Kreiskolbenpumpen werden in der Milchwirtschaft nicht nur bei Standardaufgaben wie dem Entleeren, Befüllen oder Weiterleiten von Milchprodukten eingesetzt, sondern sie bewähren sich immer häufiger bei technisch und hygienisch schwierigen Aufgabenstellungen. Die Kreiskolbenpumpen der Serie Universal II sind konsequent auf die Leistungs- und Hygieneanforderungen in der Milchwirtschaft abgestimmt. Sie überzeugen bei der Käse- und Jogurtherstellung, bei der Butterproduktion und bei der Sterilisation von Milch.
Die Pumpenserie Universal II von Waukesha Cherry-Burrell gibt es in 11 Baugrößen und für Förderleistungen bis 102 m³/h sowie für einen Betriebsdruck von bis zu 35 bar (Abb. 1). Die Pumpen können Produkte mit einer Viskosität von 1 bis 100 000 mPa.s und gegebenenfalls höher in dem Temperaturbereich von -40 bis +150 °C fördern. Die Serie Universal II ist FDA-konform und nach dem 3A-Sanitary-Standard sowie nach USDA, BISSC und ASME zertifiziert. Die CIP-Ausführung erfüllt zudem die strengen Prüfkriterien der EHEDG und wird somit auch den höchsten Hygieneanforderungen gerecht.
Konstruktive Merkmale
Der Pumpendeckel hat statt zylindrischen jetzt konische Deckelnaben, die eine Restentleerung bei horizontaler und vertikaler Einbauposition gewährleisten. Der Deckel-O-Ring ist zur Vermeidung von Toträumen direkt an der Förderkammer angeordnet. Optional ist ein doppelwandiger Pumpendeckel zum Beheizen oder Kühlen erhältlich. Die Rotor-Wellenverbindung ist frontseitig zwischen Hutmutter und Rotor sowie rückseitig zwischen Rotor und Wellenschulter jeweils mit einem O-Ring abgedichtet (Abb. 2). Damit ist sichergestellt, dass keine Produktreste zwischen Rotor und Welle gelangen können.
Die Rotoren sind wie bisher aus Alloy 88 hergestellt. Es besitzt sehr gute Notlaufeigenschaften und neigt im Gegensatz zu herkömmlichen Edelstählen bei Rotor-/Gehäusekontakt nicht zum Fressen. Nur aufgrund der besonderen Materialeigenschaften von Alloy 88 sind die sehr kleinen Spaltmaße von unter 0,1 mm zwischen Rotor und Pumpengehäuse technisch möglich. Diese sehr engen Spaltmaße in Verbindung mit der besonderen Rotorform sind wiederum die Grundvoraussetzung für eine schonende Förderung von dünn- und dickflüssigen Produkten bei einem hohen volumetrischen Wirkungsgrad und konstantem Förderstrom. Um die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten von Edelstahl und Alloy 88 zu kompensieren, werden die Spaltmaße entsprechend der max. Einsatztemperatur auf bis zu ca. 0,2 mm angepasst. Hier stehen als Standard drei Temperaturklassen, bis 93, bis 120 und bis 150 °C, zur Verfügung.
Zusätzliche Kehlung
Die Rotorform besitzt eine zusätzliche Kehlung, die im Produkt enthaltene Partikel oder Stücke während des Pumpvorganges nicht zwischen den Rotor und das Pumpengehäuse, sondern in das Innere der Förderkammer drängt. Das hat zwei Vorteile: zum einen werden die Stücke besonders schonend gepumpt, und zum anderen wird dadurch der Verschleiß an den Rotoren und dem Pumpengehäuse von vorn herein reduziert.
Das Pumpengehäuse besteht wie auch der Pumpendeckel aus dem Edelstahl 1.4401 oder optional aus 1.4435. Produktberührte Oberflächen sind in der Güte Ra=0,8 mm oder bei Bedarf höherwertig ausgeführt.
Eine neue Option für das Pumpengehäuse ist das Flat Body-Profil. Im Vergleich zu der leicht eingeschnürten Kontur der Förderkammer bei einer Standardpumpe ist beim Flat Body-Profil die Förderkammer oval ausgeführt. Durch diese Option wird eine optimierte CIP-Fähigkeit sowie bei senkrechter Installation der Produktstutzen eine komplette Restentleerung des Pumpengehäuses gewährleistet.
Rechteckiger Produktanschluss
Seit kurzem sind bei der Serie Universal II auch Pumpengehäuse mit rechteckigem Produktanschluss auf der Zulaufseite lieferbar. Diese Option kommt immer dann zum Einsatz, wenn hochviskose Produkte oder Produkte mit großen Stücken bei schwierigen Zulaufverhältnissen sicher und schonend gepumpt werden sollen.
