Was ist eine Membranpumpe?
Eine Membranpumpe ist eine Art von Verdrängerpumpe, die eine flexible Membran als zentrales Element nutzt, um Flüssigkeiten zu fördern und zu pressurisieren. Membranpumpen werden in Niederdruck- und Niederdurchfluss-Anwendungen eingesetzt und sind in der Lage, verschiedene Gase, Flüssigkeiten und Schlämme zu transportieren.
Membranpumpe
Interessant zu wissen – der Name der Membranpumpe leitet sich von der Membran ab, die für die Förderung der Flüssigkeit verantwortlich ist. Pumpen werden oft nach dem Teil benannt, das die Pumpwirkung erzeugt, z.B. Zahnradpumpe, Kolbenpumpe usw.; dasselbe gilt für Ventile, die normalerweise nach dem Element benannt werden, das das Ventil öffnet und schließt, z.B. Kugelhahn, Schieber usw.
Was sind die Hauptbestandteile einer Membranpumpe?
Eine Membranpumpe besteht aus wenigen zentralen Komponenten, darunter:
- Rückschlagventile (Einlass- und Auslassseite)
- Förderkammer
- Membran
- Saugkrümmer
- Druckkrümmer
Membranpumpenteile
Membranpumpen werden typischerweise pneumatisch betrieben, können aber auch elektrisch oder mechanisch angetrieben werden. Elektrisch betriebene Pumpen benötigen Elektromotoren, während pneumatisch betriebene Pumpen ein Luftverteilungsventil erfordern. Dieser Artikel konzentriert sich auf luftbetriebene Membranpumpen, da sie am häufigsten verwendet werden.
Interessant zu wissen – 'Rückschlagventile' sind auch bekannt als 'Check', 'Einweg', 'Rückfluss', 'Fuß' und 'Rückhalteventile', aber alle Begriffe bedeuten dasselbe!
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Wie funktioniert eine Membranpumpe?
Membranpumpen benötigen Druckluft, elektrischen Strom oder mechanische Bewegung, um zu funktionieren; das folgende Beispiel geht davon aus, dass Druckluft verwendet wird, da dies das am häufigsten verwendete Medium ist, um eine Membranpumpe zu betreiben. Es ist möglich, eine einzelne oder doppelte Membranpumpe zu haben, aber die doppelte Membranpumpe ist aufgrund ihrer höheren Effizienz (ein Ergebnis ihrer doppelt wirkenden Bewegung) weitaus häufiger.
Membranpumpen-Animation
Interessant zu wissen – doppelt wirkende Pumpen fördern Flüssigkeit, während sie sich in zwei Richtungen bewegen (bidirektional). Einfach wirkende Pumpen fördern Flüssigkeit, während sie sich nur in eine Richtung bewegen (unidirektional). Hydraulikzylinder und pneumatische Zylinder nutzen oft ein einfach oder doppelt wirkendes Design.
Einfach und Doppelt Wirkende Pumpen
Membranpumpenbetrieb
Druckluft (typischerweise 6-7 bar/87-101 psi Druck) wird über Schläuche oder Rohrleitungen an eine doppelte Membranpumpe angeschlossen. Ein pneumatischer Kolben (Luftverteiler) liefert Druckluft in den Raum hinter einer der Membranen, während gleichzeitig Luft aus der anderen entlüftet wird; dies ist möglich, weil beide Membranen auf einer gemeinsamen Welle montiert sind, d.h. wenn sich eine bewegt, bewegt sich auch die andere. Die entlüftete Luft wird normalerweise durch einen Schalldämpfer abgeführt, um den Betrieb der Pumpe leiser zu machen und einen Hochdruckluftstrahl zu vermeiden, der intermittierend aus der Pumpe abgegeben wird.
Wenn Luft entlüftet wird, zieht sich die betroffene Membran zusammen und nimmt eine konkave Form an. Wenn Luft zugeführt wird, dehnt sich die betroffene Membran aus und nimmt eine konvexe Form an. Während die Membran ihre Form ändert, entsteht ein positiver Druck (konvexe Form) oder negativer Druck (konkave Form) in der Förderkammer. Flüssigkeit wird aufgrund der Druckunterschiede, die in den Förderkammern entstehen, in die Pumpe gesaugt oder aus der Pumpe abgegeben. Rückschlagventile werden verwendet, um sicherzustellen, dass der Durchfluss durch die Pumpe nur in eine Richtung erfolgt.
