Als zentrales Funktionselement moderner Membranpumpen ist die Membran erheblichen Belastungen ausgesetzt. Hochwertige Werkstoffe wie modifiziertes PTFE und ein entsprechendes Membrandesign, ermöglichen jedoch eine wesentlich längere Lebensdauer.
Dipl.-Ing. Joachim Öhrle
Bisher genügte oftmals als Pumpenmembran eine reine PTFE-Folie oder eine Kombination aus PTFE-Folie und einer Elastomerstützmembrane (Abb. 1). Es kristallisierte sich jedoch der innere Dichtungsbereich an den Spanntellern als Problemzone heraus. Im Vergleich zum Gehäuseeinspannbereich werden die Membrankräfte auf kleiner Umfangslänge aufgenommen. Montagefehler oder Setzvorgänge im Dichtungsbereich in Verbindung mit den kinematischen Belastungen sorgen häufig für Leckage. Hier schafft eine regelmäßige Reinigung zwar Abhilfe, die klassische Reinigung im zerlegten Zustand verliert aber immer mehr Akzeptanz. Rationalisierungsvorgaben erlauben heute nahezu ausschließlich CIP- und bei höheren hygienetechnischen Anforderungen SIP-Reinigung.
Elastomerverbundmembranen
PTFE-Verbundmembranen mit integriertem Metallteil bestehen aus vier Einzelkomponenten. Zum Medium bildet die PTFE-Folie eine in sich geschlossene Fläche. Problemzonen, bedingt durch Spannteller und zusätzlicher Dichtstelle, werden dadurch ausgeschlossen (Abb. 2). Das Problem der chemischen Beständigkeit der Spannteller entfällt somit. Die PTFE-Folie ist chemisch an das Trägerelastomer gebunden, Standardelastomere sind hier EPDM und NBR. Flächenkräfte, wie sie beispielsweise beim Saugvorgang einer Druckluftmembranpumpe auf die Membran wirken, belasten nicht nur die PTFE-Folie, sondern werden durch die gesamte Membran aufgenommen. Außerdem finden durch die chemische Bindung zwischen PTFE-Folie und Trägerelastomer keine Ausgleichsbewegungen statt. In das Trägerelastomer ist ein Gewebe zur Verstärkung eingebettet. Die Lage des Gewebes und der Gewebeverlauf zum PTFE und Stützteller wie auch in den Radien ist dabei exakt definiert. Unterschiedliche Gewebequalitäten in Bezug auf Art und Festigkeit erlauben die Handhabung von hohen Prozeßanforderungen.
Der einvulkanisierte Stützteller ist mit einem Anschlußgewinde ausgeführt, alternativ gibt es ihn auch mit Sacklochgewinde. Der wesentliche Vorteil dieser Ausführung liegt unter anderem in der Montagefreundlichkeit und an der reduzierten Einzelteilezahl.
PTFE der zweiten Generation
Für die zukünftig steigenden Anforderungen an die Membrantechnologie ist bei den Verbundmembranen das bisher verwendete PTFE durch das Fluorpolymer TFM-PTFE ersetzt worden. Dieses entsteht durch Copolymerisation von TFE mit einem geringen Anteil des Modifiers Perfluorpropylvinylether (PPVE). Gegenüber dem ursprünglichen PTFE wird das Porenvolumen und die Permeabilität verringert, der E-Modul erhöht, die Dehnung unter Zugbelastung reduziert und eine bessere Folienqualität erreicht.
Konkret bedeutet dies für die Verbundmembran eine Steigerung der chemischen Beständigkeit, ein verbessertes Diffusionsverhalten bei gleichbleibender Foliendicke, eine Zunahme der Biegewechselfestigkeit und, aufgrund des geringeren Porenvolumens und der gesteigerten Folienqualität, sehr gute Reinigbarkeit.
Durch das speziell auf die Kinematik optimierte Membrandesign ergibt sich so für die Verbundmembran eine deutliche Steigerung der Lebensdauer. Ausgleichszonen an hochbelasteten Membranbereichen und die exakt definierte Variation der Membranwandstärke in der Walkzone sorgen für die Reduzierung von Schub bzw. Scherspannungen bei gleichzeitiger Stabilisierung des Rollschlaufenbereichs und der Verringerung des Membraneigenwiderstandes.
Weitere Informationen cav-229
Unsere Webinar-Empfehlung
Die Websession „Wasserstoff in der Chemie – Anlagen, Komponenten, Dienstleistungen“ (hier als Webcast abrufbar) zeigt technische Lösungen auf, die die Herstellung und Handhabung von Wasserstoff in der chemischen Industrie sicher machen und wirtschaftlich gestalten.
Ob effizienter…
Teilen:
