Neue Netzsch Drehkolbenpumpe benötigt 10 Prozent weniger Energie

15.07.2013

Rund 69 Prozent des Stromverbrauchs im produzierenden Gewerbe entfallen laut Motor Challenge Programm der Europäischen Kommission auf Elektromotoren. Den größten Einzelposten bilden dabei mit knapp einem Drittel Pumpsysteme.

Neue Netzsch Drehkolbenpumpe benötigt 10 Prozent weniger Energie

Bei gleicher Leistung zehn Prozent weniger Energieverbrauch: Die neue Tornado T2 wurde speziell auf Effizienz und Zuverlässigkeit in der Prozessindustrie ausgelegt. (Foto: Netzsch)

Besonders in den Chemie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrien, für die Entleeren, Transportieren, Dosieren und Abfüllen zu den Kernprozessen gehört, stellen Förderanlagen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Um hier dem wachsenden Effizienzdruck zu begegnen, hat die Netzsch Pumpen & Systeme GmbH die Drehkolbenpumpe Tornado T2 entwickelt. Basierend auf der bekannten Verdrängertechnologie wurden die herkömmlichen Konstruktionsprinzipien umfassend überarbeitet, um die Servicezeiten zu reduzieren, die Betriebssicherheit zu erhöhen und die Material- sowie Energiekosten zu senken.

Druckstabil, konstant und schonend müssen Pumpen in der Prozessindustrie arbeiten – gleichzeitig sollen sie aber auch wartungsarm und günstig im Betrieb sein. Positive Verdrängerpumpen bewähren sich hier bereits seit längerem in verschiedenen Anwendungsfeldern. Sie erreichen hohe Fördermengen, sind selbstansaugend, sind unempfindlich gegen Trockenlauf und fördern ohne starke Pulsation oder Scherkräfte. Sie eignen sich für niedrig- bis hochviskose, abrasive, feststoff- oder gashaltige, schmierende sowie nichtschmierende Medien. Diese typischen Eigenschaften galt es bei der Überarbeitung der Pumpe beizubehalten und darüber hinaus durch konstruktive Veränderungen die Effizienz noch weiter zu erhöhen.

Neuer Materialmix spart Energie und verringert Verschleiß

Eine entscheidende Neuerung stellt die Umkehr der Materialien im Pumpenraum dar. Anstelle von Elastomerkolben, die in einer Stahlkammer rotieren, werden hier leichte Hohlkolben aus Stahl oder Edelstahl verwendet, die in einem mit einem speziell geformten Elastomereinleger ausgekleideten Gehäuse arbeiten. Der besondere Vorteil davon ist, dass die dünnwandige Gummihaut des Einlegers weniger stark von Temperaturschwankungen beeinflusst ist, als die relativ dicke Gummischicht der bisherigen Gummikolben. Ausdehnung und Schrumpfung sind dadurch besser beherrschbar, was wesentlich engere Toleranzen in der Fertigung der Elastomer-Komponenten ermöglicht. Um tatsächlich einen Radialspalt entstehen zu lassen, müsste aus dem kompletten Radialbereich des Einlegers um ein Vielfaches mehr an Elastomer ausgerieben werden als an den Kolbenspitzen der bisherigen Gummikolben-Konstruktion. Die Spaltmaße lassen sich so auf das technisch machbare Minimum reduzieren, was den Wirkungsgrad insgesamt erhöht.

Zusätzlich wurde darauf geachtet, dass zu jedem Zeitpunkt und überall im Pumpenraum nur Stahl- und Gummiflächen aufeinander treffen. Dazu wurde auf die Flanken der Drehkolben ein exakt bemessener Elastomereinleger aufvulkanisiert, so dass während der Rotation nicht nur zwischen Kolben und Gehäuse ein Hart-Weich-Kontakt besteht, sondern auch an den Berührflächen der Kolben untereinander. Dieser Aufbau reduziert die Reibung und damit auch den Kraftverlust. Insgesamt konnte durch die Neukonzeption der Energieverbrauch gegenüber den bisherigen Modellen um rund zehn Prozent gesenkt werden.

Dieser Materialmix bedeutet darüber hinaus einen geringeren Abrieb und eine Schonung der Werkstoffe allgemein. Bisher wurden die Elastomerkolben im Betrieb starken dynamischen Kräften ausgesetzt, die die Alterung des Materials beschleunigten. Stahl dagegen hält der Bewegung deutlich länger stand, wodurch weniger Kosten für Wartungsarbeiten und Ersatzteile anfallen. Umgekehrt lässt sich der neue Gehäuseeinleger aus Elastomer bei Abnutzungserscheinungen wesentlich schneller und günstiger austauschen als die üblichen Verschleißplatten. Die besondere Geometrie dieser Hülle mit ihren eingearbeiteten Taschen reduziert zudem die Pulsation, weshalb die Tornado T2 mit geraden zweiflügligen Drehkolben ähnlich niedrige Pulsationswerte erreicht wie komplex gewendelte Flügelkonstruktionen. Die einfachere und robustere Kolbenform ermöglicht zusätzlich den unkomplizierten Austausch einzelner Kolben und bietet dank ihrer längeren Dichtlinie eine geringere Rückströmung. Weniger Flügel bedeuten größere freie Stömungsräume in der Pumpe, was einem größeren freien Kugeldurchgang ermöglicht. Medien mit groben Feststoffen können so sicher und verschleißarm gefördert werden.

