Pumpe arbeitet wie eine menschliche Vene

Heinz M. Nägel ist Geschäftsführer der Feluwa Pumpen GmbH in Mürlenbach

Leckagefreie Pumpen sind zum Trend geworden in der Prozess- und Verfahrenstechnik – besonders dort, wo sehr aggressive und korrosive Medien zu transportieren sind. Membranpumpen kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, weil die Membran das Fördergut vom Antriebsaggregat hermetisch trennt. Bei konventionellen Kolbenmembranpumpen besteht allerdings die Gefahr, dass das Medium nach einem Membranbruch mit dem Antriebsteil in Berührung kommt. Diese und weitere Probleme minimiert oder beseitigt die neue Doppel-Schlauchmembranpumpe Multisafe, bei der die übliche Flachmembrane in eine doppelte Schlauchmembrane umgewandelt wurde: Sie arbeitet sicherer und zuverlässiger, geht schonender mit dem Fördermedium um, lässt sich flexibler einsetzen, bietet eine höhere Lebensdauer für die Membranen und benötigt weniger Einbauraum.

Bei der Multisafe handelt es sich um eine hermetisch dichte, leckfreie, oszillierende Verdrängerpumpe mit glattflächigem und leicht zu reinigendem Arbeitsraum. Das Getriebe wandelt die rotierende Antriebsbewegung in eine oszillierende Kolbenbewegung um. Über eine hydraulische Vorlageflüssigkeit verformt der Kolben das doppelte Schlauchmembran-Paar, das vom Förderfluid geradlinig durchflossen wird. Die Pumpwirkung entsteht durch das Kontrahieren des Schlauches, wobei die Schlauchmembran nicht zusammengequetscht wird wie bei mechanisch angetriebenen Schlauchpumpen. Pro Hub macht sie nur eine geringe Bewegung mit, vergleichbar mit der einer Vene. Für die Vorlageflüssigkeit werden in der allgemeinen Verfahrenstechnik normalerweise Hydrauliköle verwendet. In der Steriltechnik hingegen kommen Flüssigkeiten mit einem physiologisch unbedenklichen Schmierstoff zum Einsatz, die inkompressibel und gegenüber dem Medium indifferent sind. Leckverluste an dieser Hydraulikflüssigkeit kompensiert die dafür vorgesehene Ergänzungssteuerung automatisch.

Die Lebensdauer der Schlauchmembranen ist um ein Vielfaches höher als die herkömmlicher Flachmembranen und bietet sehr gute MTBF- und MTBR-Werte (mean time before failure und mean time before repair). Bisher hat die Multisafe auf dem Prüfstand etwa 15 000 h absolviert und noch keine Mängel gezeigt. Es ist zu erwarten, dass die Schlauchmembranen im Vergleich zu Flachmembranen deutlich mehr als die doppelte Standzeit erreichen. Dies rührt daher, dass sie konzentrisch elastisch verformt werden – und zwar weggesteuert mit kleinem, immer gleichen Hub an konstruktiv vorgegebenen Stellen. Die hydraulische Abstützung setzt die Schlauchmembranen auch bei hohem Betriebsdruck nur vernachlässigbar geringen Belastungen aus. Das hydraulische Betätigungssystem ist dabei durch das Schlauchmembran-Paar hermetisch von der mediumberührten Zone abgegrenzt.

Um die bei Kolbenpumpen unvermeidbaren Pulsationen zu kompensieren, stehen Pulsationsdämpfer zur Verfügung.

Die Doppel-Schlauchmembranpumpe bietet auch eine höhere Zuverlässigkeit: Diese hängt bei Membranpumpen in erster Linie von der Lebensdauer der Membrane und der Förderventile ab. Aggressive und/oder abrasive Medien setzen herkömmlichen Ausführungen noch weitere Grenzen: Beispielsweise geschieht es häufig, dass stark auskristallisierende Fördermedien sich im unteren Pumpenteil zwischen Membrane und Haltering absetzen und die Membrane vorzeitig zerstören. Konstruktionsbedingt lässt es sich nicht vermeiden, dass das Fördermedium nach einem Membranbruch entweder in den Antriebs- oder den Hydraulikraum gelangt und dort mit den gleitenden Abdichtungen in Berührung kommt. Je nach Fördermedium verursacht diese Schwachstelle erhebliche Zerstörungen und beträchtliche Kosten für Reinigung und Betriebsausfall.

