Bringt Farbe ins Ziel

Pumptechnik in der Druck- und Farbindustrie

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11.03.2016 Hier schaffen es nur die Besten: Die Druck- und Farbindustrie stellt eines der vielseitigsten Einsatzfelder für Fördersysteme dar. Zu den Anwendungsbereichen zählt das zuverlässige Zuführen von abrasiven Papier-Füllstoffen und korrosiven Leimungsmitteln ebenso wie das exakte Dosieren von zähflüssigen Druckfarben und Lacken.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Standardpumpen können das Anforderungsspektrum der Druck- und Farbindustrie nicht abdecken, zumal Betreiber die meist sehr empfindlichen Medien schonend transportieren müssen.
  • Stattdessen kommen in der Branche vielfach Exzenterschnecken- und Drehkolbenpumpen zum Einsatz. Das zugrundeliegende Förderprinzip der Volumenverdrängung arbeitet nahezu pulsationsfrei und lässt sich über die Drehzahl präzise regulieren.
  • Zudem ermöglicht die Konstruktion zahlreiche Varianten, was Werkstoffe und Geometrien betrifft.

Eines der größten Probleme beim Fördern von Farben ist für herkömmliche Pumpen die mangelnde Fluidität des Mediums. Viskositäten von 10.000 mPas und mehr sind keine Seltenheit. Eine kontinuierliche Zufuhr lässt sich dadurch nur schwer erreichen, außerdem setzen die Pumpen schnell zu. So hatte ein renommierter Verlag jedes Mal beim Umfüllen von Offset-Farbe mit rund 10.000 mPas aus dem Transporter in die Speichertanks mit Förderabrissen an den verwendeten Membranpumpen zu kämpfen, was das Entladen stark verzögerte. Auch fielen häufig Wartungsarbeiten an den Pumpen an, wofür der Anwender sie umständlich ausbauen und zerlegen musste. Um hier die Leistung und Wirtschaftlichkeit zu steigern, setzte das Unternehmen schließlich auf die Nemo Exzenterschneckenpumpen von Netzsch.

Kontinuierliches Fördern hochviskoser Farben
Deren Förderprinzip basiert auf einem Rotor, der sich oszillierend in einem feststehenden Stator dreht. Durch die aufeinander abgestimmte, gewendelte Geometrie beider Komponenten bilden sich dabei Förderkammern, in denen das Medium von der Saug- zur Druckseite transportiert wird. Aufgrund der Ausprägung von Rotor und Stator entstehen kaum Pulsation oder Scherkräfte, welche auf das Fluid einwirken. Stattdessen bewegt das System das Medium schonend und kontinuierlich. Die Konsistenz und insbesondere die Viskosität sind bei dieser Verdrängertechnologie unerheblich für den Förderstrom, einzig die Drehzahl bestimmt die transportierte Menge – die sich somit in Kombination mit einem Frequenzumrichter bequem und präzise regeln lässt. Für die konkrete Anwendung kommt eine einstufige L-Geometrie für Rotor und Stator zum Einsatz, die eine höhere Fördermenge bei niedrigem Differenzdruck ermöglicht. Das bewusst gewählte Untermaß des Rotors verhindert übermäßige Klemmung und verbessert dadurch den mechanischen Wirkungsgrad. Die schlanke Bauform der Exzenterschneckenpumpen ermöglicht es zudem, vier solcher Pumpen – für die vier Druckfarben – samt Frequenzumrichtern auf einem Trägermodul zu installieren. Dieses ist in den Unterbau des Transport-LKW integriert und lässt sich per Gabelstapler einfach herausnehmen. So hat der Anwender freien Zugang zu den Geräten, sollten einmal Wartungsarbeiten anfallen. Allerdings arbeiten die Pumpen generell deutlich zuverlässiger als die bisher eingesetzten Membranpumpen. Zudem konnt der Betreiber die Entladezeit der Farbe beinahe halbiert.