Geringere Wartungskosten und zuverlässigerer Betrieb durch neue Techniken

Im Hinblick auf möglichst geringe Instandhaltungs- und Reinigungskosten wurde die Pumpe so konstruiert, dass die gesamte Front abgenommen werden kann, um für Wartungsarbeiten maximalen freien Zugriff zu haben. Durch diese Konstruktion minimieren sich außerdem die produktberührten Metallflächen und somit auch die Korrosionsprobleme. Die Kolben sind mit neuartigen Spannelementen außerhalb des Gehäuses befestigt, so dass sie ohne Spezialwerkzeug schnell demontiert und ebenso einfach wieder eingebaut werden können. Eine integrierte Einstell- und Montagelehre erleichtert dabei die Positionierung. Vor der Kolbenmontage, werden die voreingestellten Gleitringdichtungs-Cartridge auf die integrierte Hülle gesteckt, fixiert und zusammen mit den Kolben, über die Welle geschoben, was zusätzlich Zeit spart. Die modulare Bauweise der Dichtungen erlaubt es zudem, verschiedene Cartridge-Typen in einem einheitlichen Dichtungsgehäuse zu installieren. Die Gleitflächen der Wellenabdichtungen sind totraumfrei, fluchtend mit der Hinterseite der Kolben im Pumpenraum positioniert und werden ständig vom Fördermedium umspült. Toträume außerhalb des Strömungsbereiches, in denen sich Fremdstoffe ansammeln und zu Dichtungsschäden führen, gibt es keine. Ebenso bleiben aufgrund der neuen Befestigungstechnik die Stirnflächen der Drehkolben glatt und bieten keine Angriffsfläche für Fasern oder Feststoffe. Dadurch werden nicht nur Verstopfungen oder Verzopfungen vermieden, auch lässt sich die Pumpe unkompliziert manuell oder nach dem CIP-Verfahren reinigen.

Neben den eigentlichen Förderelementen, wurde auch der Antrieb der neuen Drehkolbenpumpen, mit Fokus auf die Installations-, Betriebs-, Umwelt- und Produktionsausfallkosten, neu konstruiert. Dazu wurde das teure und fehleranfällige Gleichlaufgetriebe durch einen einfachen Zahnriemen ersetzt, der unter die normale Gewährleistung fällt. Der beidseitig verzahnte Riemen dient dabei sowohl zur Kraftübertragung, als auch zur Synchronisation der Drehkolben. Sollte ein grober, nicht förderbarer Festkörper in den Pumpenraum gelangen, führt dies nicht wie bisher zu einem Getriebeschaden oder Wellenbruch, sondern schlimmstenfalls zu einem Überspringen oder Reißen des Riemens. Ein gerissener Zahnriemen hat keinerlei Folgeschäden, wie zum Beispiel ein zerstörtes Gleichlaufgetriebe.

Die bisher oft sehr umfangreiche Ersatzteilbevorratung konnte auch stark reduziert werden, da der effiziente Aufbau des Riementriebs nur wenige Komponenten umfasst und zudem sehr robust gegen Defekte ist. Daneben arbeitet dieser Antrieb sehr ruhig und erzeugt kaum Vibrationen, Geräusche oder Reibungswärme. Die drehenden Bauteile werden dadurch insgesamt geschont und halten länger. Sollte ein Wechsel des Zahnriemens notwendig werden, lässt sich dieser durch das Lösen zweier Schrauben schnell abnehmen, dadurch verkürzen sich die Stillstandszeiten im Vergleich zu einer Getriebeinstandsetzung erheblich. Darüber hinaus fallen während der gesamten Lebensdauer keine aufwändigen Ölwechsel an, da die Synchronisation komplett ölfrei arbeitet. Auch umweltschädliche Leckagen sind so von vornherein ausgeschlossen.

Der Lagerstuhl ist eine dauergeschmierte, komplett gekapselte Einheit. Das Eindringen von Fördermedium ist ausgeschlossen. Wellendurchmesser, Fertigungstoleranzen und Lagerqualität lassen standardmäßig das Nachrüsten von doppeltwirkenden Gleitringdichtungen zu. Ganzmetallpumpen, können mit sehr engen Spalten und einem entsprechend hohen Wirkungsgrad betrieben werden.

Spezialausführung für kritische Medien

Die neue Tornado T2 ist dank der schlanken Konzeption deutlich kompakter und etwa 30 Prozent leichter als vergleichbare Modelle und lässt sich daher auch problemlos mobil einsetzen. Sie eignet sich für empfindliche Lebensmittel wie Speiseöl ebenso wie für aggressive Chemikalien, wie zum Beispiel hochabrasiven Betonhaftgrund. Für besonders anspruchsvolle Medien gibt es zusätzlich eine Ganzmetallausführung. Die Ganzmetallpumpe ist in Edelstahl, in Spezialstählen oder auch mit Beschichtungen lieferbar, damit sie widerstandsfähig gegen chemisch aggresive Medien, hohe Temperaturen oder auch abrasive Medien ist. Auch in elektropolierter Ausführung ist sie verfügbar.

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