Sechste Generation setzt bisherige Regeln außer Kraft

Die Zahnradpumpentechnik existiert seit mehreren Jahrzehnten und die Geometrien von Welle und Lager waren bislang klar definiert. Dennoch ließ René Triebe, Senior Engineering Expert bei Maag Pump Systems AG, das Gefühl nicht los, dass Zahnradpumpen zwar zuverlässig ihren Dienst tun, ihre Grundkonstruktion aber noch nicht so fein abgestimmt ist, wie sie sein könnte – mit negativen Auswirkungen auf die Gesamtleistung und die Effizienz der Pumpen. Bei Maag wurde daraufhin über die Optimierung verschiedener Aspekte der Zahnradpumpe diskutiert. „Und tatsächlich fanden wir heraus, dass wir einen völlig anderen volumetrischen Wirkungsgrad erhalten, wenn wir spezifische Anpassungen an und in benachbarten Stellen der Zahnräder vornehmen“, erinnert sich Triebe. „Wir entdeckten dabei auch, dass wir dadurch die Pumpe verkleinern und dennoch höhere Förderraten erzielen können.“

Die resultierenden Aggregate der sechsten Generation, x6 class, besitzen eine von den Zahnrädern über die Welle bis zu den Lagern und Dichtungen völlig überarbeitete interne Konstruktion. Das Ergebnis sind Zahnradpumpen, die sich schneller drehen und vom Zulauf her besser füllen. In der Vergangenheit musste die Flüssigkeit im Einlauf der Zahnradpumpe durch eine relativ enge Stelle fließen, was insbesondere beim Einsatz von Pumpen zur Extraktion von Polymer aus unter Vakuum stehenden Behältern und Reaktoren eine erhebliche Einschränkung der Förderraten bedeutete. Dieser enge Bereich wurde erweitert und dabei auch die Verteilung gleichmäßiger gestaltet. So lässt sich das Polymer viel besser in die Pumpe saugen als mit der klassischen Konstruktion.

Da Flüssigkeiten mit hoher Viskosität für viel Reibung sorgen, stellten die Anwender bisher die Abstände im Bereich der Lager auf den spezifischen Viskositätsbereich ein, die grundlegende Konstruktion aber blieb gleich. Aufgrund der von Haus aus höheren Effizienz konnten bei der x6 class die Spalten im Bereich der Lager erhöht werden, was eine höhere Fließgeschwindigkeit erlaubt ohne Einfluss auf die Effizienz oder die Betriebssicherheit.

Dank eines dickeren Lagerzapfens kann die Gen 6 einen höheren Förderdruck bewältigen. Bei hohem Druck ergibt sich bei Zahnradpumpen eine gewisse Biegung der Welle, was zu unerwünschtem Metall-auf-Metall-Kontakt mit den Lagern führen kann, wenn der Betrieb die Auslegungsgrenzen überschreitet. Die x6 class hat eine dickere Welle und ermöglicht damit höhere Lasten (Drücke), bis dieser Punkt erreicht wird. Aus diesem Grund und auch aufgrund der höheren Effizienz kann die x6 class sehr effektiv mit Produkten niedriger Viskosität arbeiten, auch bei höheren Drücken im Bereich von 200 bis 250 bar. Und da der Querschnitt der Pumpe im Zulauf – der auf Höhe der Zahnräder immer ein Rechteck ist – sich eher einer Kreisform nähert, wird der hydraulische Durchmesser optimiert und die Grenzwerte für die Förderraten wurden erweitert.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die x6 class aufgrund ihrer höheren Pumpeffizienz im Betrieb weniger Energie benötigt. Die beiden Hauptgründe für die höhere Energieeffizienz sind, dass aufgrund der Reduzierung der Rezirkulationsrate deutlich weniger doppelt gepumpt werden muss und dass es weniger Reibungsoberflächen gibt, die zu unnötigen Verlusten führen können. Trotz ihrer kleineren Größe kann die x6 class höhere Förderraten liefern, was laut den klassischen Leistungskurven eigentlich gar nicht der Fall sein dürfte. „Man ging früher davon aus, dass eine bestimmte Pumpengröße mit einer bestimmten Förderrate assoziiert ist. Hier und dort konnte man vielleicht 5 % herausholen, aber die grundlegenden Regeln sollten sich eigentlich nicht ändern. Eine Steigerung um 30 bis 50 % bei der Förderrate setzt diese Regeln allerdings außer Kraft.“, erklärt Triebe. Die Diagramme zeigen, auf welche Weise die x6 class die traditionellen Regeln des Zahnradpumpenbetriebs ändert.

Halle 9, Stand A4

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Director Pumps, Maag