Der Einsatz von Magnetkupplungen für Pumpanwendungen ist weit verbreitet. Die Vorteile eines solchen Systems sind insofern bekannt, als dass Magnetkupplungen eine vollständig hermetisch abgedichtete Pumpe garantieren. Somit werden keine externen Dichtungssysteme benötigt, die bspw. Stopfbuchsen oder Gleitringdichtungen mit der zugehörigen Ausstattung wie Thermosyphons oder Spülsystemen umfassen. Bei schwierig abzudichtenden Medien wie Flüssigkeiten auf Latexbasis oder toxischen Substanzen, bei denen die Dämpfe unter keinen Umständen in die Atmosphäre gelangen dürfen, sind Magnetkupplungen das ideale Antriebssystem für Pumpen.

Nemo Exzenterschneckenpumpen der Netzsch Pumpen & Systeme werden für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt. Dazu zählen das Pumpen abrasiver, feststoffbeladener, viskoser oder scherempfindlicher Medien so­-wie die genaue Dosierung oder, wenn die Anwendung eine Kombination von zwei oder mehreren Eigenschaften erfordert. Aus diesem Grund kommen die Exzenterschneckenpumpen bei einigen der anspruchsvollsten Pump­anwendungen zum Einsatz.

Das Beste kombinieren

Die Kombination dieser Eigenschaften ist bei Anwendungen mit Exzenterschneckenpumpen typisch. Dies bedeutet, dass herkömmliche Magnetkupplungen, die zum direkten Anschluss an eine Zentrifugalpumpe mit zwei- und vier-poliger Motordrehzahl ausgelegt sind, nicht für derartige Verwendungen geeignet sind. Wenn eine magnetgekuppelte Pumpe mit einer hohen Drehzahl von 1.400 oder 2.800 U/min betrieben wird, ist eine Zirkulation der gepumpten Flüssigkeit erforderlich, um die Kupplung zu kühlen. Dies ist notwendig, da durch die Wirbelstromverluste zwischen dem inneren und dem äußeren Magneten Wärme entsteht. Diese Kühlung wird durch Rückführung der gepumpten Flüssigkeit über Kühlkanäle innerhalb der Kupplung erreicht. Derartige Kühlkanäle haben einen geringen Durchmesser und verstopfen daher leicht, wenn Fluide mit hoher Viskosität oder mit Feststoffen gefördert werden. Für ein Produkt von bis zu 20.000 mPas würde eine Exzenterschneckenpumpe typischerweise mit Drehzahlen von etwa 200 bis 300 U/min laufen. Dies sollte jedoch nicht als die maximale Viskositätskapazität für Exzenterschneckenpumpen betrachtet werden. Es gibt Anwendungen, bei denen Exzenterschneckenpumpen für Produkte mit weit über 1 Mio. mPas eingesetzt werden, allerdings ohne Magnetkupplung.

Daher mussten die Experten für die Förderung komplexer Medien eine Magnetkupplung entwickeln, die speziell auf die Anforderungen typischer Anwendungen für Exzenterschneckenpumpen zugeschnitten ist, um die wesentlichen Vorteile einer Magnetkupplung mit den Vorteilen der Nemo Exzenterschneckenpumpe zu kombinieren.

Mit mehr Anlaufmoment

Wie bereits beschrieben, sind die Drehzahlen der Exzenterschneckenpumpe niedriger als beim Einsatz einer Zentrifugalpumpe üblich. Folglich war eine übermäßige Wärmeentwicklung innerhalb der Magnetkupplung nicht zu erwarten. Es gab jedoch andere Herausforderungen, für die eine Lösung gefunden werden musste. Dazu gehörte das Drehmoment, das die Kupplung übertragen muss. Aufgrund der Interferenztoleranzen des Rotor- und Statorsystems einer Exzenterschneckenpumpe muss jede Magnetkupplung für eine Exzenterschneckenpumpe in der Lage sein, deutlich höhere Anlaufmomente zu überwinden, als sie beim Betrieb einer Zentrifugalpumpe auftreten würden.

Das erhöhte Anlaufmoment war nicht das einzige Problem, das die Ingenieure des Pumpenherstellers lösen mussten, um eine für Exzenterschneckenpumpen geeignete Magnetkupplung zu entwickeln. Da die Magnetkupplung auch hohe Viskositäten bewältigen muss, mussten die Auswirkungen innerhalb der Magnetkupplung untersucht werden und gegebenenfalls Anpassungen vorgenommen werden, um etwaigen schädlichen Einflüssen entgegenzuwirken.

Zwischen dem Innenmagneten und dem Außenmagneten befindet sich ein Spalttopf, der für die hermetische Abdichtung der Kupplung sorgt. Der Spalt zwischen dem Spalttopf und dem Innenmagneten muss so klein wie möglich gehalten werden, um die Leistung der Kupplung zu maximieren. Da sich im Spalt zwischen dem inneren Magneten und dem Spalttopf das gepumpte Medium befindet, war dieser Bereich für die Pumpeningenieure von besonderem Interesse. Zu beachten sind hier insbesondere Viskositätsverluste zwischen Spalttopf und Innenmagnet.

Passende Komponenten für erhöhte Anforderungen

Mögliche Anwendungen für eine Exzenterschneckenpumpe in Kombination mit einer Magnetkupplung schließen die Verwendung von Elastomerbauteilen etwa als Stator oder Gelenkabdichtungen aus. Daher mussten innovative Lösungen gefunden werden, um das Potenzial der entwickelten Magnetkupplung zu maximieren.

In einem parallelen Entwicklungsprogramm wurden ein neuer Stator und eine flexible Kuppelstange, produziert mittels additivem Fertigungsprozess, entworfen und getestet. Damit ist Netzsch nun in der Lage, eine Lösung für die Förderung und Dosierung von Chemikalien anzubieten, bei der Elastomerkomponenten nicht mit dem geförderten Medium kompatibel sind. Durch den Einsatz einer additiv gefertigten flexiblen Kuppelstange war es möglich, die gleiche Pumpenlänge wie bei einer Konfiguration mit einer Standard-Bolzengelenk-Kuppelstange beizubehalten.

Nach Abschluss der Entwicklungs- und Testphase konnten die Ingenieure eine magnetisch angetriebene Exzenterschneckenpumpe bauen, die sich in anspruchsvollen Anwendungen bewährt hat. Dazu gehören die Chemie-, Lack- und Lithiumbatterieindustrie, die feststoffhaltige Schlämme, Produkte mit einer Viskosität von bis zu 20.000 cps und toxische oder anderweitig schädliche Medien fördern.

Autor:

   Roger Willis, Global Business Field Manager Chemical, Pulp & Paper, Netzsch Pumpen