Auf dem Trockenen sitzen war gestern

Magnetisch gekuppelte Kreiselpumpe macht Kühlung durch Flüssigkeiten überflüssig

Magnetisch gekuppelte Kreiselpumpen sind auf Dauerbetrieb ausgelegt und laufen bei korrekter Betriebsweise auch über Jahre störungsfrei. Dennoch kommt es immer wieder zu Ausfällen, beispielsweise durch das Trockenlaufen der Pumpe. Eine neuartige magnetisch gekuppelte Kreiselpumpe ist trockenlaufsicher. Zudem sind die Reibewerte der neuen Lagerung so gering, dass auf eine Kühlung oder Schmierung mit Flüssigkeiten verzichtet werden kann. * Christian Vogt

Bei einer magnetisch gekuppelten Kreiselpumpe wird die Motorkraft berührungslos über Permanentmagnete auf das Pumpenlaufrad übertragen. Damit entfällt der sonst übliche Wellendurchtritt mit der notwendigen Abdichtung. Nass- und Trockenteil sind durch einen Spalttopf hermetisch getrennt. Dadurch sind Leckagen durch verschleißende Dichtungen ausgeschlossen und die Pumpe ist absolut wartungsfrei.

Magnetisch gekuppelte Kreiselpumpen sind speziell für den Dauerbetrieb ausgelegt und laufen, bei richtiger Betriebsweise, jahrelang ohne Wartungsbedarf störungsfrei. Trotzdem kommt es immer wieder zu Schäden und Ausfällen. Bei genauer Untersuchung stellt sich oft heraus, dass die vorgeschriebenen Betriebsbedingungen nicht eingehalten wurden.

Eine häufig anzutreffende Schadensursache ist der sogenannte Trockenlauf. Bei konventionellen magnetisch gekuppelten Pumpen muss ausreichend Flüssigkeit im Pumpenkopf vorhanden sein, da das Laufrad mit dem Innenmagneten über flüssigkeitsgeschmierte Gleitlager gelagert wird. Schnell laufende Gleitlager benötigen, bedingt durch das Prinzip, einen durchgängigen Flüssigkeitsfilm, um die Lagerreibung und die hierdurch zwangsläufig entstehende Reibungswärme möglichst gering zu halten und das Lager ausreichend zu kühlen. Gleiches gilt auch für direkt angetriebene Pumpen mit Gleitringdichtung, da diese Dichtungen ebenfalls auf stetige Kühlung und Schmierung durch Flüssigkeit angewiesen sind.

Verschiedene Pumpenhersteller haben bisher versucht, die Gleitlagerung so zu modifizieren, dass entweder durch spezielle Lagerwerkstoffe oder Anordnung der Lager weniger Wärme erzeugt oder durch eine bessere Flüssigkeitsführung innerhalb der Pumpe die entstehende Wärme besser abtransportiert wird. Damit wollte man erreichen, dass auch bei Mangelschmierung die umliegenden Kunststoffteile der Pumpe nicht beschädigt werden. Somit werden diese Pumpen als:

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trockenlauffähig;
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extrem trockenlauffähig;
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trockenlaufgeeignet;
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bedingt trockenlaufgeeignet bezeichnet.

Dieses reichte jedoch der Firma Sondermann nicht aus und man hat eine neuartige, magnetisch gekuppelte Kreiselpumpe auf den Markt gebracht, die ohne Gleitlager arbeitet. Diese bei magnetisch gekuppelten Kreiselpumpen erstmals eingesetzte Lagerung verfügt über derart geringe Reibwerte und somit minimalste Erwärmung, dass eine Kühlung oder Schmierung durch Flüssigkeit nicht mehr erforderlich ist. Bei der zum Patent angemeldeten Lagerung der RM-TS liegt die Temperaturerhöhung bei Trockenlauf nur bei etwa 5°C über der Umgebungstemperatur. Anders als andere am Markt erhältlichen magnetisch gekuppelten Kreiselpumpen ist die RM-TS Baureihe damit absolut trockenlaufsicher. Als nicht unerheblicher Nebeneffekt wird durch den niedrigeren Reibwert der Wirkungsgrad der Pumpe nochmals verbessert. Alle medienberührten Bauteile des Pumpenkopfes werden nach wie vor metallfrei hergestellt, sodass eine bestmögliche chemische Beständigkeit gegen aggressive Medien vorhanden ist.

