Drehkolbenpumpen überzeugen eine Vielzahl von Anwendern durch den berührungsfreien Lauf der Rotoren bei optimaler Kraftübertragung auf das Fördermedium und gleichzeitiger kompakter Bauform. Dadurch, dass sich die Kolben im Pumpenraum frei drehen und sich nicht berühren wird Abrieb, der das Produkt kontaminieren könnte, ausgeschlossen und gleichzeitig der Wartungsaufwand minimiert. Anders als bei vergleichbaren Pumpentypen erfolgt die Kraftübertragung von der Welle auf das Produkt direkt in Umlaufrichtung. Durch diese 1:1-Übertragung wird der Energieverlust durch ineffiziente Querkräfte und Reibung reduziert und die Pumpe arbeitet somit effizient. Prinzipbedingt sind Drehkolbenpumpen dadurch besonders kompakt und lassen sich durch die Inline-Ausführung leicht in das bestehende Rohrnetz integrieren.
Einfluss des Schlupfs
Wesentlichen Einfluss auf den Betrieb und die Effizienz einer Drehkolbenpumpe hat der Schlupf. Der Schlupf ist die Menge an Produkt, die durch die Spalte zwischen den Rotoren und dem Gehäuse von der Druck- zur Saugseite zurückfließt. Je geringer diese Menge, desto effizienter arbeitet die Pumpe. Die Höhe des Schlupfs ist durch das Spaltmaß an sich, das Förderprodukt, den Druck und die Rotorform definiert. Welchen entscheidenden Einfluss der Abstand zwischen Rotor und Gehäuse auf den Schlupf hat zeigt das Diagramm (Bild 1). Der Schlupf steigt kubisch zum Spaltmaß. Gleichzeitig nimmt der Schlupf aber bei steigender Produktviskosität ab und hat bei geringen Spaltmaßen wie sie in Unibloc-Drehkolbenpumpen Standard sind, ab 500 cP schon keinen nennenswerten Einfluss mehr (Bild 2). Die Auswahl einer optimalen Drehzahl sowie der geeigneten Kolben entsprechend dem Medium und dem Anwendungsfall ist also in erster Linie ein Zusammenspiel von Produktviskosität, Spaltmaß und Drehzahl. Während bei niedrigviskosen Medien die Drehzahl oft erhöht wird, um steigenden Schlupf auszugleichen muss bei hoch viskosen Medien die Drehzahl gesenkt werden, um ein Nachfließen des Produkts zu garantieren. Insbesondere die speziellen „non-galling“-Rotoren von Unibloc haben sich bewährt. Die Zugabe von Silizium und Mangan verleihen den Rotoren aus hochlegiertem austenitischem Edelstahl zusätzliche Abriebfestigkeit. Die Gefahr des Festfressens der Rotoren insbesondere bei starken Belastungen durch hohe Drücke, zähen oder abrasiven Produkten wird deutlich reduziert.
40 verschiedene Rotorentypen
Um generell Verformungen und Berührungen der Rotoren mit dem Gehäuse zu vermeiden, werden in Unibloc-Pumpen ausschließlich überdimensionierte und kurze Wellen, gelagert in stabilen Schrägkegelrollenlagern in O-Anordnung, verbaut. Aus konstruktiver Sicht ist es erstrebenswert den Spalt auf ein Minimum zu reduzieren. Gleichzeitig müssen Berührungen zwischen Rotoren und Gehäuse ausgeschlossen werden. Dies ist in der Praxis aufgrund der Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen mit Temperaturen von unter 0 bis über 200 °C und verschiedensten Produkten mit Viskositäten von unter 1 bis 1 Million nicht mit wenigen Standardausführungen realisierbar. Unibloc setzt dagegen mit seiner knapp vierzigjährigen Erfahrung in der Herstellung von Drehkolbenpumpen auf eine Vielzahl verschiedenster Rotoren und Materialien mit unterschiedlichen Toleranzen abhängig von den Temperaturen, dem Betriebsdruck und dem Medium. Der Hersteller kann auf über 40 verschiedene Rotorentypen zurückgreifen. Dabei sind die Unterschiede bei den meisten Varianten nicht einmal mit dem bloßen Auge zu erkennen, da der Unterschied zwischen verschiedenen Rotorklassen nur im Bereich von hundertstel Millimeter liegt. Allein die Auswahl der optimalen Rotoren erfordert bereits eine individuelle Beratung. Es sind die kleinen Details, die die Effizienz einer Drehkolbenpumpe steigern und es den Anwendern so ermöglichen mit der gleichen Pumpe geringere Drehzahlen zu fahren. Insbesondere in der Lebensmittelindustrie bei scherempfindlichen Medien sind unabhängig vom Pumpentyp niedrige Drehzahlen für das Produkt immer besser.
Schlupf und CIP-Reinigung
Einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss hat der Schlupf bei der CIP-Reinigung von Drehkolbenpumpen. Dieser erst garantiert nämlich bei der Reinigung der Anlage die komplette und sichere Umspülung der Rotoren. Der notwendige Druckunterschied zwischen den Rotoren in der Pumpe kann nur durch den Betrieb und das Mitlaufen der Pumpe garantiert werden. Das ist insofern entscheidend und bei der Auswahl der richtigen Rotoren zu beachten, da die Temperaturen bei den CIP-Anwendungen die üblichen Produkttemperaturen schnell überschreiten und die Pumpe kurzfristig erwärmen. Um die rückstandlose Reinigung zu garantieren darf die prinzipbedingte Ausdehnung auf keinen Fall zu einer Berührung der Rotoren führen.
Auswahl eine Glaubensfrage
Die Auswahl der optimalen Rotorenform ist inzwischen mehr und mehr zu einer Glaubensfrage geworden. Dabei setzt Unibloc auch hier ganz klar auf eine gesunde Mischung aus Erfahrung und Wissenschaft. Die Rotoren mit patentiertem Design für optimale Effizienz und Performanz wurden in den letzten Jahrzehnten weiter verbessert und sind aufgrund der geringen Produktscherung und guten Verdrängung beliebt bei Anwendern. Bilobe-Rotoren wie sie in Unibloc-Pumpen eingesetzt werden haben an den Aussenseiten einen deutlich längeren Umfang als die dreiflüglige Trilobe-Rotoren. Durch längere Spalte wird die Flüßigkeitsreibung an den Flanken erhöht und der Schlupf dadurch minimiert. Trilobe-Rotoren ermöglichen höhere Drehzahlen und überzeugen in der Praxis mit einer schonenden Förderung von Medien mit großen und empfindlichen Partikeln.
Fazit
Die hohe Variantenvielfalt und die vielen unterschiedlichen und auch zunehmend anspruchsvollen Anwendungsfälle machen eine individuelle und persönliche Beratung bei der Auswahl der geeigneten hygienischen Drehkolbenpumpe unverzichtbar. Als Spezialist für Drehkolbenpumpen kann Unibloc je nach Pumpenaufgabe diverse Rotoren, unterschiedliche Wellendichtungen, verschiedene Materialien mit niedrigsten Oberflächenrauhigkeiten liefern.
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