Drehzahlgeregelte Pumpen sparen Volkswagen Energie ein

Volkswagen benötigte einen höheren Reinheitsgrad bei Schmier- und Kühlmittel für ihre Motorproduktion in Salzgitter, Deutschland. Durch die Modernisierung der Schmier- und Kühlmittel-Filtertechnologie für Honsysteme hat das Unternehmen seine Schmier- und Kühlmittel-Versorgungspumpen durch drehzahlgeregelte Modelle der Baureihe NK ersetzt. Das Ergebnis: eine bessere Qualität für Schmiermittel und ein reduzierter Energieverbrauch.

Von Heinz Maier, Industriedivision, Großkundenbetreuer für Fahrzeuge, Grundfos GmbH, Erkrath.

Diese eindrucksvollen Zahlen sprechen für sich: Am Standort Salzgitter produziert Volkswagen auf einer Produktionsfläche von 320.000 m² bis zu 7.000 Motoren am Tag. Das Unternehmen stellt mehr als 370 verschiedene Diesel- und Benzinmotoren her - zusätzlich zu Industrie- und Schiffsmotoren sowie Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung. Die Produktionspalette umfasst Motoren mit drei bis 16 Zylindern und einer Motorleistung von 55 kW bis 736 kW.

Um eine so große Vielfalt an Motoren produzieren zu können, besitzt das Werk in Salzgitter etwa 6.200 Werkzeugmaschinen, die gelieferte Gussteile und Rohblöcke in Motorblöcke, Zylinderköpfe sowie Nocken- und Kurbelwellen fräsen, bohren, drehen und schleifen. Das Werk produziert zusätzlich viele Motorbauteile wie Ansaugkrümmer, Ölwannen, Schwungräder sowie Öl- und Wasserpumpen. Diese Bauteile durchlaufen zwölf Montagelinien, um jeden Motor zu komplettieren.

Versorgungspumpen der Baureihe NK beliefern das Honsystem pro Minute mit 1000 Litern Kühlschmiermittel.

Versorgungspumpen der Baureihe NK beliefern das Honsystem pro Minute mit 1000 Litern Kühlschmiermittel.

Kühlschmier-mittel: Elementar für das Honen
Nils-Stefan Bang arbeitet seit elf Jahren in der Motorproduktion des Werks in Salzgitter und ist für die Kapazität-enplanung zuständig. Zusammen mit seinem Kollegen ist er dafür verant-wortlich, dass die Arbeitsmaschinen nahtlos mit verschiedenen Betriebsmitteln beliefert werden. Dazu gehören: Kühlwasser, Kaltwasser, Druckluft sowie Schmier- und Kühlmittel, die eine nahtlose Anordnung von Emulsionen mit Metallspänen sicherstellen.

Das Werk in Salzgitter besitzt mehr als 120 Kühlschmiermittel-Systeme, die kontinuierlich etwa 6.000 m³ Kühlschmiermittel im Bearbeitungsprozess umwälzen. Zusätzlich müssen täglich ungefähr 100 Tonnen Metallspäne wieder aufbereitet werden.

Nils-Stefan Bang ist nicht nur für die Planung von Schmier- und Kühlmittelsystemen verantwortlich. Seine tägliche Arbeit besteht vor allem darin, bestehende Systeme an neue Regulierungen und Motorbauweisen anzupassen und veraltete Technologien zu modernisieren.

Auch das Honsystem zur Bearbeitung 4-zylindriger Kurbelgehäuse wurde diesen Neuerungen kürzlich unterzogen. Das Zylinderkurbelgehäuse ist der zentrale Motorbestandteil, in dem die Zylinder des Motors und das Kurbelgehäuse nach der Montage arbeiten. Hier wird ein besonders hohes Maß an Oberflächenqualität benötigt. Laut Niels-Stefan Bang reduziere das Honen als letzte Verfeinerung die Reibungsverluste im Motor. Eine mikrofeine Querrillenstruktur stelle sicher, dass das Motoröl während des anschließenden Betriebs besser hafte und der Ölfilm sich nicht ablöse.

