Reversieren einer Zahnradpumpe

Was spricht dafür, eine Pumpe in beiden Dreh- und Flussrichtungen zu betreiben?

Dies ist gängige Praxis für Pumpen, die Flüssigkeiten in bzw. aus Tankwagen oder Tankwaggons pumpen. Sobald der Vorgang abgeschlossen ist, werden die Pumpen kurz in den Reversierbetrieb versetzt, um die Leitungen im Strip-Clean-Verfahren zu reinigen. Es gibt zahlreiche weitere Gründe, die einen bidirektionalen Pumpenbetrieb wünschenswert machen können.

Viele der Prozesspumpen, mit denen wir täglich arbeiten, weisen jedoch eine kritische Einschränkung auf

Viele der Prozesspumpen, mit denen wir täglich arbeiten, weisen jedoch eine kritische Einschränkung auf: Sie können nur in eine Richtung Durchfluss erzeugen − sie sind nicht reversierbar. Bei Kreiselpumpen, Kolbenpumpen, inklusive Dosierpumpen und druckluftbetätigte Doppelmembranpumpen (AODD), bei Flügelzellenpumpen sowie bei verschiedenen anderen Typen kann nicht einfach die Flussrichtung umgekehrt werden, indem die Motordrehrichtung geändert wird.

Nehmen wir als Beispiel die am weitesten verbreiteten Prozesspumpen: die Kreiselpumpen. Bei diesen Pumpen sind deutlich sichtbar Drehrichtungspfeile auf das Gehäuse gegossen oder auf dem Typenschild angegeben, um eindeutig darauf hinzuweisen, dass diese Pumpen für den Betrieb in nur einer Dreh- und Flussrichtung ausgelegt sind. Was würde beim Betrieb einer Kreiselpumpe in umgekehrter Drehrichtung geschehen? Je nach Typ und Design der Pumpe drohen mehrere potenzielle Konsequenzen: reduzierter Durchfluss und Druck, Geräuschentwicklung, Dichtungsausfall und Lagerausfall; außerdem kann sich das Laufrad, sofern es über ein Gewinde verfügt, von der Welle lösen und die Pumpe beschädigen.

Kolbenpumpen sind auf der Saug- und Druckseite der Flüssigkeitskammer mit Rückschlagventilen ausgestattet, um sicherzustellen, dass der Fluss nur in eine Richtung möglich ist. Flügelzellenpumpen verfügen in der Regel über geschlitzte Flügel, die zur Druckseite der Pumpe hin ausgerichtet sind, damit Flüssigkeit hinter den Flügeln die Ausdehnung unterstützen kann. In manchen Fällen ist eine Umkehr der Flussrichtung möglich, doch dazu muss die Pumpe geöffnet und die Ausrichtung jedes einzelnen Flügels sowie etwaiger integrierter Druckbegrenzungsventile geändert werden. Schraubenspindelpumpen, einschließlich Exzenterschneckenpumpen, dreispindlige Pumpen und getaktete zweispindlige Pumpen, können häufig auf Reversierbetrieb umgestellt werden. Infolgedessen ist jedoch die normalerweise auf der Niederdruck-Saugseite installierte Pumpe dem vollen Förderdruck ausgesetzt, was schnell zu einem Ausfall der Dichtung führen kann.

Innenzahnrad-, Außenzahnrad-, Drehkolben- und Kreiskolbenpumpen von Viking sind, von einigen wenigen Ausnahmen abgesehen, generell für den Betrieb in beide Drehrichtungen geeignet. Im Falle einer Umstellung auf den Betrieb in zwei Drehrichtungen und zwei Flussrichtungen bleibt die Kapazität der Pumpe in beide Richtungen konstant, was diese Funktion zu einem nützlichen und einzigartigen Leistungsmerkmal des Pumpprinzips dieser Verdrängerpumpen macht.

