Was ist eine Dosierpumpe? Wo wird sie eingesetzt und wie wählt man sie aus?

Eine Dosierpumpe ist eine Verdrängerpumpe, die einem Prozess eine flüssige Chemikalie in gemessener und einstellbarer Menge zuführt. Sie wird auch als Metering-Pumpe bezeichnet. Der grundlegende Unterschied zu Kreiselpumpen besteht darin, dass sie in jedem Zyklus ein festes Volumen bewegt; deshalb bleibt ihr Volumenstrom vom Anlagendruck unabhängig und sie liefert eine reproduzierbare Dosis. Der typische Volumenstrombereich liegt bei Geräten für den Hausgebrauch bei 0,1–20 l/h, bei Industriemodellen reicht er bis in die Größenordnung von 1000 l/h.

Das Funktionsprinzip beruht auf dem periodischen Verdrängen eines Volumens. Bei einer Membrandosierpumpe bewegt sich eine elastische Membran hin und her; bei der Rückbewegung öffnet das saugseitige Rückschlagventil und füllt das Gehäuse mit der Chemikalie, bei der Vorwärtsbewegung öffnet das druckseitige Rückschlagventil und schiebt dasselbe Volumen in die Leitung. Jeder Hin-und-Her-Zyklus ist ein Hub. Der geförderte Volumenstrom ist das Produkt aus dem pro Hub verdrängten Volumen (ml/Hub) und der Anzahl der Hübe pro Zeiteinheit (Hubfrequenz).

Die beiden Größen, die die Genauigkeit bestimmen, sind das Hubvolumen und die Hubfrequenz. Das Hubvolumen wird in der Regel über die Hublänge eingestellt (ein Einstellknopf im Bereich 0–100 Prozent), die Hubfrequenz über die Anzahl der Impulse (in Hüben pro Minute oder in Hz). Läuft beispielsweise eine Pumpe mit 0,74 ml/Hub bei 160 Hüben/min, fördert sie ca. 7,1 l/h. Dass sich diese beiden Parameter unabhängig voneinander einstellen lassen, ist das wichtigste Merkmal, das die Dosierpumpe von einer Kreiselpumpe mit fester Drehzahl unterscheidet.

Bei einer Inbetriebnahme im gemeinsamen Schwimmbadbereich einer Wohnanlage in Kadıköy war die Chlordosierpumpe, ohne dass ihr Volumenstrom gemessen worden wäre, auf 100 Prozent Hub eingestellt; nach der Messung zeigte sich, dass sie nur mit 35 Prozent des Bedarfs arbeiten musste, und der Chemikalienverbrauch sank deutlich. Das ist ein typisches Praxisbeispiel dafür, dass die Einstellung nach Berechnung und Messung erfolgen muss. Sie können sich unsere Produktgruppe Wasseraufbereitung ansehen. (Details: Wasseraufbereitung)

Dosierpumpen werden nach ihrer Antriebsart in drei Hauptgruppen unterteilt: Magnet-Membran-, Motor-Membran- und peristaltische Bauart (Schlauchpumpe). Die Auswahl richtet sich nach dem erforderlichen Volumenstrom in l/h, dem Druck in bar und den Eigenschaften der Chemikalie. Die Magnetbauart ist bei niedrigem Volumenstrom und mittlerem Druck wirtschaftlich; die Motor-Membranpumpe wird bei hohem Volumenstrom und hohem Druck eingesetzt; die peristaltische Bauart tritt bei zähflüssigen und ausgasenden Chemikalien in den Vordergrund.

• Magnet-Membran — Antrieb: federbelasteter Kolben, der die Membran per Elektromagnetimpuls verdrängt; Volumenstrombereich: ca. 0,1–60 l/h; Druckbereich: bis 20 bar, bei niedrigen Volumenströmen höher; Stärken: günstig, vergleichsweise leise, pulsierende und präzise Dosierung; Schwächen: bei hohem Volumenstrom unzureichend, pulsierende Strömung
• Motor-Membran — Antrieb: Membran, angetrieben von Elektromotor und Exzenter; Volumenstrombereich: ca. 1–1000 l/h und mehr; Druckbereich: 10–25 bar, je nach Baureihe höher; Stärken: hoher Volumenstrom und hoher Druck, Dauerbetrieb; Schwächen: teurer, größer, Hubfrequenz begrenzt
• Peristaltisch (Schlauch) — Antrieb: rotierende Rollen, die den flexiblen Schlauch quetschen; Volumenstrombereich: ca. 0,1–40 l/h; Druckbereich: in der Regel 2–4 bar; Stärken: Die Chemikalie berührt nur den Schlauch, sicher bei ausgasenden und zähflüssigen Flüssigkeiten, selbstansaugend; Schwächen: Der Schlauch verschleißt und muss regelmäßig gewechselt werden, für hohen Druck nicht geeignet

Die Magnet-Membranpumpe ist die in der Wasseraufbereitung und in kleinen bis mittleren Schwimmbädern am häufigsten eingesetzte Gruppe. Wird die Spule des Elektromagneten bestromt, treibt ein federbelasteter Kolben die Membran schnell vor; wird der Strom unterbrochen, zieht die Feder die Membran zurück. Das Hubvolumen ist in der Regel fest oder nur begrenzt einstellbar; der Volumenstrom wird hauptsächlich über die Hubfrequenz geregelt. Die Frequenz lässt sich von 0 bis ca. 160–180 Hübe/min einstellen. Da die Strömung pulsiert, wird in empfindlichen Leitungen ein Pulsationsdämpfer eingesetzt.

