Dipl.-Ing. Sven Borghoff
Die Domäne der Zahnradpumpe war jahrelang die Ölhydraulik. Durch Verbesserung der Werkstofftechnik ist die Förderung von gering oder gar nicht schmierenden und zudem noch aggressiven Flüssigkeiten möglich. Fortschritte in der Entwicklung der Antriebstechnik kommen der Zahnradpumpe auch als Dosierpumpe in der Prozeßtechnik zugute.
Die Wirkungsweise der Zahnradpumpe verdeutlicht Abbildung 1. Eines der Zahnräder wird angetrieben und treibt dann das zweite Zahnrad an. Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit entspricht der Drehrichtung des antreibenden Zahnrades. Beim Auseinanderkämmen der beiden Zahnräder öffnen sich auf jedem Zahnrad Lücken. Es entsteht eine Volumenerweiterung, die einen Unterdruck bzw. Saugeffekt auf die umgebende Flüssigkeit auslöst. Durch Rotation wandern die mit Förderflüssigkeit gefüllten Lücken in das Pumpengehäuse, wo eine Einkammerung stattfindet. Durch die weitere Rotation wird die Flüssigkeit in den Zahnlücken an der Gehäusewand entlang zur Druckseite der Pumpe geschoben. Auf der Druckseite treffen dann die Teilströme aus den beiden Zahnrädern wieder zusammen und werden aus den Lücken herausgepreßt, wodurch der Förderdruck entsteht.
Eine weitere Ursache für den Druckanstieg, besonders bei hohen Drehzahlen, ist die durch die Mitnahme der in die Zahnlücken eingetretene Flüssigkeit entstehende Massebeschleunigung. Dadurch gelangt je nach Druckdifferenz und Viskosität mehr oder weniger Flüssigkeit über die Zahnspitzen und an den Seiten der Zahnräder entlang wieder zurück in den Saugraum der Pumpe. In der Zahnlücke verbleibt auch bei optimierter Zahnform ein Rest Quetschflüssigkeit. Dieser Rückfluß ist als interne Leckage zu bezeichnen und ist für jede Pumpentype an dem Q/H-Diagramm erkennbar (Abb. 2).
Magnetgekuppelte Zahnradpumpen sind innen gelagert. D.h., die Lager und sonstige Reibstellen in der Pumpe müssen durch die Förderflüssigkeit geschmiert oder wenigstens gekühlt werden. Neben der Lagerreibung findet innerhalb einer Zahnradpumpe noch Reibung im Zahneingriff und seitlich zwischen den Zahnrädern und dem Pumpengehäuse statt. Letztere wird durch axiale Kräfte auf die Pumpenwellen verursacht, die durch den Zahneingriff, den Magnetantrieb oder durch Druckunterschiede innerhalb der Pumpe entstehen können.
Durch die Magnetkupplung (s.a. Abb. 1) ist die Zahnradpumpe hermetisch geschlossen, d. h. es treten keine Umweltbelastungen auf. Darüber hinaus ist die Pumpe aufgrund fehlender Gleitringdichtungen und fehlender Ventile sehr wartungsarm und laufruhig. Die Magnetkupplung ermöglicht zudem einen schnellen Wechsel des Pumpenkopfes (in ca. 5 min).
Die hermetische Bauweise der Pumpe ermöglicht den Betrieb im Systemunter- bzw. -überdruck. Außerdem können problemlos hohe Drehzahlen gefahren werden, ohne daß mechanische Dichtungen versagen oder sich durch Reibung überhitzen. Die Magnetkupplung kann so ausgelegt werden, daß eine automatische und gefahrlose Entkupplung bei Blockade der Pumpe oder bei zu hohen Differenzdrücken eintritt.