Häufige Gründe für die Umkehr der Drehrichtung einer Pumpe

Während Außenzahnrad-, Drehkolben- und Kreiskolbenpumpen in der Regel mit 180-Grad-Anschlüssen ausgestattet sind, verfügen Innenzahnradpumpen häufig über 90-Grad-Anschlüsse. Diese sind oft der Grund für einen Drehrichtungswechsel zur Einpassung des Systems. Wenn sich der Versorgungstank auf der rechten Seite befindet, ist ein Einlassanschluss auf der linken Seite nicht gerade ideal. Zwar kann die Pumpe mittels „kreativer“ Verrohrung entsprechend eingepasst werden, doch wenn Sie durch Änderung der Drehrichtung die Ein- und Auslassanschlüsse der Pumpe vertauschen, erhöht dies die Sauberkeit des Systems und vermeidet zusätzliche Leitungslängen und Begrenzungen der Saugleitung. Sie können die Pumpe mit der gewünschten Drehrichtung bestellen und fertigen lassen, doch vielleicht stammt die verwendete Pumpe auch aus Ihren eigenen Beständen oder aus einem anderen Bereich Ihres Werks. Drehrichtungswechsel erfolgen also aus den verschiedensten Gründen.

Wichtig ist, dass Sie wissen, welches Einsatzszenario am besten für Ihre Pumpe geeignet ist: 

• Eine Dreh- und Flussrichtung
• Zwei Dreh- und Flussrichtungen (von denen eine die Hauptrichtung ist)
• Zwei Dreh- und Flussrichtungen (etwa gleiche Betriebszeit für beide Richtungen)
• Checkliste für Drehrichtungswechsel

Vor Änderung der Drehrichtung einer Innenzahnradpumpe sind 5 wichtige Punkte zu überprüfen:

1. Kann die Pumpe reversiert werden?

Es gibt einige Sonderfälle…Designs von Zahnradpumpen, die nicht reversierbar sind. Bevor wir uns zu intensiv damit beschäftigen, sollte am besten zunächst sichergestellt werden, ob Ihre Pumpe eindeutige „Ausschlusskriterien“ aufweist, die darauf hindeuten, dass die Pumpe zu dieser Gruppe von „direktionalen“ Pumpen gehört.

 Das erste Ausschlusskriterium wäre ein Drehrichtungspfeil auf dem Gussgehäuse oder auf dem Typenschild der Pumpe. Typische Beispiele für Viking-Pumpen sind Mag Drive-Pumpen aus der 895 Series™ (Drehrichtungspfeil auf dem Typenschild) oder die Motordrehzahl-Pumpen mit einer Größe von 4 Zoll und mehr aus der 4195 Series™ (aufgegossener Drehrichtungspfeil am Kopf der Pumpe). Einige Außenzahnradpumpen von Viking können auch mit Drehrichtungspfeilen versehen sein. In allen Fällen verfügen diese Pumpen über Konstruktionsmerkmale, die sie zu Rotationspumpen machen, was bedeutet, dass von einem Reversierbetrieb abgeraten wird.

Das zweite Ausschlusskriterium wären Unterschiede in den Anschlussgrößen. Viking-Pumpen weisen in der Regel identische Anschlussgrößen auf, sodass Ein- und Auslass vertauscht werden können. Einige Pumpen jedoch sind mit einem jeweils fest zugewiesenen Ein- und Auslassanschluss ausgestattet. In diesen Fällen ist der Einlass grundsätzlich größer als der Auslass, und zwar aus demselben Grund wie bei Kreiselpumpen (um das Medium besser in die Pumpe leiten zu können und jegliche Verwechslung von Ein- und Auslassanschluss zu vermeiden).

 Wenn keines dieser Ausschlusskriterien auf Ihre Zahnradpumpe zutrifft, dann können Sie vermutlich mit Frage 2 fortfahren.