Die Motor-Membranpumpe ist für kontinuierliche Dosierung mit hoher Kapazität ausgelegt. Ein Elektromotor treibt die Membran über einen Exzenter- oder Kurbelmechanismus an; die Hublänge wird mechanisch im Bereich 0–100 Prozent eingestellt. Diese Gruppe kann 1000 l/h und mehr erreichen, je nach Baureihe auch Drücke über 20 bar. Sie wird in der industriellen Wasseraufbereitung, bei der Kesselwasserkonditionierung und in der Prozessdosierung im großen Maßstab bevorzugt. Die peristaltische Bauart wiederum ist bei ausgasenden Chemikalien wie Natriumhypochlorit von Vorteil, weil bei ihr kein Rückschlagventil blockieren kann.

Dosierpumpen werden überall dort eingesetzt, wo einem kontinuierlichen Wasserstrom eine flüssige Chemikalie in gemessener Menge zugegeben werden muss. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind die Wasseraufbereitung, die Konditionierung von Schwimmbadwasser, industrielle Prozesse und die Chemikalienaufbereitung. Gemeinsam ist ihnen, dass die zugegebene Chemikalienmenge proportional zum Wasservolumenstrom und reproduzierbar sein muss; dieses Verhältnis lässt sich nur mit einer Verdrängerpumpe zuverlässig einhalten.

• Wasseraufbereitung — Dosierung von Antiscalant, Natriummetabisulfit (Chlorentfernung), Säure bzw. Lauge zur pH-Einstellung und Desinfektionsmittel; Leitungen vor und nach der Umkehrosmose
• Schwimmbad — Dosierung von Natriumhypochlorit (Chlor) und pH-Senker (Säure); automatische Regelung über ORP- und pH-Sensor
• Industrie — Sauerstoffbinder und Alkalitätskonditionierung im Kesselspeisewasser, Dosierung von Biozid und Korrosionsinhibitor im Kühlturm
• Trinkwasser und Leitungsnetz — Desinfektion auf Chlorbasis, proportionale Dosierung (volumenstromabhängiger Hub)
• Abwasser — Dosierung von Flockungsmittel, Koagulationsmittel und Neutralisationschemikalien
• Lebensmittel- und Chemieprozesse — rezepturgemäße präzise Zugabe von Zusatzstoffen und pH-Regelung

In der Wasseraufbereitung gehört es zu den wichtigsten Aufgaben der Dosierpumpe, die Umkehrosmosemembran zu schützen. Wird am Membraneintritt nicht in konstantem Verhältnis Antiscalant zugegeben, fallen gelöste Salze auf der Membranoberfläche aus, und es kommt in kurzer Zeit zu einem Kapazitätsverlust. Was Antiscalant ist und welche Dosierlogik dahintersteht, können Sie in unserem ausführlichen Beitrag nachlesen. (Details: Was ist Antiscalant? Warum wird es in Umkehrosmoseanlagen eingesetzt?) Warum sich die Membran zusetzt und wie sich die Dosierung darauf auswirkt, können Sie ebenfalls in unserem Ratgeber nachlesen. (Details: Warum verstopft eine RO-Membran? 10 Wege, die Membranlebensdauer zu verlängern)

Im Schwimmbad sorgt die Dosierpumpe dafür, dass Chlor und pH-Wert nicht von Hand, sondern messwertbasiert konstant gehalten werden. Ein ORP-Sensor misst das Redoxpotenzial, ein pH-Sensor den Säuregrad; die Regeleinheit verändert die Hubfrequenz der Pumpe nach der Differenz zwischen Messwert und Sollwert. So steigt die Dosis in den Sommermonaten zu den Stunden mit erhöhter Belastung automatisch an und sinkt nachts wieder ab. Für Schwimmbad- und Aufbereitungschemikalien können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Wasseraufbereitung)

Der Kern der Dosierpumpenauswahl ist die Abstimmung von Volumenstrom (l/h) und Druck (bar). Der maximale Volumenstrom der Pumpe sollte mindestens das 1,25-Fache des erforderlichen Dosiervolumenstroms der Anwendung betragen, der maximale Förderdruck muss über dem Leitungsdruck an der Dosierstelle liegen. Ohne dass beide Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, kann keine Auswahl getroffen werden; denn bei Dosierpumpen ist ein hoher Volumenstrom in der Regel mit einem niedrigen maximalen Druck verbunden und ein hoher Druck mit einem niedrigen maximalen Volumenstrom.

Die Berechnung des Dosiervolumenstroms erfolgt aus dem Wasservolumenstrom der Hauptleitung und der Soll-Dosis. Die Formel lautet: Dosiervolumenstrom (l/h) gleich Wasservolumenstrom der Hauptleitung (m³/h) mal Soll-Dosis (ppm) geteilt durch Chemikalienkonzentration (g/l). Beispiel: In einer Leitung mit 10 m³/h werden 3 ppm Antiscalant angestrebt, und das Produkt ist zu 100 Prozent rein (1000 g/l); dann ergibt sich ein Dosiervolumenstrom gleich 10 mal 3 geteilt durch 1000 gleich 0,03 l/h. Wird eine verdünnte Lösung verwendet, vergrößert sich dieser Wert, da er durch die Konzentration geteilt wird; wird das Produkt beispielsweise als 20-prozentige Lösung zugeführt, steigt der für dasselbe Ziel erforderliche Volumenstrom auf das Fünffache, also auf 0,15 l/h.

