Pulsationsverluste bei Industrie-Schlauchpumpen und ihre Reduktion

Funktionsprinzip und Entstehung der Pulsation

Beim Betrieb einer Schlauchpumpe drückt der Rotor den Schlauch an mehreren Punkten vollständig zu. Zwischen zwei Rollen befindet sich jeweils eine abgeschlossene Förderkammer, die ein definiertes Volumenmedium enthält. Dreht sich der Rotor weiter, wandert diese Kammer in Förderrichtung, bis der Inhalt am Druckstutzen aus dem Schlauch ausgedrückt wird. Gleichzeitig wird der Schlauch auf der Saugseite entlastet und erneut gefüllt.

Dieser Zyklus wiederholt sich mit der Drehzahl der Pumpe. Das Fördermedium erfährt dabei eine ständig wechselnde Beschleunigung: von Stillstand auf maximale Geschwindigkeit und wieder zurück. Diese periodische Beschleunigung und Verzögerung führt zu Druckschwankungen im System – den typischen Pulsationen einer Schlauchpumpe.

Besonders ausgeprägt sind Pulsationen auf der Saugseite, wenn das Medium dort stark beschleunigt werden muss. Je nach Auslegung können saugseitige Pulsationsverluste von einigen 10 kPa auftreten. Auf der Druckseite entstehen zusätzliche Verluste, wenn der pulsierende Volumenstrom gegen Trägheit und Reibung der Rohrleitung anarbeiten muss.

Auswirkungen von Pulsationsverlusten

Pulsationsverluste äußern sich in Druckspitzen und -einbrüchen im Rohrleitungssystem. Die Folgen können vielfältig sein:

• erhöhte Belastung von Pumpenschläuchen, Armaturen und Messgeräten
• Störende Geräuschentwicklung und Vibrationen
• ungleichmäßiger Volumenstrom, der zum Beispiel beim Dosieren oder Sprühen zu Prozessproblemen führt
• höherer Energiebedarf, weil immer wieder zusätzliche Beschleunigungsarbeit geleistet werden muss

Je nach Anwendung können Pulsationen außerdem die Genauigkeit von Durchflussmessern beeinträchtigen, wenn diese auf einen möglichst gleichmäßigen Volumenstrom angewiesen sind.

Einfluss der Rohrleitungsauslegung

Die Stärke der Pulsationsverluste hängt wesentlich von der Rohrleitungsgeometrie ab. Entscheidend sind:

• Länge und Durchmesser der Leitungen
• Anordnung von Armaturen und Formstücken
• Art der Saugleitung und der druckseitigen Anschlüsse

Fehlanpassungen – etwa ein zu kleiner Rohrdurchmesser oder ungünstige Saugleitungen – können Pulsationen deutlich verstärken. Eine sorgfältige Auslegung der Rohrleitung ist daher der erste Schritt zur Reduzierung von Pulsationsverlusten.

Reduzierung der Pulsationen durch Duplex-Pumpen

Eine wirkungsvolle konstruktive Maßnahme ist der Einsatz von Duplex-Schlauchpumpen. Hier arbeiten zwei Pumpenköpfe versetzt zueinander auf einer gemeinsamen Welle. Die Fördervolumina der beiden Köpfe überlagern sich, sodass sich die einzelnen Pulsationsspitzen zum Teil gegenseitig ausgleichen.

Je nach Baugröße können die Pulsationsverluste im Vergleich zu einer einfachen Ausführung (Simplex-Pumpe) um 50–75 % reduziert werden. Gleichzeitig sinken Druckschwankungen und Vibrationen im System deutlich.

Druckseitiger Pulsationsdämpfer

In vielen Anwendungen werden zusätzlich druckseitige Pulsationsdämpfer eingesetzt. Man unterscheidet zwei Grundprinzipien:

1. Einfache Dämpfer ohne Mediumstrennung
   Diese Ausführung ähnelt einem Windkessel. Luftpolster und Fördermedium stehen in direktem Kontakt. Die Luft wird komprimiert und dekomprimiert und wirkt so als „Feder“. Nachteilig ist, dass sich die Luft allmählich im Medium löst und der Dämpfer dadurch an Wirkung verliert. Außerdem fallen diese Dämpfer meist relativ groß aus.
2. Pulsationsdämpfer mit Mediumstrennung
   Moderne Inline-Pulsationsdämpfer trennen Luft bzw. Gas durch eine flexible Membran, eine Blase oder einen Faltenbalg vom Fördermedium. Sie lassen sich direkt in die Rohrleitung integrieren und wesentlich effizienter arbeiten. Das Dämpfungsvolumen kann kompakt ausgelegt werden, und das Medium bleibt von der Gasfüllung vollständig getrennt – ein klarer Vorteil in hygienischen oder sicherheitskritischen Prozessen.

Zusätzlich wird zwischen aktiven und passiven Dämpfern verteilt. Aktive Systeme passen die Gasvorspannung automatisch an den aktuellen Betriebsdruck an und halten so den Arbeitspunkt konstant. Passiv ausgelegte Dämpfer werden einmalig vorgespannt; Bei deutlicher Veränderung des Betriebsdrucks kann die Wirkung nachlassen, was durch eine geeignete Dimensionierung zu berücksichtigen ist.

Unkonventionelle Dämpfmethoden

Pulsationen lassen sich grundsätzlich auch durch gezielte Beimischung von Luft oder Gas auf der Saugseite reduzieren. Diese „unkonventionellen“ Dämpfmethoden sind jedoch kritisch zu betrachten: In vielen Prozessen sind Gasblasen im Produkt unerwünscht, erschweren die Durchflussmessung oder führen zu Qualitätseinbußen. Deshalb kommen solche Lösungen nur in speziellen Anwendungen infrage.

Energieeinsparung durch Pulsationsreduktion

Pulsationsverluste bedeuten immer auch Energieverluste. Jede zusätzliche Beschleunigung des Mediums erfordert Antriebsleistung, die letztendlich als Wärme im System verloren geht. Durch geeignete Maßnahmen – angepasste Rohrleitungsführung, Duplex-Pumpen und effizient ausgelegte Pulsationsdämpfer – lässt sich der Energiebedarf einer Schlauchpumpenanlage spürbar senken.
Messungen zeigen, dass sich durch den Einsatz geeigneter Pulsationsdämpfer Energieeinsparungen von bis zu rund 15 % erzielen lassen. Gleichzeitig werden Pumpe und Schlauch mechanisch entlastet, was die Standzeiten verlängert und Wartungskosten reduziert.

Fazit

Pulsationen sind eine systembedingte Eigenschaft von Industrie-Schlauchpumpen. Werden sie jedoch bei der Auslegung und Installation berücksichtigt, lassen sich Pulsationsverluste wirkungsvoll begrenzen. Eine sinnvolle Kombination aus:

• optimierte Rohrleitungsführung,
• geeigneter Pumpenkonfiguration (zum Beispiel Duplex-Pumpe) und
• richtig ausgelegten Pulsationsdämpfern

Führt zu ruhigerem Betrieb, geringeren Druckschwankungen, weniger Verschleiß und einem niedrigeren Energieverbrauch. So können die Vorteile der Schlauchpumpe – einfache Konstruktion, hohe Förderfähigkeit und Medienverträglichkeit – ohne unerwünschte Nebenwirkungen genutzt werden.