Schlauchpumpen Rollen iglidur A180 vs. POM-C

Ulf Hottung | 17. April 2020

Schlauch- oder Perestaltikpumpen sind in medizinischen und Laborgeräten weit verbreitet. Es werden flüssige Stoffe verschiedenster Art, z.B. Reagenzien oder aber auch Blut in der Dialysemaschine, mit Ihnen gefördert.

Symboldarstellung Quelle: Wikipedia

Aufbau einer Schlauchpumpe

Um dies zu ermöglichen, werden im Regelfall sternförmige oder walzenförmige Rotationskörper eingesetzt, die mit „Quetschkanten“ oder Druckrollen in Förderrichtung gedreht werden und dabei jeweils ein durch den Abstand der Rollen und dem Innendurchmesser des Schlauches definiertes Volumen vor sich verdrängen.

Eine Förderraten „Flow-“ Einstellung erfolgt in der Regel durch die Drehzahl mit der die Pumpen betrieben werden. In Ausnahmefällen können mehr oder weniger Schläuche in eine Pumpe eingelegt werden.

Funktion der Schlauchpumpe

Der Schlauch steht in dieser Anwendung still und wird mehr oder minder lange „durchgeknetet“, gewalkt. Das setzt gute mechanische Eigenschaften des Schlauchmaterials gegenüber Zerrüttung voraus.

Es muss aber auch der rotierende Druckkörper möglichst schonend mit dem Schlauch umgehen, um keinen zusätzlichen „Stress“ in das Material einzubringen, weshalb meist Rollen aufgelegt werden.

Rotor einer Schlauchpumpe „Dialysemaschine“

Wie oben erwähnt, wird das spezifische Volumen pro Abschnitt durch Schlauch und Aufteilung der Druckkörper grundeingestellt, die Definition der Fördermenge wird durch die Geschwindigkeit der Drehbewegung gesteuert. Dadurch können sowohl sehr geringe Mengen, als auch ein quasi-konstanter hoher Durchfluss erreicht werden.

Faustregeln: je kleiner Schlauch und/oder Drehzahl, desto geringer der Durchfluss, und umso höher die Pulsation. Je größer beide ausfallen, desto höher die Förderrate und desto geringer die Druckschwankungen.

Die Drehkörpergestaltung und Rollen optimieren

Aus diesem Grund werden die Rollen, ballig konturiert, oder auch glatt, schmal oder breit eingesetzt. Dadurch wird auch die entstehende Reibwärme zwischen Schlauch und Druckkörper reduziert, da die Rolle nicht schabt, sondern – vereinfacht- mit punktueller Auflage wandert und sich dreht.

Es gibt metallische Rollen mit Kugel- oder Gleitlagern, Kunststoff- oder Keramikrollen mit und ohne separate Lager, leitfähige Varianten für Einsatz in geschützten Geräten etc….

Merke: auch Kunststoff kann elektrostatisch ableitend sein, während Schmierfett in Kugellagern die Ableitung einschränken kann.

Ebenfalls sehr sinnvoll ist die Ausgestaltung der äusseren Andruckfläche, des sog. „Schlaquchbettes“. Auch hier kann Zerrüttung minimiert werden.

Typische Anwendung: Die Dialysemaschine

Einer der Hauptvorteile der Perestaltikpumpe liegt in der Trennung von Pumpenmechanik und zu fördernder Flüssigkeit. Die Flüssigkeit befindet sich in einem Schlauch der komprimiert wird und berührt keine äusseren Bauteile der Pumpe.

Das ist zum Beispiel in der Dialyse wichtig, um keine Verunreinigungen durch Fremdblut zu erzeugen. Die Schlauchsätze sind dann jeweils Disposables, die pro Behandlung nur einem Patient zur Verfügung stehen und danach entsorgt werden. Deutlich erkennbar, die drei übereinander liegenden Pumpen.

Gedrehte Rollen aus POM-C und iglidur A180 im Vergleich

Das Kunststoff nicht gleich Kunststoff ist, zeigen nachfolgende Ergebnisse eines Kundenversuches.

iglidur A180 steht im direkten Vergleich mit einem „Standard“ POM-C (Polyacetat / Polyoxymethylen-Copolymer) hinsichtlich Verschleiß, Reibung und Temperaturentwicklung.

Dabei wurden identische Rotationskörper jeweils mit mechanisch hergestellten Rollenkörpern beider Materialien bestückt. Siehe Abbildungen:

Rotor mit POM-C Rollen VOR dem 7-Wochen-Test
Rotor mit iglidur A180 Rollen NACH dem 7-Wochen-Test

Versuchsergebnis mit Überraschungen

Die Ergebnisse waren auch für uns teilweise überraschend….. 😊 In einem „siebenwöchigen (!)“ Dauertest zeigte das iglidur A180 wider Erwarten einen höheren Verschleiß am Innendurchmesser (wird durch das Anpressen ausgeglichen) und an der Länge der Rolle, als das POM-Material….

was zunächst einmal ziemlich ernüchternd war.

Die Flowrate „Durchflussrate“ …. oder: Der Ball (die Rolle) ist rund und das Spiel dauert 90 Minuten (oder 7 Wochen…)

Schluß ist, wenn der Schiri pfeift und das Ergebnis steht !

In diesem Fall überraschend, aber wir sind ja auch ein Kölner Unternehmen. Der FC kennt sich da aus. 1:0 für iglidur A180 !

Viel interessanter, sowohl für den Kunden, als auch uns, war: Was passiert mit der Förderrate?

Und das ist die Überraschung….

  • POM blockiert irgendwann die Bewegung (Motorstrom) (Ausfallkriterium)…. Iglidur A180 nicht
  • Die Temperatur steigt bei POM auf bis >60°C ( Ausfallkriterium ) … iglidur A180 keine signifikante Änderung zu beobachten
  • POM „quietscht“, meist hervorgerufen durch Stick-Slip…iglidur A180 „klappert“ manchmal leicht durch Axialspiel (beides kein Ausfallkriterium) aber auch nicht schön

Am beeindruckendsten ist jedoch der Verlauf der Förderrate…. Iglidur A180 ist trotz Abrieb nahezu unbeeindruckt, auch eine zwischenzeitliche Reinigung bringt nur wenig… Das System funktioniert und ist insgesamt stabiler !

POM-C Rollen brechen ein und blockieren die Bewegung.

Fazit des Versuches:

Iglidur A180 mittlerweile Standardmaterial beim Kunden.

Die inkorporierte Schmierung (eingebettete Schmierstoffe) im iglidur A180 helfen sehr gut, Reibwerte niedrig und konstant zu halten und damit Wärmeentwicklung zu reduzieren.

Die Wärme in der POM-Rolle hat vorauss. das nicht beherrschbare Klemmen verursacht.

Der erhöhte Abrieb bei A180 ist nicht schön, hat aber keinen funktionalen Nachteil.

Verbesserungspotential:

Einige iglidur Materialien sind um Faktor X besser als iglidur A180 im Dauerlauf auf hartanodisierten Aluminium-Oberflächen. Scheiben (aus anderem iglidur Material) und Rolle aus iglidur A180 könnten den Abrieb erheblich reduzieren !

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