Hygienische und aseptische Kreiskolbenpumpen

Alfa Laval bietet zwei Kreiskolbenpumpen-Familien – die DuraCirc für hygienische Standardanwendungen und die DuraCirc Aseptic für sterile Verarbeitung. Beide teilen das gleiche effiziente Doppelflügel-Rotordesign mit engen Laufspalten, unterscheiden sich jedoch in der Dichtungsarchitektur und dem Anwendungsbereich.

Die DuraCirc-Baureihe umfasst fünf Rahmengrößen (30–70) mit Fördervolumina von 3 bis 414 Litern pro 100 Umdrehungen. Die DuraCirc Aseptic ist in fünf Pumpenkopfgrößen (Rahmen 40–70) mit Drücken bis 25 bar erhältlich. Alle medienberührenden Elastomere verwenden profilierte Kompressionsdichtungen zur Vermeidung von Leckagen zur Atmosphäre, und die Dichtflächen liegen direkt im Flüssigkeitsstrom für eine optimale Reinigung während des CIP.

In welchen Branchen wird eine Kreiskolbenpumpe eingesetzt?

Branche	Anwendungen	Wichtige Vorteile
Milchverarbeitung	Sahne, Kondensmilch, Sauermilchprodukte (Joghurt, Quark)	Schonende Produktbehandlung und vollständige CIP-Fähigkeit in Pasteurisierungs- und Abfüllanlagen
Lebensmittel und Süßwaren	Schokolade, Glukose, Fruchtfüllungen, Fondant	Verarbeitung viskoser und partikelhaltiger Produkte bei mittleren bis hohen Drücken unter Beibehaltung der Produktintegrität
Getränkeherstellung	Fruchtsaftkonzentrate, Zuckersirup, hochviskose Getränkezutaten	Schlupfarme, bidirektionale Pumpwirkung mit hervorragender Saugleistung
Haushalts- und Körperpflege	Flüssigseife, Weichspüler, Shampoo, kosmetische Cremes	Gleichmäßige Durchflussregelung und hygienische Konstruktion gemäß FDA- und EHEDG-Anforderungen

Welche Kreiskolbenpumpe passt zu Ihrer Prozesslinie?

Kolbenpumpen befinden sich zwischen der Produktquelle (Tank, Trichter oder vorgelagertem Prozessschritt) und dem nachgelagerten Ziel – einer Abfüllstation, einem Wärmetauscher, Separator oder Lagerbehälter. Saugseitig zieht die Pumpe die Flüssigkeit durch die Saugleitung; druckseitig fördert sie die Flüssigkeit durch die Druckleitung, Ventile und Prozessanlagen gegen den gesamten Differenzdruck des Systems.

Da Kreiskolbenpumpen einen nahezu konstanten Volumenstrom unabhängig von Änderungen des Gegendrucks liefern, eignen sie sich besonders für Prozesslinien mit schwankendem Gegendruck – beispielsweise beim Befüllen von Behältern mit unterschiedlichen Füllständen oder beim Fördern von Produkt durch einen Plattenwärmetauscher mit variabler Verschmutzungsresistenz. Ihre hervorragenden Saugeigenschaften ermöglichen zudem einen zuverlässigen Betrieb in Installationen mit begrenztem NPSHa, wie bei Schwerkraft-gespeisten Tanks oder Leitungen mit langen Saugstrecken.

Bei der Auswahl einer DuraCirc-Pumpe für Ihre Linie sollten Sie Flüssigkeitsviskosität, erforderlichen Volumenstrom, Förderdruck, Temperaturbereich sowie die Notwendigkeit von CIP- oder SIP-Fähigkeit berücksichtigen. Die DuraCirc-Baureihe bietet 13 Pumpenkopf-Fördervolumina über fünf Rahmengrößen, sodass in der Regel ein Modell vorhanden ist, das die Aufgabe ohne Überdimensionierung erfüllt. Für Anwendungen, die auch CIP bei höheren Volumenströmen umfassen, kann die Kombination einer Kreiskolbenpumpe mit einer Kreiselpumpe für den Reinigungszyklus sowohl den Energieverbrauch als auch die Investitionskosten optimieren.

Was ist eine Kolbenpumpe?

Eine Kolbenpumpe ist eine Art Verdrängerpumpe, die Flüssigkeit bewegt, indem sie ein festes Volumen in einer Kammer einschließt und dieses vom Einlass zum Auslass verdrängt. Im Zusammenhang mit hygienischen Prozessindustrien bezieht sich der Begriff am häufigsten auf Kreiskolbenpumpen – Rotationseinheiten, bei denen sich zwei Flügelrotoren (Kolben) um den Umfang eines Kanals im Pumpengehäuse drehen. Jede Drehung erzeugt ein Teilvakuum an der Saugseite, wodurch Flüssigkeit in die Kammer gezogen wird, und verdrängt diese dann in den Druckstutzen, wenn die Rotoren wieder ineinandergreifen.