Die besondere Aufgabe bestand nun darin, den Reinheitsgrad des Kühlschmiermittels für das Honen weiter zu erhöhen. Die Qualität der Kühlschmiermittel beeinflusst indirekt auch die Qualität des Motors (d.h. die anschließende Leistung und Kosteneffizienz). Je besser die letzte Verfeinerung (Reduzierung der Reibungsverluste), desto niedriger die zu erreichenden Toleranzen.

Um die Qualität des Kühlschmiermittels zu verbessern, wurde ein zusätzlicher „Überwachungsfilter“ als automatischer Rückspülfilter installiert. Darüber hinaus wurde zur Beseitigung feinster Partikel eine schnell rotierende Zentrifuge auf den Bypass-Modus eingestellt.

Diese Veränderungen des Schmier- und Kühlmittelsystems beeinflussten die Schmier- und Kühlmittelpumpen, die installiert werden mussten. Die Graugusspartikel zum Beispiel, die während der Werkstoffbearbeitung entstehen, sind ziemlich schwer, sinken schnell ab und laufen daher Gefahr, die Kühlleitungen zu blockieren. Aus diesem Grund muss die Kühlung unter hohem Druck und hoher Geschwindigkeit stattfinden.

„Als Versorgungstechniker ist es meine Aufgabe, das Honsystem wie eine Art „Blackbox“ zu sehen - unser Fokus ist es, das gegebene Kühlschmiermittel mit den notwendigen Eigenschaften auszustatten und dabei den Energieverbrauch so niedrig wie möglich zu halten“, sagt Niels-Stefan Bang. In diesem Fall erforderten die Leistungsdaten einen Förderdruck von 3,5 Bar und eine Pumpenleistung von 1.000 Liter/Minute bei einer Temperatur von 25 °C.

Drehzahlregelung sorgt für Flexibilität
Im Mai 2011 hat Volkswagen zwei drehzahlgeregelte Standardpumpen der Baureihe NK von Grundfos in ihrem Werk installiert, um sie alternierend zu verwenden. Des Weiteren wurde ein CUE Frequenzumrichter (37 kW) und eine CIU 150 Kommunikationsschnittstelle mit Profibus Anschluss an die SPS-Steuerung installiert.

Warum wurden diese Pumpen mit einer Drehzahlregelung ausgestattet?

„Die Erfahrung zeigt, dass es immer vorteilhaft ist, wenn ein System wie dieses „atmen“ kann. Eine drehzahlgeregelte Pumpe ist hinsichtlich Förderstrom und Förderdruck flexibel“, erklärt Niels-Stefan Bang. Eine drehzahlgeregelte Pumpe fördert die im Prozess notwendige Fördermenge zu jeder Zeit. Derartige Pumpen können außerdem an verschiedene Anlagen angepasst werden, sodass sie wieder verwendet werden können. „Mithilfe einer frequenzgeregelten Pumpe ist es einfacher für mich, eine Vielzahl an Betriebszuständen zu betreiben oder zu simulieren“, fügt er hinzu. Auf diese Weise wird eine große Menge elektrischer Energie eingespart, die andernfalls in Form von Wärme in das Kühlschmiermittel geleitet werden würde.

In diesem Fall erfolgt eine zusätzliche Reinigung durch Knoth Boxes, in denen die Werkstücke mit Luft oder - mithilfe einer Schmier- und Kühlmittelleitung - bei hohem Druck und mit einem großen Volumen an Kühlschmiermittel verstrahlt werden. Es handelt sich um einen getakteten Prozess mit zehn- bis 15-minütigen Intervallen, auf die die Kühlschmiermittelpumpe reagieren muss.

Die Pumpen der Baureihe NK und NKG sind standardmäßig mit einer rückstoßsicheren Kupplung ausgestattet.

Die Pumpen der Baureihe NK und NKG sind standardmäßig mit einer rückstoßsicheren Kupplung ausgestattet.

Weitere Vorteile
Eine drehzahlgeregelte Pumpe bietet außerdem Vorteile für den Wochenendbetrieb. Wenn das Kühlschmiermittel nicht verwendet wird, darf es nicht zu lange bewegungslos verharren - durch einen Bewegungs-stillstand steigt die Verkeimungs-gefahr. Mithilfe einer drehzahlgeregelten Pumpe kann der Prozess so konfiguriert werden, dass das System keine Energie verschwendet und nicht verkeimt.