2. Ist die Pumpe mit einem Druckbegrenzungsventil ausgestattet?

Die für Drehkolben- und Kreiskolbenpumpen von Viking verwendeten Druckbegrenzungsventile sind bidirektionale Ventile oder Zwei-Wege-Ventile, d. h. sie sorgen für eine Begrenzung des Drucks unabhängig von der Drehrichtung der Pumpenwelle und der Flussrichtung des Mediums. Die in Innenzahnrad-, Außenzahnrad- und Flügelzellenpumpen von Viking verbauten Druckbegrenzungsventile hingegen, ob intern oder im Rücklauf zum Tank, sind „direktionale“ Ventile oder Ein-Wege-Ventile. Sie bieten in nur einer Dreh- und Flussrichtung Schutz vor Überdruck. Die meisten sind dennoch reversierbar, indem das Ventil aus der Pumpe ausgebaut, die Ausrichtung um 180 Grad geändert und das Ventil wieder installiert wird. Die Änderung der Ventilausrichtung ist die am häufigsten erforderliche Modifizierung, wenn es darum geht, die Flussrichtung einer Zahnradpumpe zu ändern.

 Dabei sind zwei wichtige Punkte zu beachten:

 Erstens gibt es einige Viking-Modelle, bei denen das Druckbegrenzungsventil keine separate Komponente darstellt, sondern in das Gehäuse der Pumpe selbst integriert ist. Ein typisches Beispiel hierfür sind die kleinsten Baugrößen der 432 Series™ und die kleineren Außenzahnrad-Serien, bei denen das Ventil in das Gehäuse eingebaut ist. Bei diesen Modellen kann die Richtung des Überdruckschutzes nicht umgekehrt werden.

Zweitens kann dies beim Betrieb einer Pumpe in beide Drehrichtungen bedeuten, dass auf einer der beiden Seiten der Pumpe durch Überdruck bedingte Probleme auftreten. Bei einem Betrieb in beide Richtungen müssen beide Seiten der Pumpe vor Überdruck geschützt sein. Ein internes Viking-Druckbegrenzungsventil, das nur in eine Flussrichtung funktioniert, kann nicht als einziges Mittel zum Überdruckschutz verwendet werden. Stattdessen muss für die umgekehrte Richtung ein externes Druckbegrenzungsventil zu dem System hinzugefügt werden.

3. Ist die Pumpe mit einem Dichtungsplan für Zirkulation ausgestattet?

Viele Pumpen sind entweder mit einem internen oder mit einem externen Dichtungsplan für Zirkulation ausgestattet. Diese Pläne beinhalten interne Öffnungen oder externe Leitungen, die das gepumpte Medium durch die Dichtungskammer leiten, um die Schmierung zu unterstützen und letztlich die Lebensdauer der Dichtung und der Pumpenteile zu verlängern. Typische Beispiele sind ein API-Plan 11 (oder Spülleitung) oder ein API-Plan 13 (oder Rücksaugleitung). Für diese Dichtungspläne für Zirkulation wird eine Leitung zwischen der Dichtung (oder Stopfbuchspackung) und dem Druck- bzw. Sauganschluss installiert.

 Durch die Umkehr von Dreh- und Flussrichtung der Pumpe wird auch der Fluss durch den Dichtungsplan umgekehrt, d. h. ein Plan 11 wird zu einem Plan 13 (oder umgekehrt). Für einige Anwendungen ist jeder der beiden API-Pläne akzeptabel, sodass keine Modifizierungen erforderlich sind. Für andere Anwendungen muss der jeweils geeignete Dichtungsplan für Zirkulation verwendet werden; hierzu muss die Leitung entfernt und entsprechend neu platziert werden.

 Bei einigen wenigen Modellen ist der Dichtungsplan für Zirkulation im Inneren der Pumpe installiert und möglicherweise nicht ohne Weiteres modifizierbar. Ein typisches Beispiel hierfür ist die 75 Series™, bei der eine Öffnung im Sauganschluss für frisches Medium und niedrigen Druck an der Dichtung sorgt. Bei diesen Pumpen ist die Öffnung auf der Druckseite mit einem Stopfen verschlossen. Bei einer Umkehr der Drehrichtung müsste dieser Stopfen auf der anderen Seite des Gehäuses platziert werden.

