Wendelkolben

Foto einer Drehkolbenpumpe mit v-förmigen Ein- und Auslass

Förderprinzip einer Drehkolbenpumpe

Drehkolbenpumpen sind selbstansaugende oder bedingt selbstansaugende, ventillose, positive Verdrängerpumpen mit ineinanderlaufenden Drehkolben. Als Vakuumpumpen werden sie auch mit berührungslos arbeitenden Rotoren gefertigt (Rootspumpe).

Funktion und Aufbau

Durch die Drehung des Rotorenpaares entsteht an der Ansaugseite, die durch die Drehrichtung des Antriebes bestimmbar ist, ein Vakuum, wodurch das Fördermedium angesaugt wird. Das Fördermedium gelangt dann, weitergedrängt durch die Rotoren, an der Pumpenwand vorbei in den Druckbereich. Bei einer Antriebsumdrehung werden - abhängig von der Art der Rotoren - zwei bis zu sechs Raumfüllungen verdrängt. Bei Stillstand des Rotorenpaares schließt die Pumpe fast vollständig ab. Dies gilt für gummierte Rotoren. Sind die Drehkolben aus Stahl oder Edelstahl, haben diese Untermaß, um Fraß zu verhindern. Eine vollständige Abdichtung ist daher nicht mehr möglich.

Sicherheitskammer (Quench)

Manche Drehkolbenpumpen verfügen über eine Zwischenkammer zwischen Pumpen- und Getriebegehäuse. Diese ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die mehrere Aufgaben erfüllt:

• Sie wirkt als Sicherheitskammer für die Gleitringdichtung, zeigt Leckagen der Gleitringdichtung an durch Überlauf an der Einfüllöffnung und schmiert die Verbindung zwischen Wellen und Rotoren.
• Sie verhindert das Eindringen von Fördermedium in das Gleichlaufgetriebe.
• Außerdem schützt ein Quenchmedium vor Trockenlauf.

Varianten

Neben den geraden Kolben in der Pumpenkammer gibt es auch Ausführungen mit gewendelten, berührungsfrei laufenden Rotoren (so genannten Wendelkolben), wobei die dreiecks- oder trapezförmigen Kammeröffnungen exakte Dichtlinien zu den gewendelten Rotoren bilden. Durch diese Variante wird die Pulsation der Pumpe vermindert, das Fördermedium wird weniger zerstört. Die Kolben können auch mit Gummi ummantelt sein. Damit erhält man eine selbstansaugende Pumpe, was aber zu Lasten des Abriebs geht. Eine Verunreinigung des Mediums mit Kolbenabrieb kann hieraus entstehen.

Drehkolbenpumpe (5m³/min) des THW

Neuerdings gibt es auch so genannte Optimum-Rotoren oder Wendelkolben mit Dichtfläche, welche im Bereich der Rotorspitzen den gleichen Radius aufweisen wie das Pumpengehäuse. Hieraus resultiert, dass die Abdichtung zwischen Rotorspitze und Gehäuse nicht nur linear, sondern flächig ist. Die Folgen sind eine höhere Förderleistung und wesentlich bessere Standzeiten.

Der Rotor kann mit Klauen ausgestattet werden, das ergibt eine höhere Kompression bei ungleichmäßigerem Ausstoß (Klauenpumpe). Das Anlaufmoment von Drehkolbenpumpen ist abhängig von ihrer Bauart: ob sich die Drehkolben gegenseitig berühren, Kontakt zur Gehäusewandung haben oder nicht.

Um eine noch bessere Produktschonung zu erreichen gibt es auch Rotorenpaare, die sinusförmig gewendelt sind.

Förderbereich

Eine Drehkolbenpumpe schafft in Abhängigkeit von der Viskosität Volumenströme von etwa 1-180 m³/h. Klauenpumpen sind bis 300 m³/h lieferbar. ^[1]

Vorteile von Drehkolbenpumpen

• Drehkolbenpumpen sind auch für Medien mit hohen Trübstoff-Gehalten geeignet und arbeiten auch bei schwankenden Feststoffanteilen zuverlässig.

• Unterschiedliche Feststoffgehalte beeinflussen nicht die Fördermenge und die Mengenschwankungen bei durch die Feststoffmenge bewirkten Druckänderungen sind gering.

• Aufgrund ihres großen freien Kugeldurchgangs und der niedrigen Pumpendrehzahlen sind sie gegenüber Verstopfungen, Verzopfungen und Fremdkörpern relativ unempfindlich.

• Die Drehkolbenpumpe ist selbstansaugend oder bedingt selbstansaugend und ihre symmetrische Konstruktion erlaubt eine Drehrichtungs- und damit Förderrichtungs-Umkehr, ein Vorteil, der besonders für die Entleerung von Feststoffsammlern genutzt wird.

• eine Drehkolbenpumpe kann sowohl niedrig-, wie auch hochviskose Medien fördern. Dadurch kann man sie etwa in der Zuckerindustrie sowohl für Ablauf oder Melasse, wie auch Kornfuß oder Magma einsetzen. Dies reduziert Ersatzteilhaltung-Kosten und den Schulungsaufwand.

• Der Wirkungsgrad von Drehkolbenpumpen ist besser als der vieler anderer Verdrängerpumpen. Das bewirkt einen geringeren Energieverbrauch als etwa bei Klappenpumpen und spart Investionskosten bei Antrieben und Regelungen (wie etwa Frequenzumrichtern). Da die Energie den größten Anteil an den Lebensdauerkosten einer Pumpe ausmacht, ist dieser Vorteil ein wesentliches Kriterium bei der Auswahl der Pumpenart.

• Drehkolbenpumpen sind kompakt gebaut. Die Saug- und Druckanschlüsse liegen in einer Linie.

• Drehkolben verfügen über eine stabile Druck/Mengen-Kennlinie: Auch bei einer Erhöhung des Förderdruckes geht der Volumenstrom nur unwesentlich zurück. Bei Kreiselpumpen hingegen fällt der Volumenstrom bei steigenden Förderdrücken rapide ab.

• Der Volumenstrom einer Drehkolbenpumpe lässt sich exakt über die Pumpendrehzahl steuern. Eine exakte Volumenstromsteuerung ist bei Verwendung einer Kreiselpumpe schwer möglich.

• Die Förderrichtung ist grundsätzlich umkehrbar, denn die Pumpe ist in der Regel symmetrisch aufgebaut.

• Es gibt Konstruktionen auf verfahrbaren Grundrahmen für den mobilen Einsatz.

Siehe auch

• Zahnradpumpe
• Kreiskolbenpumpe

Literatur

Weitere Informationen über Drehkolbenpumpen findet man in nachfolgender Literatur:

• W. H. Faragallah, D. Surek: Rotierende Verdrängermaschinen. Verlag und Bildarchiv Sulzbach, ISBN 3-929682-11-7
• W. Beitz, K.-H. Grote: Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau. Springer Verlag, ISBN 3-540-62467-8

Weblinks

• Das Förderprinzip einer Drehkolbenpumpe als Flash-Animation
• Animation von gewendelten Rotoren mit Dichtlinie
• Animation von gewendelten Rotoren mit Dichtfläche
• Animation von gewendelten Rotoren mit Sinuskonfiguration und Dichtlinie
• Animation von gewendelten Rotoren mit Sinuskonfiguration und Dichtfläche

Einzelnachweise

1. ↑ Busch Druck/Vakuum Klauenpumpen