Flüssigkeiten Fördern - Stichpunkte

**Flüssigkeiten fördern:** Flüssigkeiten können über verschiedene Mechanismen kontinuierlich transportiert werden. **Schwerkraft:** Flüssigkeiten fließen von oben nach unten. **Vorteil:** Man spart Pumpen, wenn die Produktion so angeordnet ist, dass Schwerkraft genutzt wird. **Nachteil:** Bei g...

**Flüssigkeiten fördern:** Flüssigkeiten können über verschiedene Mechanismen kontinuierlich transportiert werden. **Schwerkraft:** Flüssigkeiten fließen von oben nach unten. **Vorteil:** Man spart Pumpen, wenn die Produktion so angeordnet ist, dass Schwerkraft genutzt wird. **Nachteil:** Bei giftigen oder gefährlichen Stoffen muss mit Pumpen kontrolliert werden, wo die Flüssigkeit hinfließt. **Druckgas:** Flüssigkeiten werden durch Druck (z. B. Stickstoff) aus einem Tank gepresst. Beispiel: Für eine Höhe von 30 m braucht man mindestens 3 bar Druck. **Vakuum:** Flüssigkeiten werden gesaugt, indem über dem Flüssigkeitsspiegel ein Unterdruck erzeugt wird. Beispiel: Befüllen eines Behälters mit Vakuum. **Pumpen:** Pumpen sind der Standard für das Fördern von Flüssigkeiten in der Verfahrenstechnik. **Arten von Pumpen:** 1. **Zentrifugalpumpen:** - Arbeiten mit Zentrifugalkraft. 2. **Verdrängerpumpen/zwangsfördernde Pumpen:** - Fördern Flüssigkeiten durch feste Kammern. 3. **Strahlpumpen:** - Nutzen Strömungen oder Gasstrahlen zum Transport. **Auswahlkriterien für Pumpen:** - **Pulsationen:** - Schwankungen im Druck oder Durchfluss. - Können Probleme wie Vibrationen oder Schäden verursachen. - **Förderhöhe und Durchfluss:** - Beschreibt, wie viel Flüssigkeit die Pumpe fördern kann und wie hoch. - **Ansaugvermögen:** - Kann die Pumpe selbstständig Flüssigkeit ansaugen? - **Medienverträglichkeit:** - Kann die Pumpe mit dem zu fördernden Medium umgehen? - **Größe:** - Platzbedarf der Pumpe. - **Preis:** - Kosten der Pumpe. **Wichtige Begriffe:** - **Saugseite:** Wo die Flüssigkeit in die Pumpe eintritt. - **Druckseite:** Wo die Flüssigkeit die Pumpe verlässt. **Zentrifugalpumpe:** - Am häufigsten eingesetzte Pumpenart in der chemischen Industrie. - Auch bekannt als Kreiselradpumpe. **Kreiselpumpe:** - Rotierendes Laufrad mit Schaufeln. - Flüssigkeit tritt durch den Saugstutzen ein. - Zentrifugalkräfte fördern die Flüssigkeit zum Druckstutzen. **Funktionsweise:** - Flüssigkeit wird durch Drehung der Schaufeln seitlich weggeschleudert. - Unterstützt durch die Schiefstellung der Lamellen. **Genauere Erklärung der Funktionsweise**: 1. **Ansaugen der Flüssigkeit:** - Die Flüssigkeit gelangt durch den Saugstutzen in das Pumpengehäuse. - Im Bereich des Laufrads entsteht durch die Drehung ein Unterdruck, der die Flüssigkeit ansaugt. 2. **Beschleunigung durch das Laufrad:** - Das Laufrad dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, angetrieben durch die Antriebswelle. - Durch die Drehung wird die Flüssigkeit durch Zentrifugalkräfte nach außen gedrückt. 3. **Erhöhung der Geschwindigkeit und des Drucks:** - Während die Flüssigkeit nach außen gedrückt wird, nimmt ihre Geschwindigkeit und Energie zu. - Gleichzeitig wird die Flüssigkeit im spiralförmigen Sammelrohr (Spiralgehäuse) gesammelt. 4. **Austritt der Flüssigkeit:** - Die Flüssigkeit verlässt die Pumpe durch den Druckstutzen. - Dabei ist der Druck auf der Druckseite höher als auf der Saugseite, was die Flüssigkeit durch das System transportiert **Häufige Fragen:** 1. **Wann entsteht ein Unterdruck vor der Pumpe?** - Nur, wenn die Pumpe mit Wasser gefüllt ist. 2. **In welche Richtung dreht sich das Kreiselrad?** - Im Uhrzeigersinn. 3. **Warum ist die Drehrichtung wichtig?** - Richtige Drehrichtung sorgt dafür, dass die Flüssigkeit seitlich weggeschleudert wird und die Pumpe effizient arbeitet. 4. **Was passiert bei falscher Drehrichtung?** - Flüssigkeit wird nicht richtig gefördert, die Pumpe gerät in Unwucht, und das Pumpenrad kann beschädigt werden. **Eigenschaften Kreiselpumpen:** - **Saughöhe:** - Das ist die Höhe, aus der die Pumpe Flüssigkeit ansaugen kann (wie viele Meter die Flüssigkeit hochgezogen wird). - WICHTIG: Damit die Pumpe Flüssigkeit ansaugen kann, muss die Leitung mit Flüssigkeit gefüllt sein. Wenn Luft oder Gas in der Leitung ist, funktioniert das Ansaugen nicht**.