Hocheffiziente Pumpentechnik

Stromkosten senken

In einem kunststofftechnischen Betrieb wurden 2011 zwei veraltete Blockpumpen in der Prozesswasserversorgung gegen hocheffiziente Trockenläuferpumpen der neuen Generation getauscht. Ein Vergleichstest zeigte: Dank der neuen Pumpen der Baureihe Wilo-Stratos Giga mit Motoren mit Wirkungsgraden über den Mindestanforderungen IE4 spart das Unternehmen nun rund 77 % der Stromkosten für die Pumpen in der Prozesskühlung ein.

Die Hocheffizienzpumpe "Wilo-Stratos Giga" für den oberen Leistungsbereich in Heizungs-, Kaltwasser- und Kühlanwendungen ermöglicht durch einen hohen Gesamtwirkungsgrad beachtliche Stromeinsparungen.

Effiziente und leistungsstarke Pumpentechnik kommt in Industrieunternehmen nicht nur in klassischen Heizungs- und Klimakreisläufen zum Einsatz, sondern beispielsweise auch in der Prozesskühlung. Die TKT Kunststoff-Technik in Bad Laer benötigt große Mengen Kühlwasser für die Kühlung von Spritzgießprozessen bei der Kunststoffformgebung. Für die Einspeisung des Kühlwassers in die Leitungsnetze sind nach Modernisierung und Erweiterung des Pumpenbestandes drei hocheffiziente Trockenläuferpumpen des Dortmunder Pumpenspezialisten Wilo im Einsatz.

Hochmoderner Produktionsbetrieb

Mit einem modernen Maschinenpark, qualifizierten und motivierten Mitarbeitern sowie einem kundenorientierten Projektmanagement ist die TKT-Kunststoff-Technik GmbH bestens aufgestellt. Sie fertigt Spritzgusserzeugnisse für international tätige Unternehmen wie Tesa, Friwo und andere namhafte Abnehmer. Neben der automatischen und manuellen Fertigung der Kunststoffartikel bietet das Unternehmen kundenspezifische Montagen und Logistikkonzepte. TKT besitzt zudem langjährige Erfahrungen in der Konstruktion, Beschaffung und Fertigung von Werkzeugen, basierend auf dem eigenen Werkzeugbau. Auch Kunststoffsysteme und -artikel mit besonderen Geometrien entstehen hier. Die moderne Spritzerei fertigt technische Artikel und Kunststoffkomponenten aller Art ab 0,5 g. Die flexible Produktion ermöglicht die Fertigung von kleinen Losen bis zu Dauerläufern. Dabei setzt TKT auf modernste Maschinen von 300 KN bis 2.500 KN Zuhaltekraft. Die im eigenen Haus gefertigten Werkzeuge zeichnen sich durch Präzision und zuverlässige Funktionalität im Serieneinsatz aus.

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TKT hat zudem langjährige Erfahrung in der Herstellung, Änderung und Reparatur von verschiedensten Spritzgusswerkzeugen für die eigene Produktion. Diese bieten hohe Präzision, zuverlässige Funktionalität und kurze Fertigungszyklen im Serieneinsatz. Insbesondere bei der Entwicklung von Sonderwerkzeugen für Kleinmaschinen sowie bei der Modifikation bestehender Werkzeuge für veränderte Anforderungen zeigt sich das Know-how des Unternehmens. Eine der Stärken von TKT ist der Bau von Werkzeugen für Einlegearbeiten im Taktverfahren und für den besonders wirtschaftlichen Einsatz auf Vertikalmaschinen mit einer Düse und zwei Auswerferseiten.

