Unterschied im Förderverhalten
Der wichtigste Unterschied liegt im Zusammenhang zwischen Förderstrom und Druck.
Bei einer Verdrängerpumpe wird der Förderstrom vor allem durch Hubvolumen oder Verdrängervolumen und Drehzahl bestimmt. Steigt der Gegendruck, bleibt der Förderstrom zunächst relativ stabil. Erst durch zunehmende Leckage, Verformung oder Ventilverluste sinkt der reale Volumenstrom.
Bei einer Strömungspumpe hängt der Förderstrom deutlich stärker vom Anlagenwiderstand ab. Je höher der Gegendruck oder die Förderhöhe, desto geringer wird in der Regel der Volumenstrom. Der Betriebspunkt ergibt sich aus dem Schnittpunkt von Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie.
Vereinfacht ausgedrückt:
- Verdrängerpumpen fördern volumenorientiert.
- Strömungspumpen fördern strömungsorientiert.
Diese Unterscheidung ist entscheidend für die Auslegung.
Druckaufbau und Systemverhalten
Eine Pumpe erzeugt nicht unabhängig vom System einen festen Druck. Der Druck entsteht immer durch den Widerstand, den das System dem Förderstrom entgegensetzt.
Bei Verdrängerpumpen kann dieser Zusammenhang sicherheitskritisch werden. Wenn die Druckleitung geschlossen oder blockiert ist, versucht die Pumpe weiterhin, das eingeschlossene Volumen zu fördern. Dadurch kann der Druck sehr schnell ansteigen. Deshalb benötigen Verdrängerpumpen in der Regel einen geeigneten Überdruckschutz, zum Beispiel ein Sicherheitsventil, Überströmventil oder eine Abschaltung über Drucksensoren.
Bei Strömungspumpen führt ein geschlossenes Ventil auf der Druckseite in vielen Fällen nicht zu einem unbegrenzten Druckanstieg. Die Pumpe bewegt sich auf ihrer Kennlinie in Richtung Nullförderung. Dennoch kann auch dieser Betriebszustand kritisch sein, da sich das Medium in der Pumpe erwärmen kann und mechanische oder thermische Schäden auftreten können.
Kennlinienverhalten
Die Kennlinie einer Verdrängerpumpe ist im Idealfall nahezu senkrecht: Der Förderstrom bleibt über einen weiten Druckbereich annähernd konstant. In der Praxis fällt die Kennlinie mit steigendem Differenzdruck leicht ab, weil interne Leckage zunimmt.
Die Kennlinie einer Strömungspumpe verläuft typischerweise fallend: Mit zunehmender Förderhöhe oder zunehmendem Gegendruck nimmt der Förderstrom ab. Der genaue Verlauf hängt von Pumpenbauart, Laufradgeometrie, Drehzahl und Medium ab.
Diese unterschiedlichen Kennlinien beeinflussen auch die Regelung:
- Verdrängerpumpen werden häufig über Drehzahl, Hubfrequenz oder Hublänge geregelt.
- Strömungspumpen werden häufig über Drehzahlregelung, Drosselung oder Anlagenkennlinie geregelt.
Aus energetischer Sicht ist eine Drehzahlregelung oft günstiger als eine reine Drosselung, insbesondere bei Strömungspumpen.
Verhalten bei Viskosität
Die Viskosität des Mediums hat bei beiden Pumpenarten einen starken Einfluss.
Verdrängerpumpen eignen sich häufig gut für viskose Medien, weil das Förderprinzip nicht primär auf hoher Strömungsgeschwindigkeit beruht. Eine höhere Viskosität kann sogar die interne Leckage verringern und damit den volumetrischen Wirkungsgrad verbessern. Gleichzeitig steigen jedoch Saugverluste, Reibung und Leistungsbedarf.
Strömungspumpen reagieren empfindlicher auf erhöhte Viskosität. Mit steigender Viskosität sinken Förderstrom, Förderhöhe und Wirkungsgrad. Außerdem steigt die Leistungsaufnahme. Für hochviskose Medien sind klassische Kreiselpumpen daher oft nur eingeschränkt geeignet.
Verhalten bei Gasanteilen
Gasanteile im Medium beeinflussen beide Prinzipien unterschiedlich.