Momentan sind bei Volkswagen schätzungsweise 10 % der Filtersysteme mit drehzahlgeregelten Pumpen ausgestattet. Nils-Stefan Bang ist der Meinung, dass es wirtschaftlich lohnend sei, nach und nach etwa 30 % der Systeme mit drehzahlgeregelten Pumpen umzurüsten. Drehzahlgeregelte Pumpen bieten gegenüber ungeregelten Pumpen eine Vielzahl an Vorteilen - dazu gehören zum Beispiel Energieeinsparungen:

  • Der Frequenzumrichter ermöglicht einen einfachen Anschluss (das gilt besonders, wenn ein MGE Motor von Grundfos bis 22 kW verwendet wird, der einen eingebauten Frequenzumrichter besitzt)
  • Es werden keine energieverbrauchenden Spülkanäle, Leitungsdrosselungen und Ventilsteuerungen mehr gebraucht, um den Betriebspunkt einzustellen
  • Es werden keine zeitintensiven Anpassungsarbeiten mehr benötigt, wenn Änderungen in der Produktionslinie vorgenommen werden
  • Die R100 Infrarot-Fernbedienung von Grundfos und das Parameter-Anpassungsgerät können zur Überwachung, Veränderung und Speicherung aktueller Betriebszustände für einzelne Pumpen verwendet werden
  • Dank Soft-Start-Technologie gibt es während des System-Warm-Ups keine Druckschwankungen, wodurch auch die Produktlebensdauer positiv beeinflusst wird
  • Alternierende, definierte Betriebspunkte können einfach angepasst werden

Standardpumpe vs. normalsaugende Pumpe
In diesem Fall wurde eine Standardpumpe ausgewählt. Standardpumpen bieten dem Benutzer viele Vorteile in Bezug auf Service, Ersatzteile und Wartung. Die Prozessgestaltung ermöglicht ein einfaches Entfernen der Kupplung, des Lagerträgers und des Laufrads, ohne dass das Pumpengehäuse oder die Rohrleitungen demontiert werden müssen. Die Gleitringdichtungen erfüllen den EN 12756-Standard.

Die Ausbaukupplung ist standardmäßig in Pumpen der Baureihe NK/NKG eingebaut (Back Pullout-Konstruktion). Damit werden die Wartungs- und Reparaturarbeiten vereinfacht.

Die Ausbaukupplung ist standardmäßig in Pumpen der Baureihe NK/NKG eingebaut (Back Pullout-Konstruktion). Damit werden die Wartungs- und Reparaturarbeiten vereinfacht.

Grundfos bietet Standardpumpen der Baureihe NK und normalsaugende Pumpen der Baureihe NB, die den EN 733-Standard (europäische Wasserrahmenrichtlinie) erfüllen. Außerdem vertreibt Grundfos Pumpen aus der Baureihe NKG und NBG, die den EN 22858-Standard erfüllen (Europäische Chemienormpumpen). Es gibt verschiedene Materialien für das Pumpengehäuse (Grauguss, Edelstahl, Duplex) und verschiedene Dichtungen.

Die Standardpumpen der Baureihe NK und NKG sind standardmäßig mit einer Ausbaukupplung ausgestattet. Auf diese Weise kann der Motor immer auf der Grundplatte montiert bleiben, wenn Wartungs- oder Reparaturarbeiten für die Pumpe oder die Dichtungen notwendig sind. Die Kupplung kann ausgebaut werden, ohne den Motor zu demontieren. Im Anschluss daran ist ausreichend Platz, um die gesamte Pumpenwelle/Laufrad-Einheit vom Pumpengehäuse zu entfernen (Back Pullout-Konstruktion) und sie nach der Wartung wieder zu installieren. Diese Arbeit kann von einer einzigen Person mithilfe eines Krans ausgeführt werden. Es ist nicht notwendig, die Pumpenwelle und den Pumpenantrieb mithilfe der Ausbaukupplung neu auszurichten - auf diese Weise werden Kosten durch Stillstandzeiten reduziert.

Energie sparen: worauf es wirklich ankommt

Ein Pump Audit bei Yokohama Rubber zeigte eine potenzielle Energieeinsparung von über 50 Prozent durch das Austauschen von alten und überdimensionierten Pumpen. Der tatsächliche Austausch hat dies bewiesen.

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