Pumpen mit veränderlicher Drehzahl für das Mars-Werk in Europa

Als Frank Mars, der Gründer der Mars-Werke, 1922 mit seinem Sohn Forrest die hiesigen Marktstrukturen besichtigte, kam er auf die originelle Idee, eine mit Malz versetzte Milchschokolade im „Taschenformat“ herzustellen. Die MILKY WAY-Sticks, die in Europa mit dem Namen “MARS bar” bekannt wurden, verzeichneten sofort einen großen Erfolg und begründeten, gemeinsam mit den anderen, in der Folge berühmt gewordenen Produkten der Linie, wie SNICKERS und M&M's, nicht nur den Durchbruch eines Markenzeichens, sondern gleichzeitig die weltweite Vermarktung der kleinen „Zwischendurch“-Mahlzeiten.

Das Mars BV-Werk in Veghel in den Niederlanden, verfolgt, gleich wie die meisten der anderen, überall auf der Welt ansässigen Betriebe, eine konkrete Produktionspolitik im Zeichen des Umweltschutzes und der Einsparung von Rohstoffen. Dabei steht die Senkung der Energiekosten auf der Liste der Prioritäten ganz oben. Gerade in dieser Hinsicht ist durch die Investition in eine zentralisierte Warmwasserumlaufanlage mit einer mittels Mikroprozessor gesteuerten Drehzahlgeschwindigkeit ein wichtiger Schritt gemacht worden. Die kürzliche installierte Anlage muss einen konstanten Druck von 5,5 bar liefern und diesen, unabhängig vom veränderlichen Verbrauch an den verschiedenen Entnahmestellen entlang des Warmwasserleitungsnetzes, beibehalten.

Harry Klerkx, Verantwortlicher des Service, hatte die Funktion des Hydrovar-Regelsystems schon in einer Brandschutzanlage des Werkes testen können und deshalb bei der Wahl der neuen Warmwasseranlage keine Zweifel gehegt, sich für die jüngste Version des Hydrovars für diese entscheidende Investition zu entscheiden. Er motiviert seine Wahl folgendermaßen: “Als wir uns mit der Tatsache konfrontiert sahen, dass die kommunale Wasserleitung von einer neuen Quelle gespeist wurde und das geförderte Wasser plötzlich mit 8 - 10 Deutz, anstelle der üblichen 5 Deutz, also deutlich härter, aus den Leitungen floss, beschlossen wir, eine zentrale Warmwasseranlage in unserem Werk zu installieren. Die höhere Magnesium- und Kalziumkonzentration im Wasser führte nämlich zu Ablagerungen in unseren Wärmeaustauschern, die alle vier Wochen gereinigt werden mussten. Mit einer zentralen Warmwasserumlaufanlage war es dagegen ausreichend, eine einzige Entionisierungsanlage an einer einzigen Zuflussstelle zu installieren (mit dieser Anlage werden die Kalzium- und Magnesiumione in Natriumione umgewandelt). Das enthärtete Wasser wird heute, außer zum Auflösen des Zuckers für die Süßwarenproduktion, auch im gesamten Werk zur Reinigung der Ausrüstungen verwendet.“ Gleichzeitig wurde auch ein neues zentrales Ausgleichsbecken installiert, das eine konstante Speisung gewährleistet.

Konstante Leistungen

Wie in anderen Produktionswerken, in denen die zuverlässige Beibehaltung bestimmter Temperaturen die maximale Betriebseffizienz gewährleistet, funktioniert auch das Mars-Werk rund um die Uhr, sieben Tage in der Woche. Es stellt jährlich 170.000 Tonnen Fertigprodukte der bekannten Marken her, deren Spitzenqualität stets gewahrt bleiben muss, und zusätzlich 35.000 Tonnen Halbfertigprodukte, die einer weiteren Verarbeitung unterworfen werden müssen.