4. Verfügt die Pumpe über interne Schmierpfade?

Einige Pumpenmodelle mit Innen- und Außenzahnrad verfügen über zusätzliche Pfade für die interne Schmierung von Buchsen oder zur Verbesserung des Flusses hinter dem Rotor. Ein typisches Ausstattungsmerkmal ist der druckgeschmierte Losradbolzen. Eine Öffnung in dem Bolzen erlaubt, dass das Medium auf der Druckseite in die Pumpe gelangt und unterhalb der Buchse ausströmt. Dies sorgt jederzeit für eine ausreichende Schmierung von Buchse und Bolzen und verlängert somit deren Lebensdauer. Bei einer Drehrichtungsumkehr der Pumpe kehrt sich auch dieser interne Schmierpfad um. Zwar erfolgt weiterhin eine Schmierung, doch die Effektivität verringert sich ein wenig. Eine nicht geschlossene Öffnung auf der Druckseite zur Druckschmierung des Losradbolzens ist vorzuziehen. Dies wird häufig durch Änderung der Position eines Leitungsstopfens erreicht (einige Modelle und Baugrößen hingegen sind mit Rückschlagventilen ausgestattet, die keine Modifizierung zur Richtungsumkehr erfordern).

Eine weitere, wenn auch weniger verbreitete Option für interne Schmierung ist eine Gehäusenut. Gehäusenuten werden verwendet, um den Fluss hinter dem Rotor für Medien zu verbessern, die sich an der Rückseite des Gehäuses ansammeln oder absetzen können. Gehäuse mit zwei Nuten sind für den Betrieb in beide Richtungen geeignet. Gehäuse mit einer Nut sind direktional und sollten vor einer Umkehr der Hauptdrehrichtung der Pumpe ausgetauscht werden. In einigen Fällen kann eine Pumpe für den Betrieb entweder mit einer Spülnut (Druckseite) oder mit einer Saugnut (Einlassseite) geeignet sein. Vor einer solchen Änderung müssen Sie jedoch stets mit ihrem autorisierten Viking Pump-Fachhändler Rücksprache halten.

5. Verfügt das System über einen adäquaten NPSHa-Wert beim Betrieb in beide Richtungen?

Der regelmäßige Betrieb einer Pumpe in beide Richtungen ist zwar keine gängige Praxis, doch viele Kunden von Viking Pump nutzen diese Möglichkeit. Ein Beispiel ist die Rückführung nicht verwendeten Materials aus einem Tagestank zum Tanklager nach Abschluss eines Produktionslaufs, und zwar unter Verwendung derselben Pumpe. Die Pumpe ist vermutlich in der Nähe des Quelltanks am vorgeschalteten Tanklager und nicht in der Nähe des nachgeschalteten Tagestanks installiert. Durch die Richtungsumkehr verwandelt sich die 50 Meter-Druckleitung jedoch in eine 50-Meter-Saugleitung, wodurch ohne eine erhebliche Reduzierung der Pumpendrehzahl vermutlich kein ausreichend hoher NPSHa-Wert erzeugt wird, um Kavitation vorzubeugen. Wir empfehlen, den NPSHa-Wert in beide Richtungen zu berechnen, um festzustellen, ob die Platzierung der Pumpe an einem Punkt in der Mitte eine Lösung bieten könnte.

Bereit für einen Richtungswechsel

Bei fachgerechter Montage können die meisten Viking-Pumpen in einer beliebigen oder in beiden Drehrichtungen betrieben werden! Nachdem Sie die obige Liste abgearbeitet und die vorgeschlagenen Änderungen vorgenommen haben, sind Sie für einen Richtungswechsel bereit.