Membranpumpe

(c) Schorschi2, CC BY-SA 3.0

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Die Membranpumpe ist eine Saugpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten bzw. Gasen, die besonders unempfindlich gegen Dauerbeanspruchung und Verunreinigungen im Fördergut ist.

Ihr Funktionsprinzip ist eine Abwandlung der Kolbenpumpe, wobei jedoch das zu fördernde Medium durch eine Membran vom Antrieb getrennt ist. Sie ähnelt ebenfalls dem Herzen, das aber statt einer mechanisch bewegten Membran kontrahierende Muskeln verwendet.^[1]

Der Vorteil dieser Pumpe ist, dass durch die Trennmembran der Antrieb von schädlichen Einflüssen des Fördermediums, beispielsweise Schlämme oder Verunreinigungen in der Pharma- oder Lebensmittelindustrie, abgeschirmt wird. Einer der größten Nachteile der herkömmlichen Kolbenpumpe, das Problem der Abdichtung des Kolbens, ist dadurch gelöst.^[1]

Die Auslenkung der Membran geschieht entweder hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder elektromagnetisch.

Die Membranpumpen werden verwendet, wo eine leckfreie Pumpenausführung besonders wichtig ist. Beispielsweise werden sie dort eingesetzt, wo gefährliche Schlämme zu pumpen sind oder ein Trockenlauf zu befürchten ist. Sie sind sinnvoll zur Förderung abrasiver Fluide, weil sie keine schleifenden Dichtungen haben und wegen der geringen Wartungsansprüche generell bei Schlämmen.^[2]

Für höhere Drücke sind sie nicht gut geeignet, früher wurden sie oft in Autos als Kraftstoffpumpe verwendet.

Auf der anderen Seite gibt es Membranpumpen als Vakuumpumpen. Sie werden speziell eingesetzt, wenn das Vakuum ölfrei sein muss. Da Membranvakuumpumpen im Vergleich zu anderen Vakuumpumpen sehr unempfindlich sind, haben sie sich in der Chemie und der Verfahrenstechnik als Standardpumpen für Grob- und Feinvakuum etabliert. Mit Membranpumpen lassen sich Vakua bis etwa 0,5 mbar erzeugen.^[3]

Mechanische Membranpumpen haben einen etwas besseren Wirkungsgrad als Druckluftmembranpumpen, besonders, wenn man den Energieverlust durch die Erzeugung der Druckluft hinzurechnet, können aber trotzdem nicht an die Effizienz einer hydraulischen Membranpumpe heranreichen.^[4]

Diese werden in den meisten Fällen über einen Pumpenhebel per Hand angetrieben. Eingesetzt werden sie z. B. zum Erzeugen eines Vakuums für Kreiselpumpen oder zum Umpumpen kleinerer Flüssigkeitsmengen. Sie sind auch ein gängiges Arbeitsgerät der Feuerwehren im Gefahrguteinsatz. Ein weiteres Beispiel für eine frühe Form der Membranpumpe ist der Blasebalg.

Diese werden in den meisten Fällen über eine Pleuelstange und einen Exzenter von einem Elektromotor angetrieben. Eingesetzt werden sie z. B. in Leckanzeigegeräten zum Aufrechterhalten des Unterdrucks.

Pumpen dieser Bauart wurden jahrzehntelang als Kraftstoff-Förderpumpe in Kraftfahrzeugen verwendet. Hier wurden sie von der Nockenwelle des Motors betätigt. Bei Einzylinder- und Zweitaktmotoren wurde die Membran vereinzelt vom Unterdruck des Ansaugtraktes direkt betätigt.

Ein Einsatzgebiet für diese Pumpe ist etwa die Membran-Entlüftungspumpe bei der Feuerwehr.

Bei Mikromembranpumpen werden unter anderem scheibenförmige Piezoaktoren eingesetzt, welche direkt auf der Membran montiert werden können. Sie dienen zur kontinuierlichen Förderung oder Dosierung von kleineren Flüssigkeitsmengen.

