Verdrängerpumpen in Reihen- und Parallelschaltung

Eine Verdrängerpumpe fördert ein festes Volumen pro Umdrehung oder Hub. Sie erzeugt keinen eigenen Druck, sondern überwindet den vom System vorgegebenen Druck. Dieses Verhalten unterscheidet sich grundlegend von dem einer Kreiselpumpe und verändert die Herangehensweise an den Betrieb mehrerer Verdrängerpumpen grundlegend.

Wenn eine einzelne Pumpe die erforderliche Fördermenge oder den Druck Ihres Systems nicht liefern kann, haben Sie zwei Möglichkeiten: Sie können Pumpen parallel schalten, um die Fördermenge zu erhöhen, oder in Reihe, um den Druck zu erhöhen. Die Konzepte klingen einfach, doch die technischen Details sind entscheidend. Reihen- und Parallelschaltungen von Verdrängerpumpen bringen jeweils spezifische Konstruktionsanforderungen, Risikofaktoren und praktische Einschränkungen mit sich, die bei Kreiselpumpensystemen nicht gelten. Fehler in diesen Details können zu Geräteschäden, Dichtungsausfällen oder zu Systemen führen, die nicht wie erwartet funktionieren.

Dieser Leitfaden erläutert beide Konfigurationen aus technischer Sicht – wann welche sinnvoll ist, wie die Rohrleitungen und Steuerungen ausgelegt werden, was schiefgehen kann und wie reale Systeme im Feld tatsächlich gebaut werden.

Funktionsweise von Reihen- und Parallelschaltungen in PD-Pumpensystemen

Die Grundregeln sind einfach. Parallelschaltung bedeutet kombinierte Fördermengen. Reihenschaltung bedeutet kombinierte Druckmengen. Das Verhalten von Verdrängerpumpen in diesen Konfigurationen unterscheidet sich jedoch deutlich von dem von Kreiselpumpen, und diese Unterschiede sollten verstanden werden, bevor man auch nur eine einzige R&I-Fließbildlinie zeichnet.

Eine Kreiselpumpe hat eine Kennlinie – ihr Fördervolumen ändert sich mit dem Druck. Schaltet man zwei Kreiselpumpen parallel, verdoppelt sich das Gesamtfördervolumen nicht einfach, da sich die Kennlinie verschiebt und der Betriebspunkt sich verlagert. Der tatsächliche Zuwachs ist stets geringer als die theoretische Summe. Dasselbe gilt für in Reihe geschaltete Kreiselpumpen – die Gesamtförderhöhe ist bei dem tatsächlichen Betriebsfördervolumen geringer als die Summe der Einzelförderhöhen.

Verdrängerpumpen funktionieren anders. Ihr Fördervolumen ist im Wesentlichen unabhängig vom Druck (innerhalb des Nennbereichs). Schaltet man zwei identische Verdrängerpumpen parallel, verdoppelt sich das Fördervolumen nahezu. Bei Reihenschaltung verdoppelt sich der Druck nahezu. Die theoretischen Werte entsprechen in der Praxis deutlich genauer. Doch genau diese Eigenschaft – dass eine Verdrängerpumpe ihr Nennfördervolumen unabhängig von den Druckbedingungen liefert – macht Verdrängerpumpenkonfigurationen im Fehlerfall gefährlicher.

Parallel — Hinzufügen von Fluss

In einer Parallelschaltung saugen zwei oder mehr Verdrängerpumpen aus einer gemeinsamen Saugquelle (oder aus getrennten Quellen) und fördern in einen gemeinsamen Verteiler. Jede Pumpe trägt ihren eigenen Förderstrom zum Gesamtvolumen bei. Der Systemdruck wird durch den nachgeschalteten Widerstand bestimmt und gleichmäßig auf alle Pumpen verteilt.

Da Verdrängerpumpen bei jedem Druck innerhalb ihres Förderbereichs einen konstanten Volumenstrom liefern, entspricht der Gesamtvolumenstrom in einem Parallelsystem nahezu der Summe der Einzelfördermengen der Pumpen. Fördert Pumpe A beispielsweise 10 l/min und Pumpe B ebenfalls 10 l/min, ergibt sich im System ein Volumenstrom von etwa 20 l/min. Dies entspricht der Theorie deutlich besser als bei Kreiselpumpen.

Die wichtigste Voraussetzung ist, dass jede Pumpe in einer Parallelschaltung ein eigenes Rückschlagventil auf der Druckseite benötigt. Andernfalls wird eine stillstehende Pumpe zu einem offenen Rückflusspfad – die laufende Pumpe drückt die Flüssigkeit durch die stillstehende Pumpe zurück, anstatt sie in das System zu leiten.