Im Gegensatz zu Hubkolbenpumpen, wie sie in hydraulischen Systemen oder Hochdruck-Industriesystemen zu finden sind, arbeiten Kreiskolbenpumpen mit einem gleichmäßigen, pulsationsarmen Durchfluss. Die Rotoren werden durch ein Getriebe im Getriebekasten synchronisiert und berühren sich weder gegenseitig noch das Gehäuse oder den Gehäusedeckel. Dieses berührungslose Prinzip reduziert den Verschleiß, hält die Pumpe CIP-fähig und schützt scherempfindliche Produkte wie Sahne oder Joghurt.

Kreiskolbenpumpen sind in hygienischen Pumpenanwendungen wichtig, da sie eine hohe Druckfähigkeit (bis zu 40 bar) mit einem hohen volumetrischen Wirkungsgrad über einen breiten Viskositätsbereich kombinieren. Ihre Konstruktion aus Edelstahl W. 1.4404 (AISI 316L) und FDA-konformen Elastomeren gewährleistet die Einhaltung von 3-A, EHEDG und anderen internationalen Hygienestandards, was sie zu einer zuverlässigen Wahl für die Lebensmittel-, Molkerei-, Getränke- und Pharmaverarbeitung macht.

Wie funktionieren eine herkömmliche Kolbenpumpe und eine Kreiskolbenpumpe?

Eine herkömmliche (Hub-)Kolbenpumpe verwendet einen Kolben, der sich in einem Zylinder hin und her bewegt. Beim Saughub zieht sich der Kolben zurück und erzeugt eine Niederdruckzone, die ein Einlassventil öffnet und Flüssigkeit in den Zylinder saugt. Beim Druckhub bewegt sich der Kolben vorwärts, schließt das Einlassventil und drückt die Flüssigkeit durch ein Auslassventil nach draußen. Dieser Vorgang erzeugt einen pulsierenden Fluss und erfordert Rückschlagventile zur Richtungssteuerung.

Eine Kreiskolbenpumpe arbeitet nach einem grundlegend anderen Prinzip. Zwei flügelförmige Rotoren sind auf parallelen Wellen montiert und werden durch ein synchronisiertes Getriebe so angetrieben, dass sie sich berührungslos gegenläufig drehen. Wenn die Rotoren an der Saugseite auseinanderlaufen, erzeugt ein expandierender Hohlraum ein Teilvakuum, das Flüssigkeit in die Pumpe zieht. Die Flüssigkeit wird dann von den Rotorflügeln um den Umfang des Gehäuses geführt. Wenn die Rotoren am Druckstutzen wieder ineinandergreifen, wird die Flüssigkeit zum Auslass verdrängt. Das Ergebnis ist ein gleichmäßiger, nahezu pulsationsfreier Durchfluss in beide Richtungen – das Umkehren der Drehrichtung der Antriebswelle kehrt den Durchfluss um.

Dieses Rotationsverdrängungsverfahren macht Rückschlagventile und Pulsationsdämpfer, die Hubkolbeneinheiten benötigen, überflüssig. In Kombination mit den geringen Laufspalten der Rotoren aus abriebfester Legierung liefert sie die hohe volumetrische Effizienz und die schonende Produktbehandlung, die Molkerei-, Lebensmittel- und Getränkehersteller benötigen.

Was sind die Unterschiede zwischen einer Kreiskolbenpumpe und einer Zahnradpumpe?

Sowohl Kreiskolbenpumpen als auch Zahnradpumpen gehören zur Familie der Verdrängerpumpen, unterscheiden sich jedoch erheblich in der Rotorgeometrie, der Spaltkonstruktion und der Eignung für hygienische Anwendungen. In einer Zahnradpumpe schließen zwei ineinandergreifende Zahnräder die Flüssigkeit zwischen den Zähnen und dem Gehäuse ein und befördern sie vom Einlass zum Auslass. Es gibt Innen- und Außenzahnradvarianten, aber beide basieren auf einem engen Metall-zu-Metall-Kontakt.

Eine Kreiskolbenpumpe verwendet zwei flügelförmige Rotoren (Kolben), die sich in einem Kanal im Pumpengehäuse gegenläufig drehen. Die Rotoren werden durch ein Getriebe im Getriebegehäuse synchronisiert, sodass sie weder sich gegenseitig noch das Gehäuse berühren. Diese berührungslose Konstruktion eliminiert Metall-zu-Metall-Verschleiß im Pumpenkopf, verlängert die Lebensdauer und macht die Pumpe vollständig CIP-fähig – eine Anforderung, die herkömmliche Zahnradpumpen nur schwer erfüllen können.

Wichtige praktische Unterschiede liegen in der Druckfähigkeit, der Scherung und der Reinigbarkeit. Die Kreiskolbenpumpe Alfa Laval DuraCirc erreicht einen Förderdruck von bis zu 40 bar und hält dank ihrer Rotoren aus abriebfester Legierung mit sehr kleinen Spaltmaßen einen volumetrischen Wirkungsgrad von 95–99 % bei Viskositäten ab 15 cP aufrecht. Zahnradpumpen können ähnliche Drücke erreichen, erzeugen jedoch typischerweise eine höhere Scherung und sind schwieriger nach Hygienestandards zu reinigen. Für Molkerei-, Lebensmittel- und Getränkeprozesse, bei denen es auf Produktintegrität und die Einhaltung sanitärer Vorschriften ankommt, sind Kreiskolbenpumpen die bevorzugte Wahl.