Die dichtungslose Ausführung sorgt für eine hermetisch abgedichtete Pumpe, wobei Leckagen durch verschlissene Dichtungen bauartbedingt nicht auftreten können. Wenn in Anlagen mit magnetisch gekuppelten Pumpen bisher Trockenlaufzustände vorkamen, hatte dies in der Regel einen Ausfall der Pumpe bis zum Totalschaden des Pumpenkopfes sowie unter Umständen sogar einen Flüssigkeitsaustritt zu Folge. Die Schäden durch Austritt von Medium können hierdurch erheblich sein, ganz abgesehen von der reduzierten Anlagenverfügbarkeit und den Folgekosten durch Anlagenstillstand und Reparatur.

Schutz des Anlagen-Prozesses

Auch ein elektronischer Pumpenschutz kann zwar eine konventionelle magnetisch gekuppelte Pumpe vor einen Trockenlaufschaden schützen, indem sie die Pumpe abschaltet, die Anlagenverfügbarkeit ist hierbei aber trotzdem nicht gegeben. Die absolut trockenlaufsichere Pumpe RM-TS übersteht diese Betriebszustände schadlos, die Anlagenverfügbarkeit bleibt erhalten. Ein weiterer Vorteil der trockenlaufsicheren Technologie ist, dass sich diese bei allen bisherigen RM-Typen nachrüsten lässt. Die Baureihe RM-TS ist verfügbar von der RM2-TS mit maximal 110l/min, 10mWs und 90Watt-Motor bis zur RM5-TS mit maximal 1.500l/min; 60mWs und 15kW-Motor.

Trotz einer absolut trockenlaufsicheren Pumpe kann es notwendig sein, den Zustand „keine Flüssigkeit“ zu signalisieren, um den Prozess in der Anlage zu schützen. Zusätzlich können auch weitere Fehlfunktionen zu Beschädigungen und Ausfällen an Kreiselpumpen führen. Für solche Fälle empfiehlt das Unternehmen den elektronischen Prozess-Schutz RPR-Control 100. Dieser überwacht den Betriebszustand der Pumpe auf folgende Fehlfunktionen und Störungen:

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Trockenlauf;
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Heißlauf;
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Überlast;
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Unterschreitung Mindestdurchfluss (etwa weil Filter verschmutzt sind).

Diese Überwachung erfolgt ohne Einbauten in die Rohrleitung durch eine elektronische Messung der Leistungsaufnahme des Pumpenantriebes. Die Schaltschwellen sind frei programmierbar, daher ist der RPR-Control auch für Kreiselpumpen anderer Fabrikate in der Leistungsklasse von einem bis 20 kW geeignet.

Worin besteht der Unterschied zwischen Trockenlauf und Heißlauf?

Man spricht von Trockenlauf, wenn sich keine oder nur wenig Flüssigkeit in der Pumpe befindet. In diesem Fall erzeugt das Pumpenlaufrad selbst keine Reibungswärme, da es in Luft läuft. Die schädliche Erwärmung entsteht ausschließlich in der Lagerung der Pumpe. Bei der laut Unternehmen absolut trockenlaufsicheren Pumpe RM-TS ist diese Lagererwärmung mit maximal 5°C so gering, dass sie diese Betriebszustände schadlos übersteht, die Anlagenverfügbarkeit bleibt erhalten.

Der Heißlauf bezeichnet die Erwärmung des Fördermediums, die durch eine geschlossene Druck- und/oder Saugleitung ausgelöst wird. Es befindet sich Flüssigkeit in der Pumpe, wobei diese nicht abgeführt und somit kein Flüssigkeitsaustausch stattfinden kann. Die Flüssigkeit wird innerhalb des Pumpengehäuses umgewälzt und dadurch erwärmt. Diese Erwärmung kann so groß sein, dass dadurch Schäden an den Pumpenteilen entstehen können. Die Wärmemenge, die durch die Reibung des Laufrades mit der Flüssigkeit entsteht, kann nur durch Flüssigkeitsaustausch, also durch geöffnete Ventile aus Saug- und Druckleitung abgeführt werden. Um eine Temperaturerhöhung zu vermeiden, genügt eine minimale Öffnung des druckseitigen Ventils, damit etwa 0,5l/min durchfließen können. Da diese Art der Temperaturerhöhung unabhängig von der Lagerung der Pumpe ist, kann eine Beschädigung durch Heißlauf zum Beispiel durch die Installation des elektronischen Prozess-Schutzes RPR-Control 100 vermieden werden.

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