Pumpenlaufräder sind hohen physikalischen Belastungen ausgesetzt. Abrasion (Abtragung) durch Sand, Salz und Chlor sowie mögliche Kavitation beeinträchtigen die Dauerfestigkeit der Gussteil- Oberflächen. Bei der Kavitation entstehen in der Pumpe direkt am rotierenden Laufrad Luftbläschen, die implodieren und dabei zum Materialabtrag führen können. Diesen Kräften kann kein Werkstoff lange standhalten. Hinzu kommt, dass die raue Gussoberfläche im Schwimmbadeinsatz zur Ablagerung von Keimen beitragen kann. Unter diesen Gesichtspunkten musste die Herborner Pumpentechnik für die weltweit verkauften Umwälzpumpen bisher Laufräder aus teurer Aluminium-Bronze zukaufen. Vor zehn Jahren hatte Sascha Korupp bereits mit der eigens entwickelten Pulverbeschichtung von Pumpengehäusen und anderen Komponenten gute Erfahrungen gemacht. „Es hat mich immer geärgert, dass wir unsere Pumpenlaufräder nicht selber herstellen und zudem nicht beschichten konnten, um darüber die Effizienz der Pumpenhydrauliken bis zu dem maximal technisch Möglichen hin zu optimieren. Dementsprechend musste unsere Pulverbeschichtung weiterentwickelt werden und dafür brauchten wir einen Partner und die LOEWE-Förderlinie 3. Alleine hätten wir das weder finanziell noch personell stemmen können“, berichtet Sascha Korupp.
Hightech Pulverlack aus Herborn erobert die Welt
Die Pulverbeschichtung ist eine weitverbreitete Technologie, bei der ein elektrisch leitfähiges Werkstück mit Pulverlack beschichtet wird. Zunächst wird das Werkstück für den Beschichtungsvorgang entsprechend vorbereitet, ein aufwändiger und wichtiger Vorgang. Danach wird die eigentliche Pulverbeschichtung aufgetragen. Je nach verwendeten Materialien weist die Pulverbeschichtung die für den Einsatzzweck erforderliche Beständigkeit gegen äußere Einflüsse auf. Die Herausforderungen im Einsatz von Pumpenlaufrädern sind die enormen hydraulischen, abrasiven und tribologischen (Reibungslehre) Belastungen. Die Herborner Techniker experimentierten mit vier verschiedenen Mixturen, die sich jeweils durch ihre Grundmaterialien und Additive unterschieden. Die Technische Hochschule Mittelhessen testete diese Mixturen, die Herborner Pump Coating (HPC) getauft wurden. Die Hochschule in Gießen verfügt über die Testapparate, um die im Pumpeneinsatz auftretenden Kräfte zu simulieren. Die Herborner lieferten hierzu viele Gusseisenmodelle, die jeweils unterschiedliche Geometrien aufwiesen und mit den verschiedenen Pulvermixturen beschichtet waren. Nach den Tests kristallisierte sich eine HPC-Mixtur als die Beständigste heraus, die im Schwimmbadeinsatz alle Anforderungen erfüllen würde. Zudem war die Beschichtung wesentlich glatter als die Oberfläche der Aluminium-Bronze. Allerdings musste das Unternehmen auch noch mit der Steuerelektronik seiner Pumpen einen wichtigen Entwicklungsschritt gehen.
Optimierung steigert Wirkungsgrad um bis zu 20 Prozent
Die Herausforderung bei sparsamen Umwälzpumpen liegt in der idealen Abstimmung des Motors auf den Durchmesser des Laufrades. Abhängig von der gewünschten Fördermenge Wasser in einer definierten Zeit und dem erforderlichen Druck müssen Laufrad und Motor in einer optimalen Kombination arbeiten, für welche die Pumpe letztlich auch ausgelegt wurde. Früher wurden die Pumpenlaufräder entsprechend der gewünschten Förderleistung im Durchmesser angepasst, in der Fachsprache „abgedreht“. Das führte dann je nach Pumpe dazu, dass zwar die Pumpleistung angepasst war, die Pumpenhydraulik aber nicht mehr entsprechend der ursprünglichen Auslegung wirklich effizient lief. Zudem waren aufgrund der verfügbaren Motorleistungen innerhalb einer Pumpenhydraulik etwa vier Laufradgrößen verfügbar. Bei 50 unterschiedlichen Pumpenhydrauliken kommen dadurch bereits über 200 Variationen zustande, die Sascha Korupp unbedingt reduzieren wollte. Bei beschichteten Laufrädern wäre das „Abdrehen“ zudem nicht mehr möglich gewesen. Also wurde der neuen Pumpengeneration eine feste Motor- Umrichter-Kombination zugeteilt. Durch die Steuerelektronik der Frequenzumrichter lässt sich die Fördermenge der Pumpen nun über die Drehzahl regulieren und nicht mehr über den Laufraddurchmesser. Der Effekt kann sich sehen lassen: Die neue Pumpengeneration besteht nur noch aus 50 Varianten, die alle Kundenanforderungen durch die drehzahlabhängige Leistungsregulierung erfüllen. Umrichter und neue Motoren der höchsten Effizienzklasse sowie die glattere Oberfläche der beschichteten Pumpenkaufräder haben dazu geführt, dass die neue Pumpengeneration zwischen fünf und 25 Prozent weniger Energie benötigt. „In den letzten zehn Jahren haben wir über drei Millionen Euro in unser Know-how für die Entwicklung von pulverbeschichteten Pumpen investiert“, berichtet Sascha Korupp. „Mit der neuen HPC-Mixtur für die Pumpenlaufräder haben wir nun einen Wettbewerbsvorsprung erzielt, den so schnell kein Marktbegleiter aufholen kann.“ Die ersten Pumpen der neusten Generation sind seit Herbst 2018 im Einsatz. Sie bestätigen in der Praxis ihre Beständigkeit und Energieeffizienz. Die Unterstützung durch die LOEWE-Förderlinie 3 hat aber nicht nur eine neue Pumpenentwicklung ermöglicht, sondern auch für die Sicherung der Arbeitsplätze gesorgt, zu denen auf Basis der Verkaufserfolge auch weitere hinzukommen werden.
Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 488/15-30) wurde von Januar 2016 bis Dezember 2017 im Rahmen der Innovationsförderung Hessen aus Mitteln der LOEWE – Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben gefördert.
Stand: Dezember 2018
Text: Christian Gasche
Sascha Korupp
korupp@herborner-pumpen.de
Herborner Pumpentechnik GmbH & Co KG
Littau 3-5
35745 Herborn
www.herborner-pumpen.de
Prof. Dr. Burkhard Ziegler
burkhard.ziegler@me.thm.de
Technische Hochschule Mittelhessen (THM)
Wiesenstraße 14
35390 Gießen
www.thm.de/me
