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Die 9 häufigsten Ausfälle von Zahnradpumpen
Tipps und tricks

Die 9 häufigsten Ausfälle von Zahnradpumpen

  • Katarina Knafelj Jakovac

    27. Januar 2024

Zahnradpumpen dienen dem Umpumpen von Arbeitsmedien hoher Viskosität wie Wasseremulsionen, synthetischen Fluiden, verschiedenen Arten von Ölen und Ähnlichem.

Zahnradpumpen werden häufig als Hauptpumpen für die Schmierung von Kolbenkompressoren, Getrieben, Multiplikatoren oder älteren Schiffsdieselmotoren eingesetzt.

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Bild: Zahnradpumpe (Quelle)

Sie werden auch oft in hydraulischen Antriebssystemen als hydraulische Pumpen oder Volumenpumpen eingesetzt, die das Arbeitsmedium durch Volumenverkleinerung der Kammern in der Pumpe fördern und dabei Druck und Durchfluss bei relativ niedrigem Durchfluss und relativ hohen Förderhöhen erhöhen.

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(Quelle)

Ein Hochdruckkolbenkompressor verfügt über eine Zahnradpumpe, die direkt mit der Kurbelwelle verbunden ist, deren Bewegungsdynamik ihren Betrieb steuert.

Eine andere Variante ist eine Zahnradpumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird, wenn die Zahnradpumpe eine Hilfspumpe in einem System zur erzwungenen Schmierung ist.

In der folgenden Skizze ist das erzwungene Schmiersystem dargestellt, bei dem die Zahnradpumpe an Position 1) von der Kurbelwelle des Kompressors angetrieben wird.

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Bild: Schema der erzwungenen Schmierung des Kompressors (Quelle)

Andere Komponenten im Schmiersystem sind 2) Druckregelventil, 3) Filter, 4) Ölkühler, 5) Temperaturanzeige, 6) Druckanzeige, 7) Niederdruckalarm und Abschaltschalter, 8) Einschaltknopf für die Hilfspumpe, 9) Optionaler Einschaltknopf für die Hauptpumpe, 10) Rohrleitung für Ölzufuhr und -rücklauf, 11) Öltank oder Tagesbehälter, 12) Hilfspumpe, 13) Rückschlagventil, 14) Ölstandsanzeige, 15) Sicherheitsventil, 16) Vorpumpenpumpe.

Die Norm API 676 definiert die Konstruktionsmerkmale von Zahnradpumpen und die Kriterien, die sie erfüllen müssen, wie z.B. eine Korrosionsschutzzusatzschicht von 3 mm an Stellen, an denen während des Betriebs der maximale zulässige Betriebsdruck auftritt.

In der Standardausführung bestehen die Teile des Pumpengehäuses aus Gusseisen. Das Gehäuse und die Schweißverbindungen müssen nach der Fertigung zerstörungsfrei geprüft werden, daher wird häufig eine Prüfung mit magnetischen Partikeln verwendet.

Die Zahnradpumpe fördert das Arbeitsmedium mithilfe der Arbeitskomponenten - der Antriebs- und Angetriebenzahnräder, die auf der Abbildung zu sehen sind.

Die Zahnräder bestehen aus gehärtetem Hochleistungsstahl, die auf der Welle mit Gleitbuchsen montiert sind.

Die Zahnräder können eine Außen- oder Innenverzahnung haben, abhängig von der Konstruktion. Die Lücke zwischen der Innenseite des Gehäuses und der Zahnspitze ist ausreichend, damit sich die Zahnräder im Gehäuse ungehindert drehen können und ein Strömungseintritt des Arbeitsmediums zwischen Gehäuse und Verzahnung verhindert wird.

Die besondere Geometrie der Zahnräder führt zu außergewöhnlich niedrigen Geräuschpegeln und niedrigem Druckpulsieren während des Pumpenbetriebs.

Die Abdichtung muss der Norm API 682 entsprechen, daher wird in vielen Varianten von Zahnradpumpen der Ausgang der Antriebswelle mit einer Dichtungsgeflechtschnur abgedichtet.

Die Drehrichtung der Welle bestimmt, welcher Einlass in die Pumpe der Saug- und welcher der Druckeinlass sein wird.

Der Eingang mit Flansch, wo die Zahnräder aus dem Eingriff austreten, ist der Sauganschluss.

