Forschung und Entwicklung

  • Auf dem Weg zur „gläsernen“ Pumpe
  • Laufradtests im Computer
  • Neue Werkstoffe sollen Kosten senken

Die Leistungen unserer Forschung und Entwicklung begründen die technische Marktführerschaft von KSB. Diese besitzen wir in einer ganzen Reihe von Anwendungsbereichen für Pumpen, Armaturen und zugehörige Systeme. Neben der innovativen Kraft unserer Ingenieure und Techniker ist die projektorientierte Zusammenarbeit mit Universitäten und Fachhochschulen ein wichtiger Schlüssel zum Erfolg. Solche Kooperationen haben wir daher auch 2010 für verschiedene technische Vorhaben genutzt.

Pumpen „transparent“ machen

Im Unterschied zu den meisten modernen Maschinen verfügen Pumpen noch nicht über elektronische Anzeigen, die ihren Nutzern aktuelle Betriebsdaten melden. Ohne solche Informationen lässt sich aber nicht überprüfen, ob die Aggregate im gewünschten Leistungsbereich und mit der minimal erforderlichen Antriebsenergie arbeiten. Um diese Ungewissheit zu beenden, haben wir 2010 das Messgerät PumpMeter entwickelt, das ab Werk grundsätzlich an jede Pumpe montiert werden kann. Es informiert den Betreiber, ob sein Aggregat wirtschaftlich und materialschonend arbeitet. Zusätzlich wertet das Gerät die ermittelten Betriebsdaten aus, um anzuzeigen, inwieweit sich der Einsatz einer energiesparenden Drehzahlregelung lohnt. Das innovative Messgerät haben wir im Berichtsjahr in den Markt eingeführt.

Auf eine effiziente Nutzung der Antriebsenergie zielt auch der Einsatz von Stromsparmotoren, den wir seit mehreren Jahren vorantreiben. 2010 haben wir diese Technologie erstmals auf das Antriebssystem unserer nass aufgestellten Abwasserpumpen übertragen. Dieser Schritt war eine technische Herausforderung, da wasserdichte Elektromotoren besondere Dichtungssysteme sowie kombinierte Motor-Pumpen-Lager benötigen, die gegenüber den Kugellagern von Normmotoren höhere Reibungsverluste aufweisen. Entsprechend schwieriger war es, mit einem Tauchmotor die Anforderungen der höchsten Wirkungsgradklasse IE3* zu erreichen. Dies ist uns durch die Optimierung des elektrischen und magnetischen Designs unserer Pumpenbaureihe KRT im Berichtsjahr bereits bis zu einer Antriebsleistung von 150 kW gelungen. Die neuen, selbst entwickelten Motoren sind mechanisch und elektrisch optimal an die Erfordernisse der Hydraulik von Abwasserpumpen angepasst.

Virtueller Probelauf

Wo kundenspezifisch konstruierte Pumpen gefertigt werden, ist die Überprüfung der zugesicherten Betriebsdaten bislang von Probeläufen abhängig. Gerade bei Laufrädern mit sehr großen Durchmessern treten häufiger Fertigungstoleranzen auf. Diese machen es erforderlich, das Laufrad mechanisch nachzubearbeiten, um einen energieeffizienten Betrieb zu gewährleisten. Dazu ist es bislang nötig, die Pumpe gegebenenfalls mehrmals neu zu montieren und auf dem Prüfstand zu testen.

Um diese Arbeitsschritte künftig überflüssig zu machen, entwickeln Spezialisten von KSB derzeit eine Methode, die angelieferten Pumpenkomponenten dreidimensional zu erfassen und ihre Konturen in einem Rechner nachzubilden. Auf diesem Wege soll es möglich werden, Probeläufe statt auf Prüfständen virtuell im Computer durchzuführen.

