Um Ausgleich bemüht

Pumpenkupplung für den Einsatz bei hohen Temperaturen

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10.09.2010 Beim Fördern von Flüssigkeiten bilden die dazu notwendigen Pumpen, Antriebe und Kupplungen zwar für sich gesehen eine Einheit, allerdings sind sie wiederum nur Teil einer größeren, automatisierten Anlage. Die Elastomer- oder Klauenkupplung ist deshalb als Bindeglied zwischen Antriebsmotor und Pumpe eine Schlüsselkomponente, die fehlerfrei arbeiten muss, um letztendlich einen reibungslosen möglichst langen Betrieb der gesamten Anlage sicherzustellen.

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Entscheider-Facts Für Planer und Betreiber

  • Die Kupplung als Bindeglied zwischen Motor und Pumpe und hat einen wichtigen Einfluss auf die Lebensdauer der Pumpe.
  • Die Kupplung muss drehelastisch sein und ein einfaches Ausrichten von Motor und Pumpe ermöglichen.
  • In besonderer Weise sind dafür doppelkardanische Kupplungen geeignet.
  • Wenn hohe Medien bei hohen Temperaturen gefördert werden, sollten spezielle Ausführungen, beispielsweise mit Zahnkränzen aus Drahtgestrick, eingesetzt werden.

Es ist das alte Lied: Ein kleiner Fehler in einem vermeintlich unscheinbaren Nebenaggregat kann zu Störungen des gesamten Systems führen. Auch wenn Subsysteme meistens redundant ausgelegt sind, ist ein Ausfall doch immer mit Problemen und Kosten verbunden. Damit solche Schwierigkeiten bei Wellenkupplungen auch beim Pumpen heißer oder aggressiver Medien nicht auftreten können, müssen diese einige Anforderungen erfüllen. Die Kupplungen, die zwischen Antriebsmotor und Pumpe eingesetzt werden, sollen außerdem schnell montiert werden können sowie über gute Dämpfungseigenschaften und geringe Rückstellkräfte bei Verlagerungen der Welle verfügen. Erst wenn diese Aspekte erfüllt werden, steht am Ende ein Produkt zur Verfügung mit dem heiße und aggressive Medien ohne Störung gefördert werden können.

Die Kupplung hat einen wichtigen Einfluss auf die Lebensdauer der Pumpe und hilft so, die Betriebskosten nachhaltig zu senken. Eine solche Kupplung muss aber auch die Forderung nach einer drehelastischen Wellenkupplung erfüllen, die das einfachere Ausrichten von Motor und Pumpe ermöglicht. Hier hat sich seit einiger Zeit die doppelkardanische, hoch verlagerungsfähige Kupplung Rotex ZS-DKM bewährt. Beim doppelkardanischen Prinzip stellt sich, im Gegensatz zu marktüblichen Kupplungen, im einzelnen Elastomer lediglich eine Winkelverlagerung ein. So werden die Zwangskräfte, die bei einem einfachkardanischen System noch vorkommen, ganz erheblich reduziert. Die Welle wird dabei nicht gebogen, was sich positiv auf die Standzeiten der Lager und Dichtungen auswirkt.

Durch längere Wartungsintervalle sinken die Life Circle Costs (LCC) deutllich. Um weitere Kosten zu sparen, hilft die vorausschauende Wartung. Durch sie werden Fehler erkannt, bevor es zu Schäden an Lagern oder Dichtungen kommt. Ein wesentlicher Indikator ist die Schwingungssignatur der Kupplung. Ohne großen Mehraufwand lassen sich dazu die routinemäßig erfassten Schwingungswerte analysieren. Ein daraus resultierendes Schwingungsdiagramm zeigt eine eindeutige Signatur, die durch die doppelkardanische Wellenkupplung erzeugt wird. Obwohl die meisten Werte über den Wellenversatz für die Kupplung unkritisch sind, helfen sie dem Anlagenbetreiber dennoch einen möglichen Handlungsbedarf abzuschätzen. Dadurch wird eine wirtschaftliche Zustandsüberwachung möglich.

Die Kupplungsbaureihe wurde im Hinblick auf eine möglichst schnelle Montage und Demontage optimiert: Die Naben wurden als Halbschalen ausgeführt, so dass das Klemmstück jeweils mit zwei Schrauben gelöst werden kann. Die komplette Kupplung kann radial montiert und demontiert werden. Pumpe oder Motor müssen dazu nicht abgerückt werden, und es kann gearbeitet werden, ohne dass zusätzlicher Platz auf der Welle benötigt wird. Dadurch sind kompakte Antriebskonstruktionen möglich, und Motor und Pumpe können schneller und einfacher ausgerichtet werden. Das aufwendige Ausrichten kann zwar nicht ganz entfallen, da die Kupplung aber bis zu drei Millimeter radialen Versatz ausgleicht, wird das Ausrichten einfacher.

Spezielle Lösungen für sehr hohe
Umgebungstemperaturen

Um die Charakteristik der Kupplung auf den jeweiligen Einsatz anzupassen, stehen verschiedene Werkstoffe zur Verfügung. Standardkupplungen werden aus Polyurethan gefertigt. Dieser Werkstoff kann Drehschwingungen durch seine guten Dämpfungseigenschaften reduzieren. Über die Auswahl der verschiedenen Härtegrade kann die Dämpfung an den Antrieb angepasst werden. Für anspruchsvolle Anwendungen sind allerdings andere Eigenschaften gefragt. Dazu gehören zum Beispiel höhere Temperatur- oder Chemikalienbeständigkeit. Auch die UV Beständigkeit gehört in die Reihe der speziellen Anforderungen. In solchen Fällen werden Werkstoffe wie Polyamid, Peek oder Hytrel eingesetzt, die sich für diese Anwendugnen bewährt haben.

Eine besonders harte Nuss ist der Einsatz bei sehr hohen Umgebungstemperaturen. Dann muss zum Beispiel ein Zahnkranz aus „Drahtgestrick“ eingesetzt werden, weil der Wärmeeintrag in die Kupplung über die Pumpenwelle bei einer Medientemperatur jenseits von 120?°C zu hoch wäre. Kunststoffe wie Polyurethan, Hytrell oder Polyamid verlieren dann ihre Torsionssteifigkeit und die vorher berechneten Dämpfungseigenschaften. Bei solchen Temperaturen werden normalerweise Stahllamellenkupplungen eingesetzt. Es sind aber auch technische Lösungen mit Zahnkränzen aus Metallgestricken geeignet. Für die Rotex ZS-DKM-Kupplung wurde ein Zahnkranz aus Metalldrahtgestrick entwickelt, der im Temperaturbereich oberhalb 100?°C für Zuverlässigkeit sorgt. Die in diesem Zusammenhang durchgeführten Messungen haben ergeben, dass bei Anwendungen im Temperaturbereich zwischen 40 und 180?°C die Werte für Drehmomentkapazität, Drehsteifigkeit und Dämpfung konstant sind und im normalen Temperaturbereich durchaus mit denen der Standard-Elastomerzahnkränze verglichen werden können.

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Heftausgabe: September 2010

Über den Autor

Andre Artmann, Branchenmanager KTR
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