Serie – Druckaufbau

In einer Reihenschaltung ist der Auslass der ersten Pumpe mit dem Sauganschluss der zweiten Pumpe verbunden. Die Fördermenge im System wird durch das Fördervolumen einer einzelnen Pumpe bestimmt. Die Drücke addieren sich – erzeugt die erste Pumpe beispielsweise 5 bar Differenzdruck und die zweite weitere 5 bar, so beträgt der Druck am Endauslass des Systems etwa 10 bar.

Hier liegt der entscheidende Punkt, den viele Ingenieure unterschätzen: Die Reihenschaltung von Verdrängerpumpen ist in der industriellen Praxis unüblich und für manche Pumpentypen sogar unmöglich. Hubkolben-Verdrängerpumpen – wie AODD-Pumpen, Kolbenpumpen und Membranpumpen – erzeugen einen oszillierenden, pulsierenden Förderstrom. Die Reihenschaltung zweier solcher Pumpen ohne dazwischenliegenden Pufferbehälter führt zu Druckspitzen und Förderstromunterbrechungen, die das System beschädigen. Der Ansaughub der zweiten Pumpe wirkt dem Ausstoßhub der ersten Pumpe entgegen, und diese zeitliche Fehlausrichtung verursacht Kavitation, Pumpenschläge und schnellen Dichtungsausfall.

Rotationsverdrängerpumpen – Zahnradpumpen, Schraubenpumpen – erzeugen einen deutlich gleichmäßigeren Förderstrom und können unter bestimmten Bedingungen in Reihe geschaltet werden. Doch auch bei Rotationspumpen muss das Fördervolumen der ersten Pumpe etwas größer sein als das der zweiten. Versucht die zweite Pumpe, mehr Flüssigkeit anzusaugen, als die erste fördert, kommt es zu Unterversorgung und Kavitation. Fördert die erste Pumpe mehr, als die zweite aufnehmen kann, entsteht ein Druck zwischen den Pumpen, der nicht abgebaut werden kann. Ein Überdruckventil zwischen den beiden Pumpen ist daher unerlässlich – es ist die einzige Möglichkeit, einen Pumpenbruch zu verhindern.

Paralleles System-Engineering-Design

Wann verwendet man parallel geschaltete Verdrängerpumpen?

Es gibt vier häufige Situationen, in denen eine parallele Konfiguration die richtige Lösung ist.

Erstens benötigt Ihr Prozess einen höheren Durchfluss, als eine einzelne Pumpe liefern kann. Möglicherweise erreicht die größte verfügbare Pumpe der von Ihnen verwendeten Serie eine maximale Fördermenge von 50 l/min, Sie benötigen jedoch 90 l/min. Zwei parallel geschaltete Pumpen lösen dieses Problem, ohne dass Sie auf eine völlig andere Pumpenplattform umsteigen müssen.

Zweitens benötigen Sie Redundanz. In jedem Prozess, der rund um die Uhr läuft – ob Chemikaliendosierung, Wärmemanagementkreisläufe oder Halbleiterfertigungslinien – führt ein ungeplanter Pumpenausfall zum Stillstand des gesamten Betriebs. Der Betrieb von zwei Pumpen im 24/7-Betrieb mit automatischer Umschaltung gewährleistet den laufenden Prozess, während die ausgefallene Pumpe gewartet wird.

Drittens schwankt Ihr Fördermengenbedarf im Laufe der Zeit erheblich. Anstatt eine einzelne große Pumpe zu drosseln (was Energie verschwendet und bei Verdrängerpumpen zu Gegendruckproblemen führt), können Sie mehrere kleinere Pumpen stufenweise betreiben. Betreiben Sie eine Pumpe bei geringem Bedarf und schalten Sie die zweite zu, wenn der Bedarf steigt. Dies ist energieeffizienter und reduziert den Verschleiß der einzelnen Pumpen.

Viertens verhindern bauliche Gegebenheiten die Installation einer einzelnen großen Pumpe. Manchmal reichen der verfügbare Platz, die Tragfähigkeit einer Plattform oder die vor Ort verfügbare Spannung einfach nicht für ein größeres Gerät aus. Zwei kleinere Pumpen nebeneinander passen möglicherweise dort, wo eine große Pumpe keinen Platz findet.

Designanforderungen für den Parallelbetrieb

Jedes parallele PD-Pumpensystem benötigt diese Elemente, um ordnungsgemäß zu funktionieren.

