Pumpen & Kompressoren Neues Konzept für Drehkolbenpumpen

Mehr Leistung, weniger Verschleiß, kürzere Ausfallzeiten - die Anforderungen der Industrie an ihre Pumpsysteme wachsen stetig. Inzwischen sind oft nur noch minimale Weiterentwicklungen möglich, denn das Optimierungspotenzial ist weitgehend ausgeschöpft. Um tatsächlich signifikante Verbesserungen zu erzielen, müssen daher bereits die grundlegenden Konstruktionsansätze überdacht werden. So wurden für eine zeitgemäße Form der Drehkolbenpumpe sowohl der Antrieb als auch die Pumpenraumgestaltung und das Materialgefüge von Grund auf überarbeitet. Diese Radikalkur führte unter anderem zu weniger Pulsation, mehr Leistung bei geringerem Abrieb und erhöhter Betriebssicherheit.

Verschleiß des Materialgefüges verringert

Eine bewährte Förderlösung in vielen Bereichen ist die selbstansaugende Verdrängerpumpe mit rotierenden Drehkolben: Dank großer Förderkammern können auch Medien mit groben Feststoffen zuverlässig transportiert werden. Gleichzeitig erzeugt die kontinuierliche Bewegung der Kolben kaum Scherkräfte. Der Pumpentyp ist robust selbst gegen abrasive Substanzen, leicht zu reinigen und so kompakt, dass er auch mobil eingesetzt werden kann. Ein grundlegender Faktor für Förderleistung und Verschleiß ist das Materialgefüge im Pumpenraum. Üblicherweise drehen sich hier Elastomer-Kolben in einem Gehäuse aus Stahl. Allerdings ist das Gummi dabei erheblichen dynamischen Kräften ausgesetzt, wodurch es schnell altert. Gleichzeitig dehnen sich die unregelmäßig geformten Elastomerpakete bei Wärmeeinfluss unberechenbar aus, was den Verschleiß weiter erhöht. Um diese Probleme zu beseitigen, wurden daher bei der Neuentwicklung die verwendeten Materialien vertauscht: Der Pumpenraum ist nun mit einem Elastomereinleger ausgekleidet, der aufgrund seiner gleichmäßig dünnwandigen Gestaltung kaum von Temperaturschwankungen beeinflusst wird. Dies ermöglicht eine deutlich höhere Präzision bei der Herstellung sowie eine Verringerung der Spaltmaße, die den Wirkungsgrad bestimmen. Der Energieverbrauch der Anlage ließ sich daher reduzieren, ohne einen verstärkten Verschleiß zu riskieren. Auch kann der Einleger im Servicefall einfacher und günstiger ausgetauscht werden als die bisher gebräuchlichen Verschleißplatten oder ganze Gehäuseteile. Für die Drehkolben wird Stahl oder Edelstahl verwendet, der den Rotationskräften im Betrieb sehr viel länger standhält. Auf ihre Flanken ist ein dünner Elastomeraufleger aufvulkanisiert, wodurch sich bei der Drehung an allen Berührungspunkten lediglich ein materialschonender Hart-Weich-Kontakt ergibt. Insgesamt erhöht sich die Lebensdauer der Komponenten so um das Vierfache.Die Kolben selbst wurden zweiflüglig geformt, da sie so einerseits robuster im Einsatz sind und sich andererseits unkompliziert austauschen lassen. Auch ist dadurch die Dichtlinie länger, weshalb mehr Verschleißpolster zur Verfügung steht, und der große Kugeldurchgang bleibt erhalten, der auch die Förderung stückiger Gemische ohne Verstopfungsgefahr möglich macht.

Weniger Pulsation trotz einfacherer Form

Experten werden einwenden, dass eine geringere Flügelanzahl normalerweise zu höherer Pulsation führt, was bei sensiblen Medien problematisch für die Qualität sein kann. Daher wurde eigens ein Pulsationsreduktionssystem entwickelt, das auf einer besonderen Gehäusegeometrie basiert: Kleine, in den Elastomereinsatz eingearbeitete Taschen sorgen dafür, dass sich die Förderkammern nicht abrupt öffnen, sondern das Medium langsam und ruhig einfließen kann. Zusätzlich wurden jegliche Toträume eliminiert, wodurch nicht nur die Reinigung einfacher wird, sondern auch unkontrollierte Verwirbelungen vermieden werden.

