Sicherstellen einer Übertragung mit niedriger Pulsation in Flüssigkeitsmembranpumpen



Flüssigkeitsmembranpumpen werden von vielen Anwendern für ihre zahlreichen Vorteile geschätzt, wie den möglichen Einsatz mit diversen Flüssigkeiten (unter anderem korrosive und abrasive Medien), die hohe Saugleistung, den trockenen Lauf sowie die hohe Pumpeffizienz und -robustheit. Zudem gehören sie zu den flexibelsten Pumpen auf dem Markt und sind die perfekte Lösung für eine Vielzahl von Liquid-Handling-Anwendungen. Ihre relativ niedrigen Anschaffungskosten sowie die einfache Installation und Wartung machen sie zu einem der beliebtesten Pumpentypen.

Doch die Beschaffenheit von Membrantechnologie bedeutet auch, dass Flüssigkeitsmembranpumpen unerwünschte Druckspitzen aufweisen. Wenn nur eine Membran vorhanden ist, können solche Pumpen Schwingungswellen verursachen, die sich negativ auf die Effizienz des gesamten Systems auswirken und in manchen Anwendungen zu Qualitätsproblemen am Endprodukt führen können. Durch moderne Konstruktionsmerkmale konnte Thomas in seinen Flüssigkeitsmembranpumpen diesen Nachteil deutlich minimieren.

Was ist Pulsation und warum muss sie verringert werden?

 

Wie bei anderen Verdrängerpumpen, einschließlich Schlauch- und Kolbenpumpen, wird die Durchflussrate bei Flüssigkeitsmembranpumpen über regelmäßige Volumenänderungen in der Pumpe erzeugt. Über einen Exzenter an der Motorwelle wird eine flexible Membran in der Pumpe nach oben und unten bewegt, wobei das Medium beim Abwärtshub in die Pumpenkammer gesaugt und beim Aufwärtshub ausgestoßen wird. Im Pumpenkopf integrierte Rückschlagventile bestimmen die Flussrichtung.


Aufgrund der oszillierenden Funktionsweise von Flüssigkeitsmembranpumpen gibt es keinen konstanten Flüssigkeitsstrom, sondern eher Sequenzen an Flüssigkeitsströmen, wenn das Auslassventil geöffnet wird. Da Flüssigkeiten, anders als Gase, nicht verdichtet werden können und keine Energie aufnehmen, sondern sie übertragen, wirken stärkere Kräfte auf die Pumpenkomponenten ein und es kommt zu einem hydraulischen Widerstand zwischen der Membrankammer und der Endlast. Dadurch werden Volumenimpulse zu Druckimpulsen, die bis zu den Leitungen am Auslass reichen.

Während sie für alle volumetrischen Pumpen typisch ist, ist eine hohe Druckpulsation ein Leistungsmerkmal von Pumpen, dessen Auswirkungen reduziert werden müssen, um mehrere negative Folgen für die Ausrüstung und die Prozessergebnisse zu vermeiden. Eine übermäßige Pulsation erhöht den Verschleiß von Pumpenkomponenten und erzeugt starke Vibrationen, die wiederum zu einem höheren Schalldruckpegel führen. Zudem kann sie zur Bildung von Bläschen oder Schaum in der gepumpten Flüssigkeit führen und in bestimmten Fällen sogar das geförderte Medium beschädigen.

Druckspitzen sind kritisch und in einigen Anwendungen unerwünscht, da sie das Erreichen einer konstant hohen Endproduktqualität verhindern. Beim Tintenstrahldrucken zum Beispiel – ein typisches Einsatzgebiet für Flüssigkeitsmembranpumpen – kann eine zu hohe Pulsation zu einem ungleichen Tintenfluss führen, der sich negativ auf die Druckqualität auswirkt, da die erhöhte Energie empfindliche Tinten beschädigen kann. In dieser anspruchsvollen Branche ist der Einsatz von Pumpen mit niedriger Pulsation entscheidend für kommerziellen Erfolg.

 

Reduzierung der Pulsation in Flüssigkeitsmembranpumpen

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um die Pulsation beim Einsatz von Flüssigkeitsmembranpumpen zu reduzieren.

1. Reduzierung des Membranhubs

Um den Pulsationsgrad zu minimieren, kann der Membranhub verringert werden. Infolgedessen wird ein kleinerer Exzenter eingesetzt, der ebenso die Durchflussrate reduziert. Um der reduzierten Durchflussrate bei einer Beibehaltung des niedrigeren Pulsationsgrads entgegenzuwirken, kann eine höhere Motordrehzahl angewendet werden.