Rückschlagventile: Je eines am Pumpenausgang zwischen Pumpe und Verteiler. Dies ist zwingend erforderlich. Wenn eine Verdrängerpumpe stoppt, während die andere läuft, wirkt der volle Systemdruck rückwärts durch sie hindurch. Ohne Rückschlagventil fließt die Flüssigkeit durch die gestoppte Pumpe zurück, das System verliert Druck, und die laufende Pumpe kann beim Versuch, dies auszugleichen, überlastet werden.

Optimale Fördermenge und Drehzahl: Verdrängerpumpen im Parallelbetrieb sollten idealerweise identische Modelle sein und mit der gleichen Drehzahl laufen. Hat eine Pumpe eine größere Fördermenge als die andere, fördert sie einen unverhältnismäßig großen Anteil des Volumenstroms. Die kleinere Pumpe trägt dann nur wenig zum Gesamtvolumen bei, verbraucht aber dennoch Energie und sammelt Betriebsstunden. Bei Kreiselpumpen gleicht sich dies beim gemeinsamen Verteilerdruck aus. Bei Verdrängerpumpen ist dies nicht der Fall – jede Pumpe fördert unabhängig von ihrer Fördermenge.

Individuelle Überdruckventile: Jede Pumpe benötigt ein eigenes Überdruckventil, nicht ein gemeinsames am Verteiler. Tritt eine Verstopfung nachgelagert auf und ist nur ein gemeinsames Überdruckventil vorhanden, kann der Überdruckpfad möglicherweise nicht den gesamten Förderstrom aller Pumpen gleichzeitig bewältigen.

Dimensionierung des Verteilers: Der gemeinsame Auslassverteiler muss für den gesamten Durchfluss ausgelegt sein. Ein unterdimensionierter Verteiler führt zu übermäßiger Strömungsgeschwindigkeit und Reibungsverlusten, wodurch der Systemdruck über den für die Pumpen vorgesehenen Wert ansteigt.

Start-/Stopp-Sequenzierung: Beim Anfahren eines Parallelsystems werden die Pumpen nacheinander mit einer kurzen Verzögerung zugeschaltet. Gleichzeitiges Anfahren verursacht einen Stromstoß im elektrischen System und einen Druckstoß im hydraulischen System. Beim Abschalten verhindert das gleiche gestaffelte Vorgehen Rückflussstöße durch die Rückschlagventile.

Pulsation in Parallelsystemen

Sind die Verdrängerpumpen in Ihrem Parallelsystem Kolben-, Plunger- oder Membranpumpen, wird die Pulsationsdämpfung zu einem wichtigen Thema. Jede Pumpe erzeugt ihr eigenes Pulsationsmuster, und wenn diese Muster in einem gemeinsamen Verteiler aufeinandertreffen, können sie sich je nach Phasenverhältnis entweder aufheben oder verstärken.

Wenn zwei Pumpen synchron pulsieren, verdoppelt sich die kombinierte Pulsationsamplitude im Verteilerrohr annähernd. Dies verursacht Rohrschwingungen, Messgerätegeräusche, Materialermüdung an den Verbindungsstücken und ungenaue Durchflussmessungen. Pulsieren sie gegenphasig, heben sich die Pulsationen teilweise auf, und der Durchfluss ist gleichmäßiger.

Es gibt drei praktische Möglichkeiten, dies zu beheben. Erstens: Wählen Sie Pumpentypen mit geringer Pulsation – Zahnrad- und Schraubenpumpen erzeugen einen deutlich gleichmäßigeren Förderstrom als Kolben- oder Membranpumpen. Zweitens: Installieren Sie Pulsationsdämpfer (Blasenspeicher oder Luftkammern) am Auslass jeder Pumpe vor dem gemeinsamen Verteiler. Drittens: Wenn Sie Kolbenpumpen parallel schalten müssen, betreiben Sie diese mit einer kontrollierten Phasenverschiebung – einige Steuerungen unterstützen dies, allerdings erhöht es die Systemkomplexität.

Seriensystem-Engineering-Design

Wann verwendet man Verdrängerpumpen der Serie?

Die Reihenschaltung kommt zum Einsatz, wenn der Systemdruckbedarf die Förderleistung einer einzelnen Pumpe übersteigt. Es gibt vier typische Szenarien, die nicht alle gleich behandelt werden.

