Folie 1
Zahnradpumpen für Sonderanwendungen
Dipl.-Ing. Holger Kremer
WITTE PUMPS & TECHNOLOGY GmbH
www.witte-pumps.deFolie 1
Folie 2 Inhaltsverzeichnis
1 Grundlagen
2 Zahnradpumpentypen
3 Zahnradpumpen für Sonderanwendungen
FunktionsprinzipQ-n DiagrammEinsatzbereiche von Zahnradpumpen
Chemie-ZahnradpumpeExtrusions-ZahnradpumpePolymeraustragszahnradpumpeEmpfohlene Werkstoffkombinationen
Zahnradpumpe für abrasive HochtemperaturanwendungenMagnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe SystemdrückePfeilverzahnte Zahnradpumpe für die FolienextrusionDosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen DifferenzdrückenKapazitätssteigerung bestehender PolymeranlagenPolymeraustragspumpe mit 2 Antriebswellen
Folie 2
Folie 3 Funktionsprinzip
VerluststromAxialspiel VerluststromKopfspiel
VerluststromFlankenspiel
Lagerschmierstrom
Produktstrom
Animation
Folie 3
Folie 4
nreal,2nmin ntheor.
Qtheor.
Qreal,2
0
Qreal,1
nreal,1
Q-n Diagramm
Drehzahl
Förd
erst
rom
Folie 4
Folie 5
0
50
100
150
200
250
300
350
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000Viskosität [Pas]
Dif
fere
nzd
ruck
[b
ar]
Chemie-Zahnradpumpe
Extrusions- und Polymeraustragszahnradpumpe
Viskositätsgrenze der magnetgekuppelten Zahnradpumpe
Einsatzbereiche von ZahnradpumpenFolie 5
Folie 6
Technische Eigenschaften
Eingangsdruck: Vakuum bis max. 15 bar
Differenzdruck: max. 120 bar
Temperatur: max. 450°C
Viskosität: 0,5 bis 1.000.000 mPas
Fördermenge: 20 bis max. 70.000 l/h
Gehäuse: 1.4571
Zahnräder: 1.4112, gehärtetGeradverzahnung
Gleitlager: Kohle, NiAg, SiC, ZrO2, Werkzeugstahl etc.
Verwendung: Dosieren, Pumpen, Umfüllen in der Chemie-, Kosmetik-, Lebensmittel-, Petrochemie- und Polymerindustrie
CHEM – Chemie-ZahnradpumpeFolie 6
Folie 7
Ausgleichsscheibe
angetriebene Welle
Gleitlager
Antriebswelle
doppelte, gesperrte GLRD
Heizkanal
V-Nut
CHEM – Chemie-ZahnradpumpeFolie 7
Folie 8
Eingangsdruck: max. 100 bar
Differenzdruck: max. 250 bar
Temperatur: max. 450°C
Viskosität: max. 40.000.000 mPas
Fördermenge: 5 bis max. 30.000 kg/h
Gehäuse: 1.6582
Zahnräder: 1.2344, ionitriertSchräg- oder Pfeilverzahnung
Gleitlager: 1.3343 Werkzeugstahl
Verwendung: Druckerhöhung und Extrusion hochviskoser Medien
EXTRU – Extrusions-ZahnradpumpeFolie 8
Technische Eigenschaften
Folie 9
Heizpatrone
V-Nut
Gleitlager
angetriebene Welle
Antriebswelle
Temperaturfühler (Verriegelung)
Gewindewellendichtung
Temperaturfühler (Regelung)
V-Nut
Gewindewellendichtung
EXTRU – Extrusions-ZahnradpumpeFolie 9
Folie 10
Eingangsdruck: Vakuum bis max. 15 bar
Differenzdruck: max. 250 bar
Temperatur: max. 450°C
Viskosität: max. 40.000.000 mPas
Fördermenge: 5 bis max. 30.000 kg/h
Gehäuse: 1.4313
Zahnräder: 1.2344, ionitriertSchräg- oder Pfeilverzahnung
Gleitlager: 1.3343 WerkzeugstahlAlu-Bronze, NiAg
Verwendung: Reaktoraustrag hochviskoser Polymerschmelzen aus dem Vakuum
POLY - PolymeraustragspumpeFolie 10
Technische Eigenschaften
Folie 11
Antriebswelle
Schonhülse
Vakuum Gewindewellendichtung
Einlaufkeil
doppelte, gesperrte Stopfbuchsebeheizter Saugflansch
POLY - PolymeraustragspumpeFolie 11
Folie 12
SiCZrO2
SiCZrO2
SiCZrO2
NiAgZrO2
NiAg / AlBr1.3343
1.3343
1.3343
Kohle
Gleitlager
GWDNitrierstahl1.4313Booster-Zahnradpumpe
GLRD1.4112 (keramikbesch.)1.4571Fördern abrasiver Medien
gesp. GLRDMagnetkuppl.
Hastelloy (keramikbesch.)HastelloyFördern korrosiver Medien
GLRDMagnetkuppl.
1.4112 (keramikbesch.)1.4571Fördern niedrigstviskoser
Medien
GLRDMagnetk.
Vakuum-GWD
GWD
GLRD
Wellen-dichtung
1.4112
Nitrierstahl
Nitrierstahl
1.4112
Wellen
1.4313
1.4313
1.6582
1.4571
Gehäuse
Fördern niedrigviskoser Medien bei hohen Temperaturen
Polymeraustragspumpe
Extrusions-Zahnradpumpe
Chemie-Zahnradpumpe
Anwendung
Empfohlene WerkstoffpaarungenFolie 12
Folie 13 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen
Pumpentyp: CHEM 176-6 (70/70)
Medium: Pech
Feststoffe: < 300 µm, max. 1%
Viskosität: bis 2.500 mPas
Differenzdruck: 9 bar
Temperatur: bis 350°C
Betriebsbedingungen
Folie 14
Gehäuse: 1.4313
Lager: SiC
Wellen: Ferro-Titanit Nikro 128
Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen
Werkstoffe
11,2
9,3
18,0
11,3
Wärmeausdehnung [10-6 m/(m*K]
29462Ferro-Titanit Nikro 128
200
179
175
Elastizitätsmodul[103 N/mm2]
54
-
-
Gebrauchshärte[HRC]
1.4112
1.4571
1.4313
Werkstoff
Folie 15 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen
Vergleich der Betriebsspiele unterschiedlicher Werkstoffpaarungen
148 – 165345 - 355
Betrieb (350°C)Gehäuse: 1.4313Lager: SiCWellen: Ferro-Titanit
117 - 134
242 – 259
Radialspiel[µm]
610 – 620
50 - 60
Axialspiel[µm]
Betrieb (350°C)Gehäuse: 1.4571Lager: SiCWellen: 1.4112
Montage (20°C)
Folie 16
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350Temperatur [°C]
Dre
hmom
ent [
Nm
]
Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen
Übertragbares Drehmoment in Abhängigkeit der Temperatur
Folie 17
70
75
80
85
90
95
100
1 10 100 1000 10000Zeit [h]
Lang
zeits
tabi
lität
[%]
300°C
200°C
350°C
400°C
Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen
Langzeitstabilität von Samarium-Cobalt-Magneten (SmCo)
Folie 18 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen
Aufbau des Pumpenaggregates
Pumpe Magnetkupplung Zwischenstück Getriebemotor
Folie 19 Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen
Schnittzeichnung der hydraulisch beheizten Magnetkupplung
Flanschlager äußerer RotorMagnete
Antriebswelle Rotorlager
innerer Rotor
doppelwandiger Spalttopf
Folie 20
Schnittzeichnung des Zwischenstücks
Zahnradpumpe für abrasive Hochtemperaturanwendungen
axialer Wellendichtring
äußerer Rotor
KühlrippenÖlbad
axialer WellendichtringFördergewinde
Kupplung
Motorlaterne
Zirkulationsrichtung des Öls
Folie 21 Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke
Pumpentyp: CHEM 46,3-4 (45/45)
Medium: Wärmeträgeröl
Viskosität: 2 bis 400 mPas
Differenzdruck: 5 bar
Systemdruck: bis 350 bar
Temperatur: 150°C
Betriebsbedingungen
Folie 22
Spalttopf: 2.4610
Gehäuse: 1.4313
Lager: ZrO2
Wellen: 1.4112
Werkstoffe
Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke
Folie 23
Druckverhältnisse an der Wellendichtung
Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke
Verschlußschraube Verschlußschraube
Verschlußschraube
Folie 24 Magnetgekuppelte Zahnradpumpe für hohe Systemdrücke
FEM-Berechnung des Spalttopfes (Verformung bei 350 bar, 150°C)
Folie 25
Pumpentyp: EXTRU 716-8 (110/110)
Medium: BO-PET film (Biaxially-Oriented PET film)
Viskosität: 200.000 bis 250.000 mPas
Differenzdruck: -45 bis +20 bar
Temperatur: 280°C
Betriebsbedingungen
Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion
Folie 26
PIC
Funktion der Zahnradpumpe im Extrusionsprozeß
24,5
25
25,5
26
26,5
27
27,5
28
Länge [m]
Dur
chm
esse
r [m
m]
Extruder Zahnradpumpe
Druckaufbau
Dosierung
Blaskopf / Düse
ohne Zahnradpumpe
mit Zahnradpumpe
Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion
Folie 27
Pulsationsvergleich zwischen den Pumpentypen
Dru
ck
Zeit
3-Wellen-Zahnradpumpe (1) EXTRU 716-8
(1) Quelle: Kawasaki Precision Machinery, Ltd.
Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion
Folie 28 Pfeilverzahnte Zahnradpumpe für die Folienextrusion
neinjaBlockieren der Pumpe
< 1%< 5%Produktionsschwankung
440
0,4
nein
12 – 125
WITTE EXTRU 716-8 mit 2 pfeilverzahnten
Wellen
420
1
ja
12 – 125
Zahnradpumpe mit 3 geradverzahnten
Wellen
Produktionsgeschwindigkeit [m/min]
Produktionsverlust [kg/h]
Luftblaseneinschlüsse
Folienschichtdicke [µm]
Vergleich der beiden Pumpensysteme
Folie 29 Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken
Pumpentyp: CHEM 113-7/8 (90/45)
Medium: Polymer-Kohlenwasserstoffgemisch
Viskosität: 1 bis 200 mPas
Differenzdruck: 38 bar
Temperatur: 130°C
Betriebsbedingungen
Folie 30
Werkstoffe
Gehäuse: 1.4313
Lagerplatten: 1.4112 besch.
Lagerbuchsen: SiC
Wellen: 1.4112 besch.
Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken
Folie 31
Vergleich der Zahnradgeometrie
Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken
14
24
Hochdruckverzahnung
7
12
Standardverzahnung
ZahnanzahlÜberdeckung
Zahnanzahlgesamt
Folie 33
Pumpentyp: POLY 3200-10 (180/180)
Medium: PET
Viskosität: bis 700.000 mPas
Temperatur: 300°C
Fördermenge: 5.500 kg/h
Betriebsbedingungen
Kapazitätssteigerung bestehender Polymeranlagen
Problematik
Kapazitätssteigerung um 200%
Einhalten der Einbaumaße der bisherigen Austragspumpe derGröße 110/110
Folie 34
180110Zahnradbreite [mm]
640430Einbauhöhe [mm]
200
400
180
3200
POLY 3200-10 (180/180)
125
250
110
716
POLY 716-8 (110/110)
FlanschDruckseite [mm]
FlanschSaugseite [mm]
Achsabstand [mm]
Spez. Fördervolumen [cm3/Umdr.]
Vergleich der Einbaugeometrie von Standard-Polymeraustragspumpen
Kapazitätssteigerung bestehender Polymeranlagen
Folie 35
Vergleich der Standard- und der Sonder-Polymeraustragspumpe
POLY 3200-10 (Sonderausführung)
POLY 3200-10 (Standard)
Kapazitätssteigerung bestehender Polymeranlagen
Folie 36
Pumpentyp: POLY 44,3-5/3 (56/36)
Medium: Polymer (Batch-Prozeß im Labor)
Viskosität: 2.000 bis 1.000.000 mPas
Differenzdruck: 150 bar
Temperatur: 300°C
Betriebsbedingungen
Polymeraustragspumpe mit 2 Antriebswellen
Problematik
u.U. korrosives Medium
Produktqualität
saugseitiger Druckverlust
Folie 37
Besonderheiten
Werkstoffkombination von Gehäuse (2.4605),Gleitlager (ZrO2) und Wellen (1.4112 + besch.)
größtmöglicher, rechteckiger saugseitigerProduktflansch
speziell an den Versuchsreaktor angepaßtePumpengeometrie und -größe(Pumpenkopf: 300 mm x 200 mm)
2 Antriebswellen für eine möglichstproduktschonende Förderung
Polymeraustragspumpe mit 2 Antriebswellen
Folie 38
Werkstoffe
Wellen: 1.4112 besch.
Lager: ZrO2
Gehäuse: 2.4605
Polymeraustragspumpe mit 2 Antriebswellen
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