Exzenterschneckenpumpen vs. Druckluft-Membranpumpen

• Ein Lebensmittelproduzent verwendete bisher Exzenter-schneckenpumpen für sein gesamtes Flüssigkeitshandling.
• Durch sich verändernde Parameter wie heißere Medientemperaturen benötigte der Produzent eine Alternative zu den Exzenterschneckenpumpen.
• Sporadisch betreibt der Produzent nun mehrere Membranpumpen, die für bestimmte Anwendungen besser geeignet sind.

Zahlreiche 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 Exzenter-schneckenpumpen werden für derartige Anwendungen immer mehr Druckluft-Membranpumpen eingesetzt. Für welches Pumpprinzip der Anwender sich entscheidet, hängt von zahlreichen Faktoren ab.

Seit vielen Jahren setzt ein produzierendes Unternehmen im Bereich der Lebensmittelindustrie mehrere horizontale Exzenterschneckenpumpen des Typs JP-700 HL 50 L ein, die über einen Stator aus Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) und auf der Saug- und Druckseite über Milchgewinde-Anschlüsse nach DN40-DIN11851 verfügen. Bei einer Umdrehungszahl von 350 UpM fördern die Pumpen noch ca. 40 l/min. Der Anwender verwendete die Exzenterschneckenpumpen für sein gesamtes Flüssigkeitshandling, wobei die Anwendungsfälle sehr unterschiedlich waren. Neben dünn- bis dickflüssigen Lebensmittelölen wurden auch Zuckerlösungen gefördert.

Platzhirsch Exzenterschneckenpumpe

Das Prinzip der Exzenterschneckenpumpe hat sich seit vielen Jahrzehnten 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. Im Lebensmittelbereich wird der Stator aus Elastomeren wie EPDM beziehungsweise Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) oder auch dem Feststoffmaterial Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt.

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 Pumpvorgangs gleichmäßig von der Saug- zur Druckseite der Pumpe hin verschoben.

Aufgrund der Anordnung von Rotor und Stator entsteht bei diesem Pumpprinzip kaum Pulsation und es wirken auch keine großen Scherkräfte auf das zu fördernde Medium ein.
Die Fördermenge einer Pumpe ist proportional zur Drehzahl des Motors, wobei die Drehzahl nicht beliebig wählbar ist, sondern zum einen von dem verwendeten Material des Stators als auch von der Viskosität und der Abrasivität des Fördermediums abhängt.

Für den Anwender waren anfangs die Vorteile der Exzenterschneckenpumpen für seine Kaufentscheidung von großer Bedeutung. Vor allem im Lebensmittelbereich ist eine gleichbleibende, pulsationsarme und schonende Förderung von Vorteil. Daneben haben die kompakten Pumpen der Baureihe 50L eine hohe Förderleistung von bis zu 100 l/min bei 900 UpM erreicht, die jederzeit über einen Frequenzumrichter geregelt werden konnte. Die Pumpen des Typs JP-700 HL 50 L waren ferner aufgrund des freien Durchgangs in der Lage, auch Feststoffe bis zu 8 mm Korngröße zu fördern und ermöglichten aufgrund des immer gleichen Kammervolumens eine hohe Dosiergenauigkeit. Für den Anwender war daneben auch wichtig, dass es sich bei den Exzenterschneckenpumpen um eine von der Lautstärke her ruhige Pumpenart handelte und dass auch der Energieverbrauch gering war.

Darüber hinaus verfügen Exzenterschneckenpumpen über ein hohes Saugvermögen und sind daher sogar aus bis zu 6 bis 9 m Tiefe selbstansaugend. Auch die Förderrichtung kann einfach gewechselt werden, um die Pumpen am Ende zu entleeren.

Horizontale Exzenterschneckenpumpen waren daher bei dem Anwender viele Jahre die bevorzugte Pumpenart, wenn viskose Medien umgepumpt oder zur Beschickung der Abfüllanlagen gefördert werden mussten. Die Prozesse des Anwenders waren vor vielen Jahren sehr einfach gestaltet und die Umfüllprozesse noch wenig automatisiert.

Natürlich bringt jedes Pumpprinzip neben zahlreichen Vorteilen kraft Natur der Sache auch immer Nachteile mit sich. So mussten bei dem Kunden mit der Zeit immer mehr Medien mit einer Temperatur bis zu 100 °C und daneben teilweise auch sehr abrasive Medien gefördert werden. Es ist naheliegend, dass sich speziell die Elastomere des Stators ab einer Mediumstemperatur von 40 bis 60 °C ausdehnen und es somit zu einer Klemmung von Rotor und Stator kommen konnte, wenn nicht mit einem Untermaßrotor gearbeitet wurde, der aber bei Raumtemperatur des Mediums wieder auf Kosten der Dosiergenauigkeit ging. Daneben musste beim Einsatz von Exzenterschneckenpumpen zwangsläufig ein Trockenlauf vermieden werden, da ansonsten sowohl der Stator als auch die Gleitringdichtung zwischen der Pumpe und dem Antriebsmotor beschädigt werden.