Kühlung in der Spritzgusstechnik

Bei der Fertigung von Kunststoffteilen ist eine kontinuierliche Kühlung von Werkzeugen und Maschinenhydraulik erforderlich. Dies hat auch unter wirtschaftlichen Aspekten große Bedeutung. Denn rund 60 % der Zykluszeit im Produktionsprozess entfallen auf die Kühlung. Durch das Einspritzen der Kunststoffschmelze in das gekühlte Werkzeug kommt es zur Erkaltung - von außen nach innen - und schließlich zur Erstarrung des Kunststoffs. Je stärker man das Spritzgusswerkzeug kühlt, desto schneller erstarrt die Schmelze. Das sorgt für kürzere Zykluszeiten und höhere Wirtschaftlichkeit im Produktionsprozess. Für die Qualität des Spritzgusserzeugnisses sowie einen möglichst geringen Nachbearbeitungsbedarf ist zudem die richtige Temperierung der Werkzeuge ausschlaggebend.

Als Kühlmedium wird in der Spritzgusstechnik üblicherweise Wasser verwendet, so auch bei TKT. Das Kühlwasser ist dort in Tanks mit einem Fassungsvermögen von 2.000 l bevorratet, die mit Kühlschlangen ausgestattet sind. Jeweils ein Kühlkreislauf versorgt die Spritzgusswerkzeuge sowie die Maschinenhydraulik. Das Wasser wird nach Bedarf aus den Tanks in den entsprechenden Vorlauf gepumpt. Von den Hauptversorgungssträngen der Werkzeugkühlung gehen Stichleitungen ab, die jeweils mit der Kühleinrichtung eines Spritzgusswerkzeugs verbunden sind. Über 60 Entnahmestellen lassen sich so versorgen. Das zur Kühlung genutzte Wasser wird anschließend wieder in die Vorratstanks eingeleitet, wo man es erneut abkühlt. Bei Wasserverlust im Kreislauf, etwa durch Werkzeugwechsel, lässt sich zusätzliches Wasser in die Vorratstanks nachspeisen.

Wirtschaftliche Anlagenoptimierung

In der Vergangenheit versorgten ungeregelte Blockpumpen die Kühlkreisläufe beim Kunststoffverarbeiter. Diese besaßen zwar die notwendige Leistung, um die maximalen Fördermengen von bis zu 21 m3/h in das Netz einzuspeisen, verbrauchten jedoch - angesichts einer Leistungsaufnahme von rund 11 kW und von bis zu 24 Betriebsstunden pro Tag bei Dreischichtbetrieb - große Mengen Strom. Hier galt es, im Rahmen der Betriebskostenoptimierung eine langfristig wirtschaftliche Lösung zu finden, die sich kurzfristig amortisiert.

Die Produktionsleitung des Herstellers entschloss sich daher zu einem Austausch der Pumpen. "Bei der Umstellung auf eine neue Pumpentechnik war für uns vorrangig, dass diese eine automatische Anpassung der Förderleistung an variierende Förderströme vornimmt", erklärt Christoph Hein, Produktionsleiter bei TKT. "Denn wir haben es im laufenden Betrieb mit stark schwankenden Volumenströmen zu tun. Die ungeregelten Altpumpen liefen unabhängig vom Förderbedarf mit konstanter Drehzahl und verbrauchten natürlich im Teillastbereich unnötig viel Strom", so Hein über die im Vorfeld definierten Anforderungskriterien an die neuen Pumpen.

