Das Design der Drehkolbenpumpe ermöglicht eine sechsmal höhere Lebensdauer

Mar 22, 2023

Ein robustes Drehkolbenpumpendesign ermöglicht eine sechsmal höhere Lebensdauer von Pumpen, die abrasiven Keramikschlicker fördern

Bis 2013 nutzte ein deutscher Keramikhersteller eine Exzenterschneckenpumpe zur Befüllung und Umwälzung der Lagertanks für Schamotte und Keramikschlicker. Allerdings mussten die Verschleißteile dieser Pumpe aufgrund des hochviskosen und abrasiven Stoffes alle drei Monate ausgetauscht werden. Um Servicezeiten zu minimieren und eine wirtschaftlichere Produktion zu ermöglichen,Netzschschlug vor, das Gerät durch eine spezielle Drehkolbenpumpe aus der Tornado T2-Reihe zu ersetzen.

Der T.Proc ist auf eine lange Lebensdauer bei minimalem Verschleiß ausgelegt, sodass er auch stark abrasive Massen problemlos fördern kann. Möglich wird dies durch die Kombination des Funktionsprinzips und einer besonderen Materialpaarung: Anstelle herkömmlicher Elastomerkolben in einem Metallgehäuse besteht diese Pumpe aus zwei Stahlkolben, die in einem austauschbaren Gehäuseeinsatz aus Gummi rotieren. Dadurch wird eine höhere Haltbarkeit der beweglichen Komponenten erreicht, da Stahl weniger anfällig für Materialermüdung durch dynamische Kräfte ist als Kunststoff-Elastomer. Darüber hinaus ist der Innenraum totraumfrei gestaltet, so dass sich keine Rutschrückstände festsetzen können. Aufgrund des deutlich reduzierten Verschleißes und der längeren Lebensdauer von einem bzw. 1,5 Jahren hat der Keramikhersteller nun seine gesamte Produktion auf den Tornado T.Proc umgestellt.

Der keramische Herstellungsprozess bietet eine Reihe von Umformverfahren, die in die Grundarten Pressen, plastisches Umformen und Gießen eingeteilt werden können. Beim keramischen Schlickerguss wird beispielsweise eine wässrige Suspension in eine poröse Form gegossen, die die Flüssigkeit aus dem Schlicker ableitet. Dadurch entsteht eine feste Schicht, der sogenannte Scherben. Schlicker und Grog werden zunächst in Lagertanks gelagert. Aufgrund des viskosen und abrasiven Mediums nutzte der deutsche Keramikhersteller bis 2013 eine Nemo-Exzenterschneckenpumpe von Netzsch zum Befüllen und Umwälzen von Keramikschlicker. „Wir haben dem Keramikhersteller zunächst dieses Modell empfohlen, da wir sehr positive Erfahrungen mit mineralischen Suspensionen gemacht haben.“ wie Putz, Mörtel oder Betongrundierung“, erklärt Egon Grainer, Teamleiter Paper & Chemicals.

Aufgrund der hohen Abrasivität des geförderten Schlickers stellte sich jedoch heraus, dass die Verschleißteile – Rotor und Stator – weiterhin alle drei Monate und die Wellendichtung alle sechs bis acht Monate ausgetauscht werden mussten. Dies verursachte sehr lange Servicezeiten und dementsprechend hohe Kosten. Um die Effizienz des Systems zu steigern, schlug Netzsch daher vor, das Gerät durch ein anderes Funktionsprinzip zu ersetzen, das zum Zeitpunkt der Installation der Nemo-Pumpe nicht in seinem Produktsortiment verfügbar war. Der Hersteller setzt nun auf den T.Proc-Drehkolben, der auf hohe Robustheit und lange Lebensdauer ausgelegt ist. Das „Full Service in Place“-Design der Pumpe minimiert zudem die wartungsbedingten Ausfallzeiten.

„Das Herzstück des Systems sind zwei gerade Doppelflügelrotoren, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen und das Medium sanft, aber kontinuierlich von der Einlass- zur Auslassseite bewegen“, sagt Grainer. Charakteristisch für diesen Pumpentyp ist die besondere Materialpaarung. Während bei anderen Pumpenherstellern normalerweise Elastomerkolben in einem Metallgehäuse rotieren und einer hohen dynamischen Belastung ausgesetzt sind, kommen bei dieser Einheit Drehkolben aus Stahl zum Einsatz, während die Innenseite der Pumpe mit einer Gummieinlage ausgekleidet ist.

Dies wird bei Tornado T2-Pumpen durch den innovativen Materialmix verhindert: Die Kolben sind aus einem besonders robusten gehärteten Stahl gefertigt und werden von der Drehbewegung nicht beeinträchtigt, was ihre Lebensdauer deutlich erhöht. Darüber hinaus unterliegt das Metall einer geringeren Verformung bei wechselnden Temperaturen, wodurch kleinere Toleranzen bei der Produktion verwendet werden können. Dies spiegelt sich in einem entsprechend geringeren Verschleiß und einem höheren Wirkungsgrad wider. Die schützende Gehäuseauskleidung aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) kann als separates Teil einfach entfernt und kostengünstig ausgetauscht werden. Auf die Stirnflächen der Metallkolben aufvulkanisierte Gummipads sorgen für einen kontinuierlichen Hart-Weich-Kontakt, der zudem die Bauteile schützt und die Lebensdauer erhöht. Insgesamt werden dadurch, so Netzsch, eine sechsmal höhere Standzeit und damit erhebliche Kosteneinsparungen bei abrasiven Medien erreicht.