Das für diesen Produktionsstandard erforderliche Wasser wird durch Wärmeaustauscher, die von zwei mit Erdgas betriebenen Dampfkesseln versorgt werden, auf etwa 90° C aufgeheizt. Das warme Wasser wird hauptsächlich dazu verwendet, eine Zuckerlösung mit gleichbleibenden Werten zu erzielen, die eigenen Behälter entnommen wird. Einer Lowara-Pumpe der Baureihe SV aus Edelstahl 316, verbunden mit einem Rohrleitungssystem, obliegt die Aufgabe, alle Auffangbehälter in einem Abstand von 3 bis 5 Minuten anzufüllen.

Alle Herstellungswerke von Lebensmitteln müssen außerdem peinlichst sauber gehalten werden, und das Werk in Veghel ist hierbei keine Ausnahme. Aufgrund dieser Erfordernisse ergibt sich ein von unterschiedlichen Stoß- und Ruhezeiten im ganzen Werk gekennzeichneter Wasserbedarf, der sich mit der für die Produktverarbeitung erforderliche Wasserentnahme überlagert.

Das Herz des Systems

Zentrales Element der neuen Anlage ist eine Druckeinheit mit vier durch Hydrovar gesteuerten Pumpen, die nicht nur den erforderlichen Druck versichert, sondern gleichzeitig eine maximale Förderleistung von 30 Kubikmetern in der Stunde gewährleistet. Diese Leistungen basieren auf einer Technologie, dank der eine Energieeinsparung von 70 % gegenüber den herkömmlichen Wasserfördersystemen möglich wird. Ein wesentlicher Vorteil liegt in der Tatsache, dass die Überprüfung und Steuerung der Pumpen auf der zentralen Anzeigetafel der Anlage verfolgt werden können, wodurch die Kontrolle des gesamten Werkes von einem einzigen Punkt aus möglich wird. Hydrovar wird aber auch wegen seiner zuverlässigen Funktionsweise und einfachen Handhabung geschätzt.

Ein anderes Merkmal des Hydrovars besteht in der Möglichkeit, in Systeme mit mehreren Pumpen installiert zu werden, wie es im Mars-Werk von Veghel der Fall ist. Der einzige dafür erforderliche Vorgang besteht im Anschluss jeder einzelnen Pumpe des Systems, mittels eines Schnittstellenkabels, an die nachgeschaltete Pumpe. Jede Pumpe muss außerdem mit einem Namen bezeichnet werden, um ihre Identifikation durch den Mikroprozessor zu gewährleisten. Hydrovar kann für die Installation in Systeme mit bereits vorhandenen Pumpen nachgerüstet und mit einem Ausgleichssystem der Gefälleverluste versehen werden.

Das Mehr-Pumpen-System ist normalerweise für bis zu vier Einheiten ausgelegt und versichert den stufenlosen Übergang und das Einschalten der nachgeschalteten Pumpe, bei Erreichen der jeweiligen Höchstgeschwindigkeit. Hydrovar ist die einzige Vorrichtung dieser Art, bei der eine eingebaute Redundanz, bei Ausfall eines Pumpenteils (Sensor, Inverter oder Mikroprozessor) oder einer Pumpe selbst, dafür sorgt, dass die anderen drei Pumpen den Betriebsdruck aufrechterhalten und so Betriebsstörungen vermieden werden.

Alternative Lösungen

Pumpen mit konstanter Drehzahl sind sicherlich wirtschaftlicher; eine oder mehrere davon hätten eingesetzt werden können, um einen ausreichenden Warmwasserumlauf zu erzielen. Um allerdings die Wasserversorgung aller einzelnen Abnehmer mit dem gewünschtem Druck zu versichern, hätte eine zusätzliche Pumpe mit einer Druckleitung von 5,5 bar installiert werden müssen. Harry Klerkx stellt fest, dass "die globalen Installationskosten in diesem Fall weit über dem für die Druckeinheit mit vier Pumpen und Hydrovar-Regelsystem veranschlagten Betrag gewesen wären.“ Die Umlaufpumpe hätte zudem das Wasser, auch bei Veränderung der Abnahmemenge, mit der für die maximale Fördermenge erforderlichen Drehzahl gefördert. Wenn die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers niedrig ist, ist der Gefälleverlust proportional zur Geschwindigkeit; ist die Durchflussgeschwindigkeit dagegen hoch, so verhält sich der Gefälleverlust proportional zur Geschwindigkeit zum Quadrat. Die konstante Drehzahl der Umlaufpumpe hätte daher die Verschwendung nicht nur der Energie der einzelnen Druckpumpen bewirkt, sondern auch von großen Mengen umlaufender Energie.