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Bild: Teile der Zahnraddrehpumpe (Quelle)

Teile der Zahnraddrehpumpe sind: 1. Gehäuse der Dichtgeflechts, 2. Dichtgeflecht, 3. Vorderdeckel, 4. Hülsen, 5. Antriebs- und Getrieberad, 6. Keile, 7. Antriebswelle, 8. Federlager, 9. Dichtung, 10. Flansch, 11. Unterlegscheibe, 12. Spannmutter, 13. Einstellschraube, 14. Feder, 15. Überdruckventil, 16. Gehäuse, 17. Flansch, 18. Hülsen, 19. Hinterdeckel, 20. Gehäusedichtungen, 21. Getriebewelle

Die Schrauben zur Verbindung von Gehäuse und Abdeckungen müssen hoher Festigkeit sein. Die gebohrten Löcher mit Gewinde müssen einen minimalen Durchmesser von 1,5 mal dem Durchmesser der Buchse haben. Die Montagefüße der Pumpe müssen maschinell bearbeitet sein, mit einer Planheitstoleranz von 25 µm. Die obere Fläche ist parallel zum Boden maschinell bearbeitet, und dort, wo die Pumpe gemeinsame Tragefüße und Gehäusefüße hat, sind die Füße maschinell bearbeitet, gerade und parallel, in der gleichen Ebene innerhalb von 150 µm/m Abstand zwischen den Montageflächen nach dem Zusammenbau der Pumpe.

Zahnradpumpen sind größtenteils zuverlässig und fallen selten aus. Bei einem Ausfall ist es wichtig, die grundlegenden Ursachen zu kennen, warum der Ausfall auftritt, und wie er behoben werden kann.

1. Die Pumpe hat überhaupt keinen Fluss. Die Ursachen für diesen Fehler sind ein Mangel an Arbeitsmedium, die falsche Drehrichtung des Elektromotors oder ein defekter Elektromotor, der die Pumpe überhaupt nicht starten kann, zu große Förderhöhe und falsch verbundene Saug- und Druckleitungen.

Beseitigung: Überprüfen Sie die Offenheit des Saugventils, öffnen Sie es vollständig, überprüfen Sie, ob das System vollständig mit Arbeitsmedium gefüllt ist, und stellen Sie sicher, dass die Pumpe vollständig eingetaucht ist.

Überprüfen Sie, ob der Elektromotor angeschlossen ist und sich in der richtigen Richtung dreht (normalerweise zeigt der Pfeil auf dem Gehäuse die Drehrichtung an).

Überprüfen Sie, ob die Förderhöhe den technischen Daten im Benutzerhandbuch des Maschinenherstellers entspricht, und ob die Saug- und Druckleitungen korrekt verbunden sind, insbesondere, weil die Rohre oft kleinen Durchmesser haben.

2. Die Pumpe liefert nicht genügend Arbeitsmedium. Der Fehler betrifft Fälle, in denen die Pumpe läuft, jedoch bestimmte Ursachen wie Luftblasen im Gehäuse, zu niedrige Drehzahl, falsch ausgewähltes oder teilweise geschlossenes Druckventil, mechanische Schäden an den Zahnrädern oder Leckage durch beschädigte Sicherheitsventile verhindern eine 100%ige Lieferung.

Die Fehlerbehebung beginnt damit, die Pumpe gründlich zu entlüften, die Drehzahl des Elektromotors zu überprüfen, den Zustand des Druckventils zu überprüfen, das Druckventil vollständig zu öffnen oder eine Kombination all dessen.

Wenn nach diesen Maßnahmen immer noch zu wenig Lieferung erfolgt, muss die Pumpe gestoppt, zerlegt und das Zahnradpaar überprüft werden (möglicherweise ist das Zahnprofil beschädigt), und der Spielraum zwischen den Zahnrädern und dem Gehäuse muss überprüft werden.

Manchmal muss auch das Sicherheitsventil gewartet werden.

3. Die Pumpe läuft kurzzeitig und verliert dann auf der Saugseite. Eine mögliche Ursache ist eine beschädigte Saugleitung, zu große Förderhöhe, zu viele Luftblasen im Arbeitsmedium oder das Arbeitsmedium ist überhitzt, sodass es zu einer gasförmigen Phase in der flüssigen Phase kommt.

Diese Fehler werden behoben, indem die Saugleitung gründlich auf Risse überprüft wird und alle Flanschverbindungen in gutem Zustand sind und ob ihre Schrauben mit dem richtigen Moment angezogen sind.

Außerdem sollte die Temperatur des Arbeitsmediums überprüft werden, und eine Überhitzung sollte vermieden werden, indem die Pumpe gründlich entlüftet wird.

4. Die Pumpe benötigt zu viel Leistung. Der erhöhte Energiebedarf des Antriebs wird auch durch eine erhöhte Stromstärke manifestiert.