Erstens: Lange Rohrleitungen mit hochviskosen Flüssigkeiten. Viskose Medien verursachen in langen Rohrleitungen enorme Reibungsverluste. Eine einzelne Pumpe, die für den erforderlichen Durchfluss ausgelegt ist, erzeugt möglicherweise nicht genügend Druck, um die Flüssigkeit durch die gesamte Strecke zu befördern. Eine zweite, in Reihe geschaltete Pumpe liefert den nötigen Druck, um den zusätzlichen Widerstand zu überwinden.

Zweitens, stufenweiser Druckaufbau. Manche Prozesse erfordern, dass Flüssigkeiten in kontrollierten Schritten und nicht sprunghaft auf Druck gebracht werden. Die Einspritzung von Chemikalien in Hochdruckleitungen ist ein Beispiel: Eine Vorförderpumpe bringt die Flüssigkeit auf einen Zwischendruck, und eine zweite Pumpe erhöht den endgültigen Einspritzdruck.

Drittens: unzureichende Ansaugbedingungen. Befindet sich die Flüssigkeitsquelle unterhalb der Pumpe, ist die Saugleitung lang oder weist die Flüssigkeit einen hohen Dampfdruck auf, verfügt die Hauptpumpe möglicherweise nicht über ausreichend NPSH (Net Positive Suction Head), um Kavitation zu vermeiden. Eine nahe der Quelle installierte Druckerhöhungspumpe hebt den Druck am Sauganschluss der Hauptpumpe auf ein sicheres Niveau an.

Viertens – und dies ist die in der industriellen Praxis am häufigsten verwendete Reihenschaltung – wird eine Kreiselpumpe als Druckerhöhungspumpe für eine Verdrängerpumpe eingesetzt. Dieser Hybridansatz wird weiter unten detailliert beschrieben, da er wesentlich häufiger verwendet wird als die direkte Reihenschaltung zweier Verdrängerpumpen.

Kreisel-Boosterpumpe zur Speisung einer Verdrängerpumpe (häufigste Reihenschaltung)

In vielen realen Systemen besteht die Reihenschaltung gar nicht aus zwei Verdrängerpumpen. Vielmehr sorgt eine Kreiselpumpe für die Saugkraftverstärkung einer Verdrängerpumpe, die die Hochdruckarbeit übernimmt. Dies ist das Standardverfahren bei Kondensatrückgewinnungsanlagen, Heizölumschlagstationen und Hochdruck-Chemikalieneinspritzanlagen.

Die Logik ist einfach. Kreiselpumpen eignen sich gut für die Förderung großer Mengen bei mittlerem Druck. Verdrängerpumpen hingegen erzeugen hohen Druck bei präziser Durchflussrate. Die Kombination beider Pumpentypen nutzt ihre jeweiligen Stärken. Die Kreiselpumpe stellt sicher, dass die Verdrängerpumpe stets über ausreichenden Eingangsdruck verfügt und somit Kavitationsrisiken vermieden werden. Die Verdrängerpumpe fördert dann das vorverdichtete Fluid auf den erforderlichen Förderdruck.

Die Start-/Stopp-Reihenfolge ist hier entscheidend. Schalten Sie immer zuerst die Kreiselpumpe ein, um den erforderlichen Saugdruck aufzubauen. Sobald die Leitung zwischen den beiden Pumpen unter Druck steht, starten Sie die Verdrängerpumpe. Ein Druckschalter in der Verbindungsleitung kann dies automatisieren – die Verdrängerpumpe startet erst, wenn die Kreiselpumpe den erforderlichen Mindestdruck erreicht hat. Zum Abschalten gehen Sie in umgekehrter Reihenfolge vor: Stoppen Sie zuerst die Verdrängerpumpe, dann die Kreiselpumpe. Der Betrieb der Verdrängerpumpe ohne die Kreiselpumpe, selbst kurzzeitig, führt zu Saugkraftmangel und Kavitationsschäden.

Wählen Sie die Kreiselpumpe mit niedriger Saugdrehzahl für einen größeren stabilen Betriebsbereich. Wenn der Fördermengenbedarf der Verdrängerpumpe schwankt (z. B. durch Drehzahländerungen des Frequenzumrichters), muss die Kreiselpumpe diese Schwankung ausgleichen können, ohne ihren Betriebskennbereich zu verlassen.

Direkte PD-zu-PD-Serie: Designanforderungen und Risiken

Die direkte Reihenschaltung zweier Verdrängerpumpen – wobei die eine in den Ansaugkanal der anderen fördert – ist zwar möglich, birgt aber ein erhebliches technisches Risiko. Sie erfordert mehr Sorgfalt als jede andere Anordnung mehrerer Pumpen.

