Pumpen mit Köpfchen

Grenzüberschreitende Projektgruppe unter Beteiligung der FH Kiel entwickelt Motorensteuerung.

Mit einem Online-Kick-Off Meeting starteten die Fachhochschule (FH) Kiel, die Süddänische Universität (SDU) sowie Danfoss Drives und Danfoss Silicon Power in ihr gemeinsames Forschungs- und Entwicklungsprojekt HiCoMMID. HiCoMMID steht für hocheffiziente, kompakte und modulare integrierte elektronische Motorsteuerung für Pumpenantriebe. Eine intelligente, auf die benötigte Leistung abgestimmte Drehzahlsteuerung soll Strom einsparen helfen. Die Steuerung soll miniaturisiert im Motorvolumen integrierbar sein und dank einer modularen Bauweise für unterschiedliche Motoren mit einer Leistung von zwei bis 22 Kilowatt nutzbar werden.

Pumpen verrichten an vielen Orten unauffällig und unbeirrbar ihren Job: Sie sorgen z.B. dafür, dass Haushalte mit Wasser versorgt werden. Angetrieben werden sie dabei von elektrischen Motoren, die mal mehr und mal weniger intelligent sind. Die einen können nur ein und ausgeschaltet werden, andere reagieren hingegen flexibel auf die Gegebenheiten: Sie fördern zum Beispiel in einem Wasserwerk durch intelligente Drehzahlsteuerung morgens deutlich mehr Wasser als nachts. Der Wasserdruck aus dem Wasserhahn ist konstant und trotzdem wird Energie eingespart.

Nach Schätzungen der Projektpartner von HiCoMMID werden weltweit erst knapp zwei Drittel aller Pumpen intelligent gesteuert. Das verbleibende Drittel, immerhin rund 34 Millionen Pumpen, ist nicht gesteuert und läuft dadurch mit hoher Verlustleistung. So entsteht nicht nur ein wirtschaftlicher, sondern auch ein ökologischer Schaden. Weltweit könnten durch intelligente Motorensteuerung bis zu 18 Terrawatt-Stunden jährlich eingespart werden. Zum Vergleich: Das Hamburger Kohlekraftwerk Moorburg liefert jährlich rund elfeinhalb Terrawattstunden Strom.

Die neue Steuerung wird aber nicht nur Strom, sondern auch Platz sparen helfen, weil sie miniaturisiert im Motorvolumen integrierbar sein soll. Eine Herausforderung vor allem für die Kühlung und den Wärmehaushalt der Motoren und der Steuerungselektronik. Genau hier bringen die Expert*innen der Fachhochschule Kiel rund um Prof. Dr. Ronald Eisele ihre Erfahrung im Bereich der Leistungselektronik und der thermo-mechanischen Optimierung von Baugruppen ein. Dazu gehört die Entwicklung, Konstruktion, Simulation und der Test verschiedener Kühlstrukturen und der Anschluss des Kühlers an das System. Dies ist besonders wichtig, weil die Integration der Komponenten zu einer massiven Verdichtung im Motorgehäuse führt und damit die Betriebstemperatur unzulässig ansteigen lässt.

Dank der modularen Bauweise sollen sich die Bauteile erweitern und bedarfsgerecht zusammenstellen lassen. Dadurch soll die neue Motorensteuerung für unterschiedliche Motoren mit einer Leistung von zwei bis 22 Kilowatt nutzbar werden. Diese Modularität ist allerdings auch eine Herausforderung: Eigentlich würde jede Pumpengröße eine eigene technische Lösung erfordern. Daher müssen von allen Partner des Projektes intelligent skalierbare Bausteine erfunden werden, die in das jeweilige Pumpengehäuse integriert werden können.

Das über drei Jahre angelegte grenzüberschreitende Projekt wird vom EUDP – Det Energiteknologiske Udviklings- og Demonstrationsprogram, also dem Programm zur Entwicklung und Demonstration von Energietechnologien mit 575.181,50 Euro gefördert. Am Ende soll die Entwicklung einer attraktiven Produktfamilie stehen, die Arbeitsplätze in der Region nicht nur sichern, sondern weiterentwickeln hilft.

Die Projektpartner

Danfoss Drives A/S (Dänemark) – als einer der größten Anbieter von Frequenzumrichtern weltweit -wird die Bausteine der fertigen Motorsteuerung zusammenfügen und testen.

Danfoss Silicon Power (DSP) ist spezialisiert auf die Entwicklung kundenspezifischer Leistungsmodule und hat bereits Erfahrung mit Baustein-Konzepten für die Leistungselektronik. Im Projekt HiCoMMID entwickelt DSP eine skalierbare Leistungselektronik.

Die Syddansk Universitet (SDU) verantwortet die Auswahl und das Zusammenstellen der Komponenten des elektrischen Systems sowie das optimale Packaging.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Ronald Eisele
ronald.eisele@fh-kiel.de

http://www.fh-kiel.de/