Schlauchpumpen: Der ultimative Leitfaden zu Funktionsweise, Anwendung und Auswahl

Anwendungen zur Handhabung von Flüssigkeiten stehen in verschiedenen Branchen vor zahlreichen Herausforderungen, von der Aufrechterhaltung der Sterilität bis zum Pumpen von viskosen oder korrosiven Flüssigkeiten. Die Wahl der falschen Pumpe kann zu Verunreinigungen, Leckagen und häufigen Wartungsarbeiten führen, was wiederum kostspielige Ausfallzeiten und verringerte Effizienz zur Folge hat.

Schlauchpumpen bieten eine einzigartige Lösung für diese Herausforderungen, denn ihr besonderes Funktionsprinzip gewährleistet einen sanften, pulsationsfreien Durchfluss ohne Kontakt zwischen Pumpe und Flüssigkeit. Durch ihre einfache, aber effektive Konstruktion überwinden Schlauchpumpen die Einschränkungen herkömmlicher Pumpentypen und eignen sich daher ideal für eine Vielzahl von Anwendungen.

In diesem umfassenden Leitfaden tauchen wir in die Welt der Schlauchpumpen ein und erkunden ihre Komponenten, Typen und Funktionsprinzipien. Wir besprechen auch ihre Vor- und Nachteile sowie wichtige Überlegungen zur Auswahl der richtigen Pumpe für Ihre spezifische Anwendung.

Was ist eine Schlauchpumpe?

Eine Schlauchpumpe ist eine Art Verdrängerpumpe, die Flüssigkeiten durch abwechselndes Zusammendrücken und Entspannen eines flexiblen Schlauchs bewegt. Die Pumpwirkung ähnelt der Peristaltik, der Kontraktion und Entspannung der Muskeln, die dabei helfen, Nahrung durch den Verdauungstrakt zu befördern. Dank dieses einzigartigen Pumpmechanismus können Schlauchpumpen eine Vielzahl von Flüssigkeiten schonend und effizient handhaben.

Konzept der positiven Verdrängung

Schlauchpumpen fallen in die Kategorie der Verdrängerpumpen. Bei einer Verdrängerpumpe wird bei jedem Betriebszyklus der Pumpe ein festes Flüssigkeitsvolumen verdrängt oder bewegt. Dies wird erreicht, indem eine bestimmte Flüssigkeitsmenge eingeschlossen und durch die Pumpe in das Auslassrohr fließen gelassen wird. Verdrängerpumpen bieten eine konstante Durchflussrate bei einer bestimmten Geschwindigkeit, unabhängig vom Auslassdruck, und sind daher ideal für Anwendungen, bei denen eine präzise Dosierung oder Messung erforderlich ist.

Komponenten von Schlauchpumpen

Zu den Hauptkomponenten einer Schlauchpumpe gehören:

• Flexibler Schlauch: Das Herzstück einer Schlauchpumpe ist der flexible Schlauch, durch den die Flüssigkeit gepumpt wird. Der Schlauch besteht normalerweise aus Materialien wie Silikon, PVC oder anderen Elastomeren, die wiederholter Kompression und Entspannung standhalten.
• Rotor und Rollen/Schuhe: Der Rotor ist ein kreisförmiges Bauteil mit zwei oder mehr Rollen oder Schuhen an seinem Umfang. Wenn sich der Rotor dreht, komprimieren die Rollen oder Schuhe den flexiblen Schlauch und erzeugen so eine Abdichtung zwischen der Saug- und der Druckseite der Pumpe.
• Pumpengehäuse: Das Pumpengehäuse umschließt Rotor und Schlauch und bietet Schutz und Halt. Das Gehäuse umfasst außerdem die Einlass- und Auslassöffnungen für die Flüssigkeit.
• Motor: Schlauchpumpen werden von einem Elektromotor angetrieben, der je nach Anwendung Wechsel- oder Gleichstrommotor sein kann. Die Motordrehzahl bestimmt die Durchflussrate der Pumpe.