Ein Schwimmbadbeispiel zeigt, wie der Volumenstrom wächst. Bei einem Becken mit 300 m³ Volumen und einer Umwälzzeit von 8 Stunden beträgt der Volumenstrom ca. 37,5 m³/h. Wird im Wasser mit 15-prozentigem Natriumhypochlorit 1,5 ppm aktives Chlor angestrebt, ergibt sich ein Bedarf an reinem Chlor von 37,5 mal 1,5 gleich 56,25 g/h; bei einer 15-prozentigen Lösung entspricht das ca. 0,375 l/h. In der Praxis ist es zur Sicherheit und wegen Dosisschwankungen richtig, die Pumpe mit einer Kapazität von mindestens 0,5–1 l/h auszuwählen.

Auf der Druckseite ist die Regel eindeutig: Der maximale Förderdruck der Pumpe muss über der Summe aus Leitungsdruck an der Dosierstelle, Öffnungsdruck des Rückschlagventils und Reibungsverlust der Leitung liegen. Handelt es sich bei der Dosierstelle um eine Umkehrosmose-Hochdruckleitung, kann der Leitungsdruck 12–15 bar betragen; in diesem Fall kann eine peristaltische Pumpe mit 4 bar die Chemikalie niemals fördern, es ist mindestens eine Magnet-Membran- oder Motor-Membranpumpe der Klasse 16–20 bar erforderlich. In Leitungen mit 1,5–2,5 bar, wie im Schwimmbad, genügt dagegen eine Pumpe der Klasse 4–7 bar.

Volumenstrom und Druck verhalten sich bei der Auswahl umgekehrt proportional. Im Katalog ist eine Baureihe beispielsweise so abgestuft, dass eine Pumpe bei 7,5 l/h Volumenstrom 16 bar, bei 60 l/h dagegen nur 6 bar liefert. Deshalb muss zuerst der Druck an der Dosierstelle festgelegt und dann das Modell gewählt werden, das bei diesem Druck den erforderlichen Volumenstrom erreicht; nicht umgekehrt. Die allgemeine Logik von Pumpenvolumenstrom und Förderhöhe bei der Pumpenauswahl finden Sie in unserem Ratgeber zur Pumpenauswahl. (Details: Wie erfolgt die Pumpenauswahl? Ratgeber zur Berechnung von Volumenstrom und Förderhöhe)

Hubvolumen und Hubfrequenz sind die beiden Grundparameter, die den Volumenstrom einer Dosierpumpe bestimmen. Das Hubvolumen ist die Chemikalienmenge, die die Membran bei einem einzelnen Vorwärtshub verdrängt, und wird in ml/Hub gemessen. Die Hubfrequenz ist die Anzahl der Hübe pro Zeiteinheit; sie wird in Hüben pro Minute oder in Hz angegeben. Der Volumenstrom ist das Produkt aus beiden: Volumenstrom gleich Hubvolumen mal Hubfrequenz.

Eine Rechnung macht es anschaulich. Läuft eine Pumpe mit einem Hubvolumen von 0,74 ml/Hub bei 100 Hüben/min, fördert sie 74 ml pro Minute, also 4,44 l/h; wird die Frequenz auf 160 Hübe/min erhöht, beträgt der Volumenstrom ca. 7,1 l/h. Wird bei derselben Pumpe die Hublänge auf 50 Prozent reduziert, sinkt das Hubvolumen auf 0,37 ml/Hub, und der Volumenstrom halbiert sich bei gleicher Frequenz. So lässt sich mit zwei unabhängigen Einstellungen ein breiter Volumenstrombereich erzielen.

Bei Magnet- und Motorbauart ist die Einstelllogik unterschiedlich. Bei Magnet-Membranpumpen ist das Hubvolumen meist fest; der Volumenstrom wird hauptsächlich über die Hubfrequenz (Anzahl der Hübe) eingestellt, und die Strömung erfolgt bei jedem Hub als einzelner Impuls. Bei Motor-Membranpumpen ist die Hubfrequenz dagegen, abhängig von der Motordrehzahl, eher konstant; die Feineinstellung erfolgt über die Hublänge im Bereich 0–100 Prozent. Für hohe Genauigkeit wird bei beiden Bauarten der tatsächliche Volumenstrom durch Kalibrierung überprüft.

Auch wenn sich der Volumenstrom in einem weiten Bereich einstellen lässt, ist der Bereich, in dem die Genauigkeit erhalten bleibt, begrenzt. Die meisten Dosierpumpen liefern zwischen ca. 10–100 Prozent ihres maximalen Volumenstroms eine verlässliche Genauigkeit; bei Einstellungen unter 10 Prozent wird das Volumen eines einzelnen Hubs so klein, dass der relative Fehler wächst. Deshalb wird die Pumpe so ausgewählt, dass der Betriebspunkt etwa in der Mitte des Maximums liegt; sowohl sehr kleine als auch vollständig geöffnete Einstellungen werden vermieden.

