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Comeback der Kolbenpumpen

Comeback der Kolbenpumpen

Die Kolbenpumpe erfreut sich beim Güllepumpen wieder einer steigenden Beliebtheit. Insbesondere bei hohem Arbeitsdruck und bei hohen Jahresleistungen kann sie Gülle günstiger und zuverlässiger fördern als die weit verbreiteten Verdrängerpumpen.

Ruedi Burkhalter

Die gute alte Kolbenpumpe erlebt ihren zweiten Frühling. Als in den 90er-Jahren bei den Drehkolben- und Schneckenpumpen grosse technische Fortschritte gemacht wurden, geriet die Kolbenpumpe etwas in Vergessenheit. Der hohe Anschaffungspreis sowie Probleme mit dem Ansaugen und mit Verstopfungen an Ventilen waren damals mit ein Grund, die Kolbenpumpen immer öfter durch Verdrängerpumpen zu ersetzen. Lediglich im Hügel· und Berggebiet konnte sich die Kolbenpumpe halten, Schnecken- und Drehkolbenpumpen können nicht die gleichen Förderhöhen erzielen wie Kolbenpumpen.

Grössere Betriebe – mehr Druck
Nun werden aber auch im Flachland wieder zunehmend Kolbenpumpen angeschafft. Dies vor allem aus zwei Gründen: Auf wachsenden Landwirtschaftsbetrieben nehmen auch die Distanzen zu, über die Gülle gepumpt werden muss. Will man die vorhandenen Leitungen und Schläuche weiter nutzen und damit sogar grössere Stundenleistungen erzielen, werden heute beim Verschlauchen schnell auch im Flachland Drücke von 15 bis 20 bar und mehr erreicht. Genau in diesem Druckbereich stösst die Schneckenpumpe an ihre Grenzen, die Drehkolbenpumpe schon wesentlich früher. Auch werden rund um Biogasanlagen heute vermehrt lange Bodenleitungen verlegt, die einen hohen Förderdruck verlangen.

Mehr überbetriebliche Anwendung
Der zweite Grund liegt beim zunehmend überbetrieblichen Einsatz von Gülletechnik. So setzen Lohn Unternehmer oder Maschinengemeinschaften ihre Güllepumpen während immer mehr Betriebsstunden pro Jahr ein: rund um Biogasanlagen können es schnell über 1000 sein. Wird dies mit einem hohen Arbeitsdruck kombiniert. kann es so weit kommen, dass der Stator einer Schneckenpumpe ein- bis zweimal pro Jahr ausgewechselt werden muss. Entsprechend hoch fallen dann die Kosten für den Ersatz von Verschleissteilen aus. Zusammen mit dem höheren Energieverbrauch hat das zur Folge, dass der Preisvorteil einer Verdrängerpumpe bei der Anschaffung schnell einmal aufgebraucht ist. Auf der anderen Seite berichten Anwender von modernen Kolbenpumpen, sie würden trotz Auslastungen von über 1000 Stunden pro Jahr ihre Maschinen über viele Jahre ohne grosse Verschleisskosten betreiben.

Die doppelt Wirkenden Kolben laufen in einem Stahlzylinder, dessen Innenwand mit einer speziell harten Schicht vor Verschleiss geschützt wird.

Nachteile wurden ausgemerzt
Nicht zuletzt konnten durch eine Weiterentwicklung der Kolbenpumpen auch ihre bereits erwähnten Nachteile aus den 90er-Jahren beseitigt werden: Moderne, liegende Kolbenpumpen saugen dank neuer Ventiltechnik heute auch problemlos aus bis 7 m Tiefe selbst an. Ebenfalls konnte mit neuer Ventiltechnik und bei Bedarf mit einem vorgeschalteten Schneidhäcksler die Verstopfungsanfälligkeit mit langem Stroh stark verbessert werden. Auch die Wartungsfreundlichkeit hat seither grosse Fortschritte gemacht.
Die Kurbelantriebe und Stangen laufen heute bei allen Modellen im geschlossenen Ölbad und sind daher mit Ausnahme eines Ölwechsels alle zwei bis drei Jahre praktisch wartungsfrei. Weiter haben die noch verbliebenen Hersteller an einer Verbesserung der Verschleissfestigkeit gearbeitet. Die Zylinder sind heute mit speziell gehärteten Wänden ausgestattet.
Diese weisen zudem bessere Eigenschaften bei Verschleissfestigkeit und Gleitfähigkeit auf. was sich positiv a uf den Leistungsbedarf auswirken soll.

