Audit des pompes VW pour économiser l'énergie

La pureté du liquide de refroidissement augmente et la consommation d'énergie diminueLÉGENDE : Nils-Stefan Bang, responsable de la planification de la production de moteurs chez Volkswagen à Salzgitter, en Allemagne, explique comment fonctionne l'interface de communication CIU avec les pompes à vitesse variable.
Avantages du système de rodage

Volkswagen avait besoin d'augmenter le niveau de pureté des fluides de lubrification et de refroidissement (FLR) dans son usine de production de moteurs à Salzgitter, en Allemagne. Lors de la modernisation de sa technologie de filtration des FLR pour un système de rodage, l'entreprise a remplacé ses pompes d'alimentation en FLR par des pompes Grundfos NK à vitesse variable. Le résultat : un lubrifiant de meilleure qualité et moins d'énergie consommée.

Pompes d'alimentation Grundfos NK

Ces chiffres parlent d'eux-mêmes : Dans son usine de Salzgitter, Volkswagen fabrique jusqu'à 7,000 moteurs par jour, sur une surface de 320,000 m2 (32 hectares). L'entreprise y produit plus de 370 variantes de moteurs diesel et essence, plus des moteurs industriels, des moteurs navals et des unités de cogénération. La gamme de production comprend des moteurs de trois à seize cylindres, de puissances allant de 55 kW à 736 kW.

PHOTO : Ces pompes Grundfos de la gamme NK alimentent le système de rodage avec 1,000 litres de liquide de refroidissement par minute.

Afin de pouvoir produire un panel de moteurs aussi vaste, l'usine de Salzgitter possède environ 6,200 machines-outils prêtes à fraiser, percer, tourner et meuler les lingots et pièces de fonderie en blocs moteurs, culasses, arbres à cames et vilebrequins. Cette usine produit également différentes pièces de moteur, comme les collecteurs d'admission, les carters d'huile, les volants moteur et les pompes à huile et à eau. Les pièces passent par douze chaîne de montage pour terminer chaque moteur.

Huile de refroidissement : Indispensable pour le rodage
Nils-Stefan Bang travaille dans une unité de planification de la production de moteurs dans l'usine de Salzgitter depuis onze ans. Avec ses collègues, il est chargé de veiller à l'alimentation continue des machines en différents fluides de fonctionnement comme l'eau de refroidissement, l'eau froide, l'air comprimé et les fluides de lubrification et de refroidissement (FLR), et de veiller à la bonne évacuation des émulsions et huiles chargées de limaille.


En tant que techniciens d'approvisionnement, nous considérons le système de rodage comme une sorte de boîte noire, il doit fournir l'huile de refroidissement avec les propriétés nécessaires en consommant le moins d'énergie possible.

Niels-Stefan Bang, Volkswagen Salzgitter

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PHOTO : Volkswagen produit jusqu'à 7000 moteurs par jour dans son usine de Salzgitter, en Allemagne (image : Volkswagen AG).

L'usine de Salzgitter comprend 120 systèmes d'huile de refroidissement, faisant circuler en permanence environ 6000 m³ d'huiles de refroidissement dans les processus d'usinage. Et près de 100 tonnes de limaille doivent être récupérées chaque jour.

Mais le rôle de Nils-Stefan Bang ne se limite pas aux systèmes FLR. Son travail quotidien consiste plutôt à adapter les systèmes existant aux nouvelles réglementations et au nouveaux modèles de moteur, tout en modernisant les technologies obsolètes.

Le système de rodage utilisé pour l'usinage des blocs moteur quatre cylindres a récemment subi ce type de modernisation. Cette pièce constitue l'élément central du moteur dans lequel sont logés les cylindres et le vilebrequin lors du montage. Il nécessite une qualité de surface particulièrement élevée. D'après Nils-Stefan Bang, le rodage utilisé pour la finition permet de réduire les pertes dues aux frottements dans le moteur ; une structure de micro-rainures transversales garantit une meilleure adhésion de l'huile et l'absence de discontinuités dans le film d'huile pendant le fonctionnement du moteur.