Farbe, so zäh wie Lava, präzise dosieren
Eine ähnliche, jedoch sehr viel anspruchsvollere Anwendung ist das Fördern und Dosieren von Spezialfarbe zum Beschichten von Raketen. Dieses Medium erreicht nach Zugabe von Härtern eine Viskosität bis 3.000.000 mPas – vergleichbar mit geschmolzenem Glas oder sehr zähem Paraffinöl. Der Förderdruck liegt dadurch bei 48 bar; dennoch war die Vorgabe, eine Fördermenge von nur 0,01 bis 0,1 m³/h mit 95 % Genauigkeit für den Auftrag zu dosieren. Um diese Anforderungen zu erfüllen, konfigurierte der Hersteller eine Spezial-Version der Pumpe. Die Experten kombinierten hier einen Grundkörper aus korrosionsbeständigem Edelstahl, gepaart mit einem PTFE-Stator. Die hohe Viskosität des Mediums ermöglicht das Abdichten der Dichtlinie zwischen Rotor und Stator und somit konnte die Pumpe den geforderten Druck erzeugen. Das extrem reibungsarme PTFE verhindert Verschleiß und verringert das nötige Losbrechmoment. Die durch die hohen Drücke entstehende große Axiallast wurde durch einen Lagerstuhl kompensiert. Die Pumpe erreicht damit problemlos Drücke bis 50 bar. Zusätzlich wurden Sichtfenster in das Pumpengehäuse eingebaut, über die der Anwender die Bewegung der zähen Spezialfarbe kontrollieren kann. Über die Drehzahl lässt sich die Fördermenge exakt auf die gewünschten Volumina einstellen, um einen optimalen Farbauftrag sicherzustellen.

Konstruktive Flexibilität
Robustheit ist in diesem Beispiel wie bei fast allen industriellen Anwendungen eine wesentliche Bedingung für einen wirtschaftlichen Betrieb. Da Schäden schnell zum Stillstand ganzer Produktionslinien führen können, sind bei der Konstruktion der Pumpen widerstandsfähige Materialien wie auch langlebige Komponenten und eine hohe Laufruhe wichtig. Schwingungen, die eine Dauerbelastung aller Bauteile bedeuten, gilt es in jedem Fall zu vermeiden – vor allem wenn hohe Standzeiten erreicht werden sollen. Die Zähflüssigkeit der Farbe stellt hier eine besondere Herausforderung dar. Sie kann sich je nach Fördertechnologie unter Umständen ungleichmäßig verteilen und zu Unwuchten führen – ein Umstand, der beispielsweise einem Papierhersteller hohe Kosten verursachte: Dessen Streichfarbe mit immerhin 3.000 bis 5.000 mPas und 70 bis 75 % Trockensubstanzgehalt erzeugte in den bisher verwendeten Block-Kreiselpumpen starke Vibrationen, was zu mechanischen Schäden der Pumpe führte.  Durch den Wechsel auf das rotierende Verdrängerpumpenprinzip und hierbei auf die Exzenterschneckentechnik mit ihren Förderkammern, konnte er diese Schwingungen vollständig abstellen. Dazu trug auch bei, dass unter anderem das Laufverhalten durch den Einsatz eines Rohr-Rotors mit weniger Masse und einer speziellen D-Geometrie, mit der es möglich ist, praktisch pulsationsfrei zu förderen, deutlich verbessert wurde. Um die Gelenkbelastung zu reduzieren und hier das Risiko von Defekten zu minimieren, kam eine verlängerte Kuppelstange zum Einsatz, aus der sich eine geringere Auslenkung im Gelenk ergibt, sowie ölgeschmierte und hermetisch abgedichtete Zapfenkreuz-Gelenke, die durch ihre besondere Kinematik auf Dauerbelastungen ausgelegt sind. Des Weiteren wurden auch die Wellenabdichtungen und Werkstoffe angepasst. Der Motor des Kegelradgetriebes ist mit einem Fremdlüfter ausgerüstet, was ein Betreiben der Pumpe auch bei niedriger Drehzahl ermöglicht. Diese konstruktiven Maßnahmen führten dazu, dass die Anlage nach Inbetriebnahme trotz Dauerbetrieb im gesamten ersten Jahr vollständig störungsfrei lief und auch danach kaum Wartungs- oder Instandhaltungsaufwand erfordert.

Heftausgabe: März 2016
Seite:
Roger Willis, Leiter Geschäftsfeld Chemie & Papier, Netzsch

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Roger Willis, Leiter Geschäftsfeld Chemie & Papier, Netzsch
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