März 2013
| von Dipl.-Ing. Sven Borghoff, Gather Industrie
  • Kreiskolbenpumpen sind die erste Wahl, wenn größere Mengen scherempfindlicher Produkte gefördert werden sollen. Für die Dosierung kleiner Mengen sind sie meist nicht geeignet.
  • Magnetgekuppelte Zahnradpumpen können zwar kleine Mengen exakt fördern und dosieren, doch sie erzeugen normalerweise sehr hohe Scherkräfte.
  • In Zusammenarbeit mit Pharmaunternehmen wurde nun eine magnetgekuppelte Zahnradpumpe entwickelt, mit der emfpindliche Produkte sehr schonend dosiert werden können.

Zahnradpumpen eignen sich dagegen zwar auch für sehr kleine Fördermengen, allerdings verursacht die magnetgekuppelte Zahnradpumpe sehr hohe Scherkräfte. Hervorgerufen werden sie durch enge Spielräume zwischen den Pumpenbauteilen und durch die hohe Motordrehzahl. Diese konstruktiven Merkmale sind zwingend notwendig, um dünnflüssige, nichtschmierende Flüssigkeiten mit einer Zahnradpumpe verlässlich zu pumpen. Diese Charakteristik der Multi-Purpose-Pumpe ist für flexible, zuverlässige und reproduzierbare Dosieraufgaben in der klassischen chemischen Industrie von hoher Bedeutung.

Neue Konstruktion für sanftes Fördern
Die Pharma-Industrie hat andere Maßstäbe an Ihre Prozesspumpen. Sie benötigt eine sanfte Dosierung mit geringen Scherkräften. Darüber hinaus müssen alle Pumpenbauteile gut reinigungsfähige Oberflächen aufweisen, um diese keimfrei zu halten. Eine scherarme Dosierung ist nur möglich, wenn die Schubspannung, beispielsweise die Druckdifferenz, relativ klein ist. Der Abstand der Bauteile zueinander muss entsprechend groß sein, der Eingriff der mechanischen Bauteile muss sehr sanft  erfolgen und die Schergeschwindigkeit sollte wiederum gering sein. Große Abstände zwischen den Bauteilen führen zwangsläufig zu internen Rückströmungen in der Pumpe. Da die Schergeschwindigkeit nicht zu hoch sein darf, schränkt diese Voraussetzung das Endprodukt natürlich in der Dosierbandbreite, der minimalen Viskosität und im maximalen Differenz- und Systemdruck ein.
Es hört sich zunächst einmal nicht besonders schwierig an, eine Pumpe mit großzügigen Passungen zu konstruieren und zu bauen. Die Problematik steckt hier nicht in der eigentlichen Förderaufgabe; die wäre relativ leicht beherrschbar. Der konstruktive Aufwand wird dadurch erschwert, dass für die CIP- Anforderung (Cleaning in Place) mit CIP-Lauge oder CIP-Säure bei ca. 85 °C die Förderung niederviskoser Flüssigkeiten möglich sein muss. Das wiederum verlangt bei Kleinpumpen höchste Präzision der Bauteile zueinander und eine optimierte Auslegung der Zwischenräume mit sehr engen Passungen.
In enger Zusammenarbeit mit Pharmaunternehmen konnte die Basiskonzeption der magnetgekuppelten Gather-Zahnradpumpe an diese Kriterien angepasst werden. Dafür musste die Pumpe in vielen Bereichen überarbeitet und optimiert werden:
langsame Motordrehzahlen, beschränkt auf maximal 500 1/min (abhängig vom Fördermedium)
präzise geführte Zahnräder mit optimiertem Spiel zu den Seitenflächen
Änderung des Zahnradeingriffes im Förderbereich
größeres Spiel im Magnettopf
Oberflächen Ra <0,8 µm, pharmagerechte Flansche
Verwendung von FDA-konformen bzw. in der Pharma-Industrie bewährten Werkstoffen
Die eingangs erwähnten Einschränkungen bzgl. des maximalen Differenzdruckes und der minimalen Viskosität, die natürlich auch bei dieser Lösung unvermeidlich waren, sind für die Pharma-Anwendungen nicht relevant. Die scherarme Zahnradpumpe wurde, wie erwähnt, so ausgelegt, dass sie immer noch mit einer CIP-Lauge bzw. CIP-Säure inline-reinigungsfähig (CIP-fähig) ist. Zusätzlich wurde die geforderte hermetische, reproduzierbare Dosierung der scherempfindlichen Medien erreicht. ?

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