** - **Druckhöhe:** - Das ist der Druck, den die Pumpe erzeugen kann, um die Flüssigkeit zu fördern. Dieser Druck wird auf der Druckseite gemessen (nachdem die Flüssigkeit die Pumpe verlassen hat). - **Förderhöhe:** - Das ist die **Summe** aus Saughöhe und Druckhöhe. Sie gibt an, wie hoch oder wie weit die Pumpe insgesamt Flüssigkeit transportieren kann. **Einschränkungen der Kreiselpumpe:** - Die **Förderhöhe** (Saughöhe + Druckhöhe) und der **Förderstrom** (wie viel Flüssigkeit pro Zeit transportiert wird) hängen ab von: - **Größe des Laufrads:** Größere Laufräder erzeugen mehr Druck und fördern mehr Flüssigkeit. - **Drehzahl des Laufrads:** Je schneller das Laufrad dreht, desto mehr Druck und Förderstrom kann erzeugt werden **Lösung für höhere Anforderungen:** - Wenn eine Pumpe mehr Druck oder eine höhere Förderhöhe benötigt, kann man **mehrere Laufräder** in einem Gehäuse hintereinander anordnen. Das nennt man eine **mehrstufige Pumpe**. - Jedes Laufrad erhöht den Druck ein Stück mehr. Das macht die Pumpe leistungsfähiger. **Aufbau Kreiselpumpe** **Aufbau einer Kreiselpumpe:** 1. **Saugstutzen:** Zieht Flüssigkeit an. 2. **Laufrad:** Dreht sich, um Flüssigkeit zu fördern. 3. **Druckstutzen:** Leitet die Flüssigkeit weiter. 4. **Rückschlagklappe:** Verhindert Rückfluss. 5. **Manometer:** Misst den Druck. 6. **Entleerungsventil:** Zum Ablassen der Flüssigkeit. **Wie schalte ich eine Kreiselpumpe ein?** 1. Füllen der Pumpe (sogenannt „saugfähig machen"). 2. Druckventil schließen und die Pumpe starten. 3. Druckseite langsam öffnen. **Was passiert, wenn die Pumpe druckseitig zu schnell geöffnet wird?** - Kann zur Unwucht und Schäden am Laufrad führen. - Im schlimmsten Fall schaltet die Pumpe sich aus Sicherheitsgründen selbst ab. **Was zeigt die Pumpenkennlinie?** - Zusammenhang zwischen Förderhöhe und Förderstrom. - **Je höher der Förderstrom**, desto **niedriger die Förderhöhe**. **Was passiert, wenn ich eine größere Förderhöhe brauche?** - Der Förderstrom wird kleiner. **Wofür wird die Pumpenkennlinie genutzt?** - Zeigt, ob die gewünschte Menge (Förderstrom) bei der benötigten Höhe (Förderhöhe) erreicht werden kann. - Hilft zu entscheiden, ob die Pumpe leistungsstark genug ist. **Was kann aus dem Diagramm abgelesen werden?** - Welchen Förderstrom und welche Förderhöhe die Pumpe liefern kann. - Ob die Pumpe den Druckverlust in der gesamten Anlage ausgleichen kann. - Die Anlage kann eine eigene Kennlinie haben, die mit der Pumpenkennlinie verglichen wird, um die Leistung zu optimieren. **Wie regelt man den Durchfluss der Pumpe?** - **Drosseln des Ventils** auf der Druckseite: - Erhöht den Druckverlust in der Anlage. - Die Anlagenkennlinie verschiebt sich nach oben → geringerer Durchfluss. - Der Betriebspunkt verschiebt sich im Diagramm, wo Pumpen- und Anlagenkennlinie sich schneiden. **Alternative Methode:** - Rückführung eines Teilstroms (Bypass) → reduziert den Druckaufbau der Pumpe. **Was passiert, wenn das Ventil zu stark abgedrosselt wird?** - Der Widerstand steigt → Druck und Druckverlust nehmen zu. **Vorteile von Kreiselpumpen:** - **Gleichmäßiger Förderstrom** (keine Pulsationen). - Einfach zu regeln. - Kompakte Bauweise, direkte Kopplung mit Elektromotor möglich. - Wenige Verschleißteile → langlebig. - Große Vielfalt an Fördermedien möglich (heiße Flüssigkeiten, Feststoffanteile, etc.). - Flexibel: Pumpe passt sich an Anlagenkennlinie an. - Platzsparend. **Nachteile von Kreiselpumpen:** - Nicht selbstansaugend. - Nicht geeignet bei: - Gashaltigen Medien. - Kleinen Fördermengen (ineffizient). - Hohen Förderdrücken (benötigt mehrstufige Ausführungen). - Zähflüssigen Medien. (Er überhitzt, die Flüssigkeit ist zu zäh zum Nachziehen. Bei extrem viskösen Stoffen gehen die Lamellen kaputt) **Weitere Zentrifugalpumpen -- Seitenkanalpumpe** **Allgemein** - Es gibt verschiedene Arten von Zentrifugalpumpen. - Sie haben keine zwangsfördernde Wirkung, arbeiten also anders als