Druckluftmembranpumpe oder elektrische Membranpumpe? AODD und EODD im Vergleich: Energiebedarf, Förderdruck, Regelung und Explosionsschutz

Doppelmembranpumpen gelten als Allrounder für aggressive, abrasive und feststoffhaltige Medien. Zwei Förderkammern werden jeweils von einer Membran begrenzt, beide Membranen sind über eine Kolbenstange starr verbunden. Bewegt sich die Kolbenstange, saugt die eine Kammer an, während die andere das Medium zum Druckstutzen fördert; vier Kugelventile geben die Strömungsrichtung vor. Ob die Kolbenstange von Druckluft (AODD) oder von einem Getriebemotor (EODD) bewegt wird, ist der einzige grundsätzliche Unterschied.

Beide Antriebe teilen deshalb die typischen Eigenschaften: keine Wellendichtung, die lecken oder durch Trockenlaufen beschädigt werden kann; Trockenlauf laut Betriebsanleitung zulässig, dabei jedoch mit reduzierter Hubfrequenz; selbstansaugend, feststofftolerant und scherarm, aufgrund des sanften Verdrängerprinzips. Die elektrische Baureihe TE von Tapflo baut auf den Pumpenköpfen der Druckluftbaureihe T auf, dieselben Gehäuse- und Membranwerkstoffe stehen für beide Antriebe zur Verfügung. Technische Daten stehen auf den Produktseiten zu Druckluftmembranpumpen und elektrischen Membranpumpen von Steinle.

Druckluftantrieb: druckausgeglichen und überlastsicher

Bei der AODD-Pumpe beaufschlagt ein Luftsteuerventil im Mittelblock die Luftkammern hinter den Membranen wechselweise mit Druckluft und schaltet am Hubende selbsttätig um; das Tapflo-Steuerventil arbeitet ölfrei und hat keinen Totpunkt. Das entscheidende Merkmal: Der Luftdruck hinter der fördernden Membran entspricht in jedem Moment dem Mediendruck davor. Steigt der Gegendruck bis auf den Antriebsdruck, bleibt die Pumpe schadlos stehen und läuft von selbst wieder an, sobald der Schieber öffnet. Der maximale Förderdruck entspricht dem maximalen Antriebsdruck; bei der Baureihe T in Kunststoff- und Metallausführung sind das 8 bar. Kondensat in der Druckluft kann am Schalldämpfer zu Vereisung führen; Öl ist beim Tapflo-Steuerventil nicht zulässig.

Elektroantrieb: mechanisch geführte Membran, Druckabsicherung Pflicht

Bei der Baureihe TE setzt eine exzentrische Wellenverlängerung mit Nocken und Kolben die Drehbewegung des Getriebemotors in die oszillierende Bewegung der Kolbenstange um; aus 1400 1/min Motordrehzahl werden 53 bis 172 Hübe pro Minute bei 50 Hz. Die Membran wird mechanisch über eine Stützplatte geführt; in den aktuellen TE-Versionen übernimmt zusätzlich eine Membranverstärkung hinter der Membran die Abstützung. Eine Stützluft ist damit entfallen, die Pumpe arbeitet vollständig ohne Druckluft.

Die Fördermenge wird über die Hubfrequenz des Motors geregelt, in der Praxis mit einem Frequenzumrichter. Der wichtigste Unterschied zum Druckluftantrieb: Die TE-Pumpe ist nicht pneumatisch druckausgeglichen; ein Elektromotor drückt bei steigendem Gegendruck weiter. Die Pumpe darf deshalb nie gegen einen geschlossenen Schieber laufen, der maximale Förderdruck von 4 bis 6 bar je Baugröße darf nicht überschritten werden, und ein Druckbegrenzungsventil auf der Druckseite ist Pflicht.