Verdrängerpumpen können je nach Bauart begrenzt Gasanteile fördern. Schlauchpumpen und bestimmte Schrauben- oder Drehkolbenpumpen sind oft relativ tolerant gegenüber Gasblasen. Ventilgesteuerte Kolben- und Membranpumpen können dagegen Probleme bekommen, wenn Gaspolster die Ventilfunktion oder den Füllgrad des Arbeitsraums beeinflussen.
Strömungspumpen sind bei größeren Gasanteilen häufig empfindlich. Gas im Laufradbereich kann die Energieübertragung verschlechtern, den Förderstrom reduzieren oder zum Abreißen der Förderung führen. Spezielle Bauarten wie Seitenkanalpumpen oder mehrphasentaugliche Pumpensysteme können besser mit Gasanteilen umgehen.
Wichtig ist daher: Die Aussage „gasverträglich“ hängt immer von Bauart, Gasanteil, Betriebszustand und Medium ab.
Selbstansaugung
Viele Verdrängerpumpen sind konstruktionsbedingt selbstansaugend oder zumindest gut ansaugfähig, weil sie aktiv ein Volumen vergrößern und dadurch Unterdruck aufbauen können. Die tatsächlich erreichbare Saughöhe hängt jedoch von Dichtheit, Ventilen, Medium, Temperatur, Dampfdruck und Saugleitungsverlusten ab.
Klassische Kreiselpumpen sind in der Regel nicht selbstansaugend. Sie müssen vor dem Start mit Flüssigkeit gefüllt sein, damit das Laufrad Energie auf das Medium übertragen kann. Selbstansaugende Kreiselpumpen besitzen zusätzliche konstruktive Maßnahmen, beispielsweise einen Flüssigkeitsvorrat oder spezielle Gehäuseformen.
Pulsation und Förderstromqualität
Verdrängerpumpen, insbesondere Hubpumpen, erzeugen häufig einen pulsierenden Förderstrom. Bei Kolben- und Membranpumpen entstehen periodische Saug- und Druckphasen. Das kann zu Druckschwankungen, Rohrleitungsschwingungen und Messproblemen führen.
Abhilfe schaffen unter anderem:
- Pulsationsdämpfer
- Mehrkopf- oder Mehrzylinderbauweisen
- geeignete Rohrleitungsdimensionierung
- Druckhalteventile
- flexible Leitungsabschnitte
Strömungspumpen liefern in der Regel einen deutlich gleichmäßigeren Förderstrom. Sie eignen sich daher gut für Anwendungen, bei denen ein kontinuierlicher Volumenstrom ohne starke Pulsation benötigt wird.
Dosiergenauigkeit
Verdrängerpumpen sind bei Dosieraufgaben häufig im Vorteil, weil das Fördervolumen geometrisch definiert ist. Insbesondere Membran- und Kolbendosierpumpen können sehr präzise arbeiten, sofern Medium, Gegendruck, Ventile und Betriebsbedingungen geeignet sind.
Strömungspumpen sind für präzise Dosieraufgaben weniger geeignet, da der Förderstrom stark vom Anlagenwiderstand abhängt. Sie können zwar über Durchflussmessung und Regelung in Dosiersysteme eingebunden werden, das Grundprinzip ist jedoch nicht primär auf volumetrisch genaue Förderung ausgelegt.
Wirkungsgrad und Energiebedarf
Der Wirkungsgrad hängt nicht nur vom Pumpenprinzip, sondern stark von Auslegung und Betriebspunkt ab.
Strömungspumpen können bei großen Fördermengen und passendem Betriebspunkt sehr energieeffizient sein. Der beste Wirkungsgrad liegt jedoch nur in einem bestimmten Bereich der Kennlinie. Wird die Pumpe dauerhaft weit außerhalb dieses Bereichs betrieben, steigen Verluste, Verschleiß und Störanfälligkeit.
Verdrängerpumpen können bei hohen Drücken, kleinen bis mittleren Fördermengen und viskosen Medien energetisch sinnvoll sein. Bei sehr niedriger Viskosität und hohen Differenzdrücken kann interne Leckage den Wirkungsgrad jedoch verringern.
Eine pauschale Aussage, welche Pumpenart effizienter ist, ist daher nicht sinnvoll. Entscheidend ist immer der konkrete Betriebspunkt.