2. Auswahl des Membranmaterials

Für verschiedene Anwendungen können Flüssigkeitsmembranpumpen mit verschiedenen Membranmaterialien ausgestattet werden. Die richtige Wahl hängt normalerweise vom zu übertragenden Medium ab. Für chemisch aggressive Medien werden oft Membranen mit einer Elastomer-Grundschicht und einer PTFE-Beschichtung eingesetzt. Durch die starre PTFE-Schicht wird die gesamte Härte der Membran erhöht. Das führt zu einer höheren Pulsation. Materialien wie EPDM können wiederum zu einer Reduzierung der Pulsation beitragen, da die Membran dann normalerweise weicher ist.


3. Einsatz einer schwingenden Membran

In unseren modernen Flüssigkeitsmembranpumpen wird eine schwingende Membran verwendet, um den Durchfluss der Pumpe reibungsloser zu gestalten. Sie agiert als integrierter Schwingungsdämpfer auf der Einlassseite und hat auch einen positiven Einfluss auf die Pulsation auf der Auslassseite.

4. Einsatz einer Flüssigkeitsmembranpumpe mit zwei Pumpenköpfen

Eine sehr gängige und effektive Weise zur Reduzierung der Pulsation ist der Einsatz von Flüssigkeitsmembranpumpen mit zwei Pumpenköpfen. Bei dieser Option werden die zwei einzelnen Köpfe parallel montiert und wechseln sich beim Ausstoßen der Flüssigkeit ab, was überlappende Druckkurven erzeugt.


Einkopf-Membranpumpe (6410)
Doppelkopf-Membranpumpe (6420)
Im Vergleich zu einer Einkopf-Membranpumpe kann eine baugleiche Doppelkopfpumpe die Pulsation um über 70 % reduzieren.

5. Verwendung eines externen Pulsationsdämpfers

Solche Vorrichtungen werden auf der Druckseite der Pumpe installiert und sollen mit Hilfe einer flexiblen Membran die im Fördermedium vorhandenen Druckspitzen abfangen und so für einen deutlich gleichmäßigeren Flüssigkeitsfluss sorgen. Die Reduzierung der Pulsation kann mehr als 90 % im Vergleich zum Pumpenbetrieb ohne Pulsationsdämpfer betragen. Bei Bedarf kann die Pulsation durch zusätzliche Durchflussbegrenzung und optimierte Schläuche um bis zu 99 % reduziert werden.


Von Thomas konstruierte Pulsationsdämpfer erfordern keine Einstellung oder Wartung und zeichnen sich durch die gleiche Haltbarkeit und lange Lebensdauer wie unsere Membranpumpen aus. Sie zeichnen sich im Vergleich zu anderen verfügbaren Dämpfern durch kleine Abmessungen aus und verwenden einen G 1/8-Zoll Schlauchanschluss, der mit einer großen Anzahl von V kompatibel ist. Die Pulsationsdämpfer von Thomas können zum Schutz des Systems auch mit einem Überdruckschalter ausgestattet werden. Wir können die Pulsationsdämpfer-Technologie für den individuellen Pumpentyp und die erforderliche Anwendung anpassen.

Kontaktieren Sie uns, wenn Sie an einer individuellen Lösung interessiert sind.

Schwingungsarme Lösungen von Thomas für eine sanfte Flüssigkeitsübertragung

Alle anderen im Flüssigkeitsweg verwendeten Komponenten haben einen Einfluss auf die Pulsation. Beispielsweise trägt die Verwendung eines weichen Schlauchmaterials auf der Druckseite der Pumpe dazu bei, die Pulsation zu reduzieren; bei härteren Materialien wie PTFE hingegen werden Impulse ohne dämpfende Wirkung übertragen. Auch Filter und andere Beschränkungen einschließlich Düsen haben einen Einfluss auf die Pulsation. Jede Drosselung nach der Pumpe verringert die Pulsation, führt aber auch zu einem erhöhten Systemdruck und einer verringerten Durchflussrate.

Thomas setzt schwingungsreduzierende Lösungen bei seinen Flüssigkeitsmembranpumpen ein, um einen gleichmäßigen Flüssigkeitsdurchfluss in schwingungsempfindlichen Anwendungen sicherzustellen. Unsere Pumpen mit einem Pumpenkopf der Serien 1210, 6311 und 6410 sind durch den Einsatz einer zusätzlichen schwingenden Membran für eine begrenzte Pulsation optimiert. Zudem sorgt der Einsatz von optimierten Elastomer-Materialien für eine niedrige Pulsation.

Für Anwendungen mit einer höheren Pulsationsanforderung sind Flüssigkeitsmembranpumpen von Thomas der Serie 6420 mit einer Kapazität von bis zu 1.800 ml/min und einem maximalen kontinuierlichen Druck von bis zu 10 m H2O hervorzuheben, die eine branchenführend sanfte Medienübertragung bieten. Diese Pumpen bieten eine deutlich bessere Leistung als Konkurrenzprodukte, was in der unteren Grafik verdeutlicht wird, in der der rote Balken für Pumpen der Serie 6420 und der graue Balken für ein Konkurrenzprodukt steht.

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