Intelligente Pumpen mit Schrittmotor erweitern diesen Bereich deutlich. Bei klassischen Magnetpumpen sind die Hübe gleich stark und einheitlich, sodass die Strömung bei niedrigen Volumenströmen stark pulsiert; der Schrittmotorantrieb verlängert dagegen die Dauer jedes Hubs, verteilt die Chemikalie über die Zeit und liefert selbst bei niedrigen Einstellungen eine gleichmäßige Strömung. So kann das Turndown-Verhältnis (Stellverhältnis) in die Größenordnung von 1:1000 steigen, und eine einzige Pumpe deckt sowohl hohen als auch sehr niedrigen Volumenstrombedarf ab. Weil sich damit mehrere Pumpen durch eine einzige ersetzen lassen, senkt das die Installations- und Lagerkosten.

Der Gegendruck ist der Leitungsdruck auf der Druckseite der Dosierpumpe und beeinflusst die Dosiergenauigkeit unmittelbar. Bei Membrandosierpumpen muss auf der Druckseite ein Gegendruck von mindestens ca. 1 bar vorhanden sein, damit die Rückschlagventile sauber sitzen. Ist der Gegendruck zu niedrig oder null, lässt die Pumpe die Chemikalie von der Saugseite zur Druckseite durchheben und fördert dauerhaft, und sie dosiert weit mehr Chemikalie als vorgesehen; das ist die häufigste Ursache für Überdosierung.

Das Phänomen der Heberwirkung tritt besonders dann auf, wenn die Dosierstelle tiefer liegt als die Pumpe. Steht der Chemikalienbehälter hoch und die Dosierstelle tief, zieht die Schwerkraft die Chemikalie, und der Fluss geht auch bei stehender Pumpe weiter. Die Lösung besteht darin, in die Druckleitung ein Gegendruckventil (Back-Pressure-Ventil) und bei Bedarf einen Siphonbrecher einzubauen. Das Gegendruckventil erzeugt in der Leitung einen künstlichen Widerstand und sorgt so dafür, dass die Rückschlagventile korrekt arbeiten und die Dosis konstant bleibt.

Auf der Saugseite sind zwei Werte wichtig: die Saughöhe und die Viskosität der Chemikalie. Magnet-Membranpumpen können typischerweise eine Saughöhe von ca. 1,5–2 mWS überwinden; liegt der Behälter weit unterhalb der Pumpe, wird das Ansaugen schwierig, und bei Chemikalien, die ausgasen (wie Natriumhypochlorit), bildet sich im Rückschlagventil ein Gaseinschluss. Die sicherste Anordnung ist ein Behälter auf gleicher Höhe wie das Pumpengehäuse oder etwas darüber (Zulaufbetrieb).

Bei zähflüssigen (viskosen) Chemikalien sinkt der Volumenstrom. Katalogvolumenströme werden in der Regel für ein wasserähnliches Fördermedium (1 mPa·s) angegeben; bei hochviskosen Flüssigkeiten wie Polymer-Flockungsmitteln bleibt der tatsächliche Volumenstrom unter diesem Wert, und das Ansaugen wird schwieriger. Für solche Chemikalien wird eine peristaltische Pumpe oder ein spezielles Membranmodell mit großen Rückschlagventilen gewählt. Dichte, Viskosität und Ausgasungsneigung der Chemikalie bestimmen die Bauartwahl ebenso wie der Druck.

Auch das Zusammenwirken von Gegendruck und Saugverlust darf nicht außer Acht gelassen werden. Treffen eine hohe Saughöhe auf der Saugseite und ein niedriger Gegendruck auf der Druckseite zusammen, arbeitet die Pumpe deutlich unter dem Katalogvolumenstrom, und die Dosis bleibt dauerhaft unter dem Sollwert. Deshalb wird die Saughöhe auf unter 1 mWS gesenkt, auf der Druckseite ein Gegendruck von mindestens 1–2 bar eingestellt, und erst wenn diese Bedingungen erfüllt sind, wird kalibriert. Andernfalls ist die Kalibrierung schon am nächsten Tag ungültig, weil sie einen instabilen Zustand gemessen hat.

Die Kalibrierung einer Dosierpumpe ist das Überprüfen durch Messung, wie viele l/h die Pumpe bei einem eingestellten Wert tatsächlich fördert. Die Kalibrierung ist zwingend, denn der Katalogvolumenstrom gilt für ideale Bedingungen, der tatsächliche Volumenstrom kann je nach Gegendruck, Viskosität, Saughöhe und Zustand der Rückschlagventile um 10–20 Prozent abweichen. Sich ohne Kalibrierung allein auf den Einstellknopf zu verlassen, ist der häufigste Genauigkeitsfehler bei der Dosierung in Wasseraufbereitung und Schwimmbad.

Die Messzylindermethode ist die praktischste Methode vor Ort. Ein transparenter, skalierter Kalibrierzylinder (Messzylinder) wird mit der Flüssigkeit aus dem Chemikalienbehälter gefüllt, und der Saugschlauch der Pumpe wird aus dem Behälter genommen und in den Messzylinder getaucht. Während die Pumpe läuft, wird das in einer bestimmten Zeit (zum Beispiel 60 Sekunden) aus dem Messzylinder entnommene Flüssigkeitsvolumen abgelesen. Das abgelesene Volumen wird auf den stündlichen Volumenstrom umgerechnet und mit der Anzeigeeinstellung der Pumpe verglichen.

