Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Experimentelle Validierung eins typenunabhängigen Wirkungsgradmodells von Verdrängerpumpen

Vor dem Hintergrund einer zukünftigen gesetzlichen Effizienzbewertung von Verdrängerpumpen sehen sich deren Hersteller mit zwei wesentlichen Herausforderungen konfrontiert: Erstens ist für eine energetische Bewertung eine physikalisch-basierte und validierte Wirkungsgradmodellierung notwendig, die anhand von wenigen Kenngrößen das Betriebsverhalten abbilden kann. Zweitens müssen diese Kenngrößen typenunabhängig sein, um verschiedene Verdrängerpumpentypen miteinander vergleichen zu können. In diesem Kontext knüpft das beantragte Forschungsvorhaben an Vorarbeiten der Forschungsstelle an, die ein typenunabhängiges Wirkungsgradmodell von Verdrängerpumpen als Ergebnis hat. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist nunmehr die Validierung dieses bestehenden typenunabhängigen Wirkungsgradmodells. Hierfür werden die folgenden experimentellen Untersuchungen unterschiedlicher Verdrängerpumpentypen angestrebt:

(i) Durchführung von präzisen Kennlinienmessungen an fünf unterschiedlichen Verdrängerpumpentypen bei jeweils verschiedenen Maschinengrößen, d.h. Verdrängervolumina. Ferner werden die Messungen bei verschiedenen Fördermedien mit unterschiedlichen Viskositäten durchgeführt, um einem möglichst großen Betriebsbereich der Pumpen abzudecken.

(ii) Durchführung von Kennlinienmessungen an baugleichen Maschinen, um den Einfluss von Fertigungsunsicherheiten zu untersuchen.

Die angestrebten Forschungsergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur proaktiven Forschung der deutschen Verdrängerpumpenindustrie hinsichtlich einer möglichen europäischen Ökodesignrichtlinie für Verdrängerpumpen. Der Nutzen der Untersuchungen für die KMU liegt insbesondere darin, dass die Ergebnisse als Ausgangspunkt von gesetzlichen Wirkungsgradvorgaben dienen und die angestrebten Forschungsergebnisse unmittelbar auf ihre unternehmenseigenen Pumpen angewendet werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Folgende Ergebnisse wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens erzielt:

Für eine zukünftige energetische Bewertung von Verdrängerpumpen wurde eine physikalisch-basierte Wirkungsgradmodellierung validiert, die anhand von wenigen Kenngrößen das Betriebsverhalten abbilden kann. Im Rahmen der Modellvalidierung wurde ausführlich gezeigt, unter welchen Anwendungsbedingungen und bei welchen Pumpentypen das Modell gute und sehr gute Ergebnisse liefert. Insbesondere für den Fall einer zukünftigen Abbildung des Wirkungsgradverhaltens von Referenzpumpen, hat das Wirkungsgradmodell seine Zweckmäßigkeit gezeigt. Alle Modellanwendungen wurden unter Betrachtung der Modellunsicherheit durchgeführt.

Zweitens wurden Baureihen unterschiedlicher Pumpentypen untersucht und dargelegt, in welchen Anwendungsbereichen eine Baugrößenskalierung möglich ist.

Drittens wurde im Rahmen der Messungen bei den beteiligten Industrieunternehmen gezeigt, dass eine Kennlinienstreuung aufgrund von Fertigungsunsicherheiten mithilfe der Modellgröße relativer Spalt abgebildet werden kann. Dies ermöglicht daher prinzipiell eine Berücksichtigung und Abbildung von Fertigungsunsicherheiten in einer zukünftigen Effizienzrichtlinie.

Diese Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur proaktiven Forschung der deutschen Verdrängerpumpenindustrie hinsichtlich einer möglichen europäischen Ökodesignrichtlinie für Verdrängerpumpen. Sie bilden die Grundlage für eine frühzeitige Mitgestaltung von Ökodesignrichtlinien, in denen Zugangsbedingungen für den europäischen Binnenmarkt festgelegt werden, und sind daher vorteilhaft für die Wettbewerbsfähigkeit der am Forschungsvorhaben beteiligten Unternehmen. Neben diesem mittelfristigen Nutzen liegt der unmittelbare wirtschaftliche Nutzen für die Pumpenhersteller in der Anwendung des Wirkungsgradmodells mithilfe des erstellten Rechenprogramms in Matlab/Octave auf ihre unternehmenseigenen Pumpen.