Neue Technik für alte Pumpen

Hin­ter den Kulis­sen erfüllen Pumpen maßge­bliche Auf­gaben für unseren All­t­ag: sie sich­ern die kom­mu­nale Wasserver­sorgung und die Bewässerung von Nutzpflanzen, ermöglichen die Stromerzeu­gung und sind unverzicht­bar in der Öl- und Gas­gewin­nung. Es ist nur schw­er vorstell­bar, wie sehr wir von diesen wichti­gen tech­nis­chen Kom­po­nen­ten abhän­gen und wie viele Pumpen in unserem Leben schon eine Rolle gespielt haben.

Woran wir auch kaum jemals denken, ist, dass selb­st die zuver­läs­sig­sten Pumpen irgend­wann Ver­schleiß, Abnutzung, Kor­ro­sion oder Ermü­dung zum Opfer fall­en. Für diesen Zeit­punkt gilt es, einen Reparatur- und Ersatzteilplan parat zu haben, um dafür zu sor­gen, dass die Pumpe schnell wieder ein­satzbere­it ist. Wichtig ist vor allem die kurzfristige Ersatzteilbeschaf­fung – auch wenn der Erstaus­rüster (Orig­i­nal Equip­ment Man­u­fac­tur­er, OEM) das Pro­dukt nicht mehr unterstützt.

Erstellung hochpräziser Designs

Die Qual­ität der Ersatzteile hängt von diversen Aspek­ten des Prozess­es ab. Die notwendi­gen Dat­en für eine 3D-CAD-Zeich­nung wer­den mit Laser­scan­nern und dig­i­tal­en Koor­di­naten­mess­maschi­nen erfasst. So kön­nen die Teile schnell und sehr exakt ver­messen werden.

Früher musste man zur Fer­ti­gung des benötigten Teils zunächst eine Form bauen und ein Gussteil her­stellen, um es anschließend auf die End­abmes­sun­gen zu bear­beit­en. Mod­erne addi­tive Fer­ti­gungsver­fahren führen heute wesentlich schneller zum Ziel und lassen sich in direk­te, indi­rek­te und hybride Prozesse unterteilen.

Direkte und indirekte Fertigung

Direk­te addi­tive Fer­ti­gung ist mit ver­schiede­nen Legierun­gen möglich, unter anderem Edel­stahl 316L und Inconel 625, wobei mith­il­fe des Laser­pul­ver­bettschmelz-Ver­fahrens auch kom­plexere Teile hergestellt wer­den kön­nen. Die Werk­stof­fauswahl wird ständig größer, weil immer mehr Fer­ti­gungsver­fahren für spezielle Legierun­gen entwick­elt werden.

Bei der indi­rek­ten addi­tiv­en Fer­ti­gung wird das benötigte Teil im 3D-Druck­ver­fahren in Wachs oder Kun­st­stoff repro­duziert und dann mit ein­er Form­schale aus Keramik umgeben. Anschließend wird die Schale erhitzt, um das Wachs beziehungsweise den Kun­st­stoff auszuschmelzen, und dann bei hoher Tem­per­atur gebrannt.

So entste­ht eine Hohlform zum Abgießen der Met­al­l­legierung. Nach dem Abkühlen und Erstar­ren der Schmelze wird das fer­tige Gussteil ent­formt. Die mit diesem Fein­gussprozess erre­ich­bare Detail­stärke und Ober­flächengüte verbessert die Qual­ität und reduziert den Zeitaufwand, der nor­maler­weise für die Nachrüs­tung neuer Teile benötigt wird, ganz erheblich.

Ein weit­eres indi­rek­tes Ver­fahren ist das Druck­en von Sand­for­men für kon­ven­tionelle Prozesse mith­il­fe von addi­tiv­er Fer­ti­gung. Hier­durch ent­fällt nicht nur die Notwendigkeit, herkömm­liche Gehäuse­muster auf Lager zu hal­ten, son­dern auch Vor­laufzeit und Kosten für die Her­stel­lung neuer Gehäuse.

Hybridfertigung

Für den zeitkri­tis­chen Teilebe­darf investi­tion­sin­ten­siv­er Anla­gen, etwa im Öl- und Gassek­tor oder in der petro­chemis­chen Indus­trie, gibt es nun eine Spezial­mas­chine für einen Hybrid­prozess aus Laser­auf­tragschweißen und sub­trak­tivem 5‑Ach­sen-Fräsver­fahren. So erhält beispiel­sweise ein Schmiedestangen­ab­schnitt durch Bear­beitung auf ein­er 5‑Ach­sen-Fräse die Grund­form für ein Laufrad­kern­stück. Anschließend wird die übrige Geome­trie des Laufrads durch Laser­auf­tragschweißen (Laser Met­al Depo­si­tion, LMD) aus Met­allpul­ver aufge­baut. Dieser Prozess wurde für bes­timmte Legierun­gen geschaf­fen und wird kon­tinuier­lich weiterentwickelt.

Ein­er der vie­len Vorteile dieses Ver­fahrens beste­ht darin, dass die unter­schiedlich­sten Teile auf einem begren­zten Lager­vor­rat an Stan­gen­ware ver­schieden­er Qual­itäten aufge­baut wer­den kön­nen, sodass die Fer­ti­gung ohne Zeitverzug begin­nen kann. Außer­dem zeich­net sich der Laufrad­kern auf diese Weise durch alle pos­i­tiv­en Eigen­schaften des Schmiedew­erk­stoffs aus. Der Auf­bau zum fer­ti­gen Laufrad kann dann im LMD-Ver­fahren auf der­sel­ben Mas­chine erfolgen.

Komplexe Geometrien

Nach­dem die Kern­ge­ome­trie fer­tiggestellt ist, wird mit­tels der Fräs­funk­tion der Mas­chine die Ober­flächengüte der inneren Kanäle hergestellt, die am fer­ti­gen Laufrad für die Werkzeug­mas­chine nicht mehr zugänglich sind. Anschließend wird der weit­ere Auf­bau des Laufrades im LMD-Ver­fahren fortgesetzt.

Nach jedem neuen Met­al­lauf­trag wird durch Fräsen die Ober­fläche nach Bedarf bear­beit­et. Der Vor­gang wird wieder­holt, bis das gesamte Laufrad der 3D-CAD-Kon­struk­tion entsprechend aufge­baut ist. Ein Vorteil dieses Ver­fahrens beste­ht darin, dass sog­ar Laufräder mit kom­plex­en Strö­mungs­ge­ome­trien auf ein­er Mas­chine gefer­tigt wer­den kön­nen, anstatt das Werk­stück zwis­chen ver­schiede­nen Maschi­nen hin und her bewe­gen zu müssen. Das spart ein­er­seits Kosten und kommt zudem der Bear­beitung­spräzi­sion zugute.

Die Flex­i­bil­ität dieses Fer­ti­gungsver­fahrens ermöglicht außer­dem die Ver­wen­dung unter­schiedlich­er Werk­stoffe für die Bauteile, sodass in bes­timmten Bere­ichen des Designs beson­dere Legierun­gen einge­set­zt wer­den kön­nen. Diese Möglichkeit ist eine Ergänzung und Alter­na­tive für Ver­fahren wie Spezialbeschich­tun­gen und Härten, indem opti­mierte Werk­stof­feigen­schaften bere­its in die Teile­fer­ti­gung inte­gri­ert wer­den und keinen zusät­zlichen Prozesss­chritt erfordern.

Aufbereitung von Altteilen

Einige der Stan­dard­de­signs älter­er Pumpen wur­den im Laufe der Zeit aktu­al­isiert und verbessert. Hier­an ori­en­tieren sich auch die neuen Pumpen­mod­elle. Als Pumpen­her­steller entwick­elt Sulz­er seine Kon­struk­tion­s­stan­dards im Zuge des tech­nis­chen Fortschritts kon­tinuier­lich weit­er. Auf diese Weise erhält der Kunde ein mod­ernes Bauteil, das in der Leis­tung nicht nur dem Orig­i­nal entspricht, son­dern dieses sog­ar noch übertrifft.

So haben beispiel­sweise Erfahrun­gen gezeigt, dass die Mate­ri­al­stärke in einem bes­timmten Bere­ich der Laufrad­schaufel die Abnutzungs- und Ermü­dungser­schei­n­un­gen bei zyk­lis­ch­er Belas­tung bee­in­flusst. Sulz­er hat diese Erfahrung in seine Kon­struk­tions- und Fer­ti­gungs­stan­dards für die Her­stel­lung von Ersatzteilen ein­fließen lassen. Dies verbessert die Lebens­dauer des Laufrades, auch für wesentlich ältere Maschi­nen, und Kun­den prof­i­tieren so von Sulzer’s langjähri­gen Erfahrungswerten.

Ein weit­er­er Vorteil dieses Ver­fahrens für ältere Anla­gen ist die Möglichkeit, die Pumpe neu auszule­gen. In vie­len Fällen ändern sich im Laufe der Jahre die Pumpenan­wen­dun­gen oder Arbeit­szyklen. Durch eine Anpas­sung des Designs kön­nen Effizienz und Pro­duk­tiv­ität dann unter Umstän­den erhe­blich gesteigert wer­den. Die Anwen­dung numerisch­er Strö­mungsmechanik (Com­pu­ta­tion­al Flu­id Dynam­ics, CFD) zur Über­ar­beitung der Strö­mungs­ge­ome­trie des Pumpen­de­signs ist daher ein wichtiger Schritt eines jeden Neuausle­gungs- oder Überholungsprojekts.

Qualität zählt

Die addi­tive Fer­ti­gung bietet erhe­bliche Zeitvorteile bei der Pro­duk­tion neuer Kom­po­nen­ten. Durch den dig­i­tal­en Design­prozess und die Tat­sache, dass die entsprechen­den Dat­en in Sekun­den­schnelle rund um die Welt geschickt wer­den kön­nen, kann der eigentliche Fer­ti­gung­sprozess in größer­er Kun­den­nähe stat­tfind­en. Dies reduziert die Logis­tikkosten, vere­in­facht die Liefer­kette und spart wertvolle Zeit.

Let­zten Endes kommt es bei Pumpen jedoch auf die Qual­ität an, denn hier­von hän­gen die Effizienz und Zuver­läs­sigkeit der Pumpenan­wen­dung ab. Bei­de haben direk­ten Ein­fluss auf die Betrieb­skosten und den Wartungsaufwand. Die addi­tive Fer­ti­gung kann in diesem Zusam­men­hang angewen­det wer­den, um das ver­langte Qual­ität­sniveau schneller und kostengün­stiger zu liefern und trägt dazu bei, unseren gewohn­ten Kom­fort im All­t­ag zu erhalten.