzwerke mit der IT-<br />

Ebene verknüpft. Das heißt dann<br />

aber auch, dass jede Komponente,<br />

in der eine CPU verbaut ist,<br />

angreifbar ist. Damit ist das Thema<br />

OT-Security stark mit der eingesetzten<br />

Hardware verwoben.<br />

Der Clou ist, dass die Lösungen,<br />

die sich in den vergangenen Jahren<br />

für den zuverlässigen Betrieb<br />

von Netzwerken mit dem Schwerpunkt<br />

auf Predictive Maintenance<br />

bewährt haben, auch zur Überwachung<br />

der Netzwerksicherheit<br />