Verdrängerpumpen Hersteller – Vergleich

Die Funktionsweise einer Verdrängerpumpe beruht darauf, dass ein eingeschlossenes Volumen periodisch vergrößert und wieder verkleinert wird. Dieses Prinzip erzeugt einen Förderstrom, der weitgehend unabhängig vom anstehenden Gegendruck bleibt. Im Vergleich Verdrängerpumpe und Kreiselpumpe gilt: Kreiselpumpen regeln den Druckaufbau über Drehzahl und Strömungsgeschwindigkeit, Verdrängerpumpen liefern einen nahezu konstanten Volumenstrom auch bei hohem Differenzdruck. Vorteile von Verdrängerpumpen sind damit die präzise Dosierung, gute Selbstansaugung, geringe Empfindlichkeit gegenüber Viskosität und die Fähigkeit, scherempfindliche Produkte schonend zu fördern.

Funktionsweise und Bauarten von Verdrängerpumpen

Verdrängerpumpen lassen sich nach ihrer Bewegung in zwei Hauptgruppen einteilen:

Oszillierende Verdrängerpumpen (lineare Bewegung):

• Kolbenpumpen und Hubkolbenpumpen: Ein hin- und hergehender Kolben in einem Zylinderraum verdrängt das Medium. Das Funktionsprinzip der Hubkolbenpumpe erreicht Förderdrücke bis weit über 400 bar; die Bauart ist robust, gut für viskose Medien und für Hochdruck-Anwendungen in Chemie, Bauchemie und Energietechnik geeignet.
• Plungerpumpen: Vollverdränger statt Kolben, typisch für Hochdruck- und Hochdruckreinigungsanwendungen.
• Membranpumpen: Eine elastische Membran trennt Fördermedium und Antriebsseite; die Membran nimmt den Hub auf und verhindert Antriebs-Leckage selbst bei aggressiven Chemikalien. Druckbereiche: einfache pneumatische Doppelmembranpumpen typisch 4–10 bar (für viskose oder feststoffhaltige Medien, Lebensmittel, Pigmente), motorische Membrandosierpumpen rund 10–20 bar, Plunger-Membran-Hochdruckdosierpumpen bis ca. 200 bar oder mehr.

Rotierende Verdrängerpumpen (Drehbewegung):

• Zahnradpumpen (Außen- und Innenzahnradpumpen, Gerotor-/Innenrotorpumpen): einfache Bauart, gleichmäßiger Förderstrom für niedrig- bis mittelviskose Medien (Hydrauliköl, Schmierstoffe, Kunststoffschmelzen).
• Schraubenspindelpumpen / Exzenterschneckenpumpen: ein oder mehrere ineinandergreifende Rotoren fördern hochviskose und feststoffhaltige Medien pulsations- und scherarm.
• Drehkolben- und Kreiskolbenpumpen: zwei gegenläufige Rotoren – verbreitet in Lebensmittel-, Hygiene- und Verfahrenstechnik.
• Schieber- und Flügelzellenpumpen: ein Rotor mit radial geführten Schiebern erzeugt einen gleichmäßigen Durchsatz, eingesetzt für niedrigviskose Flüssigkeiten in der Getränkeindustrie und in Schmieröl- sowie Kühlmittelkreisläufen.
• Schlauch- und Peristaltikpumpen: ein flexibler Schlauch wird durch Rollen oder Schuhe ausgequetscht – ideal für Dosier-, Pharma- und Laboranwendungen mit empfindlichen oder hochkorrosiven Medien.

Anwendungsbeispiel: In einer Schokoladenproduktion fördert eine Doppelmembranpumpe das temperierte Produkt schonend bei rund 80 °C; die elastische Membran hält den Antrieb medienfrei und reduziert das Reinigungsrisiko zwischen Chargen.

NPSH, Kavitation und Pulsation – Auslegungsgrundlagen

Neben Förderstrom und Förderhöhe ist der NPSH-Wert (Net Positive Suction Head) eine zentrale Auslegungsgröße. Der vorhandene NPSHA der Anlage muss den vom Hersteller spezifizierten NPSHR der Pumpe sicher übersteigen, sonst entsteht Kavitation – mit der Folge von Erosionsschäden an Kolben, Ventilen oder Schieberkanten sowie Pulsationen im Rohrnetz.