Energiebedarf und Betriebskosten

Druckluft ist ein teurer Energieträger. Branchenübliche Kennwerte für gut ausgelegte Kompressorstationen liegen bei etwa 0,10 bis 0,12 kWh elektrischer Energie je Norm-Kubikmeter Druckluft bei 7 bar; weitere Branchenangaben nennen bis 0,13 kWh/Nm³. Bei einem Strompreis von 0,20 €/kWh ergeben sich daraus rund 2 bis 2,6 Cent reine Energiekosten je Kubikmeter; mit Anlagenverlusten und Kapitalkosten liegen die Vollkosten in der Praxis bei 3 bis 5 Cent.

Hier ein Rechenbeispiel für die Kunststoffausführung: Eine T50 fördert 30 l/min gegen 30 mWS und benötigt dafür 6 bar Antriebsdruck und etwa 0,25 Nm³ Luft pro Minute, also 15 Nm³/h. Überschlägig entspricht das am Kompressor etwa 1,5 bis 2,0 kWh je Betriebsstunde, bei realen Anlagen mit Teillast und Leckagen eher mehr. Bei einem Strompreis von 0,20 €/kWh sind das mindestens 0,30 bis 0,40 Euro je Betriebsstunde allein für die Druckluft. Auf der Elektroseite dient die Motornennleistung der TE50 von 0,75 kW als Vergleichsgröße (die Getriebemotoren der Typen TE50 bis TE80 liegen zwischen 0,25 und 0,75 kW); einschließlich Motorwirkungsgrad liegt die elektrische Aufnahme bei Volllast unter 1 kWh je Betriebsstunde, also unter 0,20 Euro. Dieser Ansatz ist bewusst konservativ: Die Nennleistung ist die Obergrenze, im realen Betriebspunkt liegt die Aufnahme darunter, während der Druckluftbedarf im Anlagenalltag über dem Bestpunkt liegt. Selbst so gerechnet braucht der Elektroantrieb für dieselbe Förderaufgabe höchstens die Hälfte der elektrischen Energie, im Anlagenalltag deutlich weniger.

Dem steht der Anschaffungspreis gegenüber. Der Kaufpreis einer Druckluftmembranpumpe ist erheblich niedriger, die Betriebskosten sind beim Elektroantrieb jedoch signifikant niedriger, sodass sich die Investition „je nach Betriebsweise" nach etwa drei Jahren amortisiert haben kann. Je länger die tägliche Laufzeit, desto eher lohnt sich der Elektroantrieb.

Förderdruck, Förderstrom und geschlossene Druckleitung

Die Druckluftpumpe hat die größere Bandbreite: Die Tapflo-Kunststoffreihe (TR9 bis T800) und die Metallreihe (T25 bis T820) reichen von 11 l/min bis 820 l/min bei bis zu 8 bar. Die Baureihe TE deckt die Baugrößen 20 bis 225 ab, also bis 189 l/min bei 50 Hz (220 l/min bei 60 Hz). Ihr maximaler Förderdruck liegt bei 4 bis 6 bar je nach Baugröße. Anwendungen oberhalb des TE-Bereichs, also über 4 bar bei den meisten Baugrößen, bleiben der Druckluftpumpe vorbehalten.

Der prägnanteste Unterschied im Betrieb: Die AODD-Pumpe bleibt bei geschlossenem Schieber schadlos stehen und ist von Natur aus überlastsicher; das erlaubt einfache Anlagenkonzepte, etwa eine Niveausteuerung über ein Magnetventil in der Luftzufuhr. Die EODD-Pumpe wird dagegen nur durch Abschalten des Motors gestoppt, nie durch Schließen des druckseitigen Ventils.

Regelung und Automatisierung

Die Druckluftpumpe wird über Druckregler und Nadelventil eingestellt; das ist einfach, aber nicht besonders präzise, weil die Hubfrequenz vom Gegendruck abhängt. Für die Chargendosierung bietet Steinle induktive Hubsensoren mit Vorwahlzähler an. Die elektrische Pumpe ist konstruktionsbedingt besser regelbar: Die Fördermenge folgt proportional der Drehzahl des Frequenzumrichters, das Motorsignal lässt sich direkt in eine SPS einbinden, und der Betriebspunkt ist weitgehend unabhängig von Schwankungen im Druckluftnetz.

