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Elektromotoren

Herausforderung für Elektromotorenbau

| Autor / Redakteur: Thorsten Garber / Stefanie Michel

Eine Herausforderung für die Entwicklung des Elektromotors: Ein Pumpenprüfstand sollte auf 4000 kW erweitert werden.
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Eine Herausforderung für die Entwicklung des Elektromotors: Ein Pumpenprüfstand sollte auf 4000 kW erweitert werden. (Bild: EMZ)

Der Markt für Meerwasser-Entsalzungsanlagen wächst – und damit der Bedarf an immer größeren Pumpen. Deshalb musste ein Prüfstand aufgerüstet werden, um die Leistung der Pumpen exakt zu messen. Diese Aufgabe hat ein Elektromotoren-Spezialist mit einem individuell modifizierten 4000-kW-Antrieb gelöst.

Wenn die Elektro-Maschinen-Zentrale GmbH (EMZ) kundenspezifische Lösungen entwickelt, ist am Ende jeder Motor ein Unikat, wie der für Großantriebe und dieses Projekt verantwortliche Techniker Frank Scherlack erklärt. Gleichwohl zählt unter den Sonderanfertigungen für den Maschinen- und Anlagenbau der Auftrag von Düchting für einen Prüfstand auch bei EMZ zu den interessanten Herausforderungen. Denn drei Hürden haben Beteiligte auf beiden Seiten für das anspruchsvolle Erweitern des Pumpenprüfstandes auf 4000 kW zu nehmen:

  • Für den direkten Anschluss an die 10-kV-Versorgung der Stadtwerke darf beim Einschalten des Motors kein zu hoher Startstrom entstehen. Aus diesem Grund hat die EMZ für diese Applikation statt eines Kurzschlussläufer-Motors einen verfügbaren Schleifringläufer-Motor von ABB mit einer Kohlebürstenabhebe- und Kurzschlussvorrichtung ausgewählt.
  • Die genauen Vorgaben des Versorgers zu den engen Grenzwerten bezüglich der transienten Einschaltströme im Millisekunden-Bereich sind einzuhalten und nachzuweisen. Auf Basis der Berechnungen der Hochschule Südwestfalen erfolgt die Auslegung und die Fertigung eines speziell dimensionierten Drehstrom-Flüssigkeitsanlassers, der mit Momentenregelung und zeitverzögertem Anziehen des Kurzschlussschützes alle Voraussetzungen erfüllt.
  • Die dritte Anforderung des Kunden hat umfangreiche mechanische Modifikationen zur Folge: Während der Motor standardmäßig für eine Drehrichtung vorgesehen ist, möchte Düchting auf dem Prüfstand verschiedene Pumpen und damit auch Motoren für beide Richtungen testen können. Die für den Umbau des Kühlsystems notwendigen Angaben zur benötigten Kühlluftmenge sowie zum Druckabfall werden im EMZ-Prüffeld in Recklinghausen ermittelt. An diesen Messergebnissen orientiert sich das Team beim exakten Umbau des Motors mit zusätzlichen Radialgebläsen, die in der modifizierten Haube des Wasserkühlers installiert werden.

„Auch für uns bei Düchting war dies ein enormes Projekt mit größten Herausforderungen“, gesteht Sascha Lahnstein, Engineering Manager während der Besichtigung des Prüfstandes in Witten. EMZ aber habe eine elegante Lösung entwickelt und realisiert - von der ersten Präsentation über die Lieferung bis zur Inbetriebnahme des Motors und des Anlassers in Witten. „Aufgrund von Anfragen unserer Auftraggeber bewegte uns die Idee zur Leistungserweiterung schon lange, aber gängige Lösungen bedeuteten einen hohen Platzbedarf und einen hohen Preis“, erklärt er. „Jetzt ist die Einrichtung so gestaltet, dass Raum und Kosten im Vergleich nur einen Bruchteil verlangten.“

Trend zu weniger, aber größeren Kreiselpumpen

Verschiedene Qualitätspumpen für Meerwasser-Entsalzungsanlagen nehmen schon einen großen Anteil im Düchting-Geschäft ein. Weltweit werde die Wasserentsalzung jährlich um mindestens 10 % zunehmen, lautet eine Prognose der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD). „Mehrere Großaufträge haben uns ermutigt, dieses Kompetenzfeld auszubauen. Und wir vermuten durch die Anfragen, dass weniger und dafür größere Kreiselpumpen künftig mindestens gleiche Mengen entsalzen sollen“, so Lahnstein mit Blick in die Zukunft. Die Technologie ist gefragt, insbesondere in reichen Ländern, die nahe genug am Meer liegen, aber als wasserarm gelten. Die Arabischen Emirate gewinnen ihr Trinkwasser schon zu 100 % über Entsalzungsanlagen, Israel deckt so mehr als die Hälfte seines Frischwasserbedarfs.

„Mit der Maßnahme erreichen wir jetzt Märkte, die uns vorab mangels Prüfmöglichkeiten nahezu verschlossen waren“, betont auch Geschäftsführer Dr.-Ing. Carsten Düchting. Die Erweiterung des Prüfstandes durch EMZ unterstreiche deshalb auch „unseren Qualitätsanspruch, jede Pumpe detailliert vor Auslieferung zu testen, um unseren Kunden verlässliche und funktionale Lösungen zu liefern“.

Technische Daten des Prüfstands Ausgewählte Prüfstandsparameter:
  • Pumpenantrieb: Drehstrom-Elektromotoren
  • Volumen Flüssigkeitsbecken: 250 m³
  • Hydraulischer Volumentstrom Beckenprüfstand: Qmax = 10.000 m³/h
  • Hydraulischer Volumenstrom Ringleitung: Qmax = 25.000 m³/h
  • Anzahl Zubringerpumpen: 4
  • Messysteme:
  • Druckmessung auf der Saug- und Druckseite
  • Messung des Umgebungsdrucks
  • Drehzahlmessung
  • Wassertemperaturmessung
  • Messung der dem Motor zugeführten Leistung
  • Durchflussmessung
  • Erfolgreiche Projektpartnerschaft von Pumpenhersteller und Anwender

    Mit Testläufen für erste Großpumpen hat Düchting schon vom Ausbau des Prüfstandes profitiert. An einen Kunden im Iran gehen insgesamt sechs Aggregate bestehend aus Pumpe, Turbine und Motor. Die Pumpen wälzen pro Stunde 1500 m³ Wasser um – unter 65 bar Druck und einer Zentrifugalkraft zur 90-Grad-Umlenkung. Die Pumpen mit einer Leistung von je 3000 kW sind Teil einer Anlagenkombination, die je 9 m × 2,5 m misst und 16,5 t wiegt. Die Schwergewichte gehen per Lkw auf die rund 5500 km lange Reise zum Auftraggeber.

    Gerade einmal knapp 30 km Entfernung liegen zwischen den Unternehmenszentralen von Düchting Pumpen im Südosten und EMZ im Nordwesten des Ruhrgebietes. Erstgenannten würden Branchen-Unkundige landläufig als „Stammkunden“ von Zweitgenanntem begreifen, aber durch die langjährige Zusammenarbeit wäre wohl besser eine Bezeichnung in der Art einer kooperativen Lösungspartnerschaft angebracht.

    Angesichts des anspruchsvollen Projektes, das aktuell gemeinsam gemeistert wurde, bringt der diplomierte Wirtschaftsingenieur und EMZ-Geschäftsführer Stefan Beese dies so auf den Punkt: „Wir sind stolz auf eine derart fruchtbare Zusammenarbeit, unterstreicht dieses Projekt als Referenz doch erneut, wie in Kompetenz und in Koproduktion außergewöhnliche Anforderungen zu außerordentlichen Antworten führen. Die Lösung dieser anspruchsvollen Aufgabe durch die einzigartige Motorenmodifikation stiftet im Sinne individueller Anpassung großen Nutzen für beide Seiten und steht für gelungene Transformation.“

    * Thorsten Garber ist freier Fachjournalist. Weitere Informationen: Dipl.-Ing. Benedikt Mathiaszyk, Geschäftsleitung der EMZ Elektro-Maschinen-Zentrale GmbH in 45661 Recklinghausen

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