Verdrängerpumpen. - Kreiselpumpen bewegen die Flüssigkeit durch die **Zentrifugalkraft**, die von einem rotierenden Laufrad erzeugt wird. Es wird keine feste Menge Flüssigkeit pro Umdrehung gefördert. Die Pumpe braucht also einen kontinuierlichen Zufluss von Flüssigkeit, um zu funktionieren. - Verdrängerpumpen „drücken" oder „schieben" die Flüssigkeit aktiv - Diese Pumpen sind oft komplexer und teurer als Kreiselpumpen. - Beispiele: **Propellerpumpen** und **Seitenkanalpumpen**. **Seitenkanalpumpe** - **Eigenschaften:** - **Selbstansaugend**: Kann ohne zusätzliche Hilfe Flüssigkeiten ansaugen. - Eignet sich für **kleine Förderströme bei hohen Förderhöhen**. - **Unempfindlich gegenüber Gasblasen** in der Flüssigkeit. - Gasblasen sind kleine Luftbläschen in der Flüssigkeit. Die Seitenkanalpumpe kann diese mitfördern, ohne dass sie ihre Funktion variiert. - **Empfindlich gegenüber Feststoffen** und Verunreinigungen.  **Aufbau:** - Besteht aus einem Seitenkanal und einem Flügelrad. - Flüssigkeit und Gas werden gemeinsam angesaugt und gefördert. - **Einsatzbereiche:** Speziell, wenn Gasblasen in der Flüssigkeit vorkommen oder hohe Förderhöhen erforderlich sind. **Fazit** - Seitenkanalpumpen sind nützlich für spezielle Anwendungen, bei denen Kreiselpumpen nicht optimal funktionieren. - Einschränkungen: Sie eignen sich nicht für verschmutzte oder feststoffbelastete Flüssigkeiten. **Verdrängerpumpen** **Eigenschaften** - Verdrängerpumpen haben **hin- und hergehende** oder **rotierende Förderelemente**. - Sie gehören zu den **zwangsfördernden Pumpen**: - Transportieren bei jedem Hub oder Drehung ein festes Volumen. - Keine Förderung gegen ein geschlossenes Ventil möglich (Gefahr von Druckschäden). **Unterschied zwischen Verdrängerpumpen und Zentrifugalpumpen** Der Unterschied zwischen Verdrängerpumpen und Kreiselpumpen lässt sich in einfachen Worten so erklären: 1. **Verdrängerpumpen:** - Diese Pumpen bewegen immer eine feste Menge Flüssigkeit (ein „festes Volumen") pro Umdrehung oder Bewegung. - Wenn du ein Ventil nach der Pumpe schließt (also die Flüssigkeit blockierst), hat die Pumpe keine Möglichkeit, die Flüssigkeit abzugeben. Aber sie versucht trotzdem, weiter Flüssigkeit zu fördern. - Das führt zu Problemen: - **Dichtungen oder Leitungen können platzen**, weil der Druck zu hoch wird. - Der **Motor der Pumpe kann kaputtgehen**, weil er gegen einen hohen Widerstand arbeiten muss. 2. **Kreiselpumpen:** - Diese Pumpen fördern die Flüssigkeit mit Hilfe von Zentrifugalkräften und reagieren anders auf geschlossene Ventile. - Wenn das Ventil geschlossen wird, stoppt die Flüssigkeitsförderung einfach, und die Pumpe wird nicht beschädigt, weil sie keinen „festen Druck" aufbaut. **Sicherheitsmechanismus** - **Bypass mit Überströmventil**: - Schutz vor Überdruck. - Überschüssiges Medium wird zurück zur Saugseite geleitet. - **Was macht der Bypass?** - Der Bypass öffnet sich automatisch, wenn der Druck in der Leitung zu hoch wird. - Er gibt der Flüssigkeit einen Weg zurück zur Pumpe (z. B. bei Verdrängerpumpen), damit die Pumpe weiterarbeiten kann, ohne dass der Druck zu groß wird. - **Wie funktioniert er?** - Das Ventil ist so eingestellt, dass es sich erst öffnet, wenn ein bestimmter Druck erreicht wird. - Es sorgt dafür, dass die Flüssigkeit im Kreis fließt, anstatt die Leitungen oder die Pumpe zu beschädigen. - **Wichtig zu wissen:** - Der Bypass ist kein Sicherheitsventil! Er schützt nicht vor allen Arten von Überdruck, sondern ist nur dafür da, das System „im Kreis" laufen zu lassen. - Er muss nicht ständig überprüft oder ersetzt werden, sondern bleibt länger im Einsatz. Kurz gesagt: Der Bypass ist eine Art Sicherheitsvorrichtung für die Pumpe, damit sie nicht kaputtgeht, wenn die Leitung blockiert ist. **Förderstromtypen** 1. **Hin- und hergehende Förderelemente** - Erzeugen **pulsierenden Förderstrom** (in kleinen Stößen). - Flüssigkeit wird in kleinen „Stößen" gefördert, nicht gleichmäßig - Durchflussmenge einstellbar durch Hub (Menge pro Stoß) und Frequenz (Bewegungshäufigkeit). - Beispiele: Kolbenpumpen, Membranpumpen 2. **Rotierende Förderelemente:** - Fördern nahezu ohne Pulsation/Schwankungen - Durchflussmenge wird über die Drehzahl geregelt. - Beispiele: Zahnradpumpen, Schneckenpumpen. **Einsatz und Vorteile** - **Selbstansaugend**: Geeignet für Medien, die angesaugt werden müssen. - Unabhängig von Förderstrom und Förderhöhe: Die Förderhöhe bleibt konstant. **Pumpenkennlinie** - Förderhöhe ist fast unabhängig vom Förderstrom. - Drehzahl beeinflusst die Fördermenge (Pumpenkennlinien ändern sich mit der Drehzahl).  **Diagramm-Erklärung:** 1. **Blaue Linie:** - Je mehr Flüssigkeit durch die Anlage fließt (höherer Förderstrom), desto mehr Druck wird benötigt, um die Flüssigkeit zu fördern. - Diese Linie repräsentiert also die **Charakteristik der gesamten Anlage**. 2. **Rote Linie:** Die **roten Linien** (Pumpenkennlinien) zeigen, wie die Pumpe bei verschiedenen Drehzahlen (n₁, n₂, n₃) arbeitet: - Bei höherer Drehzahl (z. B. n₃) fördert die Pumpe mehr Flüssigkeit (höherer Förderstrom). - Jede rote Linie zeigt, wie viel Druck die Pumpe bei einer bestimmten Drehzahl erzeugen kann. 3. **Schnittpunkte:** Der **Schnittpunkt der blauen Linie und einer roten Linie** zeigt: - **Druck und Förderstrom**, die von der Pumpe unter den aktuellen Anlagenbedingungen erreicht werden. - Dies ist der **Arbeitspunkt der Pumpe**, also der Punkt, wo die Pumpe und die Anlage zusammen harmonieren*.* **Fazit** Verdrängerpumpen sind robust, zuverlässig und ideal für Anwendungen, die konstanten Förderstrom und hohe Selbstansaugfähigkeit erfordern: - Bei **Verdrängerpumpen** bleibt der erzeugte **Druck (Förderhöhe)** immer ungefähr gleich, **egal wie viel Flüssigkeit (Förderstrom)** die Pumpe bewegt. - Du kannst also **den Druck nicht einfach ändern**, indem du mehr oder weniger Flüssigkeit förderst. - Was du anpassen kannst, ist die **Menge der geförderten Flüssigkeit (Förderstrom)**. Das machst du, indem du: - **die Drehzahl** der Pumpe veränderst (wie schnell sie sich dreht), - oder bei hin- und hergehenden Pumpen den **Hub** (die Menge pro Bewegung) und die **Frequenz** (wie oft sie sich bewegt) einstellst. **Wichtiger Punkt:** - Der Druck bleibt **konstant** und hängt davon ab, wie die Pumpe gebaut ist. - Die **Flüssigkeitsmenge (Förderstrom)** kannst du aber steuern, z. B. durch eine schnellere oder langsamere Drehung der Pumpe. **Warum können solche Verdrängerpumpen selbständig ansaugen?** 1. **Wie funktioniert das Ansaugen?** - Wenn die Pumpe startet, ist sie leer (ohne Produkt). - Sie entfernt die Luft (oder das Gas) aus der Leitung. - Dadurch entsteht ein Unterdruck (Vakuum). 2. **Was passiert dann?** - Der Unterdruck zieht die Flüssigkeit (das Produkt) automatisch in die Pumpe hinein. 3. **Warum ist das praktisch?** - Du musst die Pumpe nicht vorher manuell mit Flüssigkeit füllen. Sie startet von selbst, indem sie die Flüssigkeit ansaugt. **Kolbenpumpen** **Funktion:** - Nutzen **hin- und hergehende Kolben**, um Flüssigkeit durch selbsttätige Ventile zu fördern. - Der Pumpenarbeitsraum wird abwechselnd gefüllt und entleert. **Funktionsweise:** **Tauchkolbenpumpe:** 1. **Ansaugphase (Kolben bewegt sich nach hinten):** - Der Kolben zieht sich zurück (nach links). - Dadurch entsteht ein **Unterdruck** im Pumpenarbeitsraum. - Das **Ventil auf der Saugseite öffnet** sich, und Flüssigkeit wird aus der Saugleitung angesaugt. - Das Ventil zur Druckleitung bleibt geschlossen. 2. **Ausstoßphase (Kolben bewegt sich nach vorne):** - Der Kolben drückt sich nach vorne (nach rechts). - Die angesaugte Flüssigkeit wird in Richtung der **Druckleitung** gedrückt. - Das Ventil zur Druckleitung öffnet sich, und die Flüssigkeit wird herausgedrückt. - Das Ventil zur Saugseite schließt sich. **Scheibenkolbenpumpe:** **Doppeltwirkend** bedeutet, dass Flüssigkeit während **beider Bewegungsrichtungen des Kolbens** gefördert wird: - Während der **Vorwärtsbewegung** des Kolbens wird auf einer Seite Flüssigkeit ausgestoßen, und auf der anderen Seite wird Flüssigkeit angesaugt. - Bei der **Rückwärtsbewegung** passiert das Gleiche, aber umgekehrt. 