Eine Zahnradpumpe besteht aus erstaunlich wenigen Teilen: zwei Zahnrädern, einem Gehäuse mit Deckel, den Lagern für die Wellen und einer Dichtung, die die Antriebswelle nach außen abdichtet. Dass sie trotzdem präzise fördert, liegt an den engen Spalten zwischen diesen Teilen und an der passenden Werkstoffwahl.
Am Schnittbild der Zahnrad-Flanschpumpe F 590 von Linn-Pumpen zeigen wir, welches Bauteil welche Aufgabe hat, welche Werkstoffe zum Einsatz kommen und wo im Betrieb Verschleiß entsteht.
Die Bauteile im Überblick
Das Wellenrad sitzt fest auf der Antriebswelle, die aus dem Gehäuse herausragt und mit dem Motor verbunden wird. Es treibt das Bolzenrad an, das auf einem eigenen Bolzen mitläuft. Beide Zahnräder liegen im Pumpengehäuse, das auf der einen Seite vom Pumpendeckel verschlossen wird. Verbundlager führen die Wellen, ein O-Ring dichtet Deckel und Gehäuse gegeneinander ab, und der Wellendichtring verhindert, dass an der Antriebswelle Medium austritt.
Zahnräder: das eigentliche Förderorgan
Die beiden Zahnräder bestimmen, wie viel Medium pro Umdrehung gefördert wird. Je breiter die Zahnräder und je tiefer die Zahnlücken, desto größer das Fördervolumen. Bei Linn-Pumpen ergibt sich daraus die Baugröße, zum Beispiel 219, 328 oder 333.
Wie im Schnittbild zu sehen, sind die Zahnräder der F 590 schräg verzahnt. Dabei stehen immer mehrere Zähne gleichzeitig im Eingriff, die Pumpe läuft dadurch ruhiger. Das Medium wird in den Zahnlücken außen an der Gehäusewand entlang gefördert, der Zahneingriff in der Mitte trennt Saug- und Druckseite.
Gehäuse, Deckel und Spalte
Gehäuse und Deckel bilden zusammen mit den Zahnrädern die Förderkammern. Entscheidend sind die Spalte zwischen den Zahnköpfen und der Gehäusewand sowie zwischen den Stirnseiten der Zahnräder und dem Deckel. Sind sie zu groß, fließt ein Teil des Mediums zurück zur Saugseite und die Pumpe fördert weniger. Sind sie zu klein, steigen Reibung und Verschleiß. Deshalb werden diese Teile eng toleriert gefertigt und aufeinander abgestimmt.
Saug- und Druckanschluss sitzen im Gehäuse. Damit die Zahnlücken vollständig gefüllt werden, sollte die Saugleitung kurz und ausreichend dimensioniert sein, gerade bei zähen Medien.
Lagerung und Abdichtung
Die Wellen laufen in Verbundlagern, die Radialkräfte aus dem Förderdruck aufnehmen. Bei schmierenden Medien werden sie vom Fördermedium selbst geschmiert, ein Grund, warum Zahnradpumpen nicht trocken laufen sollten.
Nach außen dichtet in der Standardausführung ein Radialwellendichtring ab. Je nach Medium, Druck und Temperatur kommen auch ein Doppel-Radialwellendichtring oder eine Gleitringdichtung infrage. Eine Alternative ist die Ausführung mit Magnetkupplung: Das Drehmoment wird berührungslos durch einen Spalttopf übertragen, eine dynamische Wellendichtung entfällt und der Pumpenraum ist nach außen hermetisch geschlossen. Damit fällt auch der typische Verschleiß- und Wartungspunkt an der Wellendichtung weg.
Werkstoffe
Die Werkstoffe richten sich nach dem Fördermedium. Bei Linn-Pumpen gibt es drei Pumpengrundlagen:
| Pumpengrundlage | Gehäuse | Zahnräder | Typische Medien |
|---|---|---|---|
| F (Guss) | Grauguss | Einsatzstahl | Schmier-, Hydraulik- und Wärmeträgeröle |
| E/F (Edelstahl) | Edelstahl 1.4571 | Edelstahl 1.4571 | Korrosive Medien mit Mindestschmierung |
| E/F-PEEK | Edelstahl 1.4571 | PEEK | Wenig bis nicht schmierende, häufig wässrige Medien |
Die Guss-Ausführung ist der Standard für Öle. Die Edelstahl-Ausführungen kommen bei korrosiven Medien zum Einsatz, die PEEK-Zahnräder dann, wenn das Medium kaum oder gar nicht schmiert.
Ventil und Antrieb
Weil eine Zahnradpumpe auch gegen eine geschlossene Leitung weiterfördert, braucht jede Anlage eine Druckbegrenzung. Bei den Guss-Ausführungen kann ein Überströmventil direkt in die Pumpe integriert werden, in Edelstahl gibt es diese Variante nicht. Alternativ sitzt ein Druckbegrenzungsventil im Bypass der Anlage.
Der Antrieb ist bei Linn-Pumpen Teil des Baukastens. Die Pumpe gibt es als Pumpenkopf mit freiem Wellenende für einen kundenseitigen Antrieb, mit Montagefuß oder als Motorpumpe mit angebautem Elektromotor, bei Bedarf mit Frequenzumrichter oder Getriebemotor.
Wo Verschleiß entsteht
Typische Verschleißteile sind die Zahnräder, die Lager und die Wellendichtung. Abrasive Partikel im Medium vergrößern die Spalte, die Pumpe fördert dann spürbar weniger. Trockenlauf schädigt Lager und Zahnflanken, ein undichter Wellendichtring zeigt sich durch Tropfen an der Antriebswelle. Weil Zahnradpumpen aus wenigen Teilen bestehen, lassen sich diese Teile in der Regel gut tauschen.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Wellenrad und Bolzenrad?
Das Wellenrad sitzt auf der Antriebswelle und wird vom Motor angetrieben. Das Bolzenrad läuft auf einem Bolzen mit und wird vom Wellenrad mitgenommen. Gemeinsam fördern sie das Medium.
Warum braucht eine Zahnradpumpe enge Spalte?
Über die Spalte fließt Medium von der Druck- zurück zur Saugseite. Je enger sie sind, desto weniger geht verloren und desto genauer stimmt die Fördermenge mit der Drehzahl überein.
Welche Teile verschleißen zuerst?
Häufig die Wellendichtung, bei abrasiven Medien auch Zahnräder und Lager. Mit sauberem, schmierendem Medium und passender Drehzahl halten diese Teile deutlich länger.
Fazit
Zahnräder, Gehäuse, Lager und Dichtung: Mehr braucht eine Zahnradpumpe nicht. Wie gut sie arbeitet, entscheiden die Spalte, die Werkstoffe und die Abdichtung. Welche Kombination für Ihr Medium passt, legen wir gerne anhand Ihrer Betriebsdaten aus.
