Zahnradpumpen für Sonderanwendungen

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1 Zahnradpumpen für Sonderanwendungen Dipl.-Ing. Holger Kremer WITTE PUMPS & TECHNOLOGY GmbH Folie 1

2 1 Grundlagen Funktionsprinzip Q-n Diagramm Einsatzbereiche von Zahnradpumpen 2 Zahnradpumpentypen Chemie-Zahnradpumpe Extrusions-Zahnradpumpe Polymeraustragszahnradpumpe Empfohlene Werkstoffkombinationen 3 Zahnradpumpen für Sonderanwendungen Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken Kapazitätssteigerung bestehender Polymeranlagen Polymeraustragspumpe mit 2 Antriebswellen Folie 2 Inhaltsverzeichnis

3 Verluststrom Axialspiel Verluststrom Kopfspiel Lagerschmierstrom Produktstrom Verluststrom Flankenspiel Animation Folie 3 Funktionsprinzip

4 Förderstrom Q theor. Q real,1 Q real,2 0 n min n theor. n real,1 n real,2 Drehzahl Folie 4 Q-n Diagramm

5 Differenzdruck [bar] ,0001 0,001 0,01 0, Viskosität [Pas] Chemie-Zahnradpumpe Viskositätsgrenze der magnetgekuppelten Zahnradpumpe Extrusions- und Polymeraustragszahnradpumpe Folie 5 Einsatzbereiche von Zahnradpumpen

6 Technische Eigenschaften Eingangsdruck: Differenzdruck: Vakuum bis max. 15 bar max. 120 bar Temperatur: max. 450 C Viskosität: Fördermenge: 0,5 bis mpas 20 bis max l/h Gehäuse: Zahnräder: Gleitlager: Verwendung: Folie , gehärtet Geradverzahnung Kohle, NiAg, SiC, ZrO 2, Werkzeugstahl etc. Dosieren, Pumpen, Umfüllen in der Chemie-, Kosmetik-, Lebensmittel-, Petrochemie- und Polymerindustrie CHEM Chemie-Zahnradpumpe

7 Ausgleichsscheibe Heizkanal Antriebswelle V-Nut Gleitlager angetriebene Welle doppelte, gesperrte GLRD Folie 7 CHEM Chemie-Zahnradpumpe

8 Technische Eigenschaften Eingangsdruck: Differenzdruck: max. 100 bar max. 250 bar Temperatur: max. 450 C Viskosität: Fördermenge: max mpas 5 bis max kg/h Gehäuse: Zahnräder: Gleitlager: Verwendung: , ionitriert Schräg- oder Pfeilverzahnung Werkzeugstahl Druckerhöhung und Extrusion hochviskoser Medien Folie 8 EXTRU Extrusions-Zahnradpumpe

9 Heizpatrone Temperaturfühler (Regelung) Gewindewellendichtung Gewindewellendichtung Antriebswelle V-Nut Gleitlager V-Nut angetriebene Welle Temperaturfühler (Verriegelung) Folie 9 EXTRU Extrusions-Zahnradpumpe

10 Technische Eigenschaften Eingangsdruck: Differenzdruck: Vakuum bis max. 15 bar max. 250 bar Temperatur: max. 450 C Viskosität: Fördermenge: max mpas 5 bis max kg/h Gehäuse: Zahnräder: Gleitlager: Verwendung: Folie , ionitriert Schräg- oder Pfeilverzahnung Werkzeugstahl Alu-Bronze, NiAg Reaktoraustrag hochviskoser Polymerschmelzen aus dem Vakuum POLY - Polymeraustragspumpe

11 beheizter Saugflansch doppelte, gesperrte Stopfbuchse Einlaufkeil Schonhülse Antriebswelle Vakuum Gewindewellendichtung Folie 11 POLY - Polymeraustragspumpe

12 Anwendung Gehäuse Wellen Gleitlager Wellendichtung Chemie-Zahnradpumpe Kohle GLRD Extrusions-Zahnradpumpe Nitrierstahl GWD Booster-Zahnradpumpe Nitrierstahl GWD Polymeraustragspumpe Nitrierstahl NiAg / AlBr Vakuum- GWD Fördern niedrigviskoser Medien bei hohen Temperaturen NiAg ZrO 2 GLRD Magnetk. Fördern niedrigstviskoser Medien (keramikbesch.) SiC ZrO 2 GLRD Magnetkuppl. Fördern abrasiver Medien (keramikbesch.) SiC ZrO 2 GLRD Fördern korrosiver Medien Hastelloy Hastelloy (keramikbesch.) SiC ZrO 2 gesp. GLRD Magnetkuppl. Folie 12 Empfohlene Werkstoffpaarungen

13 Betriebsbedingungen Pumpentyp: CHEM (70/70) Medium: Pech Feststoffe: < 300 µm, max. 1% Viskosität: Differenzdruck: bis mpas 9 bar Temperatur: bis 350 C Folie 13 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen

14 Werkstoffe Gehäuse: Lager: SiC Wellen: Ferro-Titanit Nikro 128 Werkstoff Gebrauchshärte [HR C ] Elastizitätsmodul [10 3 N/mm 2 ] Wärmeausdehnung [10-6 m/(m*k] , ,0 Ferro-Titanit Nikro , ,2 Folie 14 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen

15 Vergleich der Betriebsspiele unterschiedlicher Werkstoffpaarungen Axialspiel [µm] Radialspiel [µm] Montage (20 C) Betrieb (350 C) Gehäuse: Lager: SiC Wellen: Betrieb (350 C) Gehäuse: Lager: SiC Wellen: Ferro-Titanit Folie 15 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen

16 Übertragbares Drehmoment in Abhängigkeit der Temperatur Drehmoment [Nm] Temperatur [ C] Folie 16 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen

17 Langzeitstabilität von Samarium-Cobalt-Magneten (SmCo) C 300 C 350 C Langzeitstabilität [%] C Zeit [h] Folie 17 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen

18 Aufbau des Pumpenaggregates Pumpe Magnetkupplung Zwischenstück Getriebemotor Folie 18 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen

19 Schnittzeichnung der hydraulisch beheizten Magnetkupplung Flanschlager innerer Rotor Magnete äußerer Rotor Antriebswelle Rotorlager doppelwandiger Spalttopf Folie 19 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen

20 Schnittzeichnung des Zwischenstücks axialer Wellendichtring Ölbad Kühlrippen Kupplung äußerer Rotor Fördergewinde axialer Wellendichtring Motorlaterne Zirkulationsrichtung des Öls Folie 20 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen

21 Betriebsbedingungen Pumpentyp: CHEM 46,3-4 (45/45) Medium: Viskosität: Differenzdruck: Systemdruck: Wärmeträgeröl 2 bis 400 mpas 5 bar bis 350 bar Temperatur: 150 C Folie 21 Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke

22 Werkstoffe Spalttopf: Gehäuse: Lager: ZrO 2 Wellen: Folie 22 Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke

23 Druckverhältnisse an der Wellendichtung Verschlußschraube Verschlußschraube Verschlußschraube Folie 23 Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke

24 FEM-Berechnung des Spalttopfes (Verformung bei 350 bar, 150 C) Folie 24 Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke

25 Betriebsbedingungen Pumpentyp: EXTRU (110/110) Medium: Viskosität: Differenzdruck: BO-PET film (Biaxially-Oriented PET film) bis mpas -45 bis +20 bar Temperatur: 280 C Folie 25 Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion

26 Funktion der Zahnradpumpe im Extrusionsprozeß PIC Extruder Zahnradpumpe Druckaufbau Dosierung Blaskopf / Düse 28 27,5 27 Durchmesser [mm] 26, , ,5 ohne Zahnradpumpe mit Zahnradpumpe Länge [m] Folie 26 Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion

27 Pulsationsvergleich zwischen den Pumpentypen Druck 3-Wellen-Zahnradpumpe (1) EXTRU (1) Quelle: Kawasaki Precision Machinery, Ltd. Zeit Folie 27 Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion

28 Vergleich der beiden Pumpensysteme Folienschichtdicke [µm] Zahnradpumpe mit 3 geradverzahnten Wellen WITTE EXTRU mit 2 pfeilverzahnten Wellen Luftblaseneinschlüsse ja nein Blockieren der Pumpe ja nein Produktionsverlust [kg/h] 1 0,4 Produktionsgeschwindigkeit [m/min] Produktionsschwankung < 5% < 1% Folie 28 Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion

29 Betriebsbedingungen Pumpentyp: CHEM 113-7/8 (90/45) Medium: Viskosität: Differenzdruck: Polymer-Kohlenwasserstoffgemisch 1 bis 200 mpas 38 bar Temperatur: 130 C Folie 29 Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken

30 Werkstoffe Gehäuse: Lagerplatten: besch. Lagerbuchsen: SiC Wellen: besch. Folie 30 Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken

31 Vergleich der Zahnradgeometrie Standardverzahnung Hochdruckverzahnung Zahnanzahl gesamt Zahnanzahl Überdeckung Folie 31 Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken

32 Aufbau des Pumpenaggregats Folie 32 Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken

33 Betriebsbedingungen Pumpentyp: POLY (180/180) Medium: Viskosität: PET bis mpas Temperatur: 300 C Fördermenge: kg/h Problematik Kapazitätssteigerung um 200% Einhalten der Einbaumaße der bisherigen Austragspumpe der Größe 110/110 Folie 33 Kapazitätssteigerung bestehender Polymeranlagen

34 Vergleich der Einbaugeometrie von Standard-Polymeraustragspumpen POLY (110/110) POLY (180/180) Spez. Fördervolumen [cm 3 /Umdr.] Achsabstand [mm] Zahnradbreite [mm] Flansch Saugseite [mm] Flansch Druckseite [mm] Einbauhöhe [mm] Folie 34 Kapazitätssteigerung bestehender Polymeranlagen

35 Vergleich der Standard- und der Sonder-Polymeraustragspumpe POLY (Sonderausführung) POLY (Standard) Folie 35 Kapazitätssteigerung bestehender Polymeranlagen

36 Betriebsbedingungen Pumpentyp: POLY 44,3-5/3 (56/36) Medium: Viskosität: Differenzdruck: Polymer (Batch-Prozeß im Labor) bis mpas 150 bar Temperatur: 300 C Problematik u.u. korrosives Medium Produktqualität saugseitiger Druckverlust Folie 36 Polymeraustragspumpe mit 2 Antriebswellen

37 Besonderheiten Werkstoffkombination von Gehäuse (2.4605), Gleitlager (ZrO 2 ) und Wellen ( besch.) größtmöglicher, rechteckiger saugseitiger Produktflansch speziell an den Versuchsreaktor angepaßte Pumpengeometrie und -größe (Pumpenkopf: 300 mm x 200 mm) 2 Antriebswellen für eine möglichst produktschonende Förderung Folie 37 Polymeraustragspumpe mit 2 Antriebswellen

38 Werkstoffe Wellen: besch. Lager: ZrO 2 Gehäuse: Folie 38 Polymeraustragspumpe mit 2 Antriebswellen

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Folie 39