Praxisempfehlungen:

• Saugleitung kurz und groß im Querschnitt halten, scharfe Krümmer vermeiden.
• Bei oszillierenden Verdrängerpumpen Pulsationsdämpfer in Saug- und Druckseite vorsehen, um Druckspitzen und Schwingungen zu reduzieren.
• Bei höheren Temperaturen den Dampfdruck des Mediums berücksichtigen – warmes Wasser, Lösungsmittel und tiefkalte Medien verschärfen das Kavitationsrisiko.
• Bei feststoffhaltigen Medien Mindestströmungsgeschwindigkeit und Korngrößen-Grenzen prüfen, um Verschleiß und Anbackungen zu vermeiden.

Kriterien für die Auswahl in der Produktionstechnik

Die Auslegung einer Pumpe beginnt bei den Mediumseigenschaften. Die Zähigkeit (dynamische Viskosität η in mPa·s) bestimmt die erforderliche Spaltgeometrie. Ebenso relevant ist die Temperaturbeständigkeit von Edelstahl, Kunststoff oder Graugusskomponenten im Gehäusebau.

• Zähigkeit: Werte oberhalb 10 000 mPa·s erfordern Kolbenpumpen oder Exzenterschneckenpumpen.
• Chemische Verträglichkeit: Säurehaltige Medien benötigen Fluorkunststoff-Dichtungen statt standardisierter Öldichtungen.
• Betriebsbedingungen: Dauerbetrieb über 6.000 Stunden pro Jahr verlangt Lagerkonzepte mit moderater Lagerbelastung und ausreichenden Schmierreserven; bei hohen Drehzahlen sind Wälzlager-Standzeiten und Schwingungsverhalten frühzeitig zu prüfen.
• Dichtsystem: Die Pumpendichtung definiert Wartungsintervalle und die Leckagesicherheit beim Stillstand der Maschine.

Neben chemischen Parametern beeinflusst die geforderte Dosiergenauigkeit maßgeblich die Auswahl des Prinzips. Motorische Membran-Dosierpumpen erreichen typischerweise Wiederholgenauigkeiten unter ±1 %, einfachere Hubkolbenvarianten arbeiten mit größerer Pulsation und benötigen ggf. Pulsationsdämpfung. In der Serienfertigung von Lebensmitteln entscheidet dieser Unterschied über die Homogenität des Produkts.

Antriebsauslegung und Systemintegration

Sobald Förderleistung und Differenzdruck feststehen, richtet sich die Dimensionierung nach der mechanischen Leistungsaufnahme am Motorflansch. Elektromotoren werden meist als Wechselstromausführung konfiguriert. Ihre Nenndrehzahl liegt zwischen 1 440 und 2 900 min⁻¹. Eine flexible Kupplung gleicht geringe Schwingungen aus und schützt vibrationssensible Rohrleitungsnetzwerke in Chemieanlagen.

Die Baugrößen reichen von kompakten Laborpumpen bis zu Industrieaggregaten mit großen Hubvolumina; alle Varianten benötigen abgestimmte Steuerungen für Förderstrom- oder Drehzahlregelung (z. B. über Frequenzumrichter). Magnetkupplungen oder hermetisch dichte Spaltrohr-Antriebe trennen Antrieb und Pumpenkammer vollständig – relevant bei toxischen, leicht flüchtigen oder explosionsfähigen Medien, etwa beim Umpumpen von Lösungsmitteln und Spezialchemikalien in Anlagen mit Ex-Zonen.

Normen und Richtlinien

Pumpsysteme fallen unter die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG mit Anforderungen an Gehäuseschutz und Not-Stopp-Einrichtungen. Viele Hersteller sind nach ISO 9001 zertifiziert. Für Betreiber bedeutet dies reproduzierbare Performancekennlinien, auch bei wechselnder Mediumtemperatur innerhalb eines spezifizierten Bereichs von −20 bis +120 °C.

Standzeit und Lebensdauer hängen von abgestimmten Werkstoffen für Dichtungen und Lager, kontrolliertem Spaltverschleiß zwischen Rotor und Gehäuse sowie passender Schmierung ab. Bei abrasiven Medien (z. B. Schlämme im Bergbau, Abwässer der Lebensmittelverarbeitung) schützen verschleißfeste Innenauskleidungen aus Keramik, Hartmetall oder gehärtetem Stahl vor Erosionsverschleiß. Die so erreichbare Lebensdauer bestimmt die wirtschaftliche Bewertung des gesamten Pumpsystems über Anschaffung, Energieverbrauch und Wartungsaufwand.