Cette tâche consistait plus précisément à augmenter la pureté du fluide de refroidissement nécessaire au rodage. La qualité de l'huile de refroidissement influence indirectement la qualité (c'est-à-dire les performances et la rentabilité) du moteur. Une meilleure finition (réduisant les pertes dues aux frottements) permet de réduire la tolérance nécessaire.

Pompes Grundfos NK / NKG

Afin d'améliorer la qualité du fluide de refroidissement, un filtre supplémentaire de sécurité a été installé, il s'agit d'un filtre à rétrolavage automatique. En complément, une centrifugeuse à haute vitesse a été configurée en mode by-pass pour éliminer les particules les plus fines.

Ces modifications apportées au système FLR ont influé sur le type de pompes à FLR à installer. Ainsi, les particules de fonte grises issues de l'usinage des pièces sont relativement lourdes, se déposent rapidement et risquent de boucher les conduites de refroidissement. C'est pourquoi le refroidissement doit s'effectuer à haute pression et haute vitesse.

PHOTO : Le raccord des pompes KK/NKG est équipé par défaut d'un écran de protection.

« En tant que techniciens d'approvisionnement, nous considérons le système de rodage comme une sorte de boîte noire, il doit fournir l'huile de refroidissement avec les propriétés nécessaires en consommant le moins d'énergie possible », explique Nils-Stefan Bang. Dans le cas présent, les performances requises impliquaient une pression de refoulement de 3.5 bar et une capacité de pompage de 1,000 litres/minute à une température de 25°C.


L'expérience montre qu'il est toujours avantageux de permettre à un tel système de « respirer ». Une pompe à vitesse variable est flexible en matière de débit et de pression de refoulement.

Niels-Stefan Bang, Volkswagen Salzgitter

Plus de souplesse grâce au contrôle de la vitesse
En mai 2011, Volkswagen a installé deux pompes Grundfos NK standard à vitesse variable (cliquez sur l'onglet « Produits Grundfos fournis » en haut de la page pour en savoir plus) dans l'usine pour les utiliser en alternance. Ces pompes étaient accompagnées d'un convertisseur de fréquence Grundfos CUE (37 kW) et d'une interface de communication CIU 150 avec connexion Profibus vers l'automate de commande.

Pourquoi ces pompes ont-elles été équipées d'un contrôleur de vitesse ?

Chaîne de production chez Volkswagen

« L'expérience montre qu'il est toujours avantageux de permettre à un tel système de « respirer ». Une pompe à vitesse variable est flexible en matière de débit et de pression de refoulement », explique Nils-Stefan Bang. Une pompe à vitesse variable pompe toujours à une vitesse adaptée au processus en cours. Il est également possible de l'adapter à différents sites de production, c'est-à-dire qu'elle peut être réutilisée. « Avec une pompe pilotée par un régulateur de fréquence, il est très facile pour moi d'exécuter ou de simuler un certain nombre d'états de fonctionnement », ajoute-t-il. Cela permet de faire d'importantes économies d'électricité, qui serait autrement dissipée sous forme de chaleur dans le fluide de refroidissement.

PHOTO : Chaîne de production sur le site de Volkswagen Salzgitter (image : Volkswagen AG).

Dans le cas présent, un système Knoth assure un nettoyage supplémentaire grâce à un flux d'air comprimé dirigé sur la pièce en cours d'usinage, ou par l'intermédiaire d'une conduite de FLR, de grandes quantités de fluide de refroidissement sous pression. Il s'agit d'un processus minuté, avec des intervalles de 10 à 15 minutes, auxquels la pompe de fluide de refroidissement doit s'adapter.