Darüber hinaus war beim Beschicken der Abfüllanlagen sicherzustellen, dass die Exzenterschneckenpumpen – bei denen es sich um Verdrängerpumpen mit 6 bar Ausgangsdruck handelt – nicht gegen den geschlossenen Schieber fördern. Sonst hätte es zu einer Beschädigung der Pumpe, der Abfüllanlage oder einer Verletzung des Benutzers kommen können. Auch beim Fördern sehr abrasiver Medien war trotz niedriger Pumpendrehzahl ein erhöhter Verschleiß bei gewissen Medien festzustellen.

Aufgrund der Tatsache, dass 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 von Jessberger getestet, um einen Vergleich zu den bisherigen Exzenterschneckenpumpen zu haben.

Zeitenwende durch Membranpumpen

Die von Jessberger gelieferten druckluftbetriebenen Membranpumpen des Modells JP-810.170 und 400 Food sind wie die Schneckenpumpen in der Lage, über mehrere Stunden am Stück eingesetzt zu werden und darüber hinaus auch viskose Medien zu fördern. Aufgrund ihrer Konstruktion sind diese Pumpen, wie die Exzenterschneckenpumpen, selbstansaugend. Über die Druckluftzufuhr kann die Leistung der Pumpe einfach geregelt werden. Der große Vorteil ist aber für den Anwender bei gewissen Anwendungen, dass diese auch trockenlaufen und gegen ein geschlossenes Ventil arbeiten dürfen, so dass bauseits kein Trockenlaufschutz oder ein Bypass beziehungsweise ein Überdruckventil zum Abschalten der Pumpe eingebaut werden muss. Eine Membranpumpe hat aufgrund ihrer Konzeption die Eigenschaft, automatisch stehenzubleiben, sobald ein Absperrventil auf der Druckseite geschlossen wird. Sobald das Ventil wieder geöffnet wird, läuft die Pumpe umgehend wieder an.

Geringe Kosten durch sporadischen Betrieb

Für die Entscheidung des Anwenders, neben den vier Exzenterschneckenpumpen auch acht druckluftbetriebene Membranpumpen einzusetzen, waren neben diesen auf der Hand liegenden technischen Vorteilen die nun folgenden Gesichtspunkte ausschlaggebend.

Die gelieferten Testpumpen haben sich als robust erwiesen und konnten bei speziellen Anwendungen auch einfacher sowie schneller als Exzenterschneckenpumpen gereinigt werden, was im Bereich der Lebensmittelindustrie von hoher Bedeutung ist. Bei Jessbergers Kunden fielen die aufgrund des hohen Druckluftverbrauch zu erwartenden höheren Betriebskosten nicht ins Gewicht, da dieser die Pumpen nur sporadisch und nicht im Dauerbetrieb einsetzt. Auch im Hinblick auf den deutlich günstigeren Anschaffungspreis der Pumpen und den zu erwartenden Reparaturkosten fällt das Argument des Energieverbrauchs bei diesen Anwendungen des Kunden nicht ins Gewicht.

Ein nicht zu vernachlässigender Gesichtspunkt bei Druckluft-Membranpumpen ist der durch die entweichende Druckluft oder durch die mechanische Bewegung der Pumpe (Schlagen der Kugeln) entstehende Lärm. Wenn große 1,5“ bis 3“ Pumpen bei vollen 7 bar Luftdruck arbeiten, sind Unterhaltungen daneben oft nur schwer möglich. Trotz der zahlreichen Vorteile von Membranpumpen sind auch diese Pumpen daher nicht als optimal für alle Einsatzfälle anzusehen, da bei ihnen neben einer überdurchschnittlich hohen Lärmbelästigung mit einem hohen Luftverbrauch sowie einer starken Pulsation zu rechnen ist.

Letztendlich hängt die Entscheidung für die richtige Pumpe von vielen Faktoren ab, die oft nur der Anwender aufgrund seiner unterschiedlichen Produktionsabläufe kennt. Eine Kaufentscheidung für das jeweilige Pumpprinzip hängt neben den grundsätzlichen Vor- und Nachteilen der jeweiligen Pumpenart immer von der konkreten Anwendung ab.