Einsatz in der Solarthermie

Die in den Wüsten der Welt entstehenden Kraftwerke, die Sonnenenergie in nutzbare Wärmeenergie umwandeln sollen, stellen hohe konstruktive und werkstofftechnische Anforderungen an die Pumpentechnik. Riesige Spiegelfelder sammeln das Sonnenlicht und beheizen eine Flüssigkeit, die ihre Wärme an einen Wasserkreislauf abgibt. Anders als in konventionellen Kraftwerken, in denen die Flüssigkeitstemperaturen, auch über Jahre, annähernd konstant bleiben, kommt es bei diesen Kraftwerken zu erheblichen Temperaturschwankungen. Diese reichen von nächtlichen Minustemperaturen bis zu 375 °C am Tage, wenn die Sonnenenergie die höchste Leistung erreicht. Um auf der Basis bewährter Baureihen für diese extremen Arbeitsbedingungen die richtigen Pumpen anbieten zu können, haben wir im Jahr 2010 intensive Belastungs- und Festigkeitsanalysen an unseren Kesselumwälzpumpen durchgeführt und diese konstruktiv weiter verbessert. Die Ergebnisse zeigen, dass wir über eine für die Solarthermie* bestens geeignete Pumpentechnik verfügen, die wir bereits für ein Großprojekt verkaufen konnten.

Ideales „Arbeitsumfeld“ für jede Pumpe

Zum reibungslosen und ökonomischen Betrieb einer Pumpe trägt eine entsprechend gestaltete Anlagenumgebung bei. Hier können unsere Hydraulikexperten ihr technisches Wissen einbringen und die Kunden beispielsweise bei der Konstruktion von Einlaufbauwerken beraten. In computergestützten Strömungsanalysen und Modellversuchen helfen sie, den jeweils besten Kompromiss zwischen kostensparender Konstruktion und einer hydraulisch optimalen Gestaltung der Bauwerke zu finden. Diese Leistung nahmen Kunden 2010 unter anderem für die große Abwasserpumpstation „La Caldera“ in Mexiko-Stadt in Anspruch.

Absperrklappen für die schifffahrt

Um unsere Position als Marinearmaturen-Hersteller zu festigen, entwickelten wir eine Reihe von Spezialabsperrklappen, die beim Transport von Ballastwasser sowie bei Kohlenwasserstoffen und Gasen in flüssiger Form zum Einsatz kommen. Diese Anwendungen stellen an die Armaturen sehr hohe konstruktive Anforderungen, da die Einsatzbedingungen auf einem Schiff deutlich rauer sind als in vergleichbaren Anlagen an Land.

Eisen statt Kobalt

Kobalt trägt als Legierungsbestandteil dazu bei, die Verschleiß- und Temperaturfestigkeit in hochlegierten metallischen Werkstoffen zu erhöhen. In Pumpen und Armaturen schweißt man solche Legierungen auf besonders beanspruchte Stellen, um diese widerstandsfähiger zu machen. Allerdings ist Kobalt wegen seiner hervorragenden Eigenschaften auch stark gefragt und zählt zu den sehr teuren Metallen. Mit dem Ziel, Engpässen bei der Beschaffung dieses Werkstoffs zu begegnen, untersuchten wir den möglichen Einsatz von kobaltfreien Ersatzlegierungen auf Eisenbasis. Dabei testeten wir Eigenschaften wie Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, die bei Pumpen sowie Armaturen von großer Bedeutung sind. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen sind vielversprechend und die Tests werden fortgesetzt.

Wirtschaftliche Aufwendungen für Forschung und Entwicklung

2010 investierten wir rund 41 Mio. € (Vorjahr rund 34 Mio. €) in Forschung und Entwicklung, was etwa 2,1 % unseres Umsatzes entspricht. Mit Forschungs- und Entwicklungsarbeiten waren im Berichtsjahr 422 Mitarbeiter (Vorjahr 414 Mitarbeiter) an Standorten in Europa, Asien und Amerika befasst.