Maag Zahnradpumpen für Laboranwendungen

Weil EPDM-Folien als Dichtungsfolien im Bausektor vor allem eine hervorragende Dichtigkeit über die Lebensdauer eines Bauwerkes bereitstellen müssen, sind neue Mischungen eine stetige Herausforderung für die Anbieter. Zur Weiterentwicklung von EPDM-Folien stellt Maag nun eine Zahnradpumpe als Laborlösung vor. So kann das Endprodukt Folie im Labormaßstab optimiert und für neue Großerienanwendungen „getunt“ werden.

Obwohl Dachwohnungen mit schrägen Wänden ihren eigenen Charme haben, hat der mediterrane Flachdachbau seit den 1970er Jahren auch in Mitteleuropa mehr und mehr an Bedeutung gewonnen. Waren Flachdächer in der Vergangenheit noch recht anfällig, weil diese den hiesigen Witterungsbedingungen nicht hinreichend standhielten, so sind sie seither massiv verbessert worden und dank eines Kunststoffes wird ihnen zu fast „ewigem Leben“ verholfen. Gemeint ist EPDM (Etylen-Propylen-Dien-Kautschuk), einem terpolymeren Elastomer wie Gummi, welches zu den Copolymeren gehört (nach DIN 7864). EPDM wird aus den Raffinerie-Folgeprodukten Ethylen und Propylen hergestellt.

Dichtungsbahnen aus EPDM

Seit 1960 werden aus EPDM Dichtungsbahnen für den Bausektor extrudiert. Zum Einsatz kommen diese Dichtungsbahnen vorwiegend bei der Abdichtung von Flachdächern, hinterlüfteten Fassaden und im Teichbau. Die Vorteile von EPDM liegen auf der Hand: Dichtungsbahnen aus EPDM sind auch bei extremen Temperaturschwankungen zwischen -40°C bis +120°C bis zu 500 Prozent dehnbar und dauerhaft elastisch. Eine jahrzehntelange Lebenserwartung macht diese Folien zur idealen Dichtung.

Einsatzmöglichkeiten von EPDM

Wegen der unumstrittenen Vorteile hinsichtlich Beständigkeit (siehe Tabelle 1), die sich aus der gesättigten Polymer-Gerüststruktur ergeben, ist die Palette der Einsatzmöglichkeiten äußerst vielfältig. Die DIN spricht hierbei von der M-Gruppe - im Gegensatz dazu gehören Kautschuke mit ungesättigter Kohlenwasserstoffkette zur R-Gruppe, wie z. B. Natur-Kautschuk (NR) oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) - mit eingeschränkten Möglichkeiten.

Klassische Anwendungen von EPDM-Folien sind:

• Dach- und Bauwerksabdichtungen

• Dichtungen z.B. O-Ringe, Gleitringdichtungen und Flachdichtungen

• Schläuche für Heißwasser und Dampf-Anwendung

• Absorbermatten zur besseren Temperaturspeicherung

• Teichfolien.

Chemische Grundlagen und Mischungen

Handelsübliche EPDM-Kautschuke haben einen Ethylen-Gehalt von 45–75 Gewichtsprozent. Polymere mit niedrigem Ethylengehalt (45–55 Gewichtsprozent) sind amorph und haben die beste Kälteflexibilität. Mit steigendem Gehalt an Ethylen nimmt die Kristallinität zu. So ist reines lineares Polyethylen hochkristallin. Ein EPDM mit mittlerem Ethylengehalt (55–65 Gewichtsprozent) ist teilkristallin. Terpolymere mit über 65 Gewichtsprozent Ethylen haben größere kristalline Bereiche und verhalten sich daher wie thermoplastische Elastomere. Diese haben bereits im unvernetzten Zustand eine hohe Reißfestigkeit. Der Dien-Gehalt kommerzieller Produkte liegt zwischen 2 und 12 Gewichtsprozent, entsprechend einem Anteil von 3 und 16 Doppelbindungen pro 1.000 C-Atomen. Ein höherer Dien-Gehalt bewirkt eine höhere Vernetzungsgeschwindigkeit, höhere Festigkeiten und geringere bleibende Verformung. Die Alterungs-, Witterungs- und Ozonbeständigkeit nimmt dagegen mit steigendem Dien-Gehalt ab. Deshalb gilt es, je nach Anforderung, die entsprechende Mischung zu produzieren, um die gewünschten Eigenschaften wie höhere Festigkeit oder Beständigkeit zu erhalten.

