Wie Sie das richtige Material für die Schläuche Ihrer Flüssigkeitspumpe wählen
In Hydrauliksystemen können Pumpenleitungen die Leistung der Pumpe stark beeinflussen.
Beim hydraulischen Anschluss einer Membran-Flüssigkeitspumpe an ein System stehen Ingenieuren zahlreiche Materialoptionen für Pumpenschläuche und Pumpenleitungen auf der Saug- und Druckseite zur Verfügung. Die Wahl des richtigen Materials ist jedoch oft komplexer, als es auf den ersten Blick erscheint. Deshalb ist es entscheidend, die wichtigsten Vor- und Nachteile der verschiedenen Pumpenschlauch-Materialien zu kennen und zu verstehen, wie man mögliche Risiken vermeidet oder gezielt positive Eigenschaften nutzt.
Enorme Materialauswahl für Pumpenleitungen
Bei der Konstruktion eines Fluidsystems müssen viele Faktoren berücksichtigt werden, darunter die erforderliche Förderrate und der benötigte Druck sowie die Eigenschaften des Mediums. Ein weniger beachteter Aspekt ist die Wahl des Materials für die im System verwendeten Rohre und Schläuche. Starre Rohrleitungen können aus verschiedenen Metallen und Metalllegierungen wie Edelstahl oder Kupfer sowie aus verschiedenen Polymeren wie Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP) oder Acryl hergestellt werden. Flexible Schläuche können aus verschiedenen Polymeren wie Polyethylen (PE), Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Silikon bestehen. Diese Materialien unterscheiden sich erheblich sowohl in ihren chemischen als auch in ihren physikalischen Eigenschaften.
Chemische Kompatibilität von Pumpenleitungen sicherstellen
Eines der wichtigsten Kriterien für die Materialauswahl bei Pumpenleitungen ist die chemische Beständigkeit. Dafür muss man die geförderten Medien sowie mögliche Schwankungen in der Medienqualität kennen. Ebenso ist die Temperatur des Mediums relevant, da hohe Temperaturen einige Polymere beeinträchtigen können. Mit diesen Informationen können Ingenieure eine Tabelle zur chemischen Beständigkeit heranziehen, um eine Auswahl an Materialien zu finden, die dem geförderten Medium standhalten.
Warum die richtige Materialauswahl für Pumpenschläuche besonders bei Verdrängerpumpen wichtig ist
Nachdem die Vorauswahl der Materialien auf Basis der chemischen Beständigkeit getroffen wurde, können weitere Aspekte berücksichtigt werden. Bei dieser Auswahl sollten sowohl die physikalischen Materialeigenschaften als auch die Eigenschaften der Pumpe berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn eine Verdrängerpumpe – sei es ein herkömmliche Membran-, Peristaltik- oder Kolbenpumpe – verwendet wird, da diese Pumpen Pulsationen erzeugen, was die Leistung des gesamten Flüssigkeitssystems stark beeinflusst. KNF Smooth Flow Pumpen bilden hier eine Ausnahme, da sie zwar Verdrängerpumpen sind, aber so geringe Pulsation erzeugen, dass diese vernachlässigbar ist.
Physikalische Eigenschaften von Pumpenleitungen
Je nach Materialauswahl können Pumpenleitungen unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Ein relevanter Aspekt ist die Oberflächenglätte. Je glatter die Oberfläche, desto geringer ist die Reibung beim Fördern des Mediums. Dies ist besonders wichtig, wenn eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erforderlich ist. Noch wichtiger ist die Elastizität einer Pumpenleitung, die hauptsächlich von der Wandstärke und Materialzusammensetzung abhängt. In Kombination mit Pumpenpulsation erzeugt diese Elastizität einen Kapazitätseffekt, der die Pumpenleistung und die Leistung des gesamten Hydrauliksystems erheblich beeinflussen kann.