Proaktiver Pumpentausch spart Kosten

Im September 2011 wurde das erste der beiden Aggregate gegen eine neue Pumpe getauscht. Aufgrund der hohen Energiesparpotenziale und der bedarfsgerechten Anpassung der Förderleistung fiel die Wahl auf die neueste Generation elektronisch geregelter Trockenläuferpumpen von Wilo. Die Hocheffizienzpumpe "Wilo-Stratos Giga" für den oberen Leistungsbereich in Heizungs-, Kaltwasser- und Kühlanwendungen ermöglicht durch einen hohen Gesamtwirkungsgrad beachtliche Stromeinsparungen. Bei der komplett neu entwickelten Baureihe werden erstmals Trockenläuferpumpen von extrem stromsparenden EC-Motoren angetrieben. Die Energieeffizienz des Motors beruht auf einem neuen hocheffizienten Antriebskonzept, dem High Efficiency Drive (HED). Die EC-Motoren dieser Trockenläuferpumpen erreichen damit einen Wirkungsgrad von bis zu 94 Prozent. Dieser geht sogar über den Grenzwert der für die Zukunft vorgesehenen und dann besten Energieeffizienzklasse IE4 (gemäß IEC TS 60034-31 Ed.1) hinaus. Zudem werden alle Vorgaben der neuen EU-Verordnung zur Energieeffizienz von Elektromotoren unter der europäischen Ökodesign-Richtlinie deutlich übertroffen. Die Pumpen verfügen darüber hinaus über eine neue, optimal an die Motorentechnologie angepasste Hydraulik, so dass Pumpe und Motor mit der Elektronik ein optimal aufeinander abgestimmtes System ergeben. Für Kaltwasseranwendungen ist die Baureihe durch eine Kataphorese-Beschichtung und eine serienmäßige Kondensatdrainage wirksam vor Korrosion geschützt.

Pumpentechnik überzeugt im Praxistest

Um die Einsparungen der neu installierten Hocheffizienzpumpe beziffern und ihre Wirtschaftlichkeit exakt beurteilen zu können, nahm der Kunststoffverarbeiter einen Vergleichsbetrieb zwischen dem verbliebenen Altaggregat und der neuen Hocheffizienzpumpe auf. "Wir wollten ganz genau wissen, wie viel Strom und somit Energiekosten uns der Wechsel auf die neue Pumpe spart", erläutert Produktionsleiter Hein. "Daher haben wir die beiden Pumpen über eine zweiwöchige Testphase hinweg an herkömmliche Drehstromzähler angeschlossen. Das Ergebnis war für uns mehr als zufriedenstellend", so Hein weiter. "Die Hocheffizienzpumpe verbrauchte im Schnitt gerade einmal 3,8 kWh pro Stunde im Gegensatz zu rund 11 kWh der alten Blockpumpe. Im Vergleich konnten wir dadurch unsere Kosten für den Pumpenbetrieb um 77 % senken." Das Ergebnis der Vergleichsmessung veranlasste die Produktionsleitung, auch die zweite Blockpumpe auszutauschen. Aufgrund eines in den letzten Jahren gestiegenen Kühlwasserbedarfs in der Werkzeugkühlung ersetzten gleich zwei Hocheffizienzpumpen das Altaggregat. Stellt man die dadurch eingesparten Energiekosten den Anschaffungskosten für die hocheffizienten Trockenläuferpumpen gegenüber, so wird sich die Investition in die neue Pumpentechnik für das Unternehmen schon nach kurzer Zeit amortisiert haben. Ebenso bedeutend für den Hersteller ist jedoch auch der Nachhaltigkeitsaspekt: "Unsere Kunden erwarten natürlich von uns und es ist uns auch selbst daran gelegen, dass wir möglichst umweltschonend produzieren. Dazu gehört auch der Einsatz möglichst energiesparender Anlagentechnik", hebt Christoph Hein hervor. "Mit der neuen Pumpentechnik können wir diesem Anspruch gerecht werden."

Das Beispiel zeigt: Auf der Suche nach Kostensenkungspotenzialen im Industriebetrieb lohnt ein Blick auf die Pumpentechnik in der Prozesskühlung. Oft sind hier ungeregelte Altaggregate im Einsatz, deren vorfristiger Austausch wirtschaftlicher ist als bis zum Ende des Lebenszyklus abzuwarten. Dies gilt umso mehr, als sich mit elektronisch geregelten Hocheffizienzpumpen mit Motorenwirkungsgraden über den Mindestanforderungen IE4 Kostensenkungspotenziale von fast 80 % bei kurzen Amortisationszeiten nachweisen lassen. jg

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