Pulsation, Geräusch und Explosionsschutz

Beide Bauarten fördern pulsierend. Die Druckluftpumpe schaltet am Hubende schlagartig um; für lange Druckleitungen empfiehlt es sich daher einen aktiven Pulsationsdämpfer einzubauen. Beim Elektroantrieb entfällt das schlagartige Umschalten, daher spricht man bei der TE von einem „pulsationsarmem Betrieb". Beim Geräusch erreichen die Druckluftpumpen im Test Spitzenwerte von maximal 85 dB(A), für die TE-Baureihe maximal 80 dB(A); bei der AODD-Pumpe entsteht der Lärm vor allem an der Abluft. Wird die Abluft per Schlauch abgeführt, kann eine Druckluftpumpe auch im Medium getaucht betrieben werden; für die Elektropumpe ist das nicht vorgesehen.

Beim Explosionsschutz genügt für die Druckluftpumpe eine leitfähige Ausführung mit Erdung: Die Baureihe TX ist für Zone 1 (II 2G) gekennzeichnet, die Baureihe TZ für Zone 0 (II 1G). Die elektrische Baureihe ist als TXE ebenfalls für Zone 1 lieferbar; eine Zone-0-Ausführung ist jedoch nicht vorhanden.

Installation und Wartung

Die Druckluftpumpe braucht nur einen Luftschlauch, keinen Elektriker und kommt laut Betriebsanleitung auch ohne Befestigung aus; mit 4,3 kg (T50) ist sie leicht genug für den mobilen Einsatz. Die elektrische Pumpe wiegt mit Getriebemotor ein Vielfaches und kommt auf 33 kg (TE50). Sie muss auf einem ebenen, stabilen Fundament befestigt werden und braucht einen fachgerechten Motoranschluss mit Motorschutz; dafür entfällt die gesamte Druckluftperipherie. Bei der Wartung kommen Getriebemotor und Exzenterlagerung hinzu; Steinle empfiehlt für die TE eine jährliche Inspektion mit Tausch der Ventil- und Medienteile.

Wann welche Pumpe?

Die Druckluftmembranpumpe ist die richtige Wahl, wenn Druckluft ohnehin vorhanden ist und die Pumpe nur zeitweise läuft, wenn Förderdrücke über 4 bis 6 bar (Grenze der TE-Baureihe je Baugröße) oder Förderströme über rund 200 l/min gefordert sind, wenn sie gegen geschlossene Armaturen fördern soll oder wenn Zone 0, mobiler oder getauchter Einsatz verlangt werden. Die elektrische Membranpumpe ist die richtige Wahl, wenn die Pumpe viele Stunden am Tag läuft und Energiekosten ins Gewicht fallen, wenn Druckluft fehlt oder am Einsatzort teuer ist, wenn die Fördermenge präzise über die Steuerung geregelt werden soll und wenn Zone 1 mit Ex-Motor ausreicht.

Fazit

Die Druckluftpumpe ist die einfachere und in der Anschaffung günstigere Lösung mit dem größeren Druck- und Mengenbereich, bezahlt das aber mit hohem Energiebedarf und pulsierender Förderung. Die elektrische Membranpumpe ist teurer in der Anschaffung und anspruchsvoller in Installation und Absicherung, im Dauerbetrieb aber deutlich sparsamer, besser regelbar und leiser. Da beide Bauarten das Medium gleich gut beherrschen, fällt die Entscheidung über Laufzeit, Druckbedarf und Automatisierungsgrad der Anlage. Für die Auslegung im Einzelfall stehen unsere Pumpeningenieure von Steinle Industriepumpen zur Verfügung: technik@steinle-pumpen.de.