Dichtungsvarianten für Schraubenspindelpumpen von Jung Process Systems
Schraubenspindelpumpen sind vielseitig einsetzbar, sowohl für hygienische Anwendungen in der Lebensmittel-, Kosmetik-, Pharma- als auch in der chemischen Industrie gibt es unzählige Anwendungsbereiche. Um auch zuverlässig das gewünschte Fluid fördern zu können, müssen die Wellen der Pumpen entsprechend abgedichtet werden. Das ist zum einen notwendig, um das Fluid in der Pumpe zu halten und eine Leckage in die Umgebung zu verhindern, und zum anderen aber auch, dass keine Fremdkörper oder Verunreinigungen in die Pumpe gelangen können. Gerade im Lebensmittelbereich gelten strenge Regularien und Anforderungen. Jung Process Systems Schraubenspindelpumpen können mit unterschiedlichsten Dichtungsvarianten ausgestattet werden. Das Baukastensystem und der einheitliche Einbauraum ermöglichen auch die nachträgliche Umrüstung des Dichtungssystems, um z.B. auf Produktwechsel oder Prozessänderungen problemlos reagieren zu können.
Einfachwirkende Gleitringdichtung
| ATEX | Ja |
| TA Luft | Nein |
| SIP | Nein |
| Vorlagesystem | Nein |
| Werkstoffpaarung | SIC/SIC |
Die einfachwirkende Gleitringdichtung besteht aus einem rotierenden Gegenring und einem stationären Gleitring, welche jeweils mit Hilfe von Elastomer-Ringen gegenüber der Welle und der Umhausung abgedichtet werden. Die Schmierung der Gleitflächen erfolgt durch das Fördermedium. Sie eignet sich für saubere, nicht zum Verkleben oder Aushärten neigende und für die Umwelt unkritische Medien. Ihre einfache Bauweise macht sie kostengünstig und wartungsarm.
Einfache Gleitringdichtung mit Messerschneide
| ATEX | Ja |
| TA Luft | Nein |
| SIP | Nein |
| Vorlagesystem | Nein |
| Werkstoffpaarung | WC/WC |
Der Unterschied zur regulären, einfachwirkenden Gleitringdichtung besteht darin, dass diese Dichtung für klebrige und/oder aushärtende Medien eingesetzt werden kann. Konstruktiv unterscheidet sich diese Variante dadurch, dass Gleit- und Gegenring aus dem wesentlich weniger spröden und bruchempfindlichen Hartmetall Wolframkarbid (WC) gefertigt sind. Zusätzlich ist der Gegenring mit einer deutlich reduzierten Gleitfläche, der sogenannten Messerschneide, ausgestattet. Das erlaubt selbst den Einsatz bei sehr hochviskosen und/oder zum Verkleben bzw. Aushärten neigenden Fördermedien.
Doppelte, gespülte Gleitringdichtung
| ATEX | Ja |
| TA Luft | Nein |
| SIP | Ja |
| Vorlagesystem | druckloses Vorlagesystem oder Verlustspülung |
| Werkstoffpaarung | SIC/SIC - SIC/C |
Die doppeltwirkende und gespülte Gleitringdichtung besteht genaugenommen aus einer produktseitigen und einer atmosphärseitigen Gleitringdichtung. Der Raum zwischen diesen in back-to-back angeordneten Gleitringdichtungen wird mit einem Vorlagemedium gespült, welches zum einen die Gleitflächen schmiert und für die abfuhr der Reibungswärme sorgt. Dadurch ist es auch möglich, diese Dichtungsvariante für höherviskose Medien einzusetzen, bei denen einfache Gleitringdichtungen sonst versagen würden.
Doppelte, gesperrte Gleitringdichtung
| ATEX | Ja |
| TA Luft | Ja |
| SIP | Ja |
| Vorlagesystem | druckbeaufschlagtes, geschlossenes Sperrsystem |
| Werkstoffpaarung | SIC/SIC - SIC/C |
Bei dieser Variante der doppeltwirkenden Gleitringdichtung wird druckbeaufschlagtes Sperrmedium eingesetzt. In Kombination mit einem geeigneten Sperrsystem gilt diese Wellendichtungsausführung als technisch dicht, so dass sie auch für der Umwelt gegenüber kritische Fördermedien eingesetzt werden kann.