Neue Elemente verringern Wartungsaufwand

Reinigung und Wartung wurden daneben auch durch andere konstruktive Veränderungen erleichtert. So lässt sich die gesamte Front der Pumpe mit wenigen Handgriffen abnehmen, was einen freien Eingriff für Inspektionen, Instandhaltungs- und Säuberungsmaßnahmen eröffnet. Auch die Drehkolben können dank einer neuen Befestigung mit Spannelementen ohne Spezialwerkzeug ausgetauscht werden: Anstelle einer festen Verschraubung der Kolben mit der Welle erzeugen hier zwei ineinandergreifende, konische Komponenten die Haltespannung an der Welle und an der Außenseite der Pumpe. Mittels einer integrierten Einstell- und Montagelehre lassen sich die Kolben dabei ohne aufwendige Einstellarbeiten positionieren. Zusätzlicher Vorteil der Befestigung außerhalb des Gehäuses ist, dass die Stirnseiten der Kolben eben sind und keine Angriffsfläche für Ablagerungen bieten. Die voreingestellten Gleitringdichtungen werden bei dieser Konstruktion zusammen mit den Drehkolben in einem Schritt auf die Wellen geschoben. Dank ihrer kompakten Cartrigde-Bauweise können verschiedene Dichtungsvarianten im selben Gehäuse installiert werden, da sich der Platzbedarf nicht verändert. Zudem verhindert der Sitz auf der integrierten Kolbenhülse ein Einlaufen der Antriebswellen bei längerem Betrieb. Um Verzopfungen zu vermeiden, werden die Gleitflächen der Wellenabdichtung stetig vom Medium umspült und die Dichtflächen schließen bündig mit der Kolbenrückseite ab.Eine entscheidende Verbesserung hinsichtlich der Betriebssicherheit war die Abkehr vom komplexen Gleichlaufgetriebe. Dieses stellte bisher eine potenzielle Schwachstelle dar, da eine Produktleckage in den Getrieberaum meist einen Totalschaden der Anlage zur Folge hatte. Eine strikte Trennung zwischen Pumpen- und Getrieberaum konnte diese Gefahr zwar minimieren; die Möglichkeit von Fehlern, der hohe Wartungsaufwand und die umfangreiche Ersatzteilwirtschaft blieben aufgrund der großen Zahl an einzelnen Komponenten aber unverändert.

Riementrieb statt Gleichlaufgetriebe vermindert Störungen

Diese Probleme werden jetzt durch einen Riementrieb umgangen: Der beidseitig gezahnte Riemen dient dabei gleichzeitig zu Kraftübertragung vom Antrieb auf die Wellen und zur Synchronisation der Drehkolben. Durch die Doppelfunktion werden wesentlich weniger Teile für das Getriebe benötigt als bisher, weshalb es robuster gegen Störungen und Havarien ist. Auch lässt sich der Zahnriemen im Servicefall einfach durch das Lösen zweier Schrauben entspannen, abnehmen und ebenso schnell wieder montieren, was die Stillstandzeiten verkürzt. Zusätzlich ist diese Getriebeform laufruhiger und schont die Bauteile insgesamt, da nur der weiche Riemen auf der harten Riemenscheibe läuft. Belastende Vibrationen werden so vermieden, ferner fällt auch die Geräusch- und Wärmeentwicklung geringer aus. Des Weiteren arbeitet das Getriebe ölfrei, sodass weder Leckagen entstehen können noch zeitintensive Ölwechsel anfallen. Sollte die Pumpe tatsächlich einmal blockieren, ist kein teurer Getriebeschaden die Folge, sondern es muss lediglich der vergleichsweise preisgünstige Riemen getauscht werden. Der neue Antrieb ermöglichte es außerdem, die Pumpe insgesamt noch kompakter zu bauen, indem der Motor direkt über dem Pumpenraum angeflanscht wurde. Das Drehmoment des Antriebs wird von dort über den Riementrieb nach unten an die Wellen weitergegeben. Gleichzeitig reduzierte sich das Gewicht der gesamten Förderanlage um bis zu 30 Prozent, wodurch sie noch mobiler und flexibler einsetzbar ist als bisher.

Kompakte, vielseitigere Drehkolbenpumpe

Die neue Form der Drehkolbenpumpe eignet sich für inhomogene, gashaltige und abrasive, schmierende, nichtschmierende und scherempfindliche, hoch- und niedrigviskose Medien aller Art, einschließlich solcher mit hohen Faser- und Feststoffanteilen. Das Fördervolumen reicht je nach Baugröße von 3 bis 1.000m³/h bei Drehzahlen von 100 bis 800U/min. Dieser breite Einsatzbereich eröffnet ein weites Feld an Anwendungsmöglichkeiten für die Pumpe - von der Abwasserentsorgung oder der Beschickung von Biogas-Reaktoren über den Transport hochaggressiver Chemikalien und Baustoffen bis hin zu besonders empfindlichen Lebensmitteln.