Magnetkupplung bis 22 kW verfügbar

Null-Emissions-Pumpe mit optimiertem Wirkungsgrad

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Die Wellenabdichtung ist in der Regel der Schwachpunkt jeder Kreiselpumpe, da hier Fördermedium und Umgebung sozusagen ‚dynamisch‘ getrennt werden. Grundfos offeriert für seine mehrstufigen Hochdruckpumpen der Baureihe CR deshalb eine besonders breite Palette an alternativen Dichtungskonzepten – bis hin zur wellendichtungslosen, leckagefreien Magnetkupplung Magdrive zum Fördern von korrosiven, toxischen oder anderweitig kritischen Medien.

Der Autor: Adalbert Ring Produktmanager, Grundfos Industriedivision

Wie verhindert man bei einer Kreiselpumpe, dass die geförderte Flüssigkeit über die Motorwelle wieder austritt? Bei reinen Wasserpumpen ist dafür eine Stopfbuchsdichtung im Grunde vollkommen ausreichend. Seit den 1950er-Jahren sind komfortablere Gleitringdichtungen verfügbar. Mit speziellen Anordnungen (Tandem, face-to-face, back-to-back) oder gar einer separaten Versorgung mit Sperrmedium ist eine für viele Anwendungen akzeptable Abdichtung darstellbar. Muss aus Gründen der Arbeitssicherheit und/oder des Umweltschutzes Leckagefreiheit sichergestellt sein, kann der Betreiber auf wellendichtungslose Magnetkupplungs- (MKP) oder Spaltrohrmotorpumpen (SPM) zugreifen.
Magnetkupplung oder Spaltrohrmotor
Bei der Spaltrohrmotorpumpe bilden Motor und Pumpe eine integrale Einheit; Rotor und Laufrad sitzen auf einer gemeinsamen Welle. Die Statorwicklung ist durch ein zylindrisches Edelstahlrohr (Spaltrohr) vom Rotor getrennt und gegen die Förderflüssigkeit geschützt. Neben dem Spaltrohr als hermetisch dichtem Bauteil stellt das Motorgehäuse eine zweite Sicherheitshülle dar. Das Antriebsmoment wird direkt über das elektromagnetische Feld auf die gemeinsame Motor- und Pumpenwelle übertragen. Bei dieser Konstruktion ist konzeptbedingt kein Standardelektromotor verwendbar.
Magnetkupplungspumpen besitzen eine Kupplung mit einem Primärteil, das mit der Motorwelle starr verbunden ist; das Sekundärteil ist die Welle mit dem Laufrad. Primär- und Sekundärteil sind mit der gleichen Zahl von Magneten mit jeweils entgegengesetzter Polarität bestückt; der äußere Magnetrotor treibt den inneren Rotor mit der Pumpenwelle an. Durch den Einbau einer Trennwand (Spalttopf) ist eine vollständige Abdichtung der Pumpe erreicht. Im Gegensatz zu Spaltrohrmotorpumpen wird hier ein handelsüblicher Elektromotor eingesetzt.
Grundfos bietet als wellendichtungslose Ausführung für seine CR-Pumpenbaureihe die permanentmagnetgekuppelte Version CRN Magdrive an. Diese Pumpe schließt umweltgefährdende Medien hermetisch ein, umgekehrt schützt sie das Medium vor Verunreinigungen von außen.
Die Hochleistungsmagneten sind aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) oder Samarium-Kobalt (SmCo) gefertigt und auf dem inneren Rotor dauerhaft aufgebracht. Die hohe Magnetdichte gewährleistet jederzeit eine sichere Übertragung des Drehmomentes.
Die keramischen Lager der Magnetkupplung bestehen aus massivem Siliziumkarbid und sind als Axial- und Radiallager ausgeführt. Durch diese Ausführung können die Lager besonders hohe Axial- und Radialkräfte aufnehmen.
Sicherheit und Umweltschutz haben bei wellendichtungslosen Magnetkupplungspumpen Priorität, doch sollte auch hier die Energieeffizienz nicht gänzlich unbeachtet bleiben. Interessant ist deshalb die energetische Betrachtung der Grundfos-Lösung: Herkömmliche Magnetkupplungen weisen energetische Verluste von bis zu 30 % auf – und der Betreiber muss deshalb oft einen größeren Motor wählen. CRN Magdrive-Pumpen sind hier deutlich effizienter: Bei den Motorgrößen zwischen 1,1 und 22 kW ist lediglich mit Verlusten von 2 bis 16 % zu rechnen. Weil als Standard Hocheffizienzmotoren der IE3-Klasse zum Einsatz kommen, gelten Magnetkupplungspumpen von Grundfos als verbrauchsgünstig.