Doppelte, gespülte Gleitringdichtung mit Messerschneide
| ATEX | Ja |
| TA Luft | Nein |
| SIP | Ja |
| Vorlagesystem | Verlustspülung oder druckloses Vorlagensystem |
| Werkstoffpaarung | WC/WC - SIC/C |
Auch die doppeltwirkende Gleitringdichtung kann produktseitig mit einer Messerschneide ausgestattet werden. Dabei kombiniert diese Dichtungsausführung die Vorteile der bruchunempfindlichen, produktseitigen Werkstoffpaarung und der externen Spülung der Gleitflächen und sorgt für eine noch höhere Betriebssicherheit.
Lippendichtung einfachwirkend
| ATEX | Nein |
| TA Luft | Nein |
| SIP | Nein |
| Vorlagesystem | Nein |
| Werkstoffpaarung | Gylon (PTFE) / Schonhülse |
Die Lippendichtung gehört nicht zu der Familie der Gleitringdichtungen. Dennoch wird dieser Dichtungstyp häufig eingesetzt, gerade wenn es um einfachere und weniger kritische Anwendungen geht. Bei der Lippendichtung handelt es sich um einen Radialwellendichtring, bei dem eine elastische, federunterstützte Dichtlippe gegenüber der Welle abdichtet und so das Austreten von Medium aus der Pumpe verhindert. Als Verschleißschutz für den Wellenzapfen wird eine Wellenschonhülse eingesetzt. Im Falle des Einlaufens der stehenden Dichtlippe auf der rotierenden Welle bietet diese Ausführung den Vorteil, dass nur die kostengünstige Wellenschonhülse und nicht die komplette Welle getauscht werden muss.
Wie funktionieren die hygienischen Gleitringdichtungen bei Schraubenspindelpumpen?
Die Hauptkomponenten der einfachen Gleitringdichtung
Zwei hochpräzise geschliffene Flächen aus Werkstoffen wie Siliciumkarbid (SiC) oder Wolframkarbid (WC) dichten rotierende und stationäre Teile ab.
Aufgabe:
Trennung von Produkt und Umgebung durch minimalen Flüssigkeitsfilm
Anforderung:
Höchste Oberflächengüte, perfekte Planparallelität
Das Wirkungsprinzip basiert auf zwei planparallel geschliffene Ringen:
- Rotierenden Gleitring – dieser sitzt auf der Welle
- Stationärem Gegenring – dieser sitzt fest im Gehäuse
Zwischen diesen beiden Gleitflächen bildet sich ein mikroskopisch dünner Flüssigkeitsfilm, der für die Schmierung der Gleitflächen und zugleich auch für die Wärmeabfuhr der Reibungswärme sorgt. So entsteht auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen eine nahezu leckagefreie und zuverlässige Abdichtung.
Für den Einsatz in der Lebensmittel-, Getränke- oder Pharmaindustrie kommt noch erschwerend hinzu, dass die Abdichtung auch höchsten hygienischen Anforderungen genügen muss.
Die bewährte Lösung: Die Gleitringdichtung
Sie sorgt dafür, dass das Produkt nicht über die Welle aus der Pumpe austritt und keine Luft oder Fremdstoffe in die Pumpe gelangen – selbst bei wechselnden Drücken und Temperaturen.
Bei der Hyghspin-Schraubenspindelpumpe sind die Wellendichtungen der beiden Wellen im Hauptproduktstrom angeordnet und werden ständig von frischem Produkt umspült. Anders als bei anderen Pumpentypen ist daher keine dem API Plan 11 entsprechende „Zwangsspülung“ des Dichtungsraums von der Druckseite aus erforderlich.*
Vorteil:
Die Elastomere sind sehr beständig gegenüber Reinigungsprozessen (CIP/SIP), eignen sich für hohe Temperaturen und entsprechen den Hygieneanforderungen.
Dichtungsträger: Semi-Cartridge-Einheit
Die gesamte Dichtung ist oft als Cartridge-Dichtung vormontiert. Der Vorteil dieses Designs ist die einfache Montage / Demontage. Im Gegensatz zu Komponentendichtungen ermöglicht das eine schnelle und einfache Wartung. In der Lebensmittel- und Getränkeproduktion gelten strenge Vorgaben für das hygienische Design, die Reinigbarkeit und die Materialauswahl:
- Anordnung der Wellendichtung im Hauptförderstrom
- Edelstahl und zertifizierte Werkstoffe für alle medienberührten Teile
- Selbstentleerender Pumpenkopf
CIP/SIP-Fähigkeit für eine sichere und rückstandsfreie Reinigung
Optional: Doppeltwirkende-Dichtungen mit Sperrflüssigkeit für höchste Produktsicherheit
* Für die Sekundärdichtungen kommen in hygienischen Anwendungen Formringe aus EU1935/2004 bzw. FDA-konformen Elastomere wie z.B. EPDM, FKM, HNBR oder PTFE zum Einsatz. Diese sorgen für die radiale Abdichtung zwischen den Gleitflächen und dem Wellenzapfen bzw. der Umhausung.