Verdrängerpumpen und Zwangsförderung
Doch warum sind eigentlich Kolbenpumpen für einen hohen Arbeitsdruck besser geeignet? Kolbenpumpen unterscheiden sich vom Funktionsprinzip her grundlegend von Schnecken- und Drehkolbenpumpen, die unter der Bezeichnung Verdrängerpumpen zusammengefasst werden. Sowohl bei der Schnecken- als auch bei der Drehkolbenpumpe bleiben die Förderkammern während der Förderung in ihrem Volumen gleich gross. Die Förderkammern «wandern» bei diesen Pumpen von der Saug- zur Druckseite und werden durch den Kontakt von Rotoren
(Schnecke bzw. Drehkolben) und Statoren (Gehäuse) laufend neu gebildet.

Diese Kammern sind nur so lange ganz dicht, als Rotor und Stator genau so zueinander passen, dass der Druck des Rotors auf den Stator so gross ist, dass die dazwischen entstehende «Spalte» abgedichtet wird. Er darf aber auch nicht zu gross sein, da sonst der Energieaufwand steigt und der Verschleiss zunimmt. Bei Verdrängerpumpen sind also die sich ständig aneinander reibenden Kontaktstellen zwischen Rotor und Stator die einzige Barriere zwischen Saug- und Druckseite. So bald sich bei diesen Pumpen durch den Gebrauch die abdichtenden Gummiteile etwas abgenutzt oder durch den hohen Flüssigkeitsdruck verformt haben, sinkt der Kontaktdruck:, so dass Flüssigkeit durch die entstehende Spalte von der Druckseite her zurückströmt. So kann bei steigendem Druck die Fördermenge relativ schnell auf weniger als die Hälfte und im Extremfall sogar gegen null sinken.

Das Entweichen von Gülle hat nicht nur eine geringe Fördermenge zur Folge: An den Kontaktstellen wird die entweichende Gülle stark beschleunigt (Hochdruckreiniger-Effekt), wodurch wiederum der Verschleiss an den Pumpkomponenten überproportional stark zunimmt. Schliesslich müssen Komponenten ausgewechselt werden. um den Teufelskreis zu durchbrechen.
Die Schneckenpumpe (bis 18 bar) kann über lange Zeit unbeschädigt mit höherem Druck arbeiten als die Drehkolbenpumpe (bis 8 bar), weil unter anderem die Distanz zwischen Saug- und
Druckseite grösser ist und weil zwei oder drei Stufen hintereinander geschaltet werden. So ist es für die Flüssigkeit schwieriger zu entweichen.

Bei der Kolbenpumpe hingegen bleibt die Fördermenge bis zum maximal möglichen Betriebsdruck fast konstant: Hier handelt es sich um eine echte Zwangsförderung, bei der die Saug- und Druckseite ähnlich wie bei einem Verbrennungsmotor durch Ventile getrennt sind. Die Förderkammern wandern nicht wie bei den Verdrängerpumpen zwischen zwei bewegenden Teilen mit gleich bleibender Grösse weiter, sondern werden durch die Bewegung des Kolbens im Zylinder vergrössert und verkleinert. Der Druck hat auf die Abdichtungswirkung der Kolbenmanschetten keinen Einfluss. Im Gegenteil: Je höher der Druck ist, desto schneller sorgen die Kunststoffmanschetten am Kolben für eine Abdichtung an der Zylinderwand.
Mit diesem Arbeitsprinzip lasst sich theoretisch wie beim Hochdruckreiniger ein Druck von über 500 bar erzeugen, was aber natürlich bei einer Güllepumpe keinen Sinn ergeben würde. In der Druckphase ist es bei dichten Ventilen und Kolbenmanschetten fast unmöglich, dass Flüssigkeit entweichen kann. Ihre Grenze bezüglich Einsatzdruck erreicht die Kolbenpumpe also nicht wegen des Entweichens von Flüssigkeit, sondern wegen der begrenzten Stabilität von diversen Bauteilen wie Kurbelgehäusen, Ventilen oder von Schläuchen.

Grosse Mengen amortisieren die Mehrinvestition
Kolbenpumpen sind fast doppelt so teuer in der Anschaffung wie eine Schneckenpumpe mit gleicher (maximaler) Fördermenge. Je grösser die jährlich geforderte Güllemenge und je höher der Arbeitsdruck, desto schneller kann die Mehrinvestition in eine Kolbenpumpe amortisiert und von da an sogar Geld eingespart werden. Die Stöckli Pro AG stellt zwei Modelle mit liegenden, doppelt wirkenden Kolben mit 45 und 60 m3/h und einem Druck bis 20 bar sowie kleinere Modelle mit stehenden, einfach wirkenden Kolben her.

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Agrarpumpen
  • Posted by Administrator
  • On 19. Mai 2017
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