Wie funktioniert eine Zahnradpumpe mit Außenverzahnung?
Eine Außenzahnradpumpe, also eine außenverzahnte Zahnradpumpe, ist eine rotierende Verdrängerpumpe. Zwei außenverzahnte Zahnräder greifen ineinander und drehen sich gegenläufig. Auf der Saugseite öffnen sich die Zahnlücken, das Medium strömt ein und wird in den Zahnlücken entlang der Gehäusewand zur Druckseite transportiert. Dort greifen die Zähne wieder ineinander und verdrängen das Medium in die Druckleitung. Der Vorgang läuft kontinuierlich, dadurch entsteht ein nahezu pulsationsarmer Volumenstrom.
Der theoretische Förderstrom ergibt sich aus dem Fördervolumen und der Drehzahl. Förderstrom in Litern pro Minute gleich Fördervolumen in Kubikzentimetern pro Umdrehung mal Drehzahl in Umdrehungen pro Minute geteilt durch 1.000. Eine Pumpe mit 20 cm³/U liefert bei 1450 min-1 also rund 29 l/min. Der tatsächliche Förderstrom liegt darunter, weil mit steigendem Differenzdruck ein Teil des Mediums über die Spaltverluste zurückströmt.
Genau darin liegt der praktische Unterschied zur Kreiselpumpe. Eine Kreiselpumpe bricht bei steigendem Gegendruck im Förderstrom stark ein. Eine Zahnradpumpe hält den Volumenstrom weitgehend, auch wenn der Druck steigt, und sie fördert auch zähflüssige Medien, bei denen eine Kreiselpumpe an ihre Grenzen kommt.
Wo werden Zahnradpumpen eingesetzt?
Zahnradpumpen von Linn-Pumpen arbeiten überall dort, wo ein Medium gleichmäßig, dosierbar und gegen Druck gefördert werden muss. Eingesetzt wird die Zahnradpumpe für Öl vor allem bei Schmierölen, Hydraulikölen und Wärmeträgerölen. Typische Aufgaben sind die Schmierölversorgung an Maschinen und Großlagern, der Betrieb von Hydraulikaggregaten, das Umfüllen aus Fässern und IBC, die Zirkulation von Wärmeträgerölen, die Versorgung von Kühl- und Schmiermittelkreisläufen sowie das Dosieren in Prozess- und Regelkreisen.
Weil der Förderstrom proportional zur Drehzahl ist, lässt sich eine Zahnradpumpe sehr genau dosieren. In Verbindung mit einem Frequenzumrichter oder der Ausführung i mit integriertem Antriebsregler wird aus der Pumpe eine regelbare Dosiereinheit.
Sechs Fragen vor der Auslegung
Medium
Entscheidend ist, ob das Medium schmiert. Öle, Wärmeträgeröle und Schmierstoffe sind unkritisch. Bei wenig oder nicht schmierenden Medien wie Lösungsmitteln, Wasser oder dünnflüssigen Chemikalien müssen Werkstoff und Drehzahl angepasst werden, meist über Zahnräder aus PEEK.
Viskosität
Die zulässige Viskosität hängt unmittelbar an der Drehzahl. Bei 1450 min-1 gelten 250 mm²/s für die Baugrößen F 1 und F 2 und 350 mm²/s für F 3 bis F 5. Wird die Drehzahl reduziert, steigt die zulässige Viskosität deutlich an, bei 1000 min-1 auf rund 1.500 mm²/s, bei 700 min-1 auf rund 2.500 mm²/s. Mit einer Getriebemotor-Ausführung G sind bei niedrigen Drehzahlen bis zu 20.000 mm²/s möglich, Richtwerte sind 6.000 mm²/s bei etwa 450 min-1, 10.000 mm²/s bei 300 min-1 und 20.000 mm²/s bei 200 min-1. Bei hoher Viskosität ist Zulaufbetrieb vorzusehen.
Druck
Der zulässige Maximaldruck hängt von der Baugröße ab und liegt je nach Ausführung bei 10, 50, 70 oder 100 bar. Bei Motorpumpen begrenzt zusätzlich die gewählte Motorleistung den zulässigen Druck. Deshalb wird jede Motorpumpe für einen konkreten Betriebspunkt ausgelegt und nicht auf den Maximalwert des Pumpenkopfs.
Fördermenge
Die Baugrößen F 1 bis F 5 decken Fördervolumen von 0,43 bis 86,8 cm³/U ab, das entspricht bei 1450 min-1 einem Bereich von etwa 0,6 bis 124 l/min. Maximale Fördermenge und maximaler Druck sind dabei zwei getrennte Grenzwerte und kein gemeinsamer Betriebspunkt, der Förderstrom sinkt mit steigendem Druck.
Temperatur und Dichtung
Die Mediumstemperatur bestimmt die Dichtungsvariante. NBR ist bis 60 °C einsetzbar, FPM und FKM bis 150 °C, PTFE bis 200 °C. Eine Gleitringdichtung ist bis 150 °C und 15 bar Zulaufdruck zulässig, eine Stopfbuchspackung mit Graphit bis 200 °C. Soll überhaupt keine dynamische Wellenabdichtung vorhanden sein, ist die Magnetkupplungsausführung FOM-MG die richtige Wahl.
Antrieb
Soll die Pumpe in eine vorhandene Maschine integriert werden, ist die Flanschpumpe mit freiem Wellenende richtig. Soll sie betriebsfertig geliefert werden, sind die Elektro-Zahnradpumpen die passende Wahl. Für Regelaufgaben gibt es die Ausführung i mit integriertem Umrichter, für hochviskose Medien die Getriebemotor-Ausführung G.