Da die Pumpwirkung wie bei der bisher eingesetzten Exzenterschneckenpumpe auf Verdrängung beruht, spielt die Viskosität des Mediums keine Rolle. Die Pumpe kann Stoffe von 1 mPas bis 1 Million mPas fördern. Gleichzeitig werden Druckschwankungen und Scherkräfte ausgeschlossen: „Dieser Pumpentyp erzeugt keinen Druck auf das Medium, sondern fördert lediglich gegen den vorhandenen Gegendruck – in diesem Fall 4 oder sogar 5 bar“, erklärt Grainer. Die einfache Form der Flügel ermöglicht einen großen freien Kugeldurchgang, um Verstopfungen vorzubeugen.

Darüber hinaus hat diese Bauweise einen positiven Einfluss auf die Effizienz der Pumpe. Dank der langen Dichtlinie entsteht nur ein sehr geringer Rückstau. Darüber hinaus hält die speziell entwickelte Innengeometrie der Förderkammer die Pulsation auf einem sehr niedrigen Niveau und sorgt so für einen sanften, kontinuierlichen Produktfluss ohne Turbulenzen. Dadurch können die gewünschten Eigenschaften des jeweiligen Schlickers erhalten bleiben. Gleichzeitig minimiert die spezielle Gehäusegeometrie in Verbindung mit den großen Kugeldurchgängen zusätzlich den Verschleiß.

Die Drehkolben werden mit Schnellspannelementen außerhalb des Gehäuses befestigt. Dadurch sind sie völlig glatt, haben keine Ablagerungsflächen und lassen sich zudem bequem und unabhängig voneinander aus- und wieder einbauen. Mit wenigen Handgriffen lassen sie sich ohne Spezialwerkzeug lösen oder festziehen. Eine im Frontdeckel integrierte Positionierungs- und Montagelehre erleichtert dabei die korrekte Positionierung. Die Wellendichtungen sind außerdem so konstruiert, dass ihre Gleitflächen bündig an der Rückseite der Kolben anliegen. Dadurch werden Toträume vermieden, in denen Schleifpartikelrückstände haften könnten. Die Dichtungen sind vorkonfiguriert und lassen sich bei der Montage einfach auf die Welle mit den Drehkolben aufschieben. Dank der Kartuschenbauweise passen unterschiedliche Dichtungstypen in den gleichen Bauraum, um wechselnden Anforderungen gerecht zu werden. „Für die Schlupfförderung ist die Wellendichtung speziell als I-Dichtung mit Quench ausgelegt. Die Siliziumkarbid-Gleitflächen sind auch bei diesem stark abrasiven Medium sehr robust und langlebig“, erklärt Grainer.

Das innovative Antriebskonzept der Baureihe zeichnet sich zudem durch eine lange Lebensdauer und lange Wartungsintervalle aus. Ein beidseitig verzahnter Riementrieb ersetzt das bisher bei Drehkolbenpumpen übliche Steuergetriebe. Aufgrund seines komplexen Aufbaus war dieser anfällig für Störungen und Defekte. Im Gegensatz dazu übersteht die neue Antriebstechnik selbst Schäden oder Blockaden ohne größeren Schaden. Im schlimmsten Fall löst sich der Riemen oder reißt. In diesem Fall müssen nur zwei Schrauben gelöst werden, um den Riemen zu entfernen und auszutauschen. Unterstützt wird die Robustheit auch durch den ruhigen Lauf des Riementriebs und die geringen Vibrationen im Betrieb, da stets ein Hart-Weich-Kontakt zwischen Elastomerriemen und Metallzahnrädern gewährleistet ist. Dies sorgt für einen schonenden Betrieb aller Pumpenkomponenten. Zudem arbeitet der Antrieb komplett ohne Öl, sodass zeitraubende Ölwechsel und die Gefahr von Undichtigkeiten kein Problem mehr darstellen.

Der doppelseitige Riemen dient nicht nur der Kraftübertragung vom Motor auf die Wellen, sondern synchronisiert auch die Drehbewegung der Kolben. Diese Doppelfunktion hat den großen Vorteil, dass der gesamte Antriebsaufbau erheblich vereinfacht wird, was die Betriebssicherheit erhöht und gleichzeitig Bauraum spart. In Verbindung mit der Anflanschung des Motors oben an der Pumpenkammer ergibt sich eine der kompaktesten Pumpen auf dem Markt. Dadurch kann die Pumpe auch in sehr beengten Platzverhältnissen untergebracht werden. Darüber hinaus entfällt die Notwendigkeit einer umfangreichen Ersatzteilbevorratung für den Riementrieb, wodurch Lagerkosten und Ausfallzeiten auf ein Minimum reduziert werden.