Druckbelastbarkeit: Das Gehäuse, die Dichtungen und alle Anschlüsse der zweiten Pumpe müssen für den Gesamtdruck ausgelegt sein. Erzeugt die erste Pumpe 10 bar und die zweite weitere 10 bar, wirken an allen Komponenten der zweiten Pumpe 20 bar. Dies umfasst die Wellendichtung, das Gehäuse und die Druckleitung.

Anpassung der Fördermenge: Die Fördermenge der ersten Pumpe sollte etwas größer sein (typischerweise 5–10 %) als die der zweiten Pumpe. Diese geringe Überkapazität stellt sicher, dass die zweite Pumpe stets ausreichend mit Fördermenge versorgt wird. Überschüssiges Fluid wird über ein Überdruckventil am Auslass der ersten Pumpe zurückgeleitet. Ohne diese Reserve würde bereits eine geringfügige Drehzahl- oder Verschleißabweichung dazu führen, dass die zweite Pumpe nicht mehr ausreichend mit Fördermenge versorgt wird.

Zwischenstufen-Überdruckventil: Zwischen den beiden Pumpen muss ein Überdruckventil installiert werden, das auf den Nennförderdruck der ersten Pumpe eingestellt ist. Dies schützt vor Überdruck, falls die zweite Pumpe ausfällt oder kurzzeitig ein Fördermengenunterschied auftritt.

Puffervolumen für Kolbenpumpen: Ist eine der beiden in Reihe geschalteten Pumpen eine Kolbenpumpe (Kolben-, Plunger-, Membran- oder AODD-Pumpe), ist ein Pufferbehälter zwischen ihnen zwingend erforderlich. Die pulsierende Fördermenge der ersten Pumpe entspricht nicht dem pulsierenden Bedarf der zweiten Pumpe. Ohne einen Puffer, der diese Abweichungen ausgleicht, kommt es im System zu starken Druckspitzen und Förderstromunterbrechungen. Drehverdichterpumpen (Zahnrad-, Schraubenpumpen) können oft direkt ohne Puffer angeschlossen werden, sofern die Anforderungen an Fördermenge und Sicherheitsventil erfüllt sind.

Die folgende Tabelle fasst zusammen, wie praktikabel der direkte Serienbetrieb für jeden gängigen PD-Pumpentyp ist.

Schnelle Entscheidung: Reihen- oder Parallelschaltung?

Meistens ist die Entscheidung einfach. Benötigt Ihr System mehr Fördermenge, als eine einzelne Pumpe liefern kann, ist eine Parallelschaltung sinnvoll. Benötigt Ihr System hingegen mehr Druck, als eine einzelne Pumpe erzeugen kann, prüfen Sie zunächst, ob eine Pumpe mit höherer Nennleistung verfügbar ist – dies ist fast immer die bessere Lösung als eine Reihenschaltung. Kann eine einzelne Pumpe den erforderlichen Druck tatsächlich nicht erreichen, sollten Sie vor einer direkten Reihenschaltung zweier Verdrängerpumpen den Einsatz einer Kreiselpumpe zur Versorgung Ihrer Verdrängerpumpe in Betracht ziehen.

Wenn Sie sowohl einen höheren Durchfluss als auch einen höheren Druck benötigen, kommt eine Kombination infrage: entweder parallel geschaltete Pumpen für den Durchfluss, wobei die parallel geschaltete Gruppe für einen höheren Nenndruck ausgelegt ist, oder eine parallel geschaltete Gruppe, die in eine serielle Druckerhöhungsstufe mündet.

Wenn es Ihnen in erster Linie um Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit und weniger um Leistung geht, ist die Antwort analog zu einem System mit einem Arbeitsgang und einem Standby-Modus sowie automatischer Umschaltung.

Die Wahl des Pumpentyps beeinflusst auch die praktischen Konfigurationen. Zahnrad- und Schraubenpumpen eignen sich aufgrund ihres gleichmäßigen, pulsationsarmen Förderstroms sowohl für Reihen- als auch für Parallelschaltungen. Kolbenpumpen sind für den Parallelbetrieb geeignet, sollten aber im Allgemeinen in direkter Reihenschaltung ohne Puffer vermieden werden. Eine vollständige Übersicht über die Eigenschaften der einzelnen Pumpentypen finden Sie in unserem Leitfaden zu den verschiedenen Pumpentypen. Arten von VerdrängerpumpenDie

Anwendungsbeispiele aus der Praxis

Hochviskose Chemikalienförderung über lange Rohrleitungen – Serienkonfiguration

Eine Chemieanlage muss Harz mit einer Viskosität von 15.000 cP von einem Reaktorbehälter zu einer 200 Meter entfernten Abfüllanlage transportieren. Bei dieser Viskosität und Rohrlänge übersteigt der Reibungsverlust im 2-Zoll-Rohr 12 bar. Die verfügbare Zahnradpumpe liefert zwar die erforderliche Fördermenge von 8 l/min, ist aber nur für einen maximalen Differenzdruck von 10 bar ausgelegt. Eine Pumpe reicht nicht aus.