Zahnradpumpen-Baureihen und Antriebe im Detail
Linn-Pumpen führt drei Pumpengrundlagen: F in Grauguss, E/F in Edelstahl und E/F-PEEK in Edelstahl mit PEEK-Zahnrädern. Innerhalb der jeweiligen Pumpengrundlage entsteht jede Ausführung aus drei weiteren Bausteinen: Baugröße, Bau- und Motorform sowie Ausstattung. Baugröße und Bau- und Motorform sind dabei getrennte Ebenen. Dieselbe Baugröße 333 gibt es als FLM 333, FKM 333 oder FOM 333, je nachdem welche Motorleistung gebraucht wird.
- F Flanschpumpe mit freiem Wellenende für kundenseitigen Antrieb
- D derselbe Pumpenkopf mit Montagefuß
- FLM Elektroaggregat mit BoWex-Bogenzahnkupplung und Aluminium-Pumpenträger, 0,12 bis 1,5 kW, nur bis einschließlich Baugröße 3
- FKM Elektroaggregat mit ROTEX-Klauenkupplung und Aluminium-Konsole, 0,55 bis 1,5 kW, auch für die Baugrößen 4 und 5
- FOM Elektroaggregat mit ROTEX-Kupplung und KTR-Pumpenträger, 2,2 bis 18,5 kW
- FAM Behältereinbau, Pumpenkopf im Behälter, Motor außen, 0,25 bis 18,5 kW
- Ausstattung MG Magnetkupplung, ohne dynamische Wellendichtung, geführt in der Bauform FOM als FOM MG
- Ausstattung G Stirnrad-Getriebemotor für hochviskose Medien bei niedriger Drehzahl, meist bei FKM und FOM, geschrieben als G/FKM oder G/FOM
- Ausstattung i integrierter Frequenzumrichter, Drehzahl und Fördermenge regelbar, geschrieben direkt hinter der Bauform als FLMi oder FOMi
- E/F, E/D, E/FLM, E/FKM, E/FOM und E/FAM Edelstahlausführung in 1.4571, mit freiem Wellenende oder mit Motor
- PEEK-Varianten aller Edelstahl-Ausführungen für wenig oder nicht schmierende Medien
- Ausstattung U integriertes Überströmventil, in Guss als FU, DU, FLMU, FKMU, FOMU und FAMU. In Edelstahl gibt es keine U-Ausführung
- LZ und LZGM separate Baureihe außerhalb dieses Baukastens, langsam laufend, maximal 500 min-1, 210 und 320 cm³/U. LZ ohne Antrieb, LZGM mit Antrieb
Werkstoffe: Guss, Edelstahl und PEEK
Die Standardausführung hat ein Gehäuse aus EN-GJL-250, Wellen und Zahnräder bestehen aus 16MnCr5. Als Sonderausführung ist Sphäroguss GGG40 möglich. Diese Kombination ist die richtige Wahl für Öle, Wärmeträgeröle und alle gut schmierenden Medien.
Die Edelstahlausführung nutzt Gehäuse, Deckel und Wellen aus 1.4571. Sie ist für korrosive Medien vorgesehen, die noch ausreichend schmieren. Zahnräder aus PEEK kommen dann zum Einsatz, wenn das Medium wenig oder gar nicht schmiert, etwa bei Lösungsmitteln oder dünnflüssigen Chemikalien. Die Auslegung erfolgt in diesem Fall immer medienbezogen.
Ein Hinweis, der uns wichtig ist. ATEX-Ausführungen sowie hygienische oder lebensmittelkonforme Pumpenausführungen bieten wir derzeit nicht an. Was Edelstahl und PEEK für Ihr Medium leisten, klären wir gern im Einzelfall mit Ihnen.
Einsatzgrenzen von Zahnradpumpen
Zahnradpumpen sind selbstansaugend, aber nicht trockenlaufsicher. Ein Trockenlauf beschädigt die Pumpe innerhalb kurzer Zeit und ist bei allen Baureihen unzulässig. Feststoffe und abrasive Partikel gehören nicht in das Fördermedium, eine feine Vorfiltration ist empfehlenswert.
Das integrierte Umlaufventil ist ein Sicherheitsventil und keine Dauerdruckregelung. Es schützt die Pumpe bei kurzzeitigem Druckanstieg, eine dauerhafte Umlaufförderung über das Ventil ist nicht vorgesehen. Für die dauerhafte Druckbegrenzung setzen Sie bitte ein externes Druckbegrenzungsventil der Baureihe DB ein.
So setzt sich eine Typenbezeichnung zusammen
Pumpengrundlage, Baugröße, Bau- und Motorform, Ausstattung. Aus diesen vier Bausteinen entsteht jede Ausführung.
Beispiel: E/FLMi 328 steht für eine Edelstahlpumpe in der Bauform FLM mit Motor, Baugröße 328, mit integriertem Frequenzumrichter. Die Ausstattungskürzel bedeuten: U Überströmventil, MG Magnetkupplung in der Bauform FOM, i Frequenzumrichter direkt hinter der Bauform, G Getriebemotor als Präfix. Auch die FLMU 219 entsteht so, aus der Baugröße 219, der Bauform FLM und dem Überströmventil. Sie wird als eigenes Produkt geführt, weil sich diese Kombination in der Praxis bewährt hat, technisch ist sie keine eigene Baureihe.
Alle Angaben sind Richtwerte. Maßgeblich ist die technische Auslegung nach Medium, Viskosität, Temperatur, Fördermenge und Druck.