Diese physikalischen Eigenschaften von Pumpenschläuchen sind bei Gasanwendungen weniger relevant als bei Flüssigkeitsanwendungen. Da Gase im Gegensatz zu Flüssigkeiten komprimierbar sind, stellt Pumpenpulsation in Gasanwendungen kein großes Problem dar. Hier wird die Pulsation gedämpft, weil das Gas selbst wie eine Art Feder wirkt und den Pulsationsimpuls nicht so abrupt überträgt.
Die Kapazitätswirkung von Pumpenschläuchen verstehen
Da Pumpenleitungen bis zu einem gewissen Grad elastisch sind, verhalten sie sich bei Pulsationen ähnlich wie eine Feder. Wenn die Pumpe fördert, steigt der Druck in der Auslassleitung, wodurch diese sich ausdehnt und mehr Flüssigkeit aufnimmt. Beim Ansaughub sinkt der Druck in der Auslassleitung, das Material zieht sich zusammen und stößt Flüssigkeit aus. Diese Wechselwirkung kann zu harmonischen Effekten führen, die sowohl die Leistung der Pumpe als auch des gesamten Hydrauliksystems entweder verbessern oder beeinträchtigen können.
Die folgenden beiden Videos zeigen eine Simulation dieses Resonanzphänomens. Der Aufbau besteht aus einem Kolben auf der linken Seite, der Pulsation simuliert, und einem Schlauch aus PVC-P mit einem Innendurchmesser von 4 mm, einer Wandstärke von 1 mm und einer Länge von 1,5 m. Der Schlauch ist mit einem Behälter auf der rechten Seite verbunden. In Video 1 läuft der Kolben mit 1200 U/min, in Video 2 mit 2700 U/min. Diese unterschiedliche Frequenz ist der einzige Unterschied zwischen den beiden Aufbauten und hat einen erheblichen Einfluss auf die Druckverhältnisse im Schlauch. In beiden Aufbauten erzeugt der Kolben pro Hub die gleiche Verdrängung. Der Druck im Rohr unterscheidet sich jedoch erheblich. Bei einer Drehzahl von 1200 U/min erzeugt der langsamer laufende Kolben etwa den doppelten Druck in der Auslassleitung. Dieser erhebliche Druckunterschied beruht auf dem Kapazitätseffekt des Schlauchs.
Wie Sie harmonische Probleme in Pumpenschläuchen vermeiden
Wenn Pumpenpulsation in Verbindung mit den Schläuchen harmonische Probleme verursacht, gibt es mehrere Ansätze, um das Problem zu mindern. Eine Methode besteht darin, mit verschiedenen Schlauchlängen, Durchmessern, Wandstärken und Materialien zu experimentieren. Weichere Materialien tragen oft dazu bei, Pulsationseffekte zu dämpfen. Aufgrund der Komplexität dieser Wechselwirkungen ist dieser Ansatz jedoch nicht vorhersagbar. In vielen Fällen bleibt Versuch und Irrtum der einzige Weg, um wirksame Lösungen zu finden. Faktoren wie Schlauchmaterial, Länge und Medientemperatur können die Systemleistung auf unvorhersehbare Weise erheblich beeinflussen.
Eine zuverlässigere Lösung ist der Einsatz externer Dämpfer auf der Einlass- und Auslassseite der Pumpe. Obwohl sie effektiv sind, vergrößern externe Dämpfer jedoch die Systemgröße und -komplexität und führen zu potenziellen Schwachstellen für Ausfälle und Leckagen.
Eine überlegene und äußerst zuverlässige Alternative ist der Einsatz der KNF Smooth Flow Technologie. Diese Pumpen kombinieren die Vorteile der Membranpumpentechnologie mit einer deutlich reduzierten Pulsation. Erreicht wird dies durch fortschrittliche interne Dämpfer oder durch den Einsatz von bis zu fünf parallel geschalteten Membranen mit Phasenverschiebungen, die einzelne Pulsationsspitzen glätten. Dank dieses fortschrittlichen und einzigartigen Ansatzes bietet KNF eine ideale Lösung für Anwendungen, bei denen Probleme mit harmonischen Schwingungen auftreten können.