Das definierte Verpressen und Verformen der Formringe bietet bei hygienischen Anwendungen gegenüber O-Ringen den Vorteil, das eine bündig schließende Oberfläche entsteht und sich keine Produktreste in Tot- bzw. Hohlräumen ansammeln kann.
Der Zwischenraum zwischen den beiden Dichtungen wird mit Vorlage- oder Sperrflüssigkeit gespült bzw. gesperrt.
Diese Flüssigkeit hat mehrere Aufgaben:
- Druckaufbau gegenüber dem Produkt, um Leckage nach außen zu verhindern
- Schmierung und Kühlung Gleitflächen
- Abtransport von Verschleißpartikeln
- Optional: Barriere gegenüber Keimen in hygienischen Prozessen
Typische Sperrmedien sind je nach Anwendung z.B. Wasser, Glykol-Wasser-Gemische, Alkohole oder lebensmittelkonforme Öle.
Damit der erforderliche Sperrdruck konstant bleibt, wird die Dichtung an ein Sperrsystem oder Spülsystem angeschlossen.
Dieses System regelt:
- Druck und Temperatur der Sperrflüssigkeit
- Volumenstrom und Nachspeisung
- Überwachung von Leckagen und dem Betriebszustand der Gleitringdichtungen
In hygienischen Anwendungen wird bevorzugt die sogenannte Verlustspülung eingesetzt. Dabei fließt kontinuierlich eine geringe Menge Wasser durch die Spülkammern der Gleitringdichtungen. Da dieser Spülstrom nicht im Kreislauf zirkuliert, sondern abgeführt wird, kann sich selbst bei einer Produktleckage in die Spülkammern kein Produkt im Spülmedium ansammeln. Dadurch kann eine evtl. Kontamination des Fördermediums sicher ausgeschlossen werden.
Die einfachwirkende Gleitringdichtung besteht aus einem rotierenden Gegenring und einem stationären Gleitring, welche jeweils mit Hilfe von Elastomer-Ringen gegenüber der Welle und der Umhausung abgedichtet werden. Die Schmierung der Gleitflächen erfolgt durch das Fördermedium. Sie eignet sich für saubere, nicht zum Verkleben oder Aushärten neigende und für die Umwelt unkritische Medien. Ihre einfache Bauweise macht sie kostengünstig und wartungsarm.
Wie bei der einfachwirkenden Gleitringdichtung sorgen Elastomer-Formringe für die radiale Abdichtung zwischen den Gleit-/Gegenringen und der Welle und der Umhausung. Ein Federpaket gewährleistet den konstanten Anpressdruck zwischen den produkt- und atmosphärseitigen Gleitflächen – unabhängig vom Betriebszustand bzw. dem Druck in der Pumpe.
Doppelte, gesperrte/gespülte Gleitringdichtung
Wenn absolute Produktsicherheit, hohe Betriebssicherheit oder der Umgang mit kritischen Medien gefordert sind, kommt eine doppeltwirkende und gesperrte Gleitringdichtung zum Einsatz. Diese Wellendichtungsausführung gilt als technisch dicht, so dass sie insbesondere für kritische bzw. toxische Anwendungen, bei denen keine Produktleckage in die Umgebung auftreten darf, verwendet wird.
Das Funktionsprinzip – doppelt dicht hält besser
Im Gegensatz zur einfachwirkenden Variante besitzt die doppeltwirkende Gleitringdichtung zwei Dichtsysteme, die hintereinander angeordnet sind:
- eine innere Dichtung trennt das Fördermedium von der Sperr- oder Spülflüssigkeit
- eine äußere Dichtung trennt die Sperr- oder Spülflüssigkeit von der Umgebung.
Zwischen diesen beiden Dichtungen befindet sich eine Sperr- bzw. Spülkammer, die mit einer geeigneten Sperr- oder Spülflüssigkeit gefüllt ist.
Das Ergebnis:
Bei Einsatz eines geeigneten Sperrsystems kann so eine sichere und hermetische Abdichtung des Produktraums von der Umgebung bei gleichzeitig maximaler Betriebssicherheit erzielt werden.