Die potenzielle Ursache kann eine zu hohe Drehzahl des Elektromotors, eine erhöhte Viskosität des Arbeitsmediums, eine teilweise Verstopfung der Saugleitung, mechanische Schäden wie verbogene Wellen des Antriebs oder des angetriebenen Zahnrads und eine Unzentriertheit der Baugruppe aufgrund unzureichend angezogener Rohre, die die Pumpe ziehen, sein.

Die Fehlerbehebung umfasst die anfängliche Überprüfung der Drehzahl (der Elektromotor wird abgekoppelt und die Leerlaufdrehzahl wird überprüft) und die Überprüfung der Viskosität und chemischen Zusammensetzung des Arbeitsmediums durch Laboranalyse.

Die Saugleitung wird abgekoppelt und gespült, um die Durchgängigkeit zu überprüfen, die Druckleitung wird abgekoppelt und überprüft, ob sie die Pumpe belastet.

Wenn diese Schritte nicht helfen, sollte die Pumpe zerlegt und das Zahnradpaar auf Beschädigungen der Metalloberflächen, die Geometrie des Eingriffs und des Eingriffs der Zähne überprüft werden.

Abschließend sollte die Baugruppe erneut zentriert werden, wenn es sich um eine Nebenpumpe handelt.

5. Die Pumpe erzeugt während des Betriebs zu viel Lärm. Normalerweise achten wir nicht auf den Geräuschpegel, wenn wir uns in einer Anlage aufhalten und von Maschinen umgeben sind, von denen jede eine bestimmte Lärmpegel im Betrieb erzeugt.

Wenn Sie jedoch neben der Pumpe stehen und genau hinhören, werden Sie leicht eine unregelmäßige oder erhöhte Lautstärke durch den Klang bemerken, den die Pumpe erzeugt, manchmal sagen wir, dass sie heult oder summt.

Die Ursachen für dieses Verhalten sind eine zu hohe Drehzahl, ein kleinerer Durchmesser der Saugleitung als erforderlich, sodass das Arbeitsmedium höherer Viskosität den Raum im Eingriff der beiden Zahnräder nicht vollständig ausfüllen kann, Saug- und Druckleitungen nicht unterstützt sind, daher vibrieren sie verstärkt während des Betriebs der Pumpe, und abgenutzte Teile der Pumpe.

Um diese Fehler zu beheben, sollte die Drehzahl überprüft werden, der Durchmesser der Saugleitung sollte gemäß den technischen Unterlagen und dem Benutzerhandbuch überprüft werden, die Viskosität des Arbeitsmediums sollte überprüft werden.

Es ist unbedingt erforderlich, die Saug- und Druckleitungen mit zusätzlichen Gummiklemmen zu befestigen, um die Vibrationen zu dämpfen.

Wenn nichts davon hilft, sollte die Pumpe zerlegt werden, um den Zustand der Teile zu überprüfen und diese bei Bedarf zu ersetzen.

6. Die Pumpe leckt zu viel an der Dichtung. Die offensichtliche Ursache ist eine beschädigte Dichtung, ein Geflecht.

Zu Leckagen kann es auch kommen, wenn das Dichtgeflecht aus ungeeignetem, zu weichem Material besteht, wenn die Welle gebogen oder beschädigt ist und wenn das Gehäuse des Dichtgeflechts nicht ordnungsgemäß befestigt ist.

Der erste Schritt zur Beseitigung dieser Fehler ist der Austausch des Dichtgeflechts, wobei alle Ringe des Dichtungspakets ausgetauscht werden und alle Schrauben des Gehäuses angezogen werden.

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Bild: Dichtgeflecht in Blau markiert (Quelle)

Wenn das Leck weiterhin besteht, sollte die Pumpe zerlegt und der Zustand der Welle und des Dichtgeflechts überprüft werden, und bei Bedarf sollten beschädigte Teile ersetzt werden.

1. Die Teile der Pumpe verschleißen übermäßig. Übermäßiger Verschleiß tritt auf, wenn das Arbeitsmedium mit abrasiven Partikeln verunreinigt ist, die Pumpe mit zu hoher Geschwindigkeit läuft oder die Einheit unzentriert ist.

Die zweite Ursache kann auch eine zu hohe axiale oder radiale Belastung des Zahnradpaares sein, wenn die Pumpe trocken läuft, ohne dass Arbeitsmedium vorhanden ist, oder das Medium nicht die richtige Viskosität hat.

Die aufgelisteten Fehler werden behoben durch regelmäßige Laboruntersuchungen des Arbeitsmediums und durch die Verwendung der Pumpe ausschließlich für das vorgesehene Arbeitsmedium, Überprüfung der Drehzahl gemäß Punkt 4 und Zentrieren der Einheit.