Ein Rechenschritt macht die Methode greifbar. Wird im Kalibrierzylinder gemessen, dass in 60 Sekunden 118 ml abgenommen werden, ergibt sich ein stündlicher Volumenstrom von 118 mal 60 geteilt durch 1000 gleich 7,08 l/h. Zeigt die Pumpenanzeige 7,5 l/h an, beträgt der tatsächliche Volumenstrom ca. 94 Prozent des Sollwerts; Hubfrequenz oder Hublänge werden für die Solldosis so weit erhöht, dass diese Differenz ausgeglichen wird, und die Messung wird wiederholt. Das Verfahren wird fortgesetzt, bis zwei aufeinanderfolgende Messungen weniger als 3 Prozent voneinander abweichen.

Die Kalibrierung wird immer unter realen Betriebsbedingungen durchgeführt. Saug- und Druckschlauch müssen die Länge und Höhe wie in der Anlage haben, der Gegendruck muss beim tatsächlichen Leitungsdruck anliegen; auch Dichte und Viskosität der Chemikalie gehen in die Messung ein. Die Kalibrierung wird bei der Installation, beim Chemikalienwechsel, nach Wartung von Rückschlagventil oder Membran und mindestens alle sechs Monate wiederholt. Zur Logik der Inbetriebnahme industrieller Wasseraufbereitungsanlagen finden Sie Informationen in unserem Einsteiger-Ratgeber. (Details: Wie wählt man eine industrielle Wasseraufbereitungsanlage aus? Einstiegsratgeber für Fabriken)

In der Wasseraufbereitung ist die Dosierpumpe eine kritische Komponente, die Membran und Ionenaustauscherharz schützt und das chemische Gleichgewicht des Wassers herstellt. Ihre Hauptaufgaben sind die Dosierung von Antiscalant und Chlorentferner vor der Umkehrosmose, die pH-Einstellung und die Dosierung von Desinfektionsmitteln. Jede Aufgabe erfordert eine eigene Chemikalie und eine eigene Dosierstelle; deshalb sind in einer Aufbereitungsanlage meist mehrere Dosierpumpen vorhanden.

Die Antiscalant-Dosierung ist das Herzstück der Umkehrosmoseleitung. Indem am Membraneintritt kontinuierlich und im konstanten Verhältnis Antiscalant zugegeben wird, wird verhindert, dass gelöste Calcium-, Magnesium- und Silica-Salze auf der Membranoberfläche kristallisieren. Die typische Dosis liegt im Bereich 2–5 ppm, und da das konzentrierte Produkt bei hohem Förderdruck zugegeben werden muss, wird eine Pumpe der Klasse 16–20 bar eingesetzt. Bei zu geringer Dosis setzt sich die Membran schnell zu, bei zu hoher Dosis kommt es zu Chemikalienverschwendung und Ungleichgewicht.

Die Chlorentfernung schützt die Membran vor freiem Chlor. Dünnschicht-Komposit-Membranen reagieren empfindlich auf Chlor; freies Chlor im Leitungs- oder Brunnenwasser wird vor dem Membraneintritt durch die Dosierung von Natriummetabisulfit neutralisiert. Wann Ionenaustauscherharz und Membran getauscht werden und wie das mit der Dosierung zusammenhängt, können Sie in unserem Beitrag zum Ionenaustauscherharz in der Wasseraufbereitung nachlesen. (Details: Was ist ein Ionenaustauscherharz für die Wasseraufbereitung? Wann sollte das Harz ausgetauscht werden?) Zur allgemeinen Funktionsweise eines Umkehrosmosesystems können Sie ebenfalls unseren Ratgeber lesen. (Details: Was ist ein Umkehrosmose-System (RO)? Wie arbeiten industrielle RO-Systeme?)

Die pH-Dosierung bringt den Säuregrad des Wassers in den Zielbereich. Im Kesselspeisewasser oder bei der Konditionierung von Trinkwasser wird der pH-Wert durch die Dosierung von Säure (in der Regel Schwefel- oder Salzsäure) oder Lauge (Natriumhydroxid) eingestellt. Diese Dosierung arbeitet in Abhängigkeit von einem pH-Sensor; die Regeleinheit verändert die Hubfrequenz nach der Differenz zwischen gemessenem pH-Wert und Sollwert. Zur Logik einer vollständigen Aufbereitungskette, die zusammen mit Wasserenthärtung und Filtration aufgebaut wird, können Sie unseren Beitrag zur Filtration lesen. (Details: Sandfilter oder Aktivkohlefilter? Was leistet welcher Filter in der Wasseraufbereitung?)

Im Schwimmbad ist die Dosierpumpe ein automatisches System, das Chlor- und pH-Wert messwertbasiert konstant hält. Es gibt zwei grundlegende Pumpen: Eine speist Natriumhypochlorit (flüssiges Chlor) ein, die andere fördert pH-Senker (Säure). Beide sind an einen Mess- und Regelschrank angeschlossen; der Schrank betreibt die Pumpen nach den Werten der ORP- und pH-Sensoren. Diese Anordnung ist gegenüber manueller Chlorung sowohl sicherer als auch wirtschaftlicher.

Der Dosiervolumenstrom wird nach Beckenvolumen und Umwälzzeit berechnet. Bei einem Becken mit 300 m³ und einer Umwälzzeit von 6–8 Stunden beträgt der Volumenstrom ca. 37–50 m³/h; der für 1,0–1,5 ppm freies Chlor erforderliche Chlorvolumenstrom ergibt sich aus diesem Wert. Schwimmbadpumpen sind in der Regel Magnet-Membranpumpen der Klasse 4–7 bar, weil die Dosierstelle in der Leitung mit 1,5–2,5 bar am Filteraustritt liegt. Auch die peristaltische Bauart wird wegen der Ausgasungsneigung von Natriumhypochlorit häufig bevorzugt.