Funktionsweise von Schlauchpumpen

Die Pumpwirkung einer Schlauchpumpe wird durch die folgenden Schritte erreicht:

1. Der flexible Schlauch wird in das Pumpengehäuse eingeführt und bildet eine Schleife um den Rotor.
2. Wenn sich der Rotor dreht, drücken die daran befestigten Rollen oder Schuhe die Rohre zusammen und erzeugen so eine Abdichtung zwischen der Saug- und der Druckseite.
3. Durch die Drehung des Rotors verschiebt sich der Kompressionspunkt entlang der Länge des Schlauchs, wobei Flüssigkeit hinter den komprimierten Abschnitt gesaugt und nach vorne gedrückt wird.
4. Während sich der Rotor weiterdreht, wird neue Flüssigkeit in die Schläuche gesaugt, während die zuvor angesaugte Flüssigkeit aus der Pumpe abgelassen wird.

Dieser Vorgang wird kontinuierlich wiederholt, wodurch ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfluss durch die Pumpe entsteht. Die Durchflussrate ist proportional zur Rotorgeschwindigkeit und zur Schlauchgröße.

Arten von Schlauchpumpen

Es gibt drei Haupttypen von Schlauchpumpen:

Schlauchpumpen

Schlauchpumpen, auch als Labor- oder Low-Flow-Peristaltikpumpen bekannt, sind der am häufigsten verwendete Typ. Sie verwenden flexible Schläuche mit kleinem Durchmesser (normalerweise weniger als 8 mm) und sind für geringere Durchflussraten und Drücke ausgelegt. Schlauchpumpen werden häufig in Labor-, Medizin- und Biotech-Anwendungen zum präzisen Dosieren und Abmessen von Flüssigkeiten verwendet.

Schlauchpumpen

Schlauchpumpen, auch High-Flow- oder industrielle Schlauchpumpen genannt, verwenden verstärkte Schläuche mit größerem Durchmesser (normalerweise 10–25 mm) und sind für höhere Durchflussraten und Drücke ausgelegt. Die Schläuche bestehen häufig aus Materialien wie Norprene oder Marprene, die eine höhere Haltbarkeit und Chemikalienbeständigkeit bieten. Schlauchpumpen werden häufig in industriellen Anwendungen wie Abwasserbehandlung, chemischer Verarbeitung und Bergbau eingesetzt.

Mikrofluidische Pumpen

Mikrofluidpumpen sind spezielle Schlauchpumpen, die für die Handhabung extrem kleiner Flüssigkeitsmengen, typischerweise im Mikroliter- oder Nanoliterbereich, ausgelegt sind. Diese Pumpen verwenden miniaturisierte Komponenten und Schläuche mit sehr kleinem Durchmesser (oft weniger als 1 mm). Mikrofluidpumpen werden in Anwendungen wie der Arzneimittelentdeckung, der Point-of-Care-Diagnostik und Lab-on-a-Chip-Geräten eingesetzt.

Durchflussberechnungen für Schlauchpumpen

Die Durchflussrate einer Schlauchpumpe kann mit folgender Formel berechnet werden:

Q = n × V

Wo:

• Q = Durchflussrate (ml/min)
• n = Rotordrehzahl (U/min)
• V = Volumen pro Umdrehung (ml/Umdrehung)

Das Volumen pro Umdrehung hängt von der Schlauchgröße und der Anzahl der Rollen oder Schuhe am Rotor ab. Hersteller stellen in der Regel Durchflussdiagramme oder -rechner zur Verfügung, mit deren Hilfe Benutzer die geeignete Schlauchgröße und Rotordrehzahl für die gewünschte Durchflussrate bestimmen können.

Vorteile von Schlauchpumpen

Schonender Umgang mit Flüssigkeiten

Die peristaltische Pumpwirkung ist sanft und nicht invasiv und eignet sich daher für die Handhabung empfindlicher Flüssigkeiten wie Zellkulturen, Blut und anderer biologischer Proben. Die Flüssigkeit kommt nur mit der Innenseite des Schlauchs in Kontakt, wodurch das Risiko einer Kontamination oder Beschädigung minimiert wird.

Geringer Wartungsaufwand

Schlauchpumpen haben nur wenige bewegliche Teile und die Flüssigkeit kommt nur mit den Schläuchen in Kontakt, wodurch der Verschleiß der Pumpenkomponenten verringert wird. Dies führt zu einem geringeren Wartungsaufwand und einer längeren Lebensdauer im Vergleich zu anderen Pumpentypen.

Umkehrbarer Durchfluss

Durch Umkehren der Rotorrichtung können Schlauchpumpen die Richtung des Flüssigkeitsflusses problemlos ändern. Diese bidirektionale Funktion ist bei Anwendungen nützlich, bei denen Leitungen entleert oder Verstopfungen beseitigt werden müssen.

Selbstansaugend

Schlauchpumpen sind selbstansaugend, d. h. sie können Flüssigkeit aus einer Quelle ansaugen, selbst wenn die Pumpe trocken ist. Dadurch ist kein manuelles Ansaugen oder zusätzliche Ansaugsysteme mehr erforderlich.

Trockenlauffähigkeit

Im Gegensatz zu einigen anderen Pumpentypen können Schlauchpumpen trocken laufen, ohne Schaden zu nehmen. Wenn die Flüssigkeitszufuhr ausgeht, kann die Pumpe weiterlaufen, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie blockiert oder überhitzt.

Nachteile von Schlauchpumpen

Begrenzte Druckkapazität

Schlauchpumpen haben im Vergleich zu anderen Verdrängerpumpen wie Zahnrad- oder Kolbenpumpen typischerweise eine geringere Druckkapazität. Der maximale Druck wird durch die Festigkeit des Schlauchmaterials und die Kompressionskraft der Rollen begrenzt.

Pulsierender Fluss

Die peristaltische Pumpwirkung erzeugt eine leichte Pulsation im Flüssigkeitsfluss, insbesondere bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Diese Pulsation kann durch die Verwendung von mehr Rollen oder einer längeren Kompressionszone minimiert werden, ist jedoch möglicherweise nicht für Anwendungen geeignet, die einen extrem gleichmäßigen Fluss erfordern.

Schlauchverschleiß

Durch wiederholtes Zusammendrücken und Entspannen des Schlauchs kann dieser mit der Zeit verschleißen und muss regelmäßig ausgetauscht werden. Die Lebensdauer des Schlauchs hängt von Faktoren wie Material, Flüssigkeitseigenschaften und Betriebsbedingungen ab.

Geringere Effizienz

Aufgrund der Reibung zwischen Rollen und Schläuchen weisen Schlauchpumpen im Vergleich zu anderen Pumpentypen im Allgemeinen eine geringere Energieeffizienz auf. Dies kann zu einem höheren Stromverbrauch und höheren Betriebskosten führen.

Anwendungen von Schlauchpumpen

Chemische Dosierung

Schlauchpumpen werden häufig zur Chemikaliendosierung bei der Wasser- und Abwasseraufbereitung, in Schwimmbädern und bei industriellen Prozessen eingesetzt. Sie ermöglichen eine genaue, wiederholbare Dosierung von Chemikalien wie Chlor, pH-Regler und Flockungsmittel.

Biomedizin und Pharmazie

In medizinischen und biotechnologischen Anwendungen werden Schlauchpumpen für Flüssigkeitshandhabungsaufgaben wie Blutzirkulation, Dialyse und Arzneimittelverabreichung eingesetzt. Aufgrund ihrer sanften Pumpwirkung und der Fähigkeit, empfindliche Flüssigkeiten zu handhaben, sind sie für diese Anwendungen gut geeignet.

Nahrungsmittel und Getränke

Schlauchpumpen werden in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung für Aufgaben wie die Dosierung von Zutaten, die Aromainjektion und den Produkttransfer verwendet. Die Pumpen können viskose Flüssigkeiten wie Sirup und Pasten verarbeiten und ihr hygienisches Design trägt zur Aufrechterhaltung der Produktqualität bei.

Drucken und Tintenzufuhr

In der Druckindustrie werden Schlauchpumpen für Tintenzufuhrsysteme in Tintenstrahldruckern und anderen digitalen Druckgeräten verwendet. Die präzise Durchflussregelung und die Fähigkeit, pigmentierte Tinten zu verarbeiten, machen sie zu einer beliebten Wahl für diese Anwendung.

So wählen Sie die richtige Schlauchpumpe aus

Bei der Auswahl einer Schlauchpumpe für eine bestimmte Anwendung sollten mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden:

Durchflussrate und Druckanforderungen

Der erste Schritt besteht darin, die erforderliche Durchflussrate und den erforderlichen Abgabedruck für die Anwendung zu bestimmen. Dadurch können Sie die erforderliche Pumpengröße und den erforderlichen Schlauchdurchmesser eingrenzen. Konsultieren Sie die Durchflussratendiagramme des Herstellers oder verwenden Sie dessen Online-Dimensionierungstools, um eine Pumpe auszuwählen, die Ihren Anforderungen entspricht.

Viskosität der Flüssigkeit

Die Viskosität der gepumpten Flüssigkeit ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Flüssigkeiten mit höherer Viskosität erfordern leistungsstärkere Motoren und können die maximal erreichbare Durchflussrate begrenzen. Stellen Sie sicher, dass die Pumpe den Viskositätsbereich Ihrer Anwendung bewältigen kann.

Chemische Verträglichkeit der Flüssigkeit mit Pumpenmaterialien

Die Schläuche und andere benetzte Teile der Pumpe müssen mit der gepumpten Flüssigkeit kompatibel sein. Überprüfen Sie die vom Hersteller bereitgestellten Chemikalienbeständigkeitstabellen, um sicherzustellen, dass das Schlauchmaterial der Flüssigkeit ohne Zersetzung oder Auslaugen standhält. Berücksichtigen Sie bei der Beurteilung der Kompatibilität Faktoren wie Temperatur, Konzentration und Einwirkzeit.

Vergleich von Schlauchpumpen mit anderen Pumpentypen

Häufige Probleme und Fehlerbehebung

• Schlauchfehler: Wenn der Schlauch reißt oder undicht ist, stoppen Sie die Pumpe sofort und ersetzen Sie den Schlauch. Achten Sie auf Anzeichen von Verschleiß, Verstopfung oder chemischem Angriff.
• Reduzierte Durchflussrate: Eine Verringerung der Durchflussrate kann auf eine Blockade im Schlauch oder einen abgenutzten Rotor hinweisen. Überprüfen Sie den Schlauch auf Knicke oder Verstopfungen und reinigen oder ersetzen Sie ihn bei Bedarf. Überprüfen Sie den Rotor auf Anzeichen von Verschleiß und ersetzen Sie ihn bei Bedarf.
• Lauter Betrieb: Ungewöhnliche Geräusche während des Betriebs können auf ein Problem mit der Pumpe hinweisen. Überprüfen Sie, ob sich Schmutz im Pumpenkopf befindet, ob der Rotor locker ist oder ob die Lager abgenutzt sind. Genauere Anweisungen finden Sie in der Anleitung zur Fehlerbehebung des Herstellers.
• Überhitzung des Motors: Wenn der Motor überhitzt, kann dies auf ein Problem mit der Stromversorgung oder eine Verstopfung in der Pumpe hinweisen. Überprüfen Sie, ob Spannung und Strom richtig sind, und prüfen Sie die Schläuche und den Rotor auf Blockaden oder Klemmen. Lassen Sie den Motor abkühlen, bevor Sie ihn neu starten.