Verdrängerpumpen.

Verdrängerpumpen, die bei jedem Arbeitszyklus ein bestimmtes Volumen anheben, können in zwei Hauptklassen unterteilt werden: Hubkolben- und Rotationspumpen. Zu den Hubkolbenpumpen gehören Kolben-, Plunger- und Membranpumpen, zu den Drehkolbenpumpen Zahnrad-, Drehkolben-, Schrauben-, Flügelzellen- und Nockenpumpen.

Die Plungerpumpe ist der älteste gebräuchliche Typ. Kolben- und Plungerpumpen bestehen aus einem Zylinder, in dem sich ein Kolben oder Plunger hin und her bewegt. Bei Plungerpumpen bewegt sich der Plunger durch eine stationäre Dichtung und wird in die Flüssigkeit gedrückt, während bei Kolbenpumpen die Dichtung auf dem Kolben getragen wird, der die Flüssigkeit aus dem Zylinder drückt. Wenn sich der Kolben nach außen bewegt, vergrößert sich das im Zylinder verfügbare Volumen, und die Flüssigkeit tritt durch das Einlassventil ein. Wenn sich der Kolben nach innen bewegt, verringert sich das im Zylinder verfügbare Volumen, der Druck der Flüssigkeit steigt und die Flüssigkeit wird durch das Auslassventil herausgedrückt. Die Pumprate variiert von Null an dem Punkt, an dem der Kolben seine Richtung ändert, bis zu einem Maximum, wenn der Kolben etwa die Hälfte seines Hubs erreicht hat. Die Schwankung der Förderleistung kann verringert werden, indem beide Seiten des Kolbens zum Pumpen von Flüssigkeit verwendet werden. Pumpen dieser Art werden als doppeltwirkend bezeichnet. Die Schwankungen der Förderleistung können durch die Verwendung von mehr als einem Zylinder weiter verringert werden.

Die Gesamtförderleistung von Kolbenpumpen kann entweder durch Änderung der Hubgeschwindigkeit der Kolbenstange oder der Hublänge des Kolbens verändert werden. Der Kolben kann direkt durch Dampf, Druckluft oder Hydrauliköl angetrieben werden oder über ein mechanisches Gestänge oder einen Nocken, der die Drehbewegung eines Antriebsrads in eine Hin- und Herbewegung der Kolbenstange umwandelt.

Kolben- und Plungerpumpen sind teuer, aber äußerst zuverlässig und langlebig. Es ist bekannt, dass Kolbenpumpen seit mehr als 100 Jahren ohne Reparatur oder Austausch in Betrieb sind.

Die Funktionsweise einer Membranpumpe ähnelt der einer Kolbenpumpe, wobei der Kolben durch eine pulsierende flexible Membran ersetzt wird. Dadurch wird der Nachteil überwunden, dass die Kolbenpackungen mit der zu fördernden Flüssigkeit in Berührung kommen. Wie bei den Kolbenpumpen tritt die Flüssigkeit durch Rückschlagventile in die Pumpe ein und aus. Die Membran kann mechanisch durch einen direkt an der Membran befestigten Kolben oder durch ein Fluid wie Druckluft oder Öl betätigt werden.

Membranpumpen liefern einen pulsierenden Ausstoß von Flüssigkeiten oder Gasen oder einer Mischung aus beidem. Sie eignen sich zum Fördern von Flüssigkeiten, die feste Partikel enthalten, und zum Fördern teurer, giftiger oder ätzender Chemikalien, bei denen Leckagen durch die Packung nicht toleriert werden können.

Membranpumpen können über einen längeren Zeitraum trocken laufen. Außerdem kann die Förderleistung der meisten dieser Pumpen während des Betriebs geändert werden.

Die gebräuchlichste Art von Zahnradpumpen ist in Abbildung 1 dargestellt. Eines der Zahnräder ist angetrieben, das andere läuft frei. Ein Teilvakuum, das durch das Lösen des Zahneingriffs zwischen den rotierenden Zahnrädern entsteht, saugt Flüssigkeit in die Pumpe. Diese Flüssigkeit wird dann zwischen den rotierenden Zahnrädern und dem feststehenden Gehäuse auf die andere Seite der Pumpe befördert. Wenn die rotierenden Zahnräder ineinander greifen, erzeugen sie einen Druckanstieg, der die Flüssigkeit in die Auslassleitung drückt. Eine Zahnradpumpe kann Flüssigkeit in beide Richtungen fördern, je nach Drehrichtung des Zahnrads.

