Das Prinzip der Verdrängerpumpen wird weltweit für Dosieranwendungen eingesetzt: Sie unterscheiden sich in oszillierende Pumpen mit Förderung durch verändertes Kammervolumen (Kolben-, Schlauchpumpen) und rotierende Systeme wie Zahnrad- oder Exzenterschneckenpumpen, die ein immer gleichbleibendes Volumen fördern.
Schlauchpumpen eignen sich für nieder- bis mittelviskose Medien und sind trotz preiswerter Technik nur bedingt einsetzbar. Entscheidend ist hier das eingesetzte Schlauchmaterial und dessen Wandstärke hinsichtlich der Biegefestigkeit und bei Dosierung von abrasivem Material. Schlauchpumpen erzeugen bauartbedingt eine starke Pulsation.
Kolbenpumpen liefern eine hohe Dosierleistung für nahezu alle niedrig- bis hochviskosen Materialien. Auch bei hohem Dosierdruck. Die Taktzeit der Dosieranwendung wird durch die ventilgesteuerten Kolbenfüllzeiten bestimmt. Ein gleichmäßiger Volumenstrom mittels einer Endlosdosierung ist nur bedingt, bzw. mit einer entsprechenden Kolbengröße, möglich. Abrasive Medien erzeugen jedoch hohen Verschleiß an den produktberührten Kolben und Kolbenwänden sowie an den Ventilsitzen der Ein- und Auslassventile.
Zahnradpumpen dosieren gleichmäßig, neigen aber bei niedrigen Viskositäten leider zu Leckage und ungleichmäßigen Volumenströmen, insbesondere bei auftretendem Gegendruck. Medien mit Füllstoffen unterliegen an den produktberührenden Kontaktflächen der Zahnräder einer hohen Scherung. Verschleiß und die Zerstörung dieser Füllstoffe kann somit nicht verhindert werden.
Exzenterschnecken mit Endloskolben-Prinzip
Aufgrund der hohen Präzision und Wiederholgenauigkeit werden in den letzten Jahren häufig Dosierpumpen mit Exzenterschnecken-Technik eingesetzt. Das ventilfreie Endloskolben-Prinzip in diesen Dispensern fördert das Medium mit identischen in sich geschlossenen Kammervolumen. Die Exzenterschneckenpumpen der Viscotec beispielsweise erreichen dadurch eine hohe Lebensdauer und eine hohe Energieeffizienz – vor allem bei der Dosierung von abrasiven, gefüllten und schersensitiven Materialien.
Der gleichmäßige Volumenstrom verhindert eine Sedimentation der Füllstoffe bei unterschiedlicher Dichte. Die vergleichsweise niedrigen Drücke von bis zu 30 bar (gegenüber Kolben- und Zahnradpumpen) und die speziell entwickelte Rotor-Stator-Geometrie sorgen für eine Reduzierung des Verschleißes durch eine extrem scherarme Förderung, geringe bis keine Pulsation und ohne Rückströmungen in den einzelnen Kammern. Der Dispenser mit Exzenterschnecken-Technologie ist somit für die Dosierung von niedrig- bis hochviskosen und pastösen Medien geeignet.
Anforderungen und Auswahlkriterien
Höchste Prozesssicherheit und eine unkomplizierte Verarbeitung von Dosiermaterialien sind das gewünschte Ergebnis jeder Dosieranwendung. Dabei gilt es einiges zu berücksichtigen. Einflussfaktoren wie Viskosität, Abrasivität, Chemikalienbeständigkeit und Prozessparameter (Förderleistung, Genauigkeit, Taktzeit) sind einerseits durch das gewählte Medium vorgegeben und andererseits zu definieren. Mit der Kombination von Know-how und Technik bietet die volumetrische Förderung des Dispensers mit Exzenterschnecken-Technik die gewünschte Präzision. Die Viscotec-Dispenser liefern mit der Technik des Endloskolben-Prinzips bereits ab einem Dosiervolumen von 0,002 ml (1K-Systeme) beziehungsweise 0,004 ml (2K-Systeme), Mischungsverhältnissen bis 100:1 und Viskositätsunterschieden bis 10⁶:1. Die Dosierung von drucksensitiven Medien – die beispielsweise Polymerhohlkugeln enthalten – oder die Verarbeitung von thixotropen Materialien beziehungsweise Materialien mit geringen Topfzeiten sind problemlos möglich. Ein programmierbarer Rückzug für einen definierten Fadenabriss ohne Nachtropfen ist durch die definierte Dichtlinie der einzelnen Förderkammern ebenfalls vorhanden.