Die sehr geringen Verluste erklären sich durch die Wahl besonders hochwertiger Komponenten: Der Spalttopf besteht je nach Einsatzbedingungen aus Hastelloy C4 oder Edelstahl 1.4571. Um die energetischen Verluste so gering wie möglich zu halten, ist der tiefgezogene Spalttopf mit einer Wanddicke von nur 0,4 mm ultradünn ausgeführt (die Kaltverformung gewährleistet dennoch eine hohe Stabilität).
Durch die Verwendung von hochwertigen Werkstoffen sowohl für die Magnetkupplung als auch für die Pumpe selbst (bei der Variante CRN sind die medienberührten Teile aus Chromnickelstahl 1.4401 gefertigt) fördert dieses Aggregat kritische Medien wie Lösemittel, giftige oder umweltgefährdende Stoffe ohne langfaserige Bestandteile bis zu einer kinematischen Viskosität von 100 mm2/s.
Die Nebendichtungen der CRN Magdrive bestehen in der Basisversion aus dem Elastomer Fluoraz, das gegen besonders viele Medien resistent ist. Neben diesem Dichtungswerkstoff sind weitere Elastomere erhältlich (z. B. EPDM, Viton, Kalrez).
Einsatzbeispiele
Seit Juni 2007 ist bei einem ungarischen Faserhersteller eine CRN Magdrive 10-8 installiert. Sie dient bei der Herstellung von Vorprodukten für die Carbonfaser-Produktion als CIP-Pumpe. Das Fördermedium besteht aus 6%igem Polyacrylnitril, das in Dimethylformamid gelöst ist (DMF ist als toxisch und kanzerogen eingestuft). Polyacrylnitril ist eine klebrige, hochviskose Verbindung. Ist sie nicht gelöst, klebt sie sogar auf Glas.
In einem bulgarischen Unternehmen fördern je zwei CRN Magdrive-Pumpen (eine davon zur Sicherheit als Stand-by-Aggregat) 96-%ige Schwefelsäure bzw. 49%ige Natronlauge. Alle Pumpen wurden mit Edelstahlflanschen und Edelstahlgrundplatten ausgeliefert.
Ein Elektronikproduzent fördert mit einer drehzahlregelbaren CRNE Magdrive eine Mischung aus Mangannitrat, Wasserstoffperoxid und Salpetersäure bei einer Temperatur von +65 °C und mit einem konstanten Druck von 10 bar; der Förderstrom variiert zwischen 0,25 und 8 m3/h.
Frequenzgeregelte Motoren
Zudem stehen frequenzgeregelte Motoren mit integriertem PID-Regler bereit. Solche E-Pumpen ermöglichen flexible Drehzahlregelungskonzepte, die dazu beitragen, eine Anlage nicht nur flexibler, sondern auch mit einem geringeren externen Regelungsaufwand zu betreiben. Die frequenzgeregelten Motoren sind für alle üblichen Regelparameter geeignet und lassen sich auch in übergeordnete Leittechniken integrieren.
prozesstechnik-online.de/cav0912400

Die wichtigsten Bauteile

Im Überblick

Der Spalttopf: Dieses Bauteil ist das eigentliche Dichtelement der Magnetkupplung. Durch den Spalttopf hindurch wird mittels magnetischer Kraftwirkung das Drehmoment übertragen. Die stationäre Abdichtung zum Pumpengehäuse erfolgt durch einen O-Ring.
Der Außenrotor: Je nach Medium und Temperatur wird der Außenrotor mit einer unterschiedlichen Zahl von Hochleistungsmagneten bestückt.
Der Innenrotor: Die Magnete sind auf dem Träger dauerhaft aufgebracht und zum Schutz vor chemischem Angriff hermetisch dicht eingeschweißt.
Die Magnete: Je nach Temperatur werden Neodym-Eisen-Bor- oder Samarium-Kobalt-Magnete eingesetzt. Sie zeichnen sich durch ihre hohe magnetische Energiedichte bei geringem Bauvolumen aus.
Das Lager: Als Axial- oder Radiallager ausgeführt, hydrodynamisch entlastet und mediumgeschmiert. Das selbsteinstellende Lager nimmt sehr hohe Axial- und Radialkräfte auf und besteht aus hoch verschleißfestem, massivem Siliziumkarbid.
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