Die Lösung besteht aus zwei in Reihe geschalteten Magnetkupplungs-Zahnradpumpen. Die erste Pumpe, am Reaktor angebracht, fördert das Harz durch die ersten 100 Meter Rohrleitung und erzeugt dabei einen Differenzdruck von etwa 6 bar. Die zweite Pumpe, in der Mitte der Rohrleitung installiert, erhöht den Druck um weitere 6 bar, um das Harz über die verbleibende Strecke zu befördern. Die erste Pumpe hat ein um 10 % größeres Fördervolumen als die zweite. Ein Überdruckventil, das auf 7 bar eingestellt ist, leitet überschüssiges Fördervolumen zurück in den Reaktor. Beide Pumpen arbeiten mit dichtungslosem Magnetantrieb – bei einem Gesamtdruck von 12 bar würde selbst eine geringfügige Leckage an der Wellendichtung bei reaktivem Harz ein Sicherheitsrisiko darstellen. MDC-X-Serie bewältigt diesen Viskositätsbereich und gewährleistet die für den Prozess erforderliche absolute Dichtheit.

Redundanz der Halbleiterdosierleitung – Parallelkonfiguration

Eine Halbleiterfabrik betreibt ein kontinuierlich arbeitendes Dosiersystem für die chemisch-mechanische Poliersuspension (CMP). Die Dosierpumpe fördert 200 ml/min alkalische Suspension mit einer Genauigkeit von ±1 %. Ein Pumpenausfall führt zum Stillstand der gesamten CMP-Anlage. Der Neustart des CMP-Prozesses nach einer Unterbrechung kostet stundenlange Produktionszeit und Tausende von Dollar an unbrauchbaren Wafern.

Das System verwendet zwei parallel geschaltete Mikromagnetzahnradpumpen – eine aktiv, die andere im Bereitschaftsbetrieb. Beide Pumpen laufen kontinuierlich mit der gleichen Drehzahl, wobei die Bereitschaftspumpe über ein normalerweise geschlossenes Ventil fördert. Sobald der Durchflusssensor der aktiven Pumpe eine Abweichung von mehr als ±2 % erfasst, öffnet die Steuerung innerhalb von 500 Millisekunden das Ventil der Bereitschaftspumpe und schließt das Ventil der aktiven Pumpe. Der Wechsel erfolgt nahtlos. Da Zahnradpumpen nahezu pulsationsfrei arbeiten, verursacht der Übergang keine Durchflussstörung. MDC-M-Serie ist mit seiner präzisen Dosiergenauigkeit und kompakten Bauweise optimal für diese Anwendung geeignet.

Batterie-Thermotestsystem – Zentrifugal-Booster plus Zahnradpumpe

Ein Hersteller von Testgeräten für Elektrofahrzeugbatterien baut Temperaturzykluskammern, die reale Fahrbedingungen simulieren. Der Kühlkreislauf zirkuliert Ethylenglykol durch die Batteriemodule bei Temperaturen von -40 °C bis +120 °C. Das System benötigt 15 l/min bei einem Entladedruck von 8 bar, wobei die Zahnradpumpe für einen präzise temperaturgeregelten Durchfluss sorgt.

Bei -40 °C steigt die Glykolviskosität über 200 cP, und die lange Rohrleitung vom Kühler zur Prüfkammer verursacht erhebliche Saugseitigverluste. Der NPSH-Wert der Zahnradpumpe kann bei niedrigen Temperaturen nicht allein durch die Förderhöhe des Kühlers erreicht werden.

