Massiver Körper

Der Vorteil von Kunststoff als Pumpenwerkstoff ist seine sehr gute Chemikalienbeständigkeit. Edelstähle, bis hin zu Legierungen wie Monel, Carpenter, Inconel oder Hastelloy, können immer nur ein schmales Band der Beständigkeit gegen Chemikalien abdecken. Dazu sind sie sehr teuer und teilweise auch schwer zu bearbeiten. Bei der Konstruktion von Kunststoffpumpen ist allerdings zu beachten, dass die Festigkeitswerte von thermoplastischen Kunststoffen maximal 1/10 der Werte von Stahl betragen. Hinzu kommen noch weitere Merkmale wie Deformation unter Last, enge Temperatureinsatzgrenzen, hohe Wärmeausdehnung und Kaltfluss. Die Konstruktion eines Bauteils muss also kunststoffgerecht sein und kann nicht einfach vom Metall hergeleitet werden. Dies gilt in besonderem Maße für die Gehäuseteile oszillierend arbeitender Maschinen.

Die größte Bedeutung als Pumpenwerkstoff kommt Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) zu, die eine gute allgemeine Chemikalienbeständigkeit aufweisen. Untersuchungen nach dem Sand-Slurry-Verfahren bescheinigen PE eine siebenfach höhere Abrasionsfestigkeit als PP und sogar eine 1,6fach höhere als Stahl. Ein weiterer Unterschied zwischen PE und PP besteht darin, dass PP spritzbar ist. PE kann dagegen durch Beimengung von Leitpigment leitfähig eingestellt werden. Eine praktisch universelle chemische Beständigkeit weisen Polytetrafluorethylen (PTFE) und Perfluoralkoxy (PFA) auf, allerdings bei sehr niedrigen Festigkeitswerten. PFA ist mit erheblichem Aufwand spritzbar, aber nicht in leitfähiger Ausführung. PTFE, mit Leitpigmenten vermischt, gepresst und gesintert, kann nur mechanisch bearbeitet werden.

Um die geforderte Stabilität für oszillierende Pumpen zu erreichen, ist neben der Werkstoffwahl auch das Verarbeitungsverfahren entscheidend. Kunststoffe werden häufig im Spritzguss verarbeitet. Zwar ist die Erstellung einer Spritzform aufwändig, das einzelne Teil aber sehr preiswert. Gespritzte Teile sollten jedoch möglichst dünnwandig und von gleicher Wandstärke sein. Dies ist bei einer Pumpenkammer beispielsweise einer Membranpumpe problematisch. Die Konstruktion kann in maximal verarbeitbarer Wandstärke ausgeführt und durch vielfältige Verrippung stabilisiert werden. Dennoch sind bei den spritzgegossenen Pumpenkörpern meist äußere Metallteile zur Versteifung notwendig. Da Pumpen aus Kunststoff aber gerade wegen ihrer Beständigkeit gegen aggressive Medien eingesetzt werden, ist es wenig sinnvoll, sie wiederum mit Metallteilen zu verstärken. Ein weiterer Nachteil des Spritzgusses ist, dass durch die geringe Masse des Bauteils die gesamte Konstruktion sehr leicht wird. Das ist für eine oszillierende Maschine nicht unbedingt wünschenswert, da sich die Bewegungen auf die umgebenden Anlagenteile wie Rohrleitungen übertragen. Insbesondere Druckluft-Membranpumpen werden vielfach ohne Fundamentbefestigung betrieben. In diesem Fall führt die geringe Masse dazu, dass die Pumpe im Betrieb unkontrolliert wandert.

Natürlich hat eine gespritzte Version den Vorteil des geringeren Materialeinsatzes und daraus folgend, des meist günstigeren Preises. Dies bedeutet aber, dass auf die Verwendung von PE und PTFE verzichtet werden muss und der Einsatz im Ex-Bereich nahezu unmöglich ist, da außer POM kein spritzbarer leitfähiger Kunststoff zur Verfügung steht. Ein weiterer Nachteil ist, dass die sehr aufwändigen Spritzformen für diese Teile eine Reaktion auf geänderte Anforderungen des Marktes schwierig gestalten.

Ein massiver Kunststoffkörper bringt die erforderliche Masse für eine oszillierende Pumpe. Die mechanische Bearbeitung ist dank moderner CNC-Technik wirtschaftlich und ermöglicht wesentlich engere Toleranzen als bei Spritzgussteilen. Die auftretenden Belastungen werden vom Bauteil selbst aufgenommen. Das Äußere ist glattflächig und unzerfurcht. Da alle Gehäuseteile rein mechanisch bearbeitet werden, kann auch sehr schnell und ohne größeren Aufwand auf geänderte Marktanforderungen und Sonderwünsche reagiert werden. Sowohl PE als auch PTFE lassen sich durch Beimischung von Leitpigment auf einen Oberflächenwiderstand kleiner 105 Ohm bringen. Eine elektrostatische Aufladung ist damit sicher ausgeschlossen, vorausgesetzt, das Aggregat ist geerdet. Darüber hinaus ist es möglich, dies unter gleichzeitiger Erfüllung der sehr restriktiven Auflagen der FDA zu erreichen. Die zugelassene Leitpigmentbeimengung liegt für Pharma-Anwendungen im Ex-Bereich unter 2%.