1. **Ansaugphase auf einer Seite:** - Der Kolben bewegt sich z. B. nach rechts. - Auf der linken Seite entsteht ein Unterdruck, Flüssigkeit wird aus der Saugleitung angesaugt. 2. **Ausstoßphase auf der anderen Seite:** - Gleichzeitig wird die Flüssigkeit auf der rechten Seite in die Druckleitung gedrückt. 3. **Wechselspiel:** - Bei der nächsten Bewegung des Kolbens (z. B. zurück nach links) passiert das Gleiche, nur dass die Seiten vertauscht sind. **Vorteile**: - **Selbstansaugend**: Kann Flüssigkeiten ohne vorherige Füllung ansaugen. - Geeignet für Flüssigkeiten mit unterschiedlichster Viskosität. - Kann hohe Drücke erzeugen, auch bei kompakter Bauweise. **Nachteile**: - Fördermenge kann nur über Getriebe oder Drehzahlsteuerung angepasst werden. - Empfindlich gegenüber Feststoffen (kann Ventile verstopfen). - Fördert mit **Pulsation**, was bei einigen Anwendungen problematisch sein kann. **Membranpumpen** **Funktion:** - Ähnlich wie Kolbenpumpen, aber nutzen eine **flexible Membran** anstelle eines Kolbens. - Die Membran trennt die Förderflüssigkeit vom Pumpenantrieb. **Zusätzlicher Vorteil**: - Eignet sich besonders für aggressive oder feststoffhaltige Flüssigkeiten. - Durch die Trennung keine direkte Berührung zwischen Fördermedium und Mechanik. **Beispiel**: - **Grubenentleerung**: Effektiv, selbstansaugend, und Pulsation ist hier kein Problem. **Fazit** - **Kolbenpumpen** sind vielseitig und robust, aber weniger geeignet für feststoffhaltige Medien. - **Membranpumpen** bieten eine bessere Chemikalienresistenz und Flexibilität für spezielle Anwendungen. **Zahnradpumpen** **Funktion:** - Zahnradpumpen verwenden ein **Zahnradwalzenpaar** als Verdrängungskörper. - Die Zahnräder greifen ineinander und transportieren Flüssigkeit von der Saugseite zur Druckseite. - Flüssigkeit wird in den **Zahnlücken** eingeschlossen und durch die Rotation zur Druckleitung gepresst. **Funktionsweise:** 1. **Antriebswelle bewegt die Zahnräder:** - Die Antriebswelle dreht die Zahnräder (die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen). 2. **Flüssigkeit wird eingesaugt (Saugseite):** - Durch die Drehung der Zahnräder entsteht ein **Unterdruck** auf der Saugseite. - Dieser Unterdruck saugt die Flüssigkeit in den Zwischenraum der Zahnräder und des Gehäuses. 3. **Flüssigkeit wird transportiert:** - Die Flüssigkeit wird in den **Zwischenräumen der Zahnradzähne** eingeschlossen. - Die Zahnräder transportieren die Flüssigkeit entlang der **Gehäusewand** (außen herum) von der Saugseite zur Druckseite. - Wichtig: Die Flüssigkeit wird nicht durch die Mitte (wo sich die Zahnräder ineinandergreifen) transportiert, sondern außen herum! 4. **Flüssigkeit wird herausgedrückt (Druckseite):** - Wenn die Zahnräder die Flüssigkeit zur Druckseite transportiert haben, wird sie durch die Drehung der Zahnräder herausgedrückt. - Der Druck, mit dem die Flüssigkeit herauskommt, ist abhängig von der Kraft, mit der die Zahnräder arbeiten. **Wichtige Punkte:** - Keine Rückströmung: Die ineinandergreifenden Zahnräder verhindern, dass die Flüssigkeit zurückfließt. - Einfacher Aufbau: Die Pumpe hat keine Ventile, wodurch sie für viele Flüssigkeiten geeignet ist, auch für zähe Medien wie Öle. **Vorteile:** - **Selbstansaugend**: Kann Flüssigkeit ansaugen, ohne dass die Pumpe vorher gefüllt werden muss. - Erzeugt **hohe Drücke** und bietet eine gute Förderleistung bei kompakter Baugröße. **Nachteile:** - **Schlupf**: Bei sehr flüssigen Stoffen kann die Pumpe undicht werden. Die Flüssigkeit rutscht (schlupft) zwischen den Zahnradflächen hindurch, was die Effizienz verringert - **Fördermengenanpassung**: - Nur über Getriebe oder Drehzahlregelung möglich. - **Empfindlichkeit**: - Gegenüber Feststoffen anfällig (kann die Zahnräder beschädigen oder blockieren). **Fazit:** Zahnradpumpen sind effizient und robust für gleichmäßige Flüssigkeitsförderung bei höherem Drücken, jedoch weniger geeignet für abrasive oder feststoffhaltige Medien. **Exzenterschneckenpumpen** **Funktion:** - Eine **einläufige Förderschnecke** (Rotor) dreht sich innerhalb eines feststehenden **Stators** aus Hartgummi. - Das Medium wird in einem kontinuierlichen, gleichmäßigen Strom durch den **Schneckengang** transportiert. **Funktionsweise:** Eine Exzenterschneckenpumpe funktioniert so: 1. **Rotor und Stator:** - Der **Rotor** (eine metallische Schraube) dreht sich exzentrisch, also leicht versetzt. - Der **Stator** (die äußere Hülle, meist aus Gummi) hat eine spezielle Form, die zum Rotor passt. Zwischen Rotor und Stator entstehen Kammern, die das Fördermedium bewegen. 