Verdrängerpumpen

Was ist eine Verdrängerpumpe?

Verdrängerpumpen bewegen eingeschlossene Flüssigkeitsvolumina mechanisch durch das System. Auf der Ansaugseite (Saugseite) dehnt sich das Volumen aus, während sich auf der Auslassseite (Druckseite) das Volumen zusammenzieht. Das Volumen pro Umdrehung ist daher fest und theoretisch konstant, unabhängig von Ausgangsdruck, Eingangsvakuum oder Flüssigkeitseigenschaften. Verdrängerpumpen sind außerdem selbstansaugend und erzeugen ein starkes Vakuum am Einlass. Dies kann das gesamte Systemdesign vereinfachen und eine Wartung ohne manuelles Nachsaugen ermöglichen.

Das Verhalten von Verdrängerpumpen unterscheidet sich erheblich von dem von Kreiselpumpen, die sich auf den Impuls der beschleunigten Flüssigkeit verlassen, um den Durchfluss unter Druck zu fördern, und sehr empfindlich auf Druckänderungen reagieren. Das Diagramm auf der rechten Seite vergleicht eine Außenzahnradpumpe (eine übliche Verdrängerpumpe) und eine Zentrifugalpumpe mit der gleichen Motorgröße. Während Zentrifugalpumpen wesentlich höhere Fördermengen erreichen können, sind sie extrem druckempfindlich.

DPP Kreisel- versus Präzisionszahnradpumpe Fördermengen-Diagramm

Die Unabhängigkeit des Durchflusses vom Druck ist nur theoretisch. Materialflexibilität, interne Leckagen (“Blow-by”), Verschleiß und andere Variablen führen zu einer leichten Druckabhängigkeit. Das Ausmaß der Druckabhängigkeit ist eine Funktion des Pumpentyps sowie der Präzision der Pumpenkomponenten. Bei der Auswahl eines Pumpentyps muss oft ein Kompromiss zwischen Genauigkeit, Lebensdauer und Systemverhalten gefunden werden. Die negativen Aspekte dieses Kompromisses können durch eine enge Zusammenarbeit mit dem Pumpenentwickler und die Verwendung von hochpräzisen, qualitativ hochwertigen Komponenten minimiert werden.

Verdrängerpumpen können in zwei Unterkategorien eingeteilt werden, die sehr unterschiedliche Pumpeneigenschaften und Anwendungen haben.

• Hubkolbenpumpen
• Rotierend

Verdrängerpumpen mit Hubkolbenantrieb

Hubkolben-Verdrängerpumpen arbeiten durch wiederholte lineare Bewegung eines Mechanismus. Die Bewegung wird oft als Hub bezeichnet, und die Größe einer Pumpe wird oft als Volumen pro Hub angegeben. Das Durchflussprofil ist pulsierend, da eine Hubkolbenpumpe einmal pro Umdrehung fördert. Bei unsachgemäßer Ausführung kann der gepulste Durchfluss übermäßige Vibrationen und/oder Schäden am Hydrauliksystem verursachen, die manchmal als “Wasserschlag” bezeichnet werden. Der gepulste Förderstrom verursacht auch Spitzenfördermengen, die höher sind als die durchschnittliche Fördermenge, was eine sorgfältige Auslegung des Hydraulikkreises erfordert. Hubkolbenpumpen sind ideal für die präzise, wiederholbare Dosierung von Flüssigkeiten. Die gebräuchlichsten Typen von Hubkolbenpumpen sind:

• Membranpumpe
• Kolbenpumpe
• Plungerpumpe
• Diaphragma-Pumpe

Eine Membranpumpe verwendet eine flexible Membran (oft als Diaphragma bezeichnet), die sich nach innen und außen biegt. Die Bewegung der Membran verändert das Volumen im Inneren der Pumpe und ermöglicht in Verbindung mit Ventilen das Ein- und Ausströmen von Flüssigkeit in die bzw. aus der Pumpe. Membranpumpen sind ideal für Vakuum, Luft und korrosive Flüssigkeiten mit niedrigem Druck.