Eine Innenzahnradpumpe ist in Abbildung 2 dargestellt. Das angetriebene Zahnrad ist ein Rotor mit innenverzahnten Zähnen, die in die Zähne eines außenverzahnten Zwischenrades eingreifen, das außermittig zum Rotor angeordnet ist. Der sichelförmige Teil des feststehenden Gehäuses teilt den Flüssigkeitsstrom zwischen dem Zwischenrad und dem Rotor. Zahnradpumpen können dampf- oder gashaltige Flüssigkeiten fördern. Da sie zur Schmierung der inneren beweglichen Teile auf die gepumpte Flüssigkeit angewiesen sind, eignen sie sich nicht für die Förderung von Gasen. Sie liefern eine konstante Leistung mit vernachlässigbaren Pulsationen bei einer bestimmten Rotordrehzahl. Erosion und Korrosion führen zu einem Anstieg der Flüssigkeitsmenge, die durch die Pumpe zurückfließt. Da Zahnradpumpen verstopfungsanfällig sind, eignen sie sich nicht zum Fördern von Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten. Da sie jedoch keine Rückschlagventile benötigen, können sie zum Pumpen sehr viskoser Flüssigkeiten verwendet werden.

Kolbenpumpen ähneln Außenzahnradpumpen, haben jedoch Rotoren mit zwei, drei oder vier Kolben anstelle von Zahnrädern; die beiden Rotoren werden gemeinsam angetrieben. Drehkolbenpumpen haben eine stärker pulsierende Leistung als Außenzahnradpumpen und sind weniger verschleißanfällig. Drehkolbenkompressoren werden auch zum Pumpen von Gasen verwendet; jeder Rotor hat zwei Drehkolben.

In einer Schraubenpumpe dreht sich ein schraubenförmiger Schraubenrotor in einem festen Gehäuse, das so geformt ist, dass sich die am Einlass gebildeten Hohlräume bei der Drehung der Schraube zum Auslass hin bewegen. Wenn sich ein Hohlraum bildet, wird ein Teilvakuum erzeugt, das Flüssigkeit in die Pumpe ansaugt. Diese Flüssigkeit wird dann auf die andere Seite der Pumpe in den sich bildenden Hohlraum befördert. Die Form des feststehenden Gehäuses ist so beschaffen, dass sich der Hohlraum am Auslassende der Pumpe schließt, wodurch ein Druckanstieg entsteht, der die Flüssigkeit in die Auslassleitung drückt.

Schneckenpumpen können Flüssigkeiten fördern, die Dämpfe oder feste Partikel enthalten. Sie liefern bei einer bestimmten Rotordrehzahl eine gleichmäßige Leistung mit vernachlässigbaren Pulsationen. Da Schraubenspindelpumpen keine Rückschlagventile am Einlass und Auslass benötigen, können sie zum Pumpen sehr viskoser Flüssigkeiten verwendet werden. Obwohl Schraubenspindelpumpen sperrig, schwer und teuer sind, sind sie robust, verschleißen nur langsam und haben eine außergewöhnlich lange Lebensdauer.

Eine Drehschieberpumpe ist in Abbildung 3 dargestellt. Der Rotor ist außermittig montiert. Rechteckige Schaufeln sind in regelmäßigen Abständen auf der gekrümmten Oberfläche des Rotors angeordnet. Jede Schaufel kann sich in einem Schlitz frei bewegen. Durch die Zentrifugalkraft der Rotation werden die Schaufeln nach außen geschleudert und bilden eine Dichtung gegen das feste Gehäuse. Durch die Drehung des Rotors wird auf der Saugseite der Pumpe ein Teilvakuum erzeugt, das Flüssigkeit ansaugt. Diese Flüssigkeit wird dann auf die andere Seite der Pumpe in den Raum zwischen dem Rotor und dem feststehenden Gehäuse übertragen. Auf der Druckseite wird das verfügbare Volumen verkleinert, und der daraus resultierende Druckanstieg drückt die Flüssigkeit in die Auslassleitung; die Förderleistung kann durch Veränderung des Exzentrizitätsgrades des Rotors variiert werden. Flügelzellenpumpen benötigen keine Rückschlagventile am Ein- und Auslass; sie können dampf- oder gashaltige Flüssigkeiten pumpen, eignen sich jedoch nicht zum Pumpen von Flüssigkeiten mit festen Partikeln. Flügelzellenkompressoren werden zum Pumpen von Gasen verwendet.

Flügelzellenpumpen liefern eine konstante Leistung mit vernachlässigbaren Pulsationen bei einer bestimmten Rotordrehzahl. Sie sind robust, und ihre leicht austauschbaren Schaufeln kompensieren den Verschleiß selbst. Die Pumpleistung wird erst dann beeinträchtigt, wenn die Schaufeln stark abgenutzt sind.