Flächenförmige Dichtspalte einer Kreiskolbenpumpe
Kreiskolbenpumpen verfügen aufgrund ihrer speziellen Rotorgeometrie über flächenförmige Dichtspalte. Diese begrenzen Rückströmungen des Fördermediums und ermöglichen einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad. Erfahren Sie mehr über den Aufbau, die technischen Eigenschaften und die Unterschiede zwischen linien- und flächenförmiger Dichtspalte.
Dichtspalte von Kreiskolbenpumpen
Das Funktionsprinzip von Kreiskolbenpumpen basiert, ähnlich wie bei Drehkolbenpumpen, auf der Verdrängung des Fördermediums durch rotierende Verdrängerkörper. Dabei entstehen im Pumpeninneren nahezu abgeschlossene Förderkammern, die durch geringe Abstände zwischen den Rotoren, dem Pumpengehäuse und dem Pumpendeckel voneinander abgegrenzt werden.
Diese sogenannten Dichtspalte weisen je nach Bauart der Kreiskolbenpumpe sehr geringe Weiten im Mikrometerbereich auf. Dadurch wird die Rückströmung des Fördermediums von der Druck- zur Saugseite, der sogenannte Schlupf, begrenzt und ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad ermöglicht. Die geringen Spaltweiten erfordern jedoch eine hohe Fertigungspräzision und geeignete Werkstoffpaarungen, um einen Kontakt der Bauteile und damit verbundene Kaltverschweißungen zu vermeiden.
Kreisbogenförmige Rotoren ermöglichen flächige Dichtspalte
Die Besonderheit von Kreiskolbenpumpen liegt in der speziellen Geometrie ihrer Rotoren. Ihre kreisbogenförmigen Konturen sind präzise auf die Geometrie des Pumpengehäuses und des Pumpendeckels abgestimmt. Die Rotoren ermöglichen radial flächenförmige Dichtspalte zum Pumpendeckel und zur Gehäuserückwand sowie axial flächenförmige Dichtspalte entlang der Gehäuseinnenwand und zwischen den beiden Rotoren.
Darstellung der axialen und radialen Dichtspalte einer Kreiskolbenpumpe. Alle flächenförmigen Dichtbereiche sind rot markiert.
Durch die flächigen Dichtspalte entstehen breite Abdichtungsbereiche zwischen den einzelnen Pumpenkomponenten. Dadurch steht eine längere Dichtstrecke zur Verfügung, die den Rückstrom des Fördermediums insbesondere bei höheren Differenzdrücken deutlich begrenzen. In Kombination mit den geringen Spaltweiten trägt diese Geometrie zu einem hohen volumetrischen Wirkungsgrad bei und stellt ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal gegenüber Drehkolbenpumpen dar.
Vergleich: Linien- und flächenförmiger Dichtspalt
Ein linienförmiger Dichtspalt beschränkt den Abdichtungsbereich auf einen schmalen Abschnitt zwischen zwei Pumpenkomponenten. Er entsteht beispielsweise durch abgerundete Spitzen der Verdrängerkörper, deren Geometrie nicht über eine größere Fläche aufeinander beziehungsweise auf die Gehäusekontur abgestimmt ist.
Aufgrund des schmalen Abdichtungsbereichs ist die Dichtstrecke kürzer. Bei steigenden Differenzdrücken kann das Fördermedium den Dichtspalt leichter überwinden und von der Druck- zur Saugseite zurückströmen. Dadurch nimmt der Schlupf zu und der volumetrische Wirkungsgrad kann sinken. Bei herkömmlichen Drehkolbenpumpen sind die Dichtspalte zwischen den Rotoren sowie zwischen den Rotoren und der Gehäuseinnenwand üblicherweise linienförmig ausgeführt.
Die rot hervorgehobenen Bereiche zeigen die Dichtspalte von Drehkolbenpumpen (links) und Kreiskolbenpumpen (rechts) im Vergleich.
Einige Hersteller bieten Drehkolbenpumpen mit kreisbogenförmigen Rotorprofilen an. Diese ermöglichen zwar einen flächenförmigen Dichtspalt zwischen Rotoren und Gehäuseinnenwand, zwischen den beiden Rotoren bleibt der Dichtspalt aufgrund der fehlenden Nabe am Gehäuse oder Deckel jedoch linienförmig.
Drehkolbenpumpen erreichen trotz kreisbogenförmiger Rotoren im mittleren Bereich nur einen linienförmigen Dichtspalt.
Technischen Eigenschaften und Unterschiede der Dichtspalte:
| Merkmal | Linienförmiger Dichtspalt | Flächenförmiger Dichtspalt |
| Dichtbereich | Schmaler, linienartiger Abdichtungsbereich zwischen den Rotoren und gegebenenfalls zwischen Rotoren und Gehäuseinnenwand. | Breiter Abdichtungsbereich zwischen den Pumpenkomponenten mit einer längeren Dichtstrecke. |
| Spaltweite | Je nach Bauart geringe Spaltweiten im Hundertstelmillimeterbereich, beispielsweise bis zu 40 µm wie bei einer APV DW+ Drehkolbenpumpe. | Sehr geringe Spaltweiten im Mikrometerbereich, beispielsweise bis zu 1,5 µm wie bei einer Waukesha U2 Kreiskolbenpumpe. |
| Rückströmung | Rückströmungen können insbesondere bei steigenden Differenzdrücken zunehmen. | Die längere Dichtstrecke und die geringe Spaltweite begrenzen Rückströmungen. |
| Volumetrischer Wirkungsgrad | Kann insbesondere bei höheren Differenzdrücken durch zunehmenden Schlupf sinken. | Ermöglicht durch die Begrenzung des Schlupfs einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad, auch in anspruchsvollen Prozessen. |