Als Wellenabdichtung der Förderkammer ist in der Basisausführung eine einfache oder eine doppelte mechanische Gleitringdichtung in gespülter Ausführung erhältlich. Das Pumpengetriebe ist 3-Wege-montierbar. D.h., die Position der Produktstutzen und der Antriebswelle können flexibel den jeweiligen Einbauanforderungen angepasst werden. Die Wellen sind standardmäßig stärker ausgeführt als bei den Vorgängermodellen. Die daraus resultierende höhere Biege- und Torsionssteifigkeit der Wellen erlauben die Übertragung von höheren Drehmomenten und den Einsatz bei höheren Betriebsdrücken.
Einsatz bei der Käseherstellung
Bei der Herstellung von Schmelzkäse wird dieser mit Hilfe von Direktdampf auf ca. 80 bis 135 °C erhitzt und anschließend in einem Vakuumgefäß entgast. Der Schmelzkäse ist während dieser Produktionsstufe sehr klebrig und verändert bei kleinsten Temperaturschwankungen seine Viskosität auf bis zu ca. 20 000 mPa.s. Mit der Universal II lässt sich das kochende Produkt aus dem Vakuumgefäß gegen Drücke von ca. 15 bar sicher abpumpen.
Ein weiteres Beispiel aus dem Bereich der Käseherstellung ist das Pumpen von Käsebruch in einem dünnflüssigen Trägermedium. Der Käsebruch wird während der Produktion aufgefangen und zwecks Rückgewinnung zu einer Filteranlage gepumpt. Der Käsebruch wird dabei geringstmöglichen Scherkräften ausgesetzt, um die Partikelgröße zu erhalten. Dies ist bei der anschließenden Filtration die Voraussetzung für eine optimale Rückgewinnungsquote.
Pumpen von Jogurt mit Nuss- oder Fruchtstücken
Bei der Jogurtproduktion dienen Kreiskolbenpumpen häufig als Zuführpumpe zu einem Wärmeaustauscher oder als Austragspumpe unter einem Entgasungsgefäß. Bei beiden Aufgabenstellungen kommt es gleichermaßen darauf an, dass zum einen die Konsistenz des Jogurts und zum anderen die Integrität der Nuss- oder Fruchtstücke durch eine geringe Scherwirkung der Pumpe erhalten bleibt. Die zusätzliche Schwierigkeit für die Zuführpumpe auf den Wärmeaustauscher besteht darin, dass ein kontinuierlicher und pulsationsarmer Förderstrom mit einem noch dünnflüssigen Jogurt gegen einen Druck von 10 bar und höher gepumpt wird.
Pumpen von Butter
Kreiskolbenpumpen werden bei der Butterproduktion insbesondere dafür eingesetzt, die frische Butter entweder direkt aus einer Buttermaschine oder aus einem Buttersilo zu den Verpackungsmaschinen zu pumpen. Die Butter hat hierbei eine Temperatur von ca. 5 °C, ist nicht mehr fließfähig und besonders scherempfindlich. Aufgrund dieser Eigenschaften wird die Butter meist durch eine Zuführschnecke der Kreiskolbenpumpe zugeführt. Beim folgenden Pumpvorgang muss nicht selten ein Gegendruck von 10 bar überwunden werden, der insbesondere beim Anfahren höhere Druckspitzen haben kann. Entscheidend für eine erfolgreiche Lösung dieser Aufgabenstellung sind langsame Rotordrehzahlen von ca. 60/min in Verbindung mit sehr kleinen Spaltmaßen zwischen Rotor und Pumpengehäuse. Diese Kombination gewährleistet, dass die Butter sicher angesaugt sowie mit geringstmöglicher Scherwirkung ohne Rückschlupf gegen einen hohen Druck gepumpt werden kann.
Druckhaltepumpe im UHT-Prozess
Eine sehr spezielle Herausforderung ist der Einsatz einer Kreiskolbenpumpe als Druckhaltepumpe in UHT-Anlagen, auf denen Produkte mit stückigen Bestandteilen auf bis zu 140 °C erhitzt und anschließend auf eine sterile Tank- oder Abfüllanlage gepumpt werden. Um den temperaturbedingten Druck von ca. 5 bar in der Anlage zu halten, muss zwischen dem Wärmeaustauscher und der sterilen Tank- oder Abfüll-anlage eine Druckhalteeinheit installiert sein. Ein Druckhalteventil kann hierfür nicht eingesetzt werden, weil es die stückigen Bestandteile im Produkt separieren würde. Um dieses Problem zu lösen, wird an dieser Stelle eine Kreiskolbenpumpe in Verbindung mit einer automatischen Vordruckregelung als dynamische Druckhalteeinheit eingesetzt. Auf diese Art und Weise lassen sich auch die stückigen Bestandteile schonend und sicher fördern. Die Besonderheit dieser Aufgabenstellung besteht darin, dass nicht druckseitig, sondern zulaufseitig der höhere Druck gehalten wird.
Anuga FoodTec:
Halle 11.1, Stand C011/D018
Achema: Halle 9.0, Stand H30-J34
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