Hydraulische Pumpen werden für höhere Drücke benötigt. Der Gegendruck des Hydraulikfluids entlastet die Membran und erhöht so ihre Lebensdauer.^[5]

Bei einer Kolbenmembranpumpe wird die oszillierende Bewegung des Kolbens über ein Arbeitsmedium auf die Membrane übertragen. Als Arbeitsflüssigkeit verwendet man Wasser mit einem wasserlöslichen Mineralzusatz oder ein Hydrauliköl. Die Wirkungsweise der Kolbenmembranpumpe kann in ähnlicher Weise wie die einer reinen Kolbenpumpe betrachtet werden, da durch ein konstantes Flüssigkeitsvolumen zwischen Kolben und Membrane die Bewegung des Kolbens direkt einen Ausschlag der Membrane bewirkt und somit Saug- und Druckimpulse hervorruft. Durch die Verwendung einer Flüssigkeit wird die Membrane jedoch vollflächig belastet und es entsteht keine Punktbelastung der Membrane wie bei einer reinen Membranpumpe.

Pneumatische Doppelmembranpumpe

Grundlegendes Funktionsprinzip einer pneumatischen Doppelmembranpumpe.

Sie bestehen aus einem Doppelgehäuse, das zwei über eine Verbindungsstange verbundene Membranen enthält. Diese werden auf ihrer Außenseite vom Fördermedium, auf ihrer Innenseite von der Druckluft beaufschlagt. Wenn die Membran ihre Endlage erreicht hat, wird über die Verbindungsstange ein Ventil betätigt, das die Druckluft auf die jeweils andere Membran umsteuert. Eine Druckluft-Membranpumpe überträgt den Luftdruck ohne Verluste auf das Fördermedium. Als einzige Verdrängerpumpe wird das Fördervolumen durch Abdrosseln auf der Druckseite eingestellt und lässt sich daher sehr genau justieren. Allerdings treten im Umsteuermoment relativ starke Schwankungen des Förderdrucks (keine Druckstöße, da der Druck absinkt, nicht aber über den Luftdruck steigen kann) auf, die bei einigen Anwendungen stören können. Bei Kraftstoffpumpen für Zweitaktmotoren (AWE Wartburg, DKW) wurden die Druckschwingungen des Kurbelgehäuses zum pneumatischen Antrieb genutzt.

Nachteilig ist auch der relativ hohe Energiebedarf, da genauso viel komprimierte Druckluft benötigt wird, wie mit der Pumpe gefördert wird.^[2]

Diese Art von Membranpumpen verwenden einen Schwinganker, der durch ein magnetisches Wechselfeld bewegt wird.

Die elektromagnetischen Pumpen haben einen deutlich besseren Wirkungsgrad als die pneumatischen Pumpen.^[2]

• Gerhard Vetter: Leckfreie Pumpen, Verdichter und Vakuumpumpen. Vulkan-Verlag, 1998, ISBN 3-8027-2185-3, S. 251–260.

• A. Wendt: Video Funktionsweise Kolbenmembranpumpe

1. ↑ ^{a b} Ulrich Harten: Physik: Eine Einführung für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Gabler Wissenschaftsverlage, 2011, ISBN 978-3-642-19978-3, S. 90.
2. ↑ ^{a b c} Gerhard Vetter: Leckfreie Pumpen, Verdichter und Vakuumpumpen. Vulkan-Verlag, 1998, ISBN 3-8027-2185-3, S. 251.
3. ↑ Vakuumpumpstand für den Laborgebrauch, abgerufen am 10. März 2017.
4. ↑ Gerhard Vetter: Rotierende Verdrängerpumpen für die Prozeßtechnik. Vulkan-Verlag, 2006, ISBN 3-8027-2173-X, S. 28 f.
5. ↑ Gerhard Vetter: Leckfreie Pumpen, Verdichter und Vakuumpumpen. Vulkan-Verlag, 1998, ISBN 3-8027-2185-3, S. 252.