2. **Ansaugen:** - Durch die Drehung des Rotors entsteht ein Unterdruck, der Flüssigkeit (oder ein anderes Medium) durch den **Saugstutzen** in die Pumpe zieht. 3. **Transport:** - Die Flüssigkeit wird in den Kammern zwischen Rotor und Stator eingeschlossen. - Während der Rotor sich dreht, bewegen sich die Kammern kontinuierlich in Richtung **Druckstutzen** und transportieren das Medium dabei gleichmäßig weiter. 4. **Ausstoß:** - Am Ende wird die Flüssigkeit durch den **Druckstutzen** ausgestoßen. **Besonderheiten:** - Diese Pumpe kann dickflüssige oder breiige Medien fördern. - Sie arbeitet gleichmäßig, ohne große Schwankungen (pulsationsfrei). - Selbstansaugend: Die Pumpe kann auch bei einer leeren Leitung starten und Flüssigkeit ansaugen. **Vorteile:** - **Selbstansaugend**: Kann Flüssigkeit ohne vorheriges Befüllen ansaugen. - Besonders geeignet für **breiige oder schlammartige Medien** mit schwierigen Fördereigenschaften. - Kann hohe Drücke und gute Förderleistungen bei **kompakter Baugröße** erzielen. - **Dünnflüssige Medien** sind ebenfalls förderbar, wobei dabei eher die Eigenschaften einer Kreiselpumpe erreicht werden. **Nachteile:** - **Fördermengenanpassung**: - Nur durch Getriebe oder Drehzahlregelung möglich. - **Trockenlaufschutz** ist notwendig, da das Pumpensystem ohne Flüssigkeit beschädigt wird. - **Verschleiß des Stators**: Der Hartgummi-Stator unterliegt Abnutzung, insbesondere bei abrasiven Medien. **Fazit:** Exzenterschneckenpumpen sind ideal für Medien mit schwierigen Eigenschaften (z. B. Schlämme oder Breie). Sie bieten gleichmäßige Förderung bei hoher Effizienz, erfordern jedoch Schutz vor Trockenlauf und regelmäßigen Stator-Austausch. **Strahlpumpen** **Funktion:** - Nutzen ein **Treibmittel** (z. B. Wasserdampf oder Stickstoff) zur Förderung. - Der Treibmittelstrom erzeugt eine hohe Geschwindigkeit und reißt das zu förderndes Medium mit. - Das Medium wird **seitlich angesaugt**. - Im **Diffusorrohr** wird der **dynamische Druck** (durch Geschwindigkeit) in **statischen Druck** umgewandelt.  **Funktionsweise** 1. **Treibmittelzufuhr:** - Ein **Treibmittel** (z. B. Dampf oder Gas) wird mit hoher Geschwindigkeit durch die **Düse** in die Pumpe gepresst. - Dabei entsteht ein starker Unterdruck hinter der Düse. 2. **Ansaugen des Fördermediums:** - Dieser Unterdruck zieht die **Förderflüssigkeit** durch den **Saugstutzen** in die Pumpe. - Die Förderflüssigkeit wird mit dem Treibmittel vermischt. 3. **Transport:** - Das Gemisch aus Treibmittel und Förderflüssigkeit strömt in das **Diffusorrohr**. - Im Diffusorrohr wird die Geschwindigkeit des Gemischs verringert, und der **dynamische** **Druck** (Bewegungsdruck) wird in **statischen** **Druck** umgewandelt. 4. **Austritt:** - Der Druck im **Druckstutzen** ist nun höher, wodurch das Gemisch aus der Pumpe ausgestoßen wird. **Besonderheiten:** - Diese Pumpe hat keine mechanischen beweglichen Teile, was sie wartungsarm macht. - Sie funktioniert durch den Energieeintrag des Treibmittels und benötigt keinen Stromanschluss. - Sie ist ideal, wenn einfache und robuste Lösungen gefragt sind. **Vorteile:** - Keine mechanisch bewegten Teile → geringerer Verschleiß und Wartungsaufwand. - Kein Stromanschluss notwendig, da die Pumpe nur mit dem Treibmittel betrieben wird. **Nachteile:** - Das geförderte Medium wird mit dem Treibmittel vermischt, was eine Trennung erforderlich machen kann. - Der Druck des geförderten Mediums kann nicht höher sein als der Druck des Treibmittels. **Fazit:** Strahlpumpen eignen sich für Anwendungen, bei denen mechanische Teile vermieden werden sollen und der Druck des Mediums ausreicht. Sie sind ideal, wenn eine einfache Konstruktion und eine stromunabhängige Förderung erforderlich sind, jedoch weniger geeignet, wenn das Medium unvermischt bleiben muss oder ein hoher Ausgangsdruck notwendig ist. **Förderung von Gasen** **Grundlagen:** - Ähnliche Prinzipien wie bei Flüssigkeiten, aber Gase sind **kompressibel**. - Unterschiedliche Pumpenarten je nach Medium: - **Flüssigkeiten:** Kreiselpumpen, Hubkolbenpumpen, Schraubenspindelpumpen. - **Gase:** Turboverdichter/-gebläse, Hubkolbenverdichter, Rotationskolbenverdichter.  **Fördermechanismen:** 1. **Zentrifugalbeschleunigung** (z. B. bei Turboverdichtern). 2. **Verdrängerprinzip** (z. B. bei Hubkolbenverdichtern). **Druckverhältnis (Kompressionsverhältnis):** - Für Gase ist nicht die Förderhöhe entscheidend, sondern das Verhältnis zwischen **Saugdruck** und **Druckseite (Kompressionsverhältniss)**: - **Verdichter/Kompressor:** Kompressionsverhältnis \> 3. - **Gebläse:** Kompressionsverhältnis 1,3 bis 3. - **Ventilator:** Kompressionsverhältnis 1 bis 1,3. **Besonderheiten:** - **Verdichter** - Sie können den höchsten Druck erzeugen. - Bei Verdichtern, die nach dem **Verdrängerprinzip** arbeiten, wird der Gasraum im Gerät verkleinert, was automatisch den Druck erhöht. - **Gebläse** - Gebläse erzeugen keine Verkleinerung des Gasvolumens. - Sie erzeugen nur eine moderate Druckerhöhung, um Luft oder Gase zu bewegen. - **Ventilatoren** - Ventilatoren sind dafür da, Gase (z. B. Luft) zu fördern. - Sie erhöhen den Druck nur geringfügig, gerade so viel, dass der Luftstrom Druckverluste in einem System überwinden kann (z. B. in einem Rohrsystem). **Einsatz von Vakuumpumpen** **Vakuumerzeugung**: 1. **Saugwirkung ist wichtig:** - Bei der Förderung von Gasen, z. B. in Vakuumpumpen, spielt die Fähigkeit, Gase anzusaugen, eine große Rolle. 2. **Vakuumpumpen:** - Zur Erzeugung eines Vakuums werden verschiedene Pumpentypen verwendet, wie zum Beispiel: - **Verdichter**: Sie können Gase komprimieren. - **Gebläse**: Sie bewegen Gase ohne starke Druckerhöhung. - Andere spezielle Pumpen wie: - **Strahlpumpen**: Nutzen ein Treibmittel (z. B. Flüssigkeit oder Dampf) zur Förderung. - **Flüssigkeitsringpumpen**: Arbeiten mit einer Flüssigkeit, um Gase anzusaugen und ein Vakuum zu erzeugen. **Verdichter / Kompressoren** **Grundprinzip:** - Gase erhitzen sich bei der Verdichtung stark oder bei der Kompression auf hohe Druckniveaus. - Für hohe Druckniveaus wird mehrstufig gearbeitet, daher oft mit **Zwischenkühlung**.  **Aufbau:** - Ähnlich wie Kreiselpumpen mit schnell drehenden Laufrädern. - Keine zwangsfördernde Wirkung. - Häufig mehrstufig ausgeführt für höhere Effizienz. **Funktionsweise:** 3. **Ansaugen des Gases:** - Das Gas tritt durch den **Saugstutzen** in den Verdichter ein und wird in das **Sammelrohr** geleitet. 4. **Beschleunigung durch das Laufrad:** - Das Gas strömt in das **Laufrad** (angetrieben durch die **Antriebswelle**), das sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Dadurch nehmen die Geschwindigkeit sowie Energie des Gases zu. 5. **Druckerhöhung im Diffusor:** - Nach dem Laufrad gelangt das Gas in den **Diffusor**, wo die hohe Geschwindigkeit des Gases abnimmt. - Diese Verlangsamung führt dazu, dass die kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt wird, wodurch der Druck des Gases erhöht wird. 4. **Ausstoß des Gases:** - Das Gas verlässt den Verdichter mit hohem Druck durch den **Druckstutzen** und steht für den gewünschten Prozess bereit. 5. **Antriebsmechanik:** - Die **Antriebswelle** wird oft durch einen Elektromotor oder eine Turbine angetrieben, die die notwendige Energie liefert. - Die **Dichtung** verhindert, dass Gas aus dem Verdichtergehäuse entweicht. **Merkmale:** - Kein Hilfsmedium im Förderstrom nötig. - Meist ohne Getriebe. - Fördert hohe Volumenströme. - **Ungeeignet** für hohe Drücke. **Fazit:** Turboverdichter sind ideal für Anwendungen mit großen Gasmengen und moderaten Druckerhöhungen. Bei höherem Drücken sind andere Systeme besser geeignet. **Kolbenverdichter** **Arten von Kolbenverdichtern:** 1. **Hubkolbenverdichter:** - Funktioniert ähnlich wie eine Kolbenpumpe. - Gase werden mit jedem Hub fest komprimiert und bei höherem Druck ausgestoßen. 