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 32

Aufbau des Pumpenaggregats

Dosieren niedrigstviskoser Medien mit hohen Differenzdrücken

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

Folie 39 www.witte-pumps.deFolie 39

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