Beispiele für Rückschlagventile in einer Membranpumpe

Kolbenpumpe

In einer Kolbenpumpe gleitet der Kolben in einem dicht schließenden Zylinder. Wenn sich der Kolben zurückzieht, dehnt sich das Volumen aus. Normalerweise öffnet sich ein Ventil am Einlass, so dass Flüssigkeit in die Pumpe eintreten kann, während sich das Volumen ausdehnt. Wenn sich der Kolben umkehrt, zieht sich das Volumen zusammen und ein Ventil am Auslass öffnet sich, so dass die Flüssigkeit die Pumpe verlassen kann.

DPP Diagramm Kolbenpumpe

Ventillose Kolbenpumpe

Diese spezielle Version der Kolbenpumpe ist ventillos und wird manchmal auch als ventillose Dosierpumpe bezeichnet. Die Pumpen haben eine sinusförmige lineare Bewegung, die mit einer 360°-Drehung des Kolbens gekoppelt ist. Der Kolben hat eine Abflachung am Ende, die die Einlass- und Auslassöffnungen synchron mit der Kolbenbewegung öffnet/schließt. Diese Art von Pumpe macht Ventile überflüssig, die verschleißen und verkleben können, und vereinfacht die Gesamtkonstruktion erheblich.

DPP Ventillose Kolbenpumpe

Plungerpumpe

Eine Plungerpumpe arbeitet nahezu identisch mit einer Kolbenpumpe. Der Unterschied besteht darin, dass sich der Plunger durch eine Dichtung in das Pumpenvolumen bewegt. Das verdrängte Volumen des Plungers verändert das Flüssigkeitsvolumen innerhalb der Pumpe und führt zu einer Pumpwirkung.

DPP Diagramm der Plungerpumpe

Rotierende Verdrängerpumpen

Rotierende Verdrängerpumpen verwenden eine Reihe von rotierenden Volumina zum Fördern von Flüssigkeiten anstelle der linearen Bewegung von Kolbenpumpen. Die rotierenden Elemente dichten gegen das Pumpengehäuse oder gegen andere rotierende Elemente ab. Normalerweise gibt es mehrere Volumina pro Umdrehung, was zu einem viel gleichmäßigeren Fluss als bei Kolbenpumpen führt. Allerdings sind die Volumina typischerweise nicht so präzise wie bei Kolbenpumpen, weshalb sie sich weniger gut für Dosier- oder Dosieranwendungen eignen. Die gängigsten Arten von rotierenden Verdrängerpumpen sind:

• Außenzahnradpumpen
• Innenzahnradpumpen
• Flügelzellenpumpen
• Peristaltische Pumpen
• Drehkolbenpumpen

Außenzahnradpumpe

Außenzahnradpumpen sind die einfachste und häufigste Art von Zahnradpumpen. Sie haben typischerweise zwei Zahnräder auf separaten Wellen, wobei eine Welle mit einem Motor verbunden ist. Durch das Auskämmen der Zahnräder entsteht am Einlass der Pumpe ein Vakuum. Wenn die Zahnräder gedreht werden, wird die Flüssigkeit zwischen den Zahnradzähnen und der Hohlraumwand des Gehäuses eingeschlossen. Sie wird dann zum Auslass gedreht und ausgestoßen. Die Flüssigkeit kann wegen des Zahneingriffs nicht zum Einlass zurückfließen und muss daher aus dem Auslass austreten. Die gepumpte Flüssigkeit schmiert den Zahneingriff und die zugehörigen Gleitlager.

DPP Außenzahnradpumpe Zyklus

Innenzahnrad-Pumpe

Innenzahnradpumpen verwenden unterschiedlich große Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl, von denen eines eine Innenverzahnung hat. Die Zahnräder sind exzentrisch zum Pumpengehäuse angeordnet, so dass sich beim Drehen ein Spalt im Zahneingriff öffnen kann. Die Volumen werden durch ein halbmondförmiges Element getrennt, das als Dichtung fungiert. Nach dem Passieren des Halbmondes beginnt sich der Eingriff zu schließen, wodurch das Volumen zum Auslass entladen wird. Höhere Leistungsanforderungen, die zusätzliche Komplexität der Sichel und die schwierigere Herstellung der Zahnräder machen Innenzahnradpumpen zu einer etwas speziellen Klasse.