Eine weitere Möglichkeit hätte darin bestanden, die Fördermenge der Umlaufpumpe durch eine druckseitige Drosselung zu kontrollieren bzw. die überflüssige Fördermenge zur Saugseite der Pumpe umzuleiten. Als Alternative hätte man auch den Durchfluss zur Pumpe durch einen By-Pass verringern können, aber dies hätte zu Kavitationsphänomenen im Laufrad, mit damit verbundenem vorzeitigen Verschleiß geführt. Die überschüssige Fördermenge hätte eventuell in Druckwasserspeichern gesammelt werden und unter Druck gestaut werden können, aber Vorrichtungen dieser Art sind teuer, platzaufwendig, von beschränkter Leistung und erzeugen nur selten einen wirklich konstanten und gleichmäßigen Wasserfluss. Alle Lösungen wären zudem mit einem großen Energieaufwand verbunden gewesen.

Zukünftige Projekte

Als sich Harry Klerkx für die Lowara-Pumpen mit Hydrovar-Regelsystem entschied, dachte er an die Zukunft. In der Tat trägt er sich mit dem Gedanken, die Anlage weiter auszubauen. Der gesamte Kreis soll demnächst dafür verwendet werden, das erforderliche Wasser für eine neue Anlage zur Hydratation von Milchpulver zu liefern. Des weiteren denkt Klerkx auch an die Möglichkeit, an verschiedenen Stellen des Werkes weitere Wärmetauscher zu installieren, welche die Wärme der zentralen Warmwasseranlage nutzen.

Verminderung des Energieverbrauchs

Das Mars-Werk von Veghel, das 1300 Mitarbeiter beschäftigt, hat in den letzten 5 Jahren den Energieverbrauch trotz steigender Automatisierung, die allgemein gleichbedeutend mit einem anwachsenden Energieverbrauch ist, konstant gesenkt. Die neue Warmwasserumlaufanlage stellt nur einen Schritt des Programms zur kontinuierlichen Modernisierung der Anlage dar. Die Kühlanlagen wurden mit Kompressoren mit veränderlicher Drehzahl ausgestattet, durch die eine Energieeinsparung von etwa 10 % erreicht wurde. Die Klimaanlagen werden von einem zentralen System aus gesteuert und kontrolliert, das einen direkten Zugriff auf die Kontrollfunktionen und somit höhere Effizienz erlaubt. Auch an den Klimaanlagen der Büroräume wurden Ventilatoren mit veränderlicher Geschwindigkeit montiert. Ihre Betriebsgeschwindigkeit wird in der Nacht automatisch verringert, wodurch noch einmal eine Energieeinsparung von nicht weniger als 10 % gewährleistet wird.

Über Lowara

Lowara Italien Srl - (Montecchio Maggiore, Vicenza, www.lowara.com), Gesellschaft der Industriegruppe ITT Industries, nimmt eine marktführende Stellung im Bereich Pumpen sowie Wasserkontroll- und - fördersysteme ein. Das Unternehmen beschäftigt in Europa mehr als 900 Mitarbeiter, 730 davon in Italien. Im Jahr 2000 wurde ein Umsatz von mehr als 150 Mio. USD, umgerechnet etwa 300 Mio. DEM, erzielt. ITT Industries (www.ittind.com) ist weltweiter Marktführer im Bereich der Wassertechnologien sowie in der Herstellung von Komponenten und Systemen für die Verteidigung sowie von elektronischen Bauteilen für den Informations- und Kommunikationsbereich. ITT Industries, mit Sitz in White Plains (NY), beschäftigt 38.000 Mitarbeiter auf der ganzen Welt und hat im Jahr 2000 einen Umsatz von 4,8 Mrd. USD (rund 10 Mrd. DEM) erwirtschaftet. Die Unternehmensgruppe notiert, außer an der New York Stock Exchange, auch an den Börsen von London, Paris, Frankfurt, Midwest und Pacific.