Zwischen dem Kaltwasserauslass und dem Einlass der Zahnradpumpe ist eine kleine Kreiselpumpe als Druckerhöhungspumpe installiert. Diese erhöht den Saugdruck um 2 bar und gewährleistet so, dass die Zahnradpumpe auch am kältesten Betriebspunkt stets einen positiven Einlassdruck vorfindet. Die Kreiselpumpe startet zuerst, baut den Leitungsdruck auf, und die Zahnradpumpe startet nach Bestätigung durch einen Druckschalter. Beim Abschalten stoppt zuerst die Zahnradpumpe, die Druckerhöhungspumpe läuft noch fünf Sekunden nach, um die Leitung zu spülen, und schaltet sich dann ebenfalls ab. MDC-K-Serie Die Zahnradpumpe bewältigt den Temperaturbereich dank ihrer doppelten Dichtungsoption (Magnetantrieb oder Gleitringdichtung) und des Keramiklagersystems, das die großen Viskositätsschwankungen vom Kaltstart bis zum Heißbetrieb toleriert.

Aulank PD-Pumpen für Reihen- und Parallelsysteme

Die magnetgekuppelten Zahnradpumpen von Aulank eignen sich besonders für Mehrpumpensysteme. Die dichtungslose Magnetkupplung macht die Wellendichtung überflüssig – jene Komponente, die bei hohen Drücken in Reihenschaltungen am ehesten ausfällt. In einer direkten Reihenschaltung, bei der die zweite Pumpe einem kumulativen Druck ausgesetzt ist, stößt eine herkömmliche Gleitringdichtung an ihre Belastungsgrenze. Eine magnetgekuppelte Pumpe eliminiert diese Ausfallursache vollständig.

Bei Parallelsystemen sorgt die geringe Pulsationscharakteristik der Zahnradpumpenleistung dafür, dass die Zusammenführung der Förderströme zweier Pumpen in einen gemeinsamen Verteiler nur minimale Strömungsstörungen verursacht. Pulsationsdämpfer sind nicht erforderlich, und Standard-Rückschlagventile gewährleisten den Rückflussschutz ohne Hämmern oder Rattern.

Der breite Viskositätsbereich der Zahnradpumpen von Aulank – von unter 1 cP bis über 38.000 cP – löst ein praktisches Problem in Reihenschaltungen: Die Viskosität ändert sich entlang des Förderwegs häufig aufgrund von Temperaturschwankungen. Eine Pumpe, die über einen breiten Viskositätsbereich eine stabile Leistung erbringt, verhindert die Art von Durchflussdifferenz zwischen den Reihenstufen, die zu Kavitation oder Überdruck führen kann.

Für Unterstützung bei der Systemkonfiguration – einschließlich Pumpenauslegung für Reihen-/Parallelschaltungen, Auslegung des Zwischenstufenschutzes und Empfehlungen zur Steuerungslogik – wenden Sie sich bitte mit Ihren Prozessparametern an das Aulank-Ingenieurteam.

Häufig gestellte Fragen

Worin besteht der Unterschied zwischen in Reihe und parallel geschalteten Verdrängerpumpen?

Parallelschaltung bedeutet, dass mehrere Pumpen in dieselbe Leitung fördern – das System erzielt einen höheren Förderstrom bei gleichbleibendem Druck. Reihenschaltung bedeutet, dass eine Pumpe die nächste speist – das System erzielt einen höheren Druck bei gleichbleibendem Förderstrom. Insbesondere bei Verdrängerpumpen (PD-Pumpen) nähern sich sowohl der kombinierte Förderstrom in Parallelschaltung als auch der kombinierte Druck in Reihenschaltung der theoretischen Summe der Förderleistungen der einzelnen Pumpen sehr stark an, da PD-Pumpen unabhängig vom Druck einen konstanten Förderstrom liefern. Dies unterscheidet sich von Kreiselpumpen, bei denen der tatsächliche Zuwachs aufgrund der Wechselwirkungen der Systemkennlinie stets geringer ist als die Summe.

Kann man zwei Verdrängerpumpen parallel betreiben?

Ja. Der Parallelbetrieb ist die gängigste Konfiguration für Verdrängerpumpen und funktioniert bei korrekter Auslegung einwandfrei. Jede Pumpe benötigt ein eigenes Rückschlagventil am Auslass, um einen Rückfluss durch eine stillstehende Pumpe zu verhindern. Die Pumpen sollten vom gleichen Typ sein und die gleiche Drehzahl aufweisen, um eine gleichmäßige Fördermengenverteilung zu gewährleisten. Bei oszillierenden Verdrängerpumpen mit hoher Pulsation (Kolben-, Membranpumpen) empfiehlt sich der Einsatz von Pulsationsdämpfern am Auslass jeder Pumpe vor dem gemeinsamen Verteiler, um Pulsationsbeeinträchtigungen zu vermeiden.

Benötigen Verdrängerpumpen in Parallelsystemen Rückschlagventile?