EPDM-Expertise von Maag

Maag Pump Systems ist seit langem mit der Anwendung EPDM vertraut. Für diese kautschukartigen Anwendungen kommen in der Herstellungstechnik die größten Maag-Zahnradpumpen der Baureihe Polymer-polyrex zum Einsatz. Zur Weiterentwicklung von EPDM-Folien bieten sich als Innovationstreiber Lösungen für Batch-Betrieb, Kleinanlagen und Laborlösungen an, um im kleinen Maßstab über Versuche neue Verfahren und Prozeduren auszutesten. Diese Erfahrungen können später zielgerichtet auf den Großserieneinsatz übertragen werden. Für derartige Laborlösungen eigenen sich im Besonderen Industriepumpen aus Edelstahl mit einer speziellen, weit geöffneten Einlaufgeometrie.

Zum Austragen aus dem Reaktor wird die von Maag neuentwickelte V-Pumpe therminox-V der Baugröße 28/28 in beheizter Ausführung (TX-V 28/28) eingesetzt. Diese Zahnradpumpe zeichnet sich durch eine spezielle Einlaufgeometrie aus. Das Design ermöglicht das Austragen von hochviskosen Flüssigkeiten, wie Prepolymeren (bis 4 Mio. mPa/s) unter Vakuum. Die Pumpe wird direkt mit einem saugseitigen Flansch an den Reaktor geflanscht, um einen möglichst kleinen NPSH zu erhalten. Allein das Pumpengehäuse verrät, dass diese Pumpe für härtesten, korrosiven Einsatz geeignet ist. Bei Entwicklung dieser Versuchsanlage zur EPDM–Herstellung mussten nicht nur für die spezielle Ausführung Verfahrenstemperaturen von 150°C, sondern auch die Viskosität von bis zu 1.7 Mio. mPa/s bei einem NPSH von 5,5 mbar, einem Einlaufdruck von 5,2 bar und einem Auslaufdruck von 10,2 bar berücksichtigt werden. Aus diesem Grund setzte Maag bei dieser kundenspezifischen Anwendung Wellen aus Edelstahl 1.4112 und Lager aus Bronze-Aluminium ein: Wellen und Lager halten den Prozessfaktoren Druck und Temperatur stand. Darüber hinaus werden gute Notlaufeigenschaften geboten. Konstruktion und Komponenten gewährleisten eine äußerst widerstandsfähige Zahnradpumpe. Als Dichtung kommt eine Stopfbuchsenpackung zum Einsatz, die unter dem Gesichtspunkt „einfache Wartung“ gute Dienste verrichtet. Damit der Prozess unter Ausschluss von Atmosphäre läuft, um eine Reaktion von Luft mit dem EPDM-Medium zu vermeiden, wurde die Dichtung als eine sperrbare, gefederte und drosselbare Packung ausgeführt. Ein weiterer Vorteil für den Einsatz einer drosselbaren Dichtung ist die Vermeidung von sog. „Lager-Fressern“ unter hohem Druck bedingt durch eine ungenügende Schmierung. Diese Pumpenserie wurde speziell für hochviskose Medien und Prepolymere bei niedrigem Einlaufdruck entwickelt zum Einsatz in Laboren und Kleinanlagen. Das Beispiel EPDM ist nur eines unter vielen und zeigt die vielfältige Einsatzmöglichkeit der V-Serie von Maag.