Membranpumpenbetrieb
Materialien für den Bau von Membranpumpen
Das Pumpengehäuse wird oft aus Aluminium oder einem polymerbasierten Material wie PTFE hergestellt; Aluminium macht die Pumpe leicht, während Polymermaterialien die Pumpe korrosionsbeständig machen.
Membranen können aus Gummi, thermoplastischem Elastomer (TPE) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt werden.
Vorteile und Nachteile von Membranpumpen
Membranpumpen sind sehr vielseitig und werden daher in vielen verschiedenen Branchen für viele Anwendungen eingesetzt; sie sind:
- Gut geeignet für den Betrieb in korrosiven Umgebungen oder zum Pumpen von korrosiven Flüssigkeiten, da ihre Teile korrosionsbeständig gewählt werden können.
- Können so hergestellt werden, dass sie eigensicher sind, d.h. die Pumpe ist keine Zündquelle, wenn sie in einer explosionsgefährdeten oder brennbaren Umgebung platziert wird.
- Können auch dann betrieben werden, wenn sie teilweise oder vollständig untergetaucht sind (sofern die Luftabführung über der Oberfläche der eintauchenden Flüssigkeit liegt).
- Sind selbstansaugend (Verdrängerpumpen sind selbstansaugend, daher sind es auch Membranpumpen).
- Aufgrund ihrer Größe sind diese Pumpen leicht und tragbar.
- Enthalten wenige Teile und erfordern wenig Wartung.
Interessant zu wissen – der Begriff 'selbstansaugend' bedeutet, dass eine Pumpe die Fähigkeit hat, Luft zu pumpen.
3D-Modell-Anmerkungen
Rückschlagventil
Rückschlagventile erlauben den Durchfluss nur in eine Richtung. Wenn sich die Membran bewegt, wird der im Gehäuse erzeugte Druck entweder die Kugel von ihrem Sitz heben und den Durchfluss ermöglichen oder die Kugel gegen ihren Sitz drücken und den Durchfluss stoppen. Die Wirkung der Membran auf jedes Ventil hängt von der Orientierung des Rückschlagventils ab (das obere Rückschlagventil arbeitet in umgekehrter Richtung zum unteren Rückschlagventil).
Schwenk-Rückschlagventil
Ansaugung
Flüssigkeit tritt durch diesen Anschluss in die Pumpe ein. Membranpumpen sind Verdrängerpumpen; daher können sie Gas, Flüssigkeit oder Dampf pumpen.
Auslass
Flüssigkeit wird durch diesen Anschluss aus der Pumpe abgegeben.
Membran
Die Membran wird über einen pneumatischen Kolben betätigt. Wenn pneumatischer Druck auf eine Seite des Kolbens ausgeübt wird, nimmt die Membran eine konkave Form an. Wenn pneumatischer Druck auf die andere Seite des Kolbens ausgeübt wird, nimmt die Membran eine konvexe Form an. Während die Membran ihre Form ändert, entsteht zwischen den beiden Rückschlagventilen ein positiver (konvex) oder negativer (konkav) Druck; Flüssigkeit wird aufgrund des erzeugten Druckunterschieds aus der Pumpe gesaugt oder abgegeben. Membranen bestehen typischerweise aus dickem Gummimaterial.
Pneumatische Ventile
Pneumatische Ventile innerhalb des Membrangehäuses verteilen Luft auf beide Seiten des Kolbens. Während Luft auf jede Seite des Kolbens verteilt wird, ändert sich die Kolbenrichtung und damit auch die Form der Membran (konvex zu konkav usw.).
Zusätzliche Ressourcen
https://www.tacmina.com/learn/basics/01.html
https://www.verderliquids.com/us/en/pumps-by-principle/diaphragm-pump/how-do-diaphragm-pumps-work