Verschleiß vorgebeugt

Dr. Sven Wieczorek

In der Industrie schätzt man vor allem das genaue und nahezu pulsationsfreie Förderverhalten von Zahnradpumpen. Vom Förderprinzip her sind diese rotierenden Verdrängerpumpen für einen sehr weiten Viskositäts- und Druckbereich einsetzbar. Aufgrund der verwendeten Werkstoffe und der optimal aufeinander abgestimmten Betriebsspiele zwischen Gehäuse, Lager und Zahnrädern sind Witte-Hochpräzisionszahnradpumpen besonders geeignet für schwierige Sonderanwendungen. Bei der Herstellung von Kunststoffen beispielsweise, können nicht auf die jeweilige Anwendung abgestimmte Werkstoffpaarungen oder Konstruktionen vielfach Ursache für einen vorzeitigen Pumpenausfall sein.

Um eine ausreichende Sicherheit gegen Undichtigkeit zu gewährleisten, sind bei den zu fördernden, niedrigviskosen Monomere und Prepolymeren aufwendige Dichtungen in Form von doppelt wirkenden Gleitringdichtungen mit Sperrbehältern notwendig. Wird stattdessen eine Magnetkupplung eingesetzt, entfällt das aufwendige Sperrsystem, welches oft umfangreich gewartet werden muss. Bei den Witte-Zahnradpumpen ist die Magnetkupplung mit einer zusätzlichen Lagerung des Innenrotors ausgeführt. Dieses spezielle Lager hat nun die Aufgabe, die relativ große Masse des Innenrotors aufzufangen, sodass ausschließlich das Drehmoment auf die Welle der Pumpe übertragen wird. Für Anwendungen bei höheren Temperaturen ist der Spalttopf optional auch in doppelwandiger Ausführung für eine hydraulische Beheizung erhältlich.

Wenn die Pumpe angefahren wird, baut sich im Gleitlager ein hydrodynamischer Schmierfilm auf. Dieser Schmierfilm trägt den Wellenzapfen in der Lagerbohrung. Die Ausbildung und die Tragfähigkeit dieses Schmierfilms hängt maßgeblich von folgenden Faktoren ab:

Auch wenn sichergestellt ist, dass die Pumpe ausschließlich im Bereich der Flüssigkeitsreibung betrieben wird, wird jedes Mal beim An- und Abfahren der Mischreibungsbereich durchlaufen. Durch den von der Pumpe aufgebauten Druck werden die Wellen während des Betriebs von der Druck- auf die Saugseite der Pumpe gepresst. Problematisch wird es aber, wenn diese Kraft unter den vorherrschenden Betriebsbedingungen nicht ausreicht, auch die Masse des schweren Innenrotors und seiner Magneten abzufangen. In Verbindung mit dem langen Hebelarm kommt es dann zum radialen Anlaufen der Wellenzapfen in den Gleitlagern. Hiervon sind besonders Pumpen gefährdet, die mit niedrigviskosen Medien wie Monomere oder Prepolymere bei größeren Differenzdrücken betrieben werden. Bei sehr niedriger Viskosität bildet sich selbst bei hohen Drehzahlen nur ein sehr dünner Schmierfilm aus. Wird die Pumpe dann auch noch bei einem höheren Differenzdruck betrieben, kommt es zum Kontakt zwischen Wellenzapfen und der Lauffläche des Gleitlagers und der Pumpenausfall ist nur noch eine Frage der Zeit.

Die speziell entwickelte Lagerung des Innenrotors verhindert dieses Schadensbild zuverlässig. Selbstverständlich kann sie nicht Schmierprobleme in den Gleitlagern lösen, die sich aus derart kritischen Anwendungen ergeben. Das System insgesamt wird aber unempfindlicher gegenüber diesen Einflüssen. Auch wenn die Anschaffungskosten zunächst über denen einer handelsüblichen Magnetkupplung liegen, hat sich der konstruktive Mehraufwand spätestens nach dem ersten Pumpenausfall amortisiert. Neben den reinen Reparaturkosten, die Ersatzteile und Arbeitszeit beinhalten, entstehen dem Betreiber durch den Ausfall der Pumpe meist noch weitere Kosten für Produktionsausfall.

Witte rüstet auch bestehende Magnetkupplungen um, die kein unterstützendes Lager haben. In einem Fall kam es bei der Förderung eines PBT-Prepolymers zu Problemen im Gleitlager. Die Pumpe mit einem spezifischen Fördervolumen von 716 cm³/Ufördert 7700 l/h PBT Prepolymer aus dem Vakuum auf einen Druck von 20 bar. Bei 2 Pas Viskosität und 20 bar Differenzdruck konnte es die Pumpe nicht schaffen, den schweren Magnetrotor zu heben. In der Folge kam es zu starkem Verschleiß an den Gleitlagern. Erst nach Umrüstung der Pumpe auf das System mit separater Lagerung des Magnetrotors konnte eine hohe Betriebssicherheit beim Anwender gewährleistet werden.

Halle 10, Stand B55

Online-Info www.cav.de/1010402