Vor dem Starten muss die Pumpe unbedingt vollständig mit Arbeitsmedium gefüllt sein.

2. Der Elektromotor überhitzt sich. Wenn der Antrieb bei erhöhter Temperatur arbeitet, ist die Ursache oft eine unangemessene Spannung des Stroms, das Pumpen bei erhöhter Temperatur, die Bedeckung mit Staub, unangemessene verbundene Phasen und mangelnde natürliche Belüftung.

Die Fehlerbehebung des Elektromotors ist im separaten Artikel ausführlich beschrieben, und vorerst sollten der Antrieb regelmäßig gewartet und sichergestellt werden, dass er angemessene Belüftung hat und alle Fehler im Betrieb der Pumpe beseitigt wurden.

3. Die Pumpe überhitzt sich. Die Ursache für Überhitzung kann ein wiederholter Umlauf einer kleinen Menge Arbeitsmedium innerhalb des Pumpengehäuses sein, insbesondere wenn das Zahnradpaar im Eingriff beschädigt ist, das Gehäuse der Dichtungspumpe zu fest angezogen ist, sodass es die Welle zusammendrückt, die Pumpe ohne Arbeitsmedium (trocken) läuft oder die Einheit unzentriert ist.

Die Fehler werden beseitigt durch erneutes Zentrieren der Einheit, obligatorisches Starten der Pumpe nur, wenn sie vollständig mit Arbeitsmedium gefüllt ist, Überprüfung des Zustands der Dichtungspumpe und geeignete Befestigung des Gehäuses der Dichtungspumpe.

Eine einfache und übersichtliche Möglichkeit der Fehlererfassung, Reparatur und Wartung von Zahnradpumpen ist die Verwendung von Vermögensverwaltungssoftware.

Auf dem Bildschirmfoto ist eine solche Software dargestellt, bei der für die Zahnradpumpe technische Dokumentation, Ersatzteile, alle Kosten, Arbeitsaufträge und andere für die Wartung erforderlichen Ressourcen sowie alle Berichte erfasst werden.

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Bild: Erfassung von Informationen über die Zahnradpumpe in Asset Management Software (Quelle: Screenshot des Vermögensprofils in der Metrikon-Anwendung)

Die Vermögensverwaltungssoftware ermöglicht einen strukturierten Wartungsprozess und die Überwachung des Zustands der Zahnradpumpe. Daten werden an einem Ort in Echtzeit geführt und stehen allen am Wartungsprozess beteiligten Mitarbeitern zur Verfügung, wobei sie die Geschäftsprozesse des Unternehmens widerspiegeln. Der Anlageneigentümer hat Einblick in die Kosten für Ersatzteile, Arbeiten und Zuverlässigkeit der Zahnradpumpe während des gesamten Lebenszyklus der Maschine. Daten zu Fehlern und den Kosten für deren Behebung, die durch Arbeitsaufträge erfasst wurden, sind ein Schlüsselelement der Software zur Vermögensverwaltung.

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Bild: Ansicht eines Arbeitsauftrags in Metrikon

Die Aufzeichnung von Fehlern der Zahnradpumpe ermöglicht auch Daten für eine detaillierte Analyse und Untersuchung der Fehlerursachen sowie zukünftige Maßnahmen, um das Auftreten von Fehlern zu verhindern und vollständig zu beseitigen.

Die Asset-Management-Software bietet dem Gerätebenutzer eine umfassende Analyse der Wartungsprozesse und wertvolle Ausgangsdaten für die zukünftige Geschäftsentscheidungen, wie zum Beispiel die Investition in eine neue Zahnradpumpe, wenn sich zeigt, dass die vorhandene nicht mehr wirtschaftlich für Reparaturen ist.

Katarina Knafelj Jakovac
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27. Januar 2024

Katarina Knafelj Jakovac ist eine Maschinenbauingenieurin mit langjähriger Berufserfahrung in der Erdölindustrie. Sie ist zertifizierte Führungskraft für die Zuverlässigkeit von Ausrüstungen, spezialisiert auf maschinelle Ausrüstung und operative Exzellenz. Sie ist die Autorin des Blogs Strojarska Radionica(Mechanische Werkstatt), in dem sie ihr berufliches Wissen und persönliche Erfahrungen im Bereich Wartung verschiedener Rotationsmaschinen, Maschinensysteme und Prozessausrüstungen teilt. Sie liebt Mechanik, Wärmelehre und Verbrennungsmotoren. Ihr Engagement gilt der kontinuierlichen Verbesserung der Maschinenwartung und einer qualitätsvollen Verwaltung von Sachanlagen.