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Verfahrenstechnik 6/2015

Verfahrenstechnik 6/2015

Zahn um Zahn

Zahn um Zahn Vollkeramische Zahnradpumpe für außergewöhnliche Aufgaben Tobias Weis, Jan Meyer Aggressive Umgebungen erfordern robustes Equipment. Eine neue Zahnradpumpe trägt diesem Umstand Rechnung, indem alle Komponenten wie Zahnräder, Gehäuse und Welle aus Keramik gefertigt werden. B ei der Förderung von Fluiden bei mäßigen Drücken und Temperaturen sind Anforderungen an Volumenstrom und Förderhöhe mit handelsüblichen Zahnradpumpen ohne weiteres zu erreichen. Ändern sich die physikalischen Eigenschaften des Fluids jedoch drastisch (hoher Druck, hohe Temperatur, säurehaltig etc.), kommen selbst hochbeständige metallische Materialien für Gehäuse und Zahnradmaterial an ihre Einsatzgrenze. Eine gute Dosierfähigkeit sowie Beständigkeit während des Betriebes ist damit nur schwer zu gewährleisten. Autoren: Dipl.-Ing. Tobias Weis, Abteilungsleiter Zeilfelder Pumpen, Wolfsburg; Dipl.-Ing. Jan Meyer, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungstechnik, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg Gerade in kryotechnischen Anwendungen, in der chemischen und pharmazeutischen Industrie sowie im Kraftwerksbereich steigt der Bedarf an hoch beständigen Pumpen. Daher hat es sich die Firma Zeilfelder-Pumpen aus Wolfsburg zur Aufgabe gemacht, ein Produkt auf den Markt zu bringen, das die vorherrschenden Probleme handelsüblicher Zahnradpumpen umgehen soll: Eine Zahnradpumpe, bei der alle Komponenten wie Zahnräder, Gehäuse und Welle aus Keramik bestehen. Robustes Material im Dauertest Thermoschockbeständigkeit, eine hohe Verschleißfestigkeit mit deutlich weniger Abrieb, höchste Oberflächengüte sowie die äußerst gute Beständigkeit gegenüber Korrosion und Oxidation sind nur einige der Vorteile dieser Keramikpumpe. Auch explosive Gemische, geschmolzene Salze und Metalle können durch diese Materialkombination gefördert werden. Da technische Keramik jedoch im Vergleich zu Metall nur über eine sehr geringe plastische Verformbarkeit verfügt und schnell zu Sprödbruch neigt, ist eine genaue Analyse der Werkstoffwahl und der Zahnradkontur von Nöten. Ein simpler Materialwechsel bei einer herkömmlichen Zahnradpumpe ist daher bei weitem nicht genug und würde im schlimmsten Fall zum Bruch der Welle und Zerstörung der Pumpe führen. Eigens hierfür hat Zeilfelder-Pumpen eine Forschungskooperation mit diversen nationalen Forschungseinrichtungen ins Leben gerufen, um genau diese Herausforderungen beim Einsatz von technischer Keramik zu meistern. Bei der Werkstoffauswahl wurde eng mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmechanik IWM zusammengearbeitet, um 46 VERFAHRENSTECHNIK 6/2015

ACHEMA I KOMPONENTEN UND SYSTEME 01 Bei dieser Zahnradpumpe bestehen alle medienberührten Komponenten aus Keramik eine geeignete Keramikmischung zu identifizieren, die die Bedürfnisse der Industriepartner erfüllt. Zur Vermeidung von Brüchen wurde Wert auf eine gleichmäßige Kraft- und Spannungsverteilung in den Zahnrädern gelegt. In enger Zusammenarbeit mit den Keramikherstellern wurden diverse Zahnradkonfigurationen gebaut und diese an Prüfständen im Dauertest untersucht. Dadurch kann das Unfallrisiko beim sensiblen Werkstoff Keramik minimiert werden. Das Resultat dieser Forschungsbemühungen ist eine bis dato einzigartige Zahnradpumpe aus Vollkeramik, die einen weiteren Evolutionszweig der seit über 40 Jahren bewährten ZK-Serie darstellt. Für extreme Anforderungsprofile 02 Die Pumpe bewältigt auch extreme Förderaufgaben wie Metallschmelzen bei einer Temperatur von 450 °C Mittlerweile wurde bereits eine spezielle Keramikpumpenkonfiguration für die Kraftwerkstechnik produziert. Im konkreten Einsatzfall wird eine Metallschmelze bei einem Druck von bis zu 12 bar und einer Temperatur von 450 °C gefördert. Da der Anlagenbetreiber in seinem Prozess eine hochgenaue Dosierung der Legierung fordert, ist dieser Dosierpumpe ein baugleicher Volumenstromzähler nachgeschaltet. Um eine Erstarrung des 450 °C heißen Produktes zu verhindern, ist das Pumpengehäuse zusätzlich mit einer elektrischen Beheizung ausgestattet. Die Abdichtung der Pumpe erfolgt wahlweise magnetgekuppelt durch einen ebenfalls keramischen Spalttopf, mittels Gleitringdichtung oder Stopfbuchs packung. Die Keramikbauteile einschließlich des Spalttopfes werden von außen durch Metallringe druckfest verspannt. Ein Leistungsbereich von 0,5 bis 225 l/min, Drücke bis zu 16 bar sowie Temperaturen von –70 bis 450 °C können mit der Pumpenserie abgedeckt werden. Trotz ihrer vielfältigen Vorteile haben keramische Werkstoffe bisher nur in begrenztem Umfang Einzug in die Prozesstechnik gefunden. Eine wesentliche Ursache hierfür ist die hohe intrinsische Sprödigkeit, die ein keramikgerechtes Design und geeignete Verbindungstechniken erfordert. Trotz Fingerspitzengefühl kann daher ein Bruch bei diesem komplexen Werkstoff auch heute noch nichts vollends ausgeschlossen werden. Die Ergebnisse aus Dauertests und das Feedback der Anlagenbetreiber bestätigen jedoch bereits, dass hier eine zuverlässige und extrem vielseitige Pumpenserie an den Start gegangen ist. Halle 8.0, Stand J35 Fotos: Fotolia, Zeilfelder www.zeilfelder-pumpen.com Erzielen Sie mehr Effizienz mit explosionsgeschützten Produkten von WEG, die perfekt aufeinander abgestimmt sind. WEG Germany GmbH 50169 Kerpen 02237 92910 info-de@weg.net www.weg.net/de Besuchen Sie uns in Frankfurt 15. - 19. Juni 2015 Halle 11.0, Stand A3

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