Membranpumpe: Überblick, Funktionsweise & Anwendungen

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Was ist/sind Membranpumpen? Definition:
Membranpumpen sind Pumpen, die Flüssigkeiten und Gase befördern und extrem unempfindlich gegenüber Dauerbeanspruchung und verunreinigtes Fördergut sind. Der Antrieb ist dank der Trennmembran vor schädlichen Einflüssen, beispielsweise vor Schlamm oder chemisch versetzten Flüssigkeiten, geschützt.

Synonym(e): Druckluftmembranpumpe, engl. membrane pump


Funktion und Aufbau Membranpumpe

Animation der ecoflow Prozess-Membranpumpe von LEWA

Wie funktioniert eine Membranpumpe? Eine Membranpumpe lässt sich mit der Funktionsweise des Herzens vergleichen: Die Arbeit, die jedoch im Herzen die kontrahierenden Muskeln übernehmen, geht in der Membranpumpe von der Membran aus. Die Auslenkung und Position der Membran beeinflusst den Saug- und Pumpprozess. Wenn sich die Membran nach oben zieht, vergrößert sich der Hohlraum und es entsteht ein Druck, der die gewünschte Abfüllmenge des Medium in den Raum saugt. Sobald die Membran nach unten auf das Medium im Hohlraum drückt, wird es in den Ausflusskanal gepumpt. Die Auslenkung der Membran kann hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder elektromagnetisch hervorgerufen werden. Elektrische Membranpumpen eignen sich vor allem für Anwendungen, die nur einen geringen Druck aber eine pulsationsfreie Ausführung benötigen. Die Fördermenge hängt dabei von der Saughöhe und der Größe des Pumpengehäuses aus PVDF-Kunststoff oder Edelstahl ab. PVDF ist gegenüber energiereicher Strahlung sehr beständig und erfüllt hohe Reinheitsansprüche. Deswegen wird PVDF vor allem in der Chemie- und Lebensmittelindustrie eingesetzt. Die Publikation "Leckfreie Pumpen, Verdichter und Vakuumpumpen" von Gerhard Vetter des Vulkan Verlages gibt einen erweiterten Überblick über diese Materie.

Einsatz- und Anwendungsgebiete

Die Membranpumpe gehört zur Wassertechnik und kommt immer dann zum Einsatz, wenn eine leckfreie Pumpenausführung gewährleistet werden muss und somit eine unempfindliche Pumpe unabdingbar ist. Schlämme sind ein Beispiel für angreifende Medien. Auch in der Chemie- und Verfahrenstechnik haben sich Membranpumpen durchgesetzt. Die maximal erträgliche Partikelgröße hängt maßgeblich von der Ventilweite ab. Für die Durchmischung und die Erzeugung von Strömungen bei der Förderung von feststoffhaltigen Flüssigkeiten und Schlämmen sind Rührwerke besonders wichtig. Branchen für den Einsatz von Rührwerken in Pumpen sind mitunter die Lebensmittelindustrie, die Chemieindustrie und die Lack- und Farbenindustrie.

In der Chemie- und Verfahrenstechnik werden Membranpumpen oftmals auch als Vakuumpumpen zur Vakuumerzeugung benutzt. Vakuumpumpen sind dann gefragt, wenn das Vakuum öfrei sein soll. Mit der Membranpumpe lässt sich Groß- und Feinvakuum erzeugen. Außerdem kommen Vakuumpumpen regelmäßig in der Entwicklung und Forschung oder in der Lecksuche zum Einsatz. Eine lokale Lecksuche wird dann durchgeführt, wenn Grund zur Annahme einer undichten Stelle am Prüfling besteht.

Einsatz finden Membranpumpen aber genauso bei Aquarien für die Wohnung oder den Garten.

Arten von Membranpumpen

Wie schon erwähnt, hebt und senkt sich die Trennmembran durch verschiedene Einflüsse. Im Folgenden eine Beschreibung von mechanischen, hydraulischen, pneumatischen und elektromagnetischen Pumpen.