Autre avantages
Une pompe à vitesse variable offre également certains avantages pour le week-end. Lorsque le fluide de refroidissement n'est pas utilisé, il ne doit pas rester trop longtemps au repos, car la stagnation augmente le risque de contamination microbienne. Il est possible de configurer une pompe à vitesse variable de façon à éviter que le système ne gaspille trop d'énergie ou subisse une contamination.

À l'heure actuelle, environ 10% de l'ensemble des systèmes de filtration chez Volkswagen sont équipés de pompes à vitesse variable. Nils-Stefan Bang pense que l'équipement progressif d'environ 30% des systèmes avec des pompes à vitesse variable serait une bonne décision économique. Au-delà des économies d'énergie, les pompes à régulation de fréquence offrent un grand nombre d'avantages par rapport aux pompes à vitesse constante :

• Le convertisseur de fréquence simplifie les procédures de câblage (c'est particulièrement vrai pour le moteur Grundfos MGE jusqu'à 22 kW, qui possède un convertisseur de fréquence intégré)
• Il n'est pas nécessaire de faire appel à des canaux de déversement, à des étranglements et à des vannes de régulation pour fixer le point de consigne
• Les longues opérations de mise au point ne sont plus nécessaires en cas de changement sur la ligne de production
• Il est possible d'utiliser la télécommande infrarouge Grundfos R100 et le dispositif de réglage des paramètres pour surveiller, modifier et enregistrer les états de fonctionnement en cours de chaque pompe
• Aucune surpression n'a lieu pendant la phase de démarrage du système grâce à la technologie soft start, ce qui a des conséquences positives sur la durée de vie du matériel
• Il est très simple de configurer des points de consignes fixes utilisés en alternance.

Avec une pompe pilotée par un régulateur de fréquence, il est très facile pour moi d'exécuter ou de simuler un certain nombre d'états de fonctionnement.

Niels-Stefan Bang, Volkswagen Salzgitter

Standard ou aspiration axiale
Dans le cas présent, c'est une pompe standard qui a été choisie. Les pompes standard offrent des avantages en matière d'entretien, de pièces de rechange et de maintenance. De par leur conception, ces pompes permettent le démontage du raccord, du support de palier et de la roue sans toucher au corps de la pompe ou à la tuyauterie. Les garnitures mécaniques sont conformes à la norme EN 12756.

Grundfos propose des pompes NK standard et des pompes NB à aspiration axiale, conformément à la norme EN 733 (norme européenne sur l'eau), ainsi que les pompes NKG et NBG, conformes à la norme EN 22858 (norme européenne relative à la chimie), avec différents matériaux pour le corps de pompe (fonte grise, inox, duplex) et différents types de garniture.

Les pompes NK et NKG standard sont équipées par défaut d'un raccord à entretoise. L'avantage est qu'en cas de réparation ou d'intervention de maintenance sur la pompe ou la garniture, le moteur reste monté sur la plaque de support. Il est possible de déposer le raccord sans démonter le moteur. Il reste ensuite assez de place pour pouvoir démonter l'ensemble de l'unité arbre/roue du corps de la pompe (retrait arrière) et la remonter une fois l'intervention terminée. Ces opérations peuvent être assurées par une seule personne à l'aide d'une grue. Il n'est pas nécessaire de réaligner l'arbre de la pompe et l'unité d'entraînement à l'aide de raccords à entretoise, cela permet de réduire les coûts des arrêts d'exploitation.

Par Heinz Maier, division industrie, responsables grands comptes automobiles, Grundfos GmbH, Allemagne

Produits Grundfos fournis
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PHOTO : Les pompes Grundfos NK/NKG sont toutes équipées d'un accouplement à entretoise (retrait arrière). La maintenance et les réparations s'en trouvent simplifiées.

Produits Grundfos fournis au site de production de moteurs Volkswagen de Salzgitter :
Pompes NK 80-400
Convertisseur de fréquence CUE, 37 kW
Régulateur CIU 150
Connexion Profibus





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