Die Abstimmung des Dosiersystems auf die jeweilige Dosieranforderung ist eine Prozessentwicklung. Die Lebensdauer des Dispensers wird beeinflusst von einem kurz, zyklisch oder dauernd getakteten Betrieb. Das verwendete Dosiermaterial bildet die Basis: nieder- bis hochviskose, struktursensible und feststoffbeladene Medien. Die tribologischen Verlustgrößen wie Reibkraft, Leckage, Verschleiß, Alterung und Kontaktgeometrie entscheiden über die Einsetzbarkeit der jeweiligen Dosierpumpe und den verwendeten Stator. Laborversuche im Technikum bei Viscotec zur Simulation der Dosieranwendung verifizieren und optimieren die Parameter. Chemische Reaktionen hingegen wirken auf die Verschleißmechanismen in einer Pumpe, wie plastische Deformation, Abrasion, Adhäsionsreibung und Bruchmechanik. Eine optimale Auslegung der Dosierkomponenten für abrasive oder chemisch aggressive Medien wird ebenfalls über Vorversuche und definierte Qualifizierungsstufen bestimmt.
Pumpen im Test
Feldversuche mit Exzenterschneckenpumpen haben beispielsweise gezeigt, dass bei der Dosierung einer hochgefüllten Kupfer-Lotpaste im Dauerbetrieb (7 Tage pro Woche, 24 Stunden pro Tag) geringe Verschleißspuren bei der Vermessung des Stators feststellbar waren. Bei der anschließenden Prüfung erwies sich der Rotor aus Edelstahl als absolut beständig ohne Verschleiß. Um dieses optimierte Ergebnis erreichen zu können, wurde der Dispenser mit 30 Prozent der Maximaldrehzahl betrieben. Ein geringer Dosierdruck sowie die nahezu pulsationsfreie Förderung verhindern eine partielle Füllstoffkonzentration. Im gleichmäßigen Volumenstrom der Endloskolben-Technik entsteht keine Sedimentation und somit keine inhomogene Lotpaste. Die Kosten der Dosieranlage blieben somit definiert und nachfolgende Wartungskosten im üblichen Rahmen planbar,
ohne erheblichen Mehraufwand.
Neue Erkenntnisse
Ständige Neuentwicklungen komplexer Dosiermaterialien mit multifunktionalen Eigenschaften erfordern eine kontinuierliche Optimierung von Dosierpumpen. Die Reduzierung von tribologischen Einflüssen und die Erhaltung der Lebensdauer gehören zu den primären Zielen. Viscotec beschäftigt sich in Zusammenarbeit mit Herstellern von zu dosierenden Materialien mit der Chemikalien- und Verschleißbeständigkeit der Endloskolben-Technik. Die Statore aus dem Portfolio des Unternehmens mit speziellen Elastomermischungen werden ständigen Testreihen unterzogen, mit anschließender Evaluierung. Ergebnis: Die Exzenterschneckenpumpe erlaubt hohe Standzeiten der Dosierkomponenten für eine bessere Energieeffizienz und reduzierten Wartungs- und Instandhaltungsaufwand.
Zur Vorbereitung für eine perfekte Dosieranwendung ist eine direkte und schonende Entnahme des Materials ebenfalls mittels Exzenterschneckenpumpe und somit eine konstante Versorgung des Dispensers empfohlen. Medien, die eine Vorbehandlung benötigen, können zur Homogenisierung und Entgasung in einen Materialpuffer gefördert werden. Der Dosierprozess wird von der Entnahme aus dem Gebinde über die Aufbereitung oder den Materialpuffer bis zur eigentlichen Dosierung der Flüssigkeit oder Paste optimal geplant und auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt – für höchste Prozessstabilität und Kostenkontrolle.