Die ORP-Regelung steuert den Chlorgehalt indirekt, aber zuverlässig. Der ORP-Wert (Redoxpotenzial, in mV) misst die Desinfektionskraft des Wassers; der Bereich 650–750 mV gilt als gesund. Fällt der gemessene ORP-Wert unter den Sollwert, schaltet der Schrank die Chlorpumpe ein, und beim Erreichen des Sollwerts schaltet er sie ab. Die pH-Regelung strebt dagegen den Bereich 7,2–7,6 an; steigt der pH-Wert, schaltet sich die Säurepumpe zu. Da sich beide Regelkreise gegenseitig beeinflussen, koordiniert der Schrank sie.

Die häufigste Störung einer Dosierpumpe im Schwimmbad sind verstopfte Rückschlagventile und Gaseinschluss. Natriumhypochlorit lagert mit der Zeit Calciumsalze ab und lässt die Rückschlagventile festsitzen; da es außerdem ausgast, bildet es in der Saugleitung eine Luftblase. Diese beiden Probleme zeigen sich darin, dass die Pumpe läuft, aber keine Chemikalie fördert. Zu Anzeichen und Abhilfe können Sie unseren entsprechenden Ratgeber lesen. (Details: Dosierpumpe läuft, fördert aber keine Chemikalie: Ursachen und Lösungen)

In der Industrie werden Dosierpumpen in kontinuierlichen Prozessen mit hoher Kapazität eingesetzt, etwa bei der Kesselwasserkonditionierung, bei Kühlturmchemikalien und bei der Neutralisation von Abwasser. In diesen Anwendungen kann der Volumenstrom in die Größenordnung von 1000 l/h und der Druck in Kesselleitungen über 20 bar steigen; deshalb wird meist die Motor-Membranbauart bevorzugt. Da die industrielle Dosierung Produktqualität und Lebensdauer der Anlagen unmittelbar beeinflusst, arbeitet sie in der Regel mit automatischer Regelung und Alarm.

Die Konditionierung von Kesselspeisewasser kombiniert zwei Dosierungen. Der Sauerstoffbinder (zum Beispiel Natriumsulfit) schützt den Kesselstahl vor Korrosion; die Chemikalie zur Einstellung der Alkalität bringt den pH-Wert in den nicht korrosiven Bereich. Da in die Hochdruck-Speisewasserleitung dosiert wird, muss der Förderdruck der Pumpe über dem Kesseldruck liegen. Die Dosis wird nach Kessellast und Abschlämmrate berechnet und kontinuierlich überwacht.

In Kühltürmen werden drei Chemikalien gemeinsam dosiert: Biozid (stoppt mikrobielles Wachstum), Korrosionsinhibitor und Kalkschutzmittel. Die Dosierung erfolgt proportional in Abhängigkeit vom Kühlturmwasservolumenstrom und der Leitfähigkeitsmessung; überschreitet die Leitfähigkeit den Sollwert, werden Abschlämmung und Frischwassernachspeisung aktiviert. Auf der Abwasserseite werden zur Neutralisation Säure bzw. Lauge, zur Fällung Koagulationsmittel und Flockungsmittel dosiert. Zur ganzheitlichen Auswahl einer industriellen Aufbereitungsanlage können Sie sich in unserem Einsteiger-Ratgeber informieren. (Details: Wie wählt man eine industrielle Wasseraufbereitungsanlage aus? Einstiegsratgeber für Fabriken)

Für die Zuverlässigkeit der industriellen Dosierung sind Redundanz und Überwachung unerlässlich. In kritischen Leitungen werden zwei Pumpen (eine davon als Reserve) installiert, der Volumenstrom wird mit einem Strömungswächter überwacht, und bei Unterbrechung der Dosierung wird Alarm ausgelöst. Der Füllstand des Chemikalienbehälters wird mit einem Niedrigstand-Schwimmerschalter verfolgt; ist der Behälter leer, wird die Pumpe gestoppt, bevor sie trocken läuft und die Membran belastet. Diese Überwachungsebene macht aus der Dosierpumpe ein Prozessregelelement statt einer einfachen Pumpe.

Eine intelligente Dosierpumpe ist eine Magnet-Membranpumpe, die den Volumenstrom per Mikroprozessor regelt und Kalibrierung sowie Dosierung digital verwaltet. Der Unterschied zu klassischen Pumpen liegt darin, dass sie Hubfrequenz und Hubvolumen per Software optimiert, den tatsächlichen Volumenstrom misst und automatisch ausgleicht. Die Baureihen Grundfos DDA und Grundfos DDE sind verbreitete Beispiele dieser Klasse und gehören zum Grundfos-Programm von Pomeka Mekanik.