Ja, jede Verdrängerpumpe in einem Parallelsystem muss am Auslass mit einem Rückschlagventil ausgestattet sein. Ohne Rückschlagventile drückt die laufende Pumpe beim Stillstand einer Pumpe die Flüssigkeit durch die stillstehende Pumpe zurück, anstatt sie in das System zu leiten. Dies führt zu Druckverlust im System, Energieverschwendung und potenzieller Beschädigung der stillstehenden Pumpe durch Rückwärtsdrehung. Das Rückschlagventil muss für den vollen Systemdruck ausgelegt sein und zwischen dem Pumpenausgang und dem Punkt, an dem die Leitungen in den gemeinsamen Verteiler münden, installiert werden.

Was passiert, wenn eine Verdrängerpumpe in einem Reihenschaltsystem blockiert ist?

Wenn der Auslass der nachgeschalteten Pumpe in einer Reihenschaltung blockiert ist (Druckstau), steigt der Druck kontinuierlich an, da Verdrängerpumpen unabhängig von den Bedingungen nachgeschalteter Pumpen weiterhin Flüssigkeit fördern. Der Druck steigt so lange, bis ein Bauteil versagt – typischerweise eine Rohrverbindung, eine Dichtung oder das Pumpengehäuse selbst. Aus diesem Grund benötigt jede Verdrängerpumpenanlage, insbesondere Reihenschaltungen, ein Sicherheitsventil. In einem Reihensystem sind sowohl ein Zwischenstufen-Sicherheitsventil (zwischen den beiden Pumpen) als auch ein Endauslass-Sicherheitsventil (nach der letzten Pumpe) zwingend erforderlich.

Ist es besser, bei der Förderung von hochviskosen Medien eine Reihen- oder Parallelschaltung zu verwenden?

Es kommt darauf an, wo das System Defizite aufweist. Wenn eine einzelne Pumpe zwar genügend Druck, aber nicht genügend Fördermenge für Ihre Anwendung mit hochviskosem Fluid liefert, verwenden Sie eine Parallelschaltung. Liefert die Pumpe hingegen genügend Fördermenge, verursacht das viskose Fluid jedoch so viel Reibung in den Rohrleitungen, dass eine einzelne Pumpe den erforderlichen Druck nicht erzeugen kann, verwenden Sie eine Reihenschaltung. In der Praxis benötigen Anwendungen mit hochviskosem Fluid häufiger eine Reihenschaltung, da viskose Fluide in langen Rohrleitungen sehr hohe Reibungsverluste verursachen – der Druckbedarf steigt, während der Fördermengenbedarf in der Regel moderat bleibt.

Kann eine Verdrängerpumpe rückwärts laufen?

Viele rotierende Verdrängerpumpen – Zahnrad-, Drehkolben- und Schraubenpumpen – können physikalisch rückwärts laufen und fördern Flüssigkeiten in die entgegengesetzte Richtung. Dies wird mitunter gezielt zur Rohrreinigung oder zur Umkehrung der Förderrichtung eingesetzt. Kolben-, Plunger- und Membranpumpen hingegen können nicht sinnvoll rückwärts laufen, da ihre Rückschlagventile den Durchfluss nur in eine Richtung zulassen. In Parallelsystemen stellt die Rückwärtsdrehung ein Problem dar, wenn eine Pumpe stoppt, während die andere weiterläuft. Der Systemdruck kann die gestoppte Pumpe ohne Rückschlagventil rückwärts drehen und dadurch potenziell mechanische Schäden verursachen.

Kann eine Verdrängerpumpe in Reihe mit einer Kreiselpumpe geschaltet werden?

Ja, und dies ist tatsächlich die gängigste Reihenschaltung von Pumpen in industriellen Anlagen. Eine Kreiselpumpe wird als Druckerhöhungspumpe vorgeschaltet, um den erforderlichen Saugdruck (NPSH) für die Verdrängerpumpe bereitzustellen, die dann den für den Prozess benötigten hohen Förderdruck erzeugt. Diese Kombination nutzt die Stärken beider Pumpentypen optimal aus: Die Kreiselpumpe fördert ein hohes Volumen bei moderatem Druck, und die Verdrängerpumpe wandelt diesen in einen präzisen Hochdruckstrom um. Starten Sie zuerst die Kreiselpumpe, um den Saugdruck aufzubauen, und anschließend die Verdrängerpumpe. Zum Abschalten stoppen Sie zuerst die Verdrängerpumpe und dann die Kreiselpumpe.