Eine Zahnradpumpe ist eine rotierende Verdrängerpumpe: Zwei ineinandergreifende Zahnräder schließen das Fördermedium in ihren Zahnlücken ein und schieben es von der Saugseite zur Druckseite. Pro Umdrehung wird dabei ein festes Volumen gefördert. Genau das unterscheidet sie von einer Kreiselpumpe, die Flüssigkeit über die Strömung beschleunigt und deren Fördermenge stark vom Gegendruck abhängt.
In diesem Beitrag sehen Sie, wie eine Zahnradpumpe Schritt für Schritt fördert, warum sie selbstansaugend ist, weshalb sie immer eine Druckbegrenzung braucht und für welche Aufgaben sie sich besonders eignet.
So fördert eine Zahnradpumpe
Die verbreitetste Bauart ist die Außenzahnradpumpe. Ein Zahnrad sitzt auf der Antriebswelle und treibt das zweite Zahnrad an, beide drehen gegenläufig in einem eng tolerierten Gehäuse. Auf der Saugseite laufen die Zähne auseinander. Die Zahnlücken öffnen sich, es entsteht ein Unterdruck, und das Medium strömt aus der Saugleitung nach.
Anschließend nehmen die Zahnräder das Medium in ihren Lücken mit und transportieren es außen an der Gehäusewand entlang. Durch die Mitte zwischen den Zahnrädern wird dagegen nichts gefördert. Dort greifen die Zähne ineinander und dichten Saug- und Druckseite gegeneinander ab. Auf der Druckseite laufen die Zähne wieder zusammen, die Lücken werden kleiner, und das Medium wird in die Druckleitung verdrängt.
Neben der Außenzahnradpumpe gibt es die Innenzahnradpumpe, bei der ein Ritzel in einem innenverzahnten Hohlrad läuft. Beide arbeiten nach demselben Prinzip. Wie sie sich in Aufbau, Laufruhe und Instandhaltung unterscheiden, erklären wir im Beitrag Innenzahnradpumpe oder Außenzahnradpumpe.
Was das Verdrängerprinzip in der Praxis bedeutet
Weil jede Umdrehung ein festes Volumen fördert, hängt der Volumenstrom fast nur von der Drehzahl ab. Vereinfacht gilt: Fördermenge gleich Volumen pro Umdrehung mal Drehzahl, abzüglich eines kleinen Anteils, der über die Spalte zwischen Zahnrädern und Gehäuse zurückfließt. Dieser Rückfluss ist bei dünnflüssigen Medien und hohem Druck größer, bei viskosen Medien kleiner. Über die Drehzahl, zum Beispiel mit einem Frequenzumrichter, lässt sich die Fördermenge deshalb gut einstellen.
Aus demselben Grund ist eine Zahnradpumpe selbstansaugend. Sie kann Medium aus einem tiefer liegenden Behälter ansaugen, wenn die Saugleitung kurz, ausreichend dimensioniert und dicht ist. Wie hoch sie ansaugen kann, hängt von Medium, Viskosität und Temperatur ab. Bei zähen Ölen sinkt die erreichbare Ansaughöhe.
Die Kehrseite: Eine Zahnradpumpe fördert weiter, solange sie angetrieben wird, auch gegen eine geschlossene Leitung. Der Druck steigt dann so lange, bis Pumpe, Leitung oder Antrieb Schaden nehmen. Jede Anlage mit Zahnradpumpe braucht deshalb eine Druckbegrenzung, entweder als Überströmventil direkt an der Pumpe oder als Druckbegrenzungsventil in der Anlage.
Wofür Zahnradpumpen eingesetzt werden
Ihre Stärken spielen Zahnradpumpen überall dort aus, wo ein definierter Volumenstrom gefragt ist und das Medium eine gewisse Viskosität hat. Typisch sind die Ölversorgung von Maschinen und Getrieben, der Schmierkreislauf, Wärmeträgeröl in Temperieranlagen, das Umfüllen aus Fass und IBC sowie Dosieraufgaben, bei denen die Menge über die Drehzahl geregelt wird.
Grenzen haben sie bei Medien mit Feststoffen oder abrasiven Partikeln, weil diese die engen Spalte verschleißen. Bei sehr dünnflüssigen, nicht schmierenden Medien wie Wasser braucht es passende Werkstoffe, etwa Edelstahl mit Zahnrädern aus PEEK.
Zahnradpumpen von Linn-Pumpen
Linn-Pumpen fertigt seit den 1960er-Jahren eigene Zahnradpumpen in der Bauart Außenzahnradpumpe. Das Programm ist ein Baukasten: Die Pumpengrundlage gibt es in Grauguss, in Edelstahl 1.4571 und in Edelstahl mit PEEK-Zahnrädern. Daraus entsteht je nach Baugröße, Bau- und Motorform und Ausstattung die passende Ausführung, vom Pumpenkopf mit freiem Wellenende bis zur Motorpumpe mit Frequenzumrichter. Das Programm deckt Volumenströme bis 124 l/min bei 1.450 min-1 und Viskositäten von 1,4 bis ca. 20.000 mm²/s ab.
Häufige Fragen
Wie funktioniert eine Zahnradpumpe einfach erklärt?
Zwei Zahnräder drehen gegeneinander. Wo sich die Zähne trennen, füllen sich die Lücken mit Medium. Die Zahnräder tragen es außen am Gehäuse entlang zur anderen Seite, wo die Zähne wieder ineinandergreifen und das Medium herausdrücken.
Kann eine Zahnradpumpe trocken laufen?
Nein. Zahnräder, Lager und Wellendichtung werden vom Fördermedium geschmiert und gekühlt. Läuft die Pumpe längere Zeit trocken, verschleißt sie schnell. Beim ersten Start sollte der Pumpenraum deshalb mit Medium gefüllt sein.
Wie wird die Fördermenge geregelt?
Über die Drehzahl. Halbe Drehzahl bedeutet ungefähr halbe Fördermenge. In der Praxis geschieht das meist mit einem Frequenzumrichter, bei sehr zähen Medien mit einem langsam laufenden Getriebemotor.
Welche Medien eignen sich?
Vor allem Öle, Schmierstoffe, Wärmeträgeröle und viele viskose Flüssigkeiten. Für korrosive oder wenig schmierende Medien kommen Edelstahl-Ausführungen und PEEK-Zahnräder infrage. Medien mit Feststoffen sind für Zahnradpumpen ungeeignet.
Fazit
Eine Zahnradpumpe fördert pro Umdrehung ein festes Volumen, ist selbstansaugend und kommt mit viskosen Medien gut zurecht. Sie braucht ein sauberes, möglichst schmierendes Medium und immer eine Druckbegrenzung. Welche Ausführung passt, ergibt sich aus Medium, Viskosität, Temperatur, Druck und Volumenstrom. Schicken Sie uns diese Betriebsdaten, wir legen die passende Zahnradpumpe aus.
