Magnetkupplungspumpe Keramische Spalttöpfe reduzieren Stromkosten und CO2-Emissionen

Quelle: Kyocera

Die in Magnetkupplungspumpen eingesetzten Spalttöpfe fertigt Kyocera aus dem keramischen Werkstoff Zirkonoxid FZM. Welche technischen Vorteile keramische Spalttöpfe mit sich bringen, lesen Sie hier.

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Spalttöpfe sind ein zentrales Element in Magnetkupplungspumpen – aus Keramik gefertigt, bieten sie Einsparpotenzial bei Stromkosten und CO2-Emissionen.
Spalttöpfe sind ein zentrales Element in Magnetkupplungspumpen – aus Keramik gefertigt, bieten sie Einsparpotenzial bei Stromkosten und CO2-Emissionen.
(Bild: Kyocera)

Magnetkupplungspumpen sind in der chemischen Industrie oder beim Fördern und Verarbeiten von Öl und Gas im Einsatz. In großen Produktionsstätten werden oft mehrere Zehntausend solcher Pumpen betrieben. Spalttöpfe sind ein zentrales Element in solchen Magnetkupplungspumpen. Werden sie aus Keramik anstelle von Metall gefertigt, senkt das den Energieverbrauch und reduziert gleichzeitig schädliche Treibhausgas-Emissionen. Insbesondere beim Betrieb von Dauerlaufpumpen ist dies ein großer Hebel, um die Effizienz zu optimieren. Doch was macht diese Vorteile aus?

Keramik vermeidet Wirbelströme

Im Gegensatz zu metallischen Spalttöpfen sind Spalttöpfe aus Keramik nicht magnetisierbar. So lassen sich leistungsmindernde Wirbelströme vermeiden und die Energieeffizienz deutlich verbessern Die Antriebsleistung einer Pumpe lässt sich um bis zu 15 Prozent reduzieren. Zudem entstehen durch Wirbelstromverluste zusätzlich bis zu 20 kW Wärme, die je nach Prozess und geförderten Medien ein Sicherheitsrisiko darstellt. Für Stoffe nahe am Siedepunkt oder explosionsgefährdete Materialien sollte ein zusätzlicher Wärmeeintrag vermieden werden. Dadurch lassen sich Gefahren durch eventuell entstehende Siedeverzüge oder Verpuffungen minimieren.

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Was ist eigentlich eine Magnetkupplungspumpe?

Magnetkupplungspumpen kombinieren eine herkömmliche Pumpenhydraulik mit einem permanentmagnetischen Antriebssystem und Drehstrommotor. Zur berührungslosen und schlupflosen Drehmomentübertragung nutzt man Dauermagnete. Der Spalttopf sitzt zwischen den zwei mit Magneten ausgestatteten Kupplungshälften. Er trennt das Fördermedium hermetisch von der Umgebung ab. Daher kommen Magnetkupplungspumpen vor allem dann zum Einsatz, wenn beispielsweise toxische oder schädliche Medien gefördert werden müssen.

Strom sparen bedeutet Energiekosten senken

Fast zwei Fünftel des gesamten Stroms in Deutschland verbrauchen elektrische Antriebe in Industrie und Gewerbe. In diesen beiden Sektoren liegt deren Anteil am Stromverbrauch sogar bei circa 80 Prozent. So berechnet etwa das Umweltbundesamt, dass allein der Einsatz energieeffizienter Pumpen rund 5 Milliarden kWh Strom einsparen kann1. Gemäß der vom Umweltbundesamt zuletzt für 2019 veröffentlichten Klimabilanz entspräche dies rund 401 Kilotonnen CO2. Bei einem Strompreis von 15 ct/kWh könnten die betroffenen Branchen zudem ihre Energiekosten um rund 750 Millionen Euro senken.

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Keramische Spalttöpfe amortisieren sich durch eingesparte Stromkosten

Für Unternehmen ergibt sich damit eine effiziente Möglichkeit, den Auflagen durch das neue europäische Klimagesetz sowie der im nationalen Klimaschutzprogramm für Deutschland festgeschriebenen CO2-Bepreisung zu begegnen. Beispielberechnungen ergeben, dass die jährliche Einsparung für eine Pumpe je nach Drehzahl und Strompreis zwischen rund 2.600 und rund 19.600 Euro liegen kann (Annahmen: 8.000 Betriebsstunden pro Jahr, Drehzahl 1.500 oder 3.000 min–1, Strompreis zwischen 12 und 18 ct/kWh). Damit amortisieren sich die höheren Anschaffungskosten eines keramischen Spalttopfs gegenüber einem metallischen Pendant allein über die eingesparten Stromkosten meist schon nach wenigen Monaten bis maximal einem halben Jahr. Die CO2-Einsparung pro Pumpe liegt mit den genannten Annahmen zwischen 13 und 68 Tonnen pro Jahr.

Überdies fördert das BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) Investitionen in hocheffiziente Kreiselpumpen, Trockenläuferpumpen und Nassläufer-Umwälzpumpen sowie für Frequenzumrichter bei Pumpen mit variablem Volumenstrom mit 30 Prozent des Investitionsumfangs – für KMU gilt sogar ein Maximum von 40 Prozent bei einer maximalen Fördersumme von 200.000 Euro2.

Keramik ist korrosionsbeständig und verschleißfest

Zu diesen Kosten- und Umweltvorteilen kommen weitere, technische Vorzüge keramischer Spalttöpfe:

  • Korrosionsbeständigkeit,
  • hohe mechanische Festigkeit,
  • hohe Bruchzähigkeit,
  • Verschleißfestigkeit und
  • niedrige Wärmeleitung.

Der Temperaturbereich der FZM-Keramik von –200 °C bis 450 °C ermöglicht deren Einsatz sowohl in Kryoanwendungen, zum Beispiel in der Impfstoffherstellung, als auch in sehr heißen Anwendungen wie dem Pumpen von Ölen nahe dem Siedepunkt.

Gemeinsam mit seinen Kunden aus unterschiedlichen Branchen entwickelt Kyocera speziell auf die jeweilige Anforderung zugeschnittene keramische Bauteile. Auch bestehende Pumpen lassen sich ohne großen Aufwand auf die keramischen Spalttöpfe von Kyocera umrüsten.

1Quelle: Umweltbundesamt

2Fördervoraussetzungen: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle

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