Dieses Problem hat die Feluwa Pumpen GmbH, Mürlenbach, bereits vor mehr als 30 Jahren veranlasst, die Flachmembrane um eine Schlauchmembrane zu ergänzen, durch die das Produkt geradlinig hindurchgeführt wird, so dass es nur mit den Förderventilen in Kontakt kommt. Bei der Multisafe gingen die Entwickler jetzt noch einen Schritt weiter und ersetzten die Flachmembrane durch eine zweite Schlauchmembrane. Schwer zu reinigende Ablagerungen, wie sie an den Einspannrändern konventioneller Kolbenmembranpumpen vorkommen, gibt es bei ihr nicht. Konstruktive Vorkehrungen garantieren, dass sich die Schlauchmembranen bei Über- und Unterdruck synchron zum Kolben bewegen.

Der pumpentechnische Vorteil dieser Ausführung liegt im geraden Durchgang, der sich beim Fördern vieler Medien strömungstechnisch besonders günstig auswirkt – beispielsweise bei Suspensionen, viskosen Flüssigkeiten, feststoffbeladenen oder abrasiven Flüssigkeiten oder Fluiden, die keinen Scherkräften ausgesetzt werden dürfen. Die Schlauchmembranen bieten ein Maximum an geradeaus verlaufenden Flusslinien und können daher Materialien mit einem Minimum an Verschleiß fördern. Selbst wenn eine Schlauchmembrane undicht ist, kommt das Fördermedium nicht mit dem Pumpengehäuse in Berührung. Vielmehr sorgt die zweite Schlauchmembrane dafür, dass die Pumpe problemlos bis zum nächsten Betriebsstillstand weiterarbeiten kann. Dies macht die Multisafe besonders betriebssicher – und zugleich besonders wirtschaftlich: Da das Pumpengehäuse nie mit dem Fördermedium in Berührung kommt, hängt die Auswahl des geeigneten Materials nur vom geforderten Volumenstrom und vom Pumpendruck ab, nicht jedoch vom Medium. Für das Pumpengehäuse sind also keine speziellen und damit besonders teuren Werkstoffe nötig. Die Doppel-Schlauchmembranpumpen werden nach einem modularen Konzept mit verschiedenen Triebwerksgrößen in Simplex-, Duplex-, Triplex- und Quadruplex-Ausführung gebaut.

Ein weiteres Merkmal der Multisafe erhöht ihre Verfügbarkeit:die Diagnosemöglichkeiten. Sie ermöglichen zielgenaue Wartungen und konzentrieren sich auf

Das Doppel-Schlauchmembran-System (mit zwei Schlauchmembranen ineinander) stellt letztlich eine doppelte Barriere dar. Jede ist auch allein funktionsfähig.

Bei der Auslegung wird die Qualität der Medium-zugewandten Schlauchmembrane individuell an die Betriebsbedingungen angepasst. Sie ist mit der komplementärseitigen (der Hydraulikflüssigkeit zugewandten) Schlauchmembrane über einen drucklosen Zwischenraum verbunden, der in eine zentrale Übergabestelle mündet. Falls eine der beiden Schlauchmembranen undicht wird oder bricht, gelangt entweder Medium oder Vorlageflüssigkeit in den Zwischenraum, baut dort einen Druck auf und gelangt zwangsläufig zur Schlauchmembran-Zustandsüberwachung, die entweder visuell (über Steigröhrchen) oder mit einem Drucksensor arbeitet. Auf jeden Fall sorgt sie für eine Warnung. Bis zur nächsten Reparatur bleibt die Pumpe selbst im Falle der Leckage einer Schlauchmembrane funktionstüchtig.

Um Verschleiß in den Förderventilen frühzeitig zu erkennen, wurden maßgeschneiderte Detektoren entwickelt. Sie analysieren den Körperschall der Förderventile und erfassen Leckagen zwischen Ventilsitz und Kugel/Kegel bereits zu einem Zeitpunkt, in dem der Fördermengenverlust noch unter 2,5 % liegt. Dies vereinfacht die Wartung.

Dank des FVPMS (Feluwa Valve Performance Monitoring System) müssen beispielsweise bei einer Vierlingspumpe mit acht Ventilen nicht mehr alle Ventile demontiert werden, um das tatsächlich beschädigte zu bestimmen. Das System gibt zuverlässig Auskunft darüber, welches der acht Ventile undicht ist und gegebenenfalls ausgetauscht werden muss. Die Information wird über einen potenzialfreien Kontakt weitergeleitet und bietet dem Betreiber die Möglichkeit der prädiktiven Wartung und einer exakten Bestimmung der MTBR-Werte. Wartungskosten können erheblich reduziert werden.

Aggregat ist hermetisch dicht und zustandsüberwacht

Membran-Paar wirkt als doppelte redundante Barriere