Bereits seit Ende 2015 sind alle Unternehmen (mit Ausnahme KMU) verpflichtet, alle vier Jahre ein Energieaudit durchzuführen. Unternehmen, die bereits ein gültiges und zertifiziertes Energiemanagementsystem – beispielsweise nach der DIN EN ISO 50001 – eingerichtet haben, sind von der Pflicht entbunden. Entgegen dem alle vier Jahre punktuell durchgeführten Energieaudit hat ein Energiemanagementsystem den Vorteil, auf eine kontinuierliche Verbesserung der Energieeffizienz ausgerichtet zu sein.
Gerade in der Industrie sind die Energieeinsparpotenziale nach wie vor erheblich: Laut einer vom BMUB (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit) in Auftrag gegebenen Untersuchung entfällt ein Großteil des Einsparpotenzials in der Industrie auf elektrische Antriebe und von ihnen angetriebene Aggregate.
Massive Einsparpotenziale
Circa 80 Prozent des Verbrauchs in Industrie und Handel entfallen auf diesen Bereich. Mit die größten Einsparpotenziale könnten demnach besonders durch den Einsatz energieeffizienter Pumpen erzielt werden. Da in der Regel rund 90 Prozent der Lebenszykluskosten von Pumpensystemen auf Energiekosten entfallen, amortisieren sich Investitionen in effiziente Systeme daher in der Regel bereits nach relativ kurzer Zeit.
Auf die Pumpe kommt es an
„Ein besonderes Augenmerk sollte dabei auf die Auswahl der richtigen Pumpen zur Förderung von viskosen und hochviskosen Medien gelegt werden“, erläutert Florian Walter, Product Manager beim Pumpenhersteller MasoSine Process Pumps. Neben der Förderhöhe hat die Viskosität den größten Einfluss auf den Energieverbrauch eines Pumpensystems. Bei zunehmender Viskosität steigt der Energieverbrauch bei den meisten Pumpen sehr rasch an. Eine Ausnahme von dieser Regel bilden Sinuspumpen: Bei diesem Pumpentyp dreht sich ein sinusförmiger Rotor. Dadurch entstehen vier gleich große umlaufende Kammern, die im Ganzen verschoben werden. Das zu fördernde Medium wird in diesen befördert. Die Abdichtung von der Druck- zur Saugseite wird durch einen auf dem Rotor sitzenden Gate gewährleistet.
Diese Bauweise bietet nicht nur einen sehr guten volumetrischen Wirkungsgrad. Durch das Konstruktionsprinzip mit nur einem Rotor, einer Welle und einer Dichtung kann außerdem auf zusätzliche „Energiefresser“ wie weitere Dichtungen, Lager oder ein zusätzliches Getriebe zum Synchronisieren der Kolben verzichtet werden. Das für eine kontinuierliche Förderung notwendige Drehmoment reduziert sich auf ein Minimum.
Im Gegensatz zu anderen Funktionsprinzipien schneidet der Rotor nicht durch das zu fördernde Produkt. Dadurch kommt es selbst bei hochviskosen Medien weder zu Reibungsverlusten noch muss das Drehmoment nennenswert gesteigert werden. Der Energieverbrauch erhöht sich dadurch auch bei hoher Viskosität nicht, die Pumpe schafft selbst Viskositäten von bis zu acht Millionen Centipoise.
Alle Verdrängerpumpen produzieren einen in gewissem Umfang pulsierenden Förderstrom. Auch diese Pulsation wirkt sich nachteilig auf den Energieverbrauch aus, denn in der Regel erzeugt eine pulsierende Strömung mehr Druckverlust. Dank ihres sinusförmigen Rotors treten Pulsationsspitzen bei Sinuspumpen aber – anders als beispielsweise bei Drehkolbenpumpen – praktisch nicht auf, die Pumpe fördert nahezu pulsationsfrei mit einem gleichmäßigen und einheitlichen Förderprofil.
Die energetischen Vorteile der Sinuspumpe bestätigt auch Professor Eberhard Schlücker, Inhaber des Lehrstuhls für Prozessmaschinen und Anlagentechnik an der Universität Erlangen-Nürnberg nach vergleichenden Untersuchungen mehrerer Pumpenarten: „Die Pumpe verfügt über wenige Gleitflächen, was sich positiv auf den Energieverbrauch gegenüber konkurrierenden Funktionsprinzipien auswirkt. Vor allem bei hohen Viskositäten überzeugt sie durch sehr wenig innere Reibung sowie minimale Fluiddeformation und hat dadurch einen etwas besseren Wirkungsgrad als beispielsweise Drehkolbenpumpen. Hinsichtlich der Leistungsdichte gehört sie für die Förderung viskoser Fluide zur Spitzengruppe der Verdrängerpumpen“, so das Urteil des Experten für Pumpensysteme.
Energiekosten halbieren
Die Einsparpotenziale, die sich durch den Einsatz von Sinuspumpen realisieren lassen, sind erheblich, gerade bei hohen Viskositäten: Um dies zu illustrieren, bietet der Hersteller MasoSine Process Pumps mit den sogenannten Mee-Kurven ein Werkzeug, das – basierend auf realen Kalkulationen und Berechnungen – die Einsparmöglichkeiten durch den Einsatz von Sinuspumpen aufzeigt.
Die hohe Effizienz der Sinuspumpen konnten auch die umfangreichen Untersuchungen und Tests des Lehrstuhls für Prozessmaschinen und Anlagentechnik an der Universität Erlangen-Nürnberg bestätigen. Sie haben gezeigt, dass Sinuspumpen in Kombination mit energieeffizienten Motoren bei hohen Viskositäten je nach Anwendung und gefördertem Medium bis zu 50 Prozent weniger Energie verbrauchen als vergleichbare Verdrängerpumpen. In vielen Fällen können die Investitionskosten in neue Pumpen schon innerhalb eines Jahres durch geringeren Verbrauch eingespart werden.
Einfache Wartung spart
Dennoch sollte ein geringer Verbrauch nicht als Einziges bei Planung und Durchführung von Energieeffizienzmaßnahmen berücksichtigt werden: „Viele Anwender unterschätzen, welch großen Einfluss auch die Wartungsfreundlichkeit einer Pumpe im täglichen Betrieb auf die Effizienz einer Anlage haben können“, erläutert Florian Walter. Nur eine Pumpe, die reibungslos funktioniert, kann die versprochene Energieeffizienz auch liefern. Oft wird bei allen Arten von Pumpen der Verschleiß mit einer Erhöhung der Drehzahl des Motors kompensiert, um die Förderleistung konstant zu halten. Dadurch nimmt die Energieaufnahme zu.
Wegen Termindrucks und hoher Auslastung werden Wartungsarbeiten häufig erst dann erledigt, wenn sie unumgänglich sind. Höhere Energiekosten werden dabei oft in Kauf genommen, um einen Anlagenstillstand durch Wartungsarbeiten zu vermeiden. Dabei übersteigen jedoch in vielen Fällen die zusätzlichen Energiekosten schon nach kurzer Zeit die Kosten für den Austausch von Teilen. Wartungsarbeiten sollten also zeitnah und mit möglichst wenig Aufwand möglich sein. Auch hier weiß die Sinuspumpe zu überzeugen: Sie kann an ihrem Einsatzort innerhalb weniger Minuten einfach und kostengünstig gereinigt und gewartet werden und steht in kürzester Zeit wieder „wie neu“ zur Verfügung.
Darüber hinaus können Beschädigungen des Fördermediums zu Ausschuss und so zu erhöhtem Verbrauch führen. Gerade in der Lebensmittelindustrie, einem Haupteinsatzgebiet von Sinuspumpen, wird großer Wert auf das optische Erscheinungsbild gelegt. Bei vielen Verdrängerpumpen wirken hohe Scherkräfte auf das Medium ein. Dadurch kann es zu Einschränkungen bei der Produktqualität und optisch fehlerhaften Endprodukten kommen. In der Folge muss die Anlage Zusatzschichten fahren – mit entsprechendem Mehrverbrauch an Strom.
Geringer Ausschuss
Das ist kein Problem für Sinuspumpen, da sie sich durch sehr geringe Scherkräfte und eine schonende Förderung auszeichnen: Die Kammern, in denen das Produkt gefördert wird, werden im Ganzen verschoben, so dass das Produkt nur minimal mechanisch belastet wird. Damit können Sinuspumpen selbst Medien mit weichen, empfindlichen Feststoffen wie ganze Früchten von bis zu 60 mm problemlos und sicher zu fördern. Konsistenzveränderungen und Viskositätsverluste lassen sich auf ein Minimum reduzieren. Der Einsatz teurer Zusatzstoffe verringert sich so um bis zu 40 Prozent im Vergleich zu anderen Pumpenarten.
