Artikel Risikosenkung und Kostenoptimierung bei Wellendichtungen von Zahnradpumpen

09.12.2008

Sieger nach Punkten

Heutzutage sind Themen wie Umweltschutz und Betriebssicherheit ein ständiger Begleiter bei der Auswahl von Anlagenkomponenten. Auch der Einsatz von Zahnradpumpen wird von Richtlinien wie TA-Luft oder Atex bestimmt. Besonders die Dichtungssysteme müssen höchsten Anforderungen gerecht werden. Darüber hinaus beeinflussen Entscheidungskriterien wie Wartungskosten und Anlagenverfügbarkeiten den Einsatz einer Dichtung.

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Die Aufgabe bestand konkret in der Förderung eines Polymers in einer Umgebung mit höchster Betriebssicherheit. Die Durchsatzmenge beträgt pro Pumpe jeweils 35000kg/h gegen einen Druck von 6bar bei einer Betriebstemperatur von 240°C. Dieses Polymer ist relativ teuer und wird in dieser Anlage mit Viskositäten von 500 bis 2500mPas gefördert.

Die Herausforderung lag in der Förderung des Produktes unter geringsten Verlusten, wobei die Materialqualität beibehalten werden sollte. Insbesondere bei diesem Polymer reagiert die Molekularstruktur empfindlich auf Temperaturschwankungen. Hinzu kam der Anspruch auf ein „Single Pump Concept“. Der Kunde verzichtet aus Kostengründen auf eine „Standby“-Pumpe. Im Falle eines Ausfalls ist keine Ersatzkomponente vorhanden. Alle Fehlerquellen mussten im Vorfeld beseitigt werden.
Der Entscheid für eine Zahnradpumpe war schnell gefällt. Deren Eigenschaften überzeugen: Das Förderprinzip der Zahnradpumpe ermöglicht eine pulsationsarme gleichmäßige Förderung. Die Zahnlücken der sich drehenden Zahnradwellen füllen sich mit dem Fördermedium und transportieren es entlang der Gehäusewand auf die Druckseite. Beim Ineinandergreifen der Räder wird das Medium verdrängt und in die Druckleitung gefördert. Dabei wird wenig Energie in das Produkt eingeführt, die Temperaturerhöhung ist sehr gering und gewährleistet damit eine schonende Förderung.
Die vorliegenden Anwendungsgrenzen ermöglichten prinzipiell den Einsatz zweier verschiedener Dichtungen. Zur Auswahl standen die doppelte Gleitringdichtung und die Magnetkupplung. Diese wurden nach verschiedensten Kriterien beurteilt.

Atex- und TA-Luft-Richtlinien

Generell geht es bei Atex darum sicherzustellen, dass explosionsfähige Atmosphären vermieden werden oder dass – falls dies nicht möglich ist – das Equipment, das in diesen Zonen zum Einsatz kommt, keine Zündquellen aufweist. Die TA-Luft definiert aus umwelttechnischen Motiven bestimmte Grenzwerte zur Emission und Immission von Schadstoffen und legt technische Anforderungen zur Einhaltung dieser fest.

Die Hauptkomponenten der doppelten Gleitringdichtung sind zwei aufeinander gleitende Bauteile, der befederte Gleitring und ein Gegenring. Einer der beiden Ringe sitzt starr im Gehäuse der Zahnradpumpe, der andere ist mithilfe von Verdrehsicherungsstiften auf der rotierenden Welle befestigt. In der Regel wird ein O-Ring benutzt, um die Welle zusätzlich abzudichten. Um den TA-Luft-relevanten Daten zu entsprechen, wird ein Sperrmedium verwendet. Im Sperrmedium wirkt immer ein höherer Druck als in der Pumpe. Damit wird sichergestellt, dass bei einer möglichen Leckage entweder das Sperrmedium in den Pumpenraum oder das Sperrmedium in die Umgebung fließt, nie aber das zu pumpende Medium den Pumpenraum verlässt. Das Sperrmedium trägt weiter dazu bei, dass die Reibung der Gleitflächen minimiert wird. Bei ordnungsgemäßer Sperrung der Dichtung inklusive Füllstandüberwachung ist diese Dichtung Atex- sowie TA-Luft-konform.
Die optimale Abdichtung für TA-Luftrelevante Medien im tieferen Viskositätsbereich bietet die Magnetkupplung. Durch ihren Aufbau kann auf die Wellendichtung und somit auf dynamische Dichtstellen gänzlich verzichtet werden. Der Produktraum der Pumpe ist durch einen Spalttopf hermetisch von der Umgebung abgetrennt. Das Drehmoment wird durch hochleistungsfähige Permanentmagnete berührungslos von der Motorenwelle, die sich außerhalb des Spalttopfs befindet, auf die Pumpenwelle, sich in dem Spalttopf befindet, übertragen. Bei der Magnetkupplung kann auf die Sperrflüssigkeit verzichtet werden, was deren Handhabung im Vergleich zu den gesperrten Dichtungen stark vereinfacht. Bei ordnungsgemäßer Auslegung und Montage steht auch einem Betrieb in den Atex-Einsatzgrenzen nichts entgegen.

Wartungskosten und Erfahrung

Der Aufbau der Magnetkupplung bietet ebenfalls einen Vorteil in den Wartungskosten. Sie ist praktisch wartungsfrei, und die Verfügbarkeit der Pumpe und somit der ganzen Anlage entsprechend hoch. Der Verzicht auf reibende Dichtungsteile minimiert den Verschleiß gegen Null. Die doppelte Gleitringdichtung besitzt einen höheren Abrasionsgrad, da der bewegliche Teil auf den feststehenden reibt. Die höheren Anschaffungskosten der Magnetkupplung sind im Vergleich zu den Lebenszykluskosten der doppelten Gleitringdichtung schnell amortisiert. Bezüglich der Risikobetrachtung sind beide gleichrangig und weisen keine großen Unterschiede auf.

Der Kunde konnte in seiner Anlage in der Vergangenheit feststellen, dass die meisten Pumpenausfälle an Pumpen mit Gleitringdichtungen stattfanden. Da ein „Single Pump Konzept“ angestrebt wurde, entschied man sich für die Zahnradpumpe Thermorex RT140 mit Magnetkupplung. Dass diese Entscheidung richtig war, beweist der nun zweijährige, störungsfreie Betrieb der magnetgekuppelten Zahnradpumpe. Die Wahl der richtigen Dichtung ist entscheidend und von vielen Komponenten abhängig. Wichtig ist die intensive Auseinandersetzung mit der Thematik sowie die Abwägung verschiedenster Aspekte, um schlussendlich gemeinsam mit dem Hersteller die beste Lösung zu finden.

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Für Anwender

  • Das Förderprinzip der Zahnradpumpe ermöglicht eine pulsationsarme, schonende und gleichmäßige Förderung.
  • Bei ordnungsgemäßer Sperrung inklusive Füllstandüberwachung ist die doppelte Gleitringdichtung Atex- sowie TA-Luft-konform.
  • Die optimale Abdichtung für TA-Luf-relevante Medien im tieferen Viskositätsbereich bietet die Magnetkupplung.
  • Sie ist praktisch wartungsfrei, und die Verfügbarkeit der Pumpe und somit der ganzen Anlage entsprechend hoch.


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