Pumpen laufen wie geschmiert

Axel Küpper

Das Prinzip der Innenzahnradpumpe basiert darauf, dass ein Ritzel, das exzentrisch zur Rotorwelle angebracht ist, im umschließenden Rotor läuft. Hierdurch öffnen sich zwischen den Zähnen die Verdrängungsräume. Auf der Druckseite der Pumpe schließen sich die Zahnzwischenräume wieder und das Medium wird aus der Pumpe herausgedrückt. Die Strömungsrichtung ändert sich nur geringfügig auf dem Weg durch die Pumpe, wodurch sich eine gute Saugfähigkeit und schonende Flüssigkeitsförderung vor allem bei hochviskosen Medien ergibt. Die einfache Bauweise mit nur zwei rotierenden Förderelementen und einer Wellenabdichtung macht dieses Pumpenprinzip darüber hinaus sehr robust und betriebssicher.

Das Ansaugvakuum der Pumpen beträgt, abhängig vom Dampfdruck, bis zu 5 m. Viskositäten bis 75 000 cSt und mehr sind möglich. Es sind Fördermengen von 0,2 bis 170 m³/h bei Drücken bis zu 16 bar möglich. Die maximale Temperatur beträgt 250 °C.

Isocyanate werden bei der Produktion von technischen Schaumstoffen verwendet. Sie reagieren leicht mit der Luftfeuchtigkeit. Durch diese Reaktion entstehen sehr harte Ausfällungen, die die Pumpen und eventuell eingebaute mechanische Gleitringdichtungen zerstören oder verschleißen. Um den Kontakt des Isocyanates mit der Luftfeuchtigkeit zu verhindern, wurden im Laufe der Zeit verschiedene Wellenabdichtungen ausprobiert. Das Spektrum reicht von Weichpackungen bis zu doppelten Gleitringdichtungen mit DOP (Pityl-phtalat) oder Mesamol unter Druck zwischen den Dichtungen. Die Ergebnisse waren jedoch gemischt. Durch die Einführung der Magnetkupplung wurde dieses Problem auf elegante Weise gelöst. Die erste Magnetpumpe für Isocyanate installierte Rotan bereits im Juni 1992. Seitdem arbeitet sie 24 Stunden pro Tag und ist bis jetzt noch nicht geöffnet worden.

Im Vergleich zur schnelllaufenden Magnetkreiselpumpe muss bei einer langsam laufenden Pumpe bei gleicher Leistung ein viel höheres Moment übertragen werden. Um auch bei viskosen Medien eine ausreichende Kühlung und Schmierung der Magnetkupplung sicherzustellen, ist der Abstand zwischen Innenmagnet und Spalttopf entsprechend groß zu wählen. Der patentierte Schmier-/Kühlkreislauf der ED-Pumpe wirkt wie eine einfache Kreiselpumpe. Radiale und axiale Kanäle in Rotor und Rotorwelle ermöglichen einen kontinuierlichen Flüssigkeits- und damit auch Wärmeaustausch innerhalb der Magnetkupplung und der Gleitlager (Abb. 2).

Aufgrund der Stoffeigenschaften ungesättigter Polyesterharze treten beim Pumpen dieser Flüssigkeiten immer wieder Probleme auf. Unter anderem muss die Temperatur des Mediums an allen Stellen unter 50 °C gehalten werden, um ein Aushärten zu vermeiden. Daher ist die Reibung innerhalb der Wellenabdichtung auf ein Minimum zu reduzieren. Außerdem ist ein ständiger Produktaustausch an der Wellenabdichtung sicherzustellen, um die entstehende Wärme abzuführen. Durch die Wahl großvolumiger Pumpen mit einer Drehzahl bis 150 min-1 wird vor allem die Reibung innerhalb der Pumpe minimiert.

Mit Standardkomponenten und speziellen Radialwellendichtringen nebst einer im Bereich der Abdichtung Hartmetall beschichteten und drallfrei geschliffenen Rotorwelle wurde eine Versuchspumpe gebaut. Die Spülung der Dichtung wurde durch einen Bypass vom Dichtungsgehäuse zur Saugseite des Ventils erreicht.

Diese Pumpe läuft nun seit Anfang 1997 mit einer Drehzahl von 136 min-1 bei einem Gegendruck von 5 bar und einer Viskosität des Fördermediums von 4000 cSt ohne Leckage.