Die Baureihe Grundfos DDA ist die intelligente Dosierpumpe des oberen Segments. Der Volumenstrom wird typischerweise im Bereich 7,5–200 l/h angeboten, der Druck je nach gewähltem Modell bis 16 bar; beispielsweise fördert das Modell Grundfos DDA 7,5-16 bei 7,5 l/h bis zu 16 bar. Das Unterscheidungsmerkmal der Baureihe ist die FlowControl genannte Drucküberwachungsfunktion: Die Pumpe liest den Druck in der Druckleitung kontinuierlich aus, erkennt Luftblasen, Rückschlagventilleckagen und Verstopfungen automatisch und korrigiert die Dosierung entsprechend. Mit AutoFlowAdapt wird außerdem der tatsächliche Volumenstrom konstant gehalten.

Die Baureihe Grundfos DDE ist dagegen der wirtschaftliche und kompakte intelligente Typ. Mit Modellen mit einem Volumenstrom von ca. 6–15 l/h und Drücken bis 10 bar eignet sie sich für Anwendungen in der Wasseraufbereitung und in mittelgroßen Schwimmbädern. Dank ihres Schrittmotorantriebs bietet sie ein sehr weites Turndown-Verhältnis (Stellverhältnis) und glättet die Strömung selbst bei niedrigen Volumenströmen, indem sie den Impuls verteilt. Beide Baureihen lassen sich über 4–20 mA und Impulssignal an eine externe Regelung anschließen; das ist die grundlegende Schnittstelle, die für automatische, volumenstromproportionale Dosierung erforderlich ist.

Der eigentliche Gewinn einer intelligenten Pumpe vor Ort liegt darin, dass sie Kalibrierung und Störungsdiagnose automatisiert. Während bei einer klassischen Pumpe der tatsächliche Volumenstrom erst durch Messen mit dem Messzylinder bekannt ist, misst eine Pumpe wie die DDA den tatsächlichen Volumenstrom selbst und gleicht Abweichungen aus. Das verringert in Wasseraufbereitung und Schwimmbad das Dosisdriften und optimiert den Chemikalienverbrauch. Für Grundfos und die weiteren Marken, die wir führen, können Sie sich unsere Seite Marken ansehen. (Details: unsere Markenseite) Zum Kauf werfen Sie einen Blick auf unsere Kategorie Dosierpumpen. (Details: Dosierpumpen)

Der Werkstoff der medienberührten Teile einer Dosierpumpe wird nach der zu fördernden Chemikalie ausgewählt. Membran, Pumpengehäuse, Rückschlagventile und Dichtungen stehen ständig im Kontakt mit der Chemikalie; ein falscher Werkstoff quillt in kurzer Zeit auf, reißt oder korrodiert. Deshalb wird bei der Pumpenauswahl noch vor Volumenstrom und Druck geprüft, wie die Chemikalie in der chemischen Beständigkeitstabelle bewertet wird; der Hersteller liefert diese Tabelle zusammen mit dem Katalog.

• Gehäusewerkstoff — PVC: verbreitet und wirtschaftlich für Säuren und Chlor; PP (Polypropylen): breite Beständigkeit; PVDF: aggressive Chemikalien und hohe Temperaturen; Edelstahl: in Sonderprozessen
• Membran — PTFE-beschichtet: breiteste chemische Beständigkeit, bevorzugt bei Natriumhypochlorit und Säuren; EPDM/FKM: je nach Chemikalie auszuwählen
• Dichtung und O-Ring — FKM (Viton): bei vielen Chemikalien; EPDM: auf der Chlor- und Laugenseite; je nach Chemikalie unterschiedlich
• Ventilkugel des Rückschlagventils — Glas/Keramik: bei abrasiven und ausgasenden Chemikalien; PTFE: allgemeine Verwendung

Natriumhypochlorit erfordert besondere Aufmerksamkeit. Natriumhypochlorit, die Hauptchemikalie der Schwimmbad- und Desinfektionsdosierung, ist sowohl korrosiv als auch ausgasend; deshalb werden ein Gehäuse aus PVDF oder PP, eine PTFE-Membran und eine Keramik-Ventilkugel empfohlen. Um einen Gaseinschluss zu vermeiden, wird ein Dosierkopf mit automatischer Entgasung (Degassing) oder eine peristaltische Pumpe gewählt. Eine falsche Werkstoffauswahl endet in festsitzenden Rückschlagventilen und durchlöcherten Membranen.

Auch bei der Säuredosierung ist der Werkstoff entscheidend. Salz- oder Schwefelsäure, die im Schwimmbad als pH-Senker verwendet wird, greift Standarddichtungen und Metallteile schnell an; in diesen Leitungen sind PVDF-Gehäuse und PTFE-Membran Standard. Auch die Konzentration der Chemikalie beeinflusst den Werkstoff; verdünnte und konzentrierte Säure können unterschiedliche Beständigkeit erfordern. Im Zweifelsfall gilt die Beständigkeitstabelle des Herstellers, der Werkstoff wird nicht nach Vermutung gewählt.

Eine Dosierpumpe wird nicht allein, sondern als Dosierset installiert; das Zubehör sichert die Genauigkeit der Dosis und die Sicherheit des Systems. Das grundlegende Zubehör sind Saugsieb, Füllstand-Schwimmerschalter, Impfventil, Gegendruckventil, Pulsationsdämpfer und Kalibrierzylinder. Fehlen diese Elemente, führt das auch bei richtig ausgewählter Pumpe zu Dosierfehlern und Störungen.

• Saugsieb und Gewicht — hält Sediment am Behälterboden zurück, hält den Schlauch am Boden fest
• Füllstand-Schwimmerschalter — stoppt die Pumpe und löst Alarm aus, wenn der Behälter leer ist, und verhindert Trockenlauf
• Impfventil — Düse mit Rückschlagventil, die an der Dosierstelle den Rückfluss verhindert; verteilt die Chemikalie im Hauptstrom
• Gegendruckventil — verhindert durch künstlichen Widerstand in der Druckleitung die Heberwirkung und stabilisiert die Dosis
• Pulsationsdämpfer — glättet die pulsierende Strömung der Magnetpumpe, erforderlich in empfindlichen Messleitungen
• Kalibrierzylinder (Messzylinder) — ermöglicht das Messen und Überprüfen des tatsächlichen Volumenstroms

Impfventil und Gegendruckventil arbeiten zusammen. Das Impfventil verhindert an der Dosierstelle, dass die Chemikalie aus der Leitung in den Chemikalienschlauch zurückströmt; das Gegendruckventil hält dagegen auf der Druckseite einen konstanten Widerstand aufrecht und sorgt dafür, dass die Rückschlagventile sauber sitzen. Gemeinsam unterbinden sie sowohl die Heberwirkung als auch den Rückfluss und machen die Dosierung reproduzierbar. Diese beiden Elemente lösen allein die meisten Beschwerden über Überdosierung.

Füllstand-Schwimmerschalter und Trockenlaufschutz bilden die Sicherheitsebene. Fördert die Pumpe nach dem Entleeren des Chemikalienbehälters weiter Luft, fällt die Dosierung aus, und die Membran wird belastet. Ein Niedrigstand-Schwimmerschalter löst Alarm aus, bevor der Behälter leer ist; bei manchen intelligenten Pumpen stoppt ein Trockenlaufsensor die Pumpe automatisch. Wird dieser Schutz bei der Installation weggelassen, führt ein unbemerkter Dosierausfall zu einem erheblichen Qualitätsverlust im Aufbereitungs- oder Schwimmbadwasser.

Proportionale Dosierung ist die Regelungsart, bei der der Chemikalienvolumenstrom proportional zum Wasservolumenstrom der Hauptleitung verändert wird; konstante Dosierung dagegen bedeutet, dass die Pumpe unabhängig vom Wasservolumenstrom mit einem festen Volumenstrom arbeitet. Die Wahl zwischen beiden hängt davon ab, ob der Wasservolumenstrom der Hauptleitung konstant oder veränderlich ist. Ist der Volumenstrom veränderlich, liefert die proportionale Dosierung das richtige Ergebnis, ist er konstant, die konstante Dosierung; eine falsche Wahl bedeutet entweder zu wenig oder zu viel Dosis.

Die proportionale Dosierung arbeitet mit einem Volumenstromimpuls. Der Wasserzähler oder Durchflussmesser in der Hauptleitung erzeugt für jedes bestimmte durchgeflossene Volumen (zum Beispiel alle 100 Liter) einen Impuls; die Dosierpumpe führt nach diesem Impuls einen Hub aus. Verdoppelt sich der Wasservolumenstrom, verdoppelt sich so automatisch auch der Chemikalienvolumenstrom, und die Dosis in ppm bleibt konstant. Die Trinkwasserchlorung und Aufbereitungsleitungen mit variablem Volumenstrom nutzen dieses Verfahren.

Die konstante Dosierung ist dagegen für Leitungen mit kontinuierlichem, unverändertem Volumenstrom gedacht. Wird der Wasservolumenstrom der Hauptleitung von einer Druckerhöhungsanlage oder einer Pumpe mit konstanter Drehzahl konstant gehalten, arbeitet auch die Dosierpumpe mit konstanter Hubfrequenz. Das ist die einfachste und günstigste Anordnung, aber bei Schwankungen des Volumenstroms verschiebt sich die ppm-Konzentration. Sie wird bei Schwimmbädern mit geschlossenem Umwälzkreislauf und bei Prozessen mit konstantem Volumenstrom bevorzugt. Wie der Volumenstrom der Hauptpumpe im System berechnet wird, können Sie in unserem Beitrag zum Pumpenvolumenstrom nachlesen. (Details: Wie berechnet man den Pumpenvolumenstrom? m³/h, l/min und Druckberechnung)

Die messwertbasierte (sensorgeregelte) Dosierung ist die dritte und weiterentwickelte Form. Hier richtet sich die Dosierung nicht nach dem Wasservolumenstrom, sondern nach einem gemessenen Parameter (ORP, pH, Chlor, Leitfähigkeit); die Regeleinheit erkennt die Abweichung vom Sollwert und stellt die Pumpe nach. In Schwimmbad- und Kesselanwendungen liefert dieses Verfahren das genaueste und zugleich wirtschaftlichste Ergebnis, da sich die Dosis nach dem tatsächlichen Bedarf richtet. Intelligente Pumpen bieten diese Regelschnittstelle gebrauchsfertig.

Die Wartung einer Dosierpumpe besteht aus der regelmäßigen Kontrolle von Rückschlagventilen, Membran und Schläuchen sowie der wiederholten Kalibrierung. Da diese Teile ständig mit der Chemikalie in Kontakt stehen, verschleißen sie; wird die Wartung versäumt, driftet die Dosis ab, und die Pumpe fördert keine Chemikalie mehr. Das Wartungsintervall hängt von der Aggressivität der Chemikalie ab; bei Chemikalien, die Rückschlagventile verstopfen, wie Natriumhypochlorit, ist eine monatliche