Druckluftmembranpumpen

Diese Art von Pumpen heißen auch Doppelembranpumpen. Die Pumpe besteht aus zwei Flüssigkeitskammern, zwei Luftkammern und - wie der Name schon sagt - aus zwei Membranen. Hierbei führt ein Ventil Druckluft zum mittleren Block. Der Luftdruck an der Rückseite der Membran wird wirksam, sodass er die Flüssigkeit in den Ausgang drückt. Da die beiden Membrane bei der Doppelmembranpumpe miteinander verbunden sind, zieht die sich bewegende Membran die andere Membran zur Mitte der Pumpe und es entsteht ein Ansaughub. Die Kugelventile öffnen und schließen sich, je nachdem von wo der Luftdruck kommt. Diese Kugelventile können nur arbeiten, wenn sie über diesen positiven Gegendruck zwischen zwei Phasen geschlossen werden. So können sich die Kammern füllen, leeren und den Rücklauf verhindern. Am Ende lässt der Luftmechanismus in Doppelmembranpumpen den Luftdruck zur entgegengesetzten Seite strömen, die Umkehrwirkung tritt in Kraft. Oftmals nutzen Industrielle Druckluftpumpen mit zwei Membranen zum Umfüllen von Flüssigkeiten in geringeren Fördermengen.

Mechanische Membranpumpen

Mechanische Membranpumpen sind sehr effektiv und glänzen durch den geringen Energieverlust und die damit verbundenen niedrigen Energiekosten, vor allem im Vergleich mit Druckluftmembranpumpen. Früher arbeiteten sie häufig als Benzinpumpen und Kraftstoffpumpen.

Hand-Membranpumpen

Ein eingänglichen Beispiel für diese Art von Pumpen ist der herkömmliche Blasebalg. Das Prinzip ist unkompliziert: Ein Pumpenhebel, den man mit der Hand hoch- und runterdrückt, treibt sie an. Auch zum Umpumpen von geringeren Flüssigkeiten sind Hand-Membranpumpen sehr nützlich.

Mechanisches Getriebe

Elektro Motoren (Drehzahl verschieden) treiben Pumpen dieser Art an, welche zu den ältesten Membranpumpenbauarten zählen. Mithilfe dieser Pumpe kann das Aufrechthalten eines Unterdrucks gewährleistet werden. Häufig treten Elektro Motoren als Membran-Entlüftungspumpe bei der Feuerwehr, die auf der einen Seite mit dem Entlüftungskanal und auf der anderen Seite mit der Feuerlöschkreiselpumpe verbunden ist, in Erscheinung. Kürzlich erfuhr die mechanische Membranpumpe einen Innovationsschub durch die neue, zweizylindrische Baureihe und konkurriert seitdem mit den pneumatischen Membranpumpen.

Hydraulische Membranpumpen

Die bekannteste hydraulische Membranpumpe ist die Kolbenmembranpumpe. Bei der Art von Pumpe, bewirkt ein von einem Elektro Motor angetriebener Kolben Druck- und Saugimpulse auf die Membran. Durch die Verwendung einer Arbeitsflüssigkeit (z.B. Hydrauliköl), kommt es zu einer großflächigen anstatt einer punktuellen Belastung der Membran. Das führt zu einer langen Membranlebensdauer. Die hydraulische Membranpumpe findet Verwendung in der Medizin-, Pharma-, Lebensmittel- und Biotechnologie. Der Vorteil bei der hydraulischen Membranpumpe sind die möglichen hohen Drücke (bis zu 300 bar), die die Förderung von Schlämmen benötigt.

Pneumatische Membranpumpen

Membranpumpen mit Pneumatikzylinder und Pneumatikventilen sind äußerst beliebt. Der Pneumatikzylinder wandelt die durch die Pneumatikventile eingeführte Druckluft in mechanische Energie um. Sie können sowohl geradlinige als auch Schwenkbewegungen ausführen, solange sie ein speziellen Getriebe dafür aufweisen. Pneumatische Membranpumpen haben jedoch einen relativ hohen Energiebedarf und es können starke Schwankungen des Luftdrucks auftreten.

Elektromagnetische Membranpumpen

Im Pumpenkörper befindet sich eine elektromagnetische Spule, die die Membran bewegt. Beim Einschalten des Stroms bewegt das entstehende magnetische Feld einen Kolben nach unten, der mit der Membran verbunden ist. Diese Energie saugt die Flüssigkeit in den Pumpenkörper. Wenn der Strom unterbricht, verschwindet das magnetische Feld, der Kolben zieht sich zurück in die Ausgangsposition, die Membran drückt zurück und die Flüssigkeit gelangt in den Ausgang. Elektromagnetische Pumpen (z.B. Schwingankerpumpe) wirken deutlich besser als pneumatische Pumpen. Diese Art von Membranpumpe heißt auch Kolbenmembranpumpe.

Membrandosierpumpen

Chemie-Membranpumpen

Benötigen eine ATEX-Konformität.

Membranpumpen Hersteller & Dienstleister

sind LEWA, Vacuubrand, Flux, Jessberger, sera, Almatec, Keller, Depa, Hyco, Zuwa, Verder, Graco, Sinntec, Steinle, Fink, Timmer