Viele Unternehmen aus der abfüllenden, produzierenden oder verpackenden Industrie müssen viskose Flüssigkeiten aus Behältern oder Maschinen schnell, sauber und möglichst genau umfüllen. Neben vertikalen oder horizontalen Exzenterschneckenpumpen werden für derartige Anwendungen immer häufiger auch Druckluftmembranpumpen eingesetzt. Die Wahl des Pumpprinzips hängt von zahlreichen Faktoren ab.
Seit Jahren setzt ein Lebensmittelproduzent mehrere horizontale Exzenterschneckenpumpen von Jessberger in der Ausführung JP-700 HL 50 L ein, die über einen Stator aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) und auf der Saug- und Druckseite über Milchgewindeanschlüsse nach DN40-DIN11851 verfügen. Bei 350 min-1 fördern die Pumpen 40 l/min. Der Anwender verwendete sie für sein gesamtes Flüssigkeitshandling. Neben dünn- bis dickflüssigen Lebensmittelölen wurden auch Zuckerlösungen gefördert.
Stärken von Exzenterschneckenpumpen
Exzenterschneckenpumpen haben sich in der Getränke- und Lebensmittelindustrie als die am häufigsten eingesetzte Verdrängerpumpe beim Fördern dickflüssiger Medien bewährt. Bei dieser Pumpenart dreht sich ein Rotor – eine Förderschnecke aus Edelstahl – oszillierend in einem feststehenden Stator, der im Lebensmittelbereich z. B. aus Elastomeren wie EPDM gefertigt wird. Aufgrund der exakt aufeinander abgestimmten, gewendelten Geometrie von Rotor und Stator ergeben sich durch die Drehung des Rotors zwischen den beiden Komponenten gleichgroße Förderkammern. Das Kammervolumen ist immer identisch und wird während des Pumpens gleichmäßig von der Saugseite zur Druckseite der Pumpe hin verschoben. Wegen der Anordnung von Rotor und Stator entsteht bei diesem Pumpprinzip kaum Pulsation und es wirken auch keine großen Scherkräfte auf das Medium ein. Die Fördermenge einer Pumpe ist proportional zur Drehzahl des Motors, wobei die Drehzahl sowohl vom Material des Stators als auch von der Viskosität und der Abrasivität des Fördermediums abhängt.
Für den Hersteller war anfangs vor allem die gleichbleibende, pulsationsarme und schonende Förderung der Exzenterschneckenpumpen von Vorteil. Daneben haben die Pumpen der Baureihe 50L eine Förderleistung von bis zu 100 l/min bei 900 min-1 erreicht, die sich jederzeit über einen Frequenzumrichter regeln ließ. Aufgrund des freien Durchgangs konnten sie auch Feststoffe mit einer Korngröße von bis zu 8 mm fördern und garantierten wegen des immer gleichen Kammervolumens eine sehr hohe Dosiergenauigkeit. Wichtig war auch, dass es sich bei den Exzenterschneckenpumpen um eine sehr ruhige Pumpenart handelte und der Energieverbrauch gering war.
Durch ihr hohes Saugvermögen sind Exzenterschneckenpumpen selbst aus bis zu 6 bis 9 m Tiefe selbstansaugend. Auch die Förderrichtung kann sehr einfach gewechselt werden, um die Pumpen am Ende zu entleeren.
Daher waren horizontale Exzenterschneckenpumpen bei dem Anwender jahrelang die bevorzugte Pumpenart, wenn viskose Medien umgepumpt oder zur Beschickung der Abfüllanlagen gefördert werden mussten.
Hohe Temperaturen problematisch
Allerdings mussten bei dem Hersteller mit der Zeit immer mehr Medien mit einer Temperatur bis zu 100 °C und daneben teilweise auch sehr abrasive Medien gefördert werden. Speziell die Elastomere des Stators dehnen sich ab einer Mediumtemperatur von 40 bis 60 °C aus. Somit konnte es zu einer Klemmung von Rotor und Stator kommen, wenn man nicht mit einem Untermaßrotor gearbeitet hat, der aber bei Raumtemperatur des Mediums auf Kosten der Dosiergenauigkeit ging. Daneben musste ein Trockenlauf vermieden werden, um den Stator und die Gleitringdichtung zwischen der Pumpe und dem Antriebsmotor nicht zu beschädigen. Zudem war beim Beschicken der Abfüllanlagen sicherzustellen, dass die Exzenterschneckenpumpen nicht gegen den geschlossenen Schieber fördern, da es ansonsten zu einer Beschädigung der Pumpe, der Abfüllanlage oder einer Verletzung des Benutzers kommen konnte. Auch beim Fördern sehr abrasiver Medien war trotz niedriger Pumpendrehzahl bei gewissen Medien ein erhöhter Verschleiß festzustellen.
Vergleich mit Membranpumpen
Da die Prozesse in dem Unternehmen im Laufe der Zeit immer komplexer wurden und mit einer Produktionserweiterung auch eine gewisse Automatisierung einherging, hat der Anwender Membranpumpen getestet, um einen Vergleich zu den bisherigen Exzenterschneckenpumpen zu haben. Die druckluftbetriebenen Membranpumpen JP-810.170 und 400 Food können wie die Schneckenpumpen über mehrere Stunden am Stück eingesetzt werden und zudem auch viskose Medien fördern. Konstruktionsbedingt sind auch diese Pumpen selbstansaugend. Über die Druckluftzufuhr kann die Leistung sehr einfach geregelt werden. Der große Vorteil ist aber bei gewissen Anwendungen, dass die Pumpen auch trockenlaufen und gegen ein geschlossenes Ventil arbeiten dürfen, sodass man keinen Trockenlaufschutz oder Bypass bzw. kein Überdruckventil zum Abschalten der Pumpe einbauen muss. Dies liegt daran, dass eine Membranpumpe aufgrund ihrer Konzeption stehen bleibt, sobald ein Absperrventil auf der Druckseite geschlossen wird. Sobald das Ventil wieder geöffnet wird, läuft die Pumpe umgehend wieder an.
Für die Entscheidung des Anwenders, neben den vier Exzenterschneckenpumpen auch acht druckluftbetriebene Membranpumpen einzusetzen, waren neben diesen technischen Vorteilen folgende Gesichtspunkte ausschlaggebend: Die Testpumpen haben sich als sehr robust erwiesen und konnten bei speziellen Anwendungen einfacher sowie schneller als Exzenterschneckenpumpen gereinigt werden. Die aufgrund des hohen Druckluftverbrauch zu erwartenden höheren Betriebskosten fielen nicht ins Gewicht, da die Pumpen oft nur sporadisch und nicht im Dauerbetrieb eingesetzt wurden. Auch im Hinblick auf den deutlich günstigeren Anschaffungspreis der Pumpen und den zu erwartenden Reparaturkosten war das Argument des höheren Energieverbrauchs bei diesen Anwendungen nicht entscheidend.
Ein nicht zu vernachlässigender Gesichtspunkt bei Druckluftmembranpumpen ist der durch die entweichende Druckluft oder durch die mechanische Bewegung der Pumpe entstehende Lärm. Trotz ihrer zahlreichen Vorteile sind auch diese Pumpen nicht optimal für alle Einsatzfälle, da bei ihnen neben einer hohen Lärmbelästigung mit einem hohen Luftverbrauch sowie einer starken Pulsation zu rechnen ist.
Fazit
Letztendlich hängt die Entscheidung für die „richtige“ Pumpe von vielen Faktoren ab, die oft nur der Anwender aufgrund seiner unterschiedlichen Produktionsabläufe kennt. Die Entscheidung für das jeweilige Pumpprinzip hängt neben den grundsätzlichen Vor- und Nachteilen der jeweiligen Pumpenart in erster Linie immer von der konkreten Anwendung ab.
Dr. Jessberger GmbH, Ottobrunn
Autor Tobias Jessberger
Geschäftsführer,
Jessberger