DPP Innenzahnradpumpe

Gerotor

Der Gerotor ist eine Sonderform der Innenzahnradpumpe ohne Verwendung des Sichelglieds. Der Innenrotor wird typischerweise durch einen Motor angetrieben. Der Verzicht auf das Sichelelement vereinfacht die Konstruktion, erfordert aber hohe Präzision und geringe Abstände. Das glatte Profil und der Betrieb erlauben die Verwendung von speziellen Materialien, die in anderen traditionellen Zahnradpumpen nicht möglich sind.

DPP Diagramm der Gerotorpumpe

Flügelzellenpumpe

Flügelzellenpumpen haben nur ein rotierendes Element, das exzentrisch zum Pumpenhohlraum angeordnet ist. Das rotierende Element enthält mehrere Schaufeln, die sich verschieben oder verformen können, um sich dem Profil der Hohlraumwand anzupassen. Die Schaufeln bilden eine dichte Gleitdichtung gegen die Hohlraumwand, die das Flüssigkeitsvolumen am Einlass einschließt und zum Auslass ableitet. Flügelzellenpumpen sind sehr unempfindlich gegenüber Druckänderungen, da die Flügel an der Hohlraumwand anliegen. Das Gleiten zwischen den Flügeln und der Wand führt jedoch zu Problemen bei Leistung, Geräuschentwicklung und Lebensdauer.

DPP Diagramm einer Flügelzellenpumpe

Peristaltische Pumpe

Peristaltische Pumpen werden auch als Rollenpumpen bezeichnet. Sie bewegen die Flüssigkeit mit Hilfe von Rollen, die die Flüssigkeit in einem flexiblen Schlauch einschließen und vom Einlass zum Auslass transportieren. Durch diese Konstruktion kommt die Flüssigkeit nur mit der Innenseite des Schlauchs in Kontakt. Diese Eigenschaft in Verbindung mit leicht austauschbaren Schläuchen macht Peristaltikpumpen ideal für Anwendungen mit einmaligem Gebrauch, wie z. B. Blutkontakt in einem Dialysegerät. Allerdings erfordert das häufige Zusammendrücken der Schläuche auch ein häufiges Auswechseln der Schläuche, was sie für viele Anwendungen unpraktisch macht. Peristaltische Pumpen haben einen gepulsten Fluss, ähnlich wie eine Hubkolbenpumpe.

DPP Diagramm einer peristaltischen Pumpe

Drehkolbenpumpe

Eine Drehkolbenpumpe ähnelt einer Außenzahnradpumpe, hat aber anstelle von Zahnrädern drehkolbenförmige Elemente. Die drehkolbenförmigen Elemente werden jeweils von einem Motor mit getakteten Zahnrädern angetrieben. Dadurch wird der Kontakt zwischen den beiden Drehkolben vermieden, was den Verschleiß reduziert und die Scherung der Flüssigkeit minimiert. Drehkolbenpumpen können aufgrund der geringen Anzahl von Zähnen größere Feststoffe fördern als andere Verdrängerpumpen.

DPP Diagramm einer Drehkolbenpumpe

Auswahl der Pumpe

Die Auswahl des richtigen Pumpentyps für ein Hydrauliksystem ist der erste Schritt zur Schaffung eines zuverlässigen und effizienten Geräts. Eine enge Zusammenarbeit mit den Pumpenkonstrukteuren wird empfohlen, um sicherzustellen, dass die optimale Pumpe für eine lange Lebensdauer und Systemstabilität ausgewählt wird. Die Wahl des richtigen Pumpentyps und der richtigen Qualität zu Beginn des Konstruktionsprozesses kann das Gesamtsystem erheblich vereinfachen und spart Zeit, Platz, Geld und Kopfschmerzen.Pump Selection