2. **Rotationskolbenverdichter:** - Verwendet rotierende Verdrängerkörper (z.B. Schrauben oder Drehschieber) zur Verdichtung. **Funktionsweise:** 6. **Ansaugen:** - Der Kolben bewegt sich nach unten, wodurch ein Unterdruck entsteht. - Durch das Saugventil (1) wird Gas in den Zylinderraum eingesaugt. 7. **Verdichten:** - Der Kolben bewegt sich nach oben und komprimiert das Gas im Zylinderraum. - Dabei wird das Druckventil (2) geschlossen, damit das Gas nicht entweicht. 8. **Ausstoßen:** - Wenn der Druck hoch genug ist, öffnet sich das Druckventil (2), und das komprimierte Gas wird durch die Druckleitung ausgestoßen. 9. **Antrieb:** - Die Bewegung des Kolbens wird durch die Kurbelwelle, die von einem Schwungrad angetrieben wird, gesteuert. - Der Pleuel verbindet die Kurbelwelle mit der Kolbenstange. 10. **Kühlung und Schmierung:** - Kühlkammern sorgen dafür, dass der Zylinder nicht überhitzt. - Schmierölfüllung reduziert Reibung und schützt die beweglichen Teile. **Merkmale von Kolbenverdichtern:** - **Hauptanwendung:** - Besonders geeignet zur Erzeugung hoher Drücke. - **Eigenschaften:** - Pulsationen werden durch ein Gaspolster gepuffert. - Ölfilm an der Zylinderwandung kann Gas verunreinigen. - Meist wird ein Getriebe benötigt. **Fazit:** Kolbenverdichter sind leistungsstarke Geräte, ideal für Anwendungen mit hohen Druckanforderungen. Sie benötigen jedoch Wartung (z.B. wegen Ölfilm) und sind nicht für pulsationsfreie Förderung geeignet. **Gebläse** **Allgemeine Funktion:** - Gebläse werden verwendet, um Gase (inklusive Luft) zu fördern. - Sie sind ideal für längere Rohrleitungsstrecken. **Arten von Gebläsen:** 1. **Turbogebläse:** - Arbeiten wie Turboverdichter. - Sie erzeugen hohe Volumenströme mit geringem Druck. 2. **Rootsgebläse:** - Haben zwei rotierende Verdrängerkörper, die wie eine Acht geformt sind. - Keine direkte Kompression im Gerät; der Druck entsteht erst durch Abbremsen des Mediums am Austritt. - Eignet sich für Anwendungen mit gleichmäßigem Förderstrom und geringem Druck.  **Fazit:** Gebläse sind vielseitige Geräte für die Förderung von Gasen. Turbogebläse bieten hohe Förderleistung, während Rootsgebläse durch einfache Konstruktion und robuste Bauweise überzeugen. **Ventilatoren** **Funktion:** - Ventilatoren werden für das Be- und Entlüften von Räumen genutzt. - Sie fördern Luft über vergleichsweise kurze Strecken. - Das Laufrad beschleunigt die Luft. **Typen von Ventilatoren:** 1. **Radialventilatoren:** - Die Luft wird durch ein spiralförmiges Gehäuse nach außen geleitet. - Gut geeignet für Anwendungen, bei denen ein höherer Druck erforderlich ist. 2. **Axialventilatoren:** - Die Luft strömt parallel zur Drehachse des Laufrads. - Eignet sich für hohe Volumenströme bei niedrigem Druck. **Fazit:** Ventilatoren sind wichtige Geräte für Luftförderung und Belüftung. Radiale und axiale Bauformen bieten Lösungen für unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Drucks und Volumenstrom. **Vakuumpumpen** **Was ist eine Vakuumpumpe?** - Vakuum ist nicht gleich Vakuum -- wichtig ist, welchen Vakuumdruck erreicht werden soll. - Pumpenarten und Einsatz hängen davon ab, ob Grobvakuum, Feinvakuum oder Hochvakuum benötigt wird. **Vakuumarten:** 1. **Grobvakuum (50 mbar bis mehrere mbar):** - Einfachere Pumpen wie: - Flüssigkeitsringpumpen - Strahlpumpen - Drehschieber-Vakuumpumpen - Schrauben-Vakuumpumpen 2. **Feinvakuum (0,001 bis 1 mbar):** - Komplexere Pumpen: - Drehkolben-Vakuumpumpen („Rootsgebläse") - Strahlpumpen 3. **Hochvakuum (besser als 0,001 mbar):** - Hochpräzise Pumpen: - Öldiffusionspumpen - Turbomolekularpumpen **Systeme für niedrige Drücke:** - Mehrstufige Vakuumsysteme werden häufig genutzt. - Verschiedene Pumpen werden hintereinandergeschaltet, um extrem niedrige Drücke zu erzielen. **Fazit:** Die Auswahl der Vakuumpumpe hängt vom benötigten Vakuumbereich ab. Für einfache Anwendungen reicht oft eine einzelne Pumpe, während für niedrigste Drücke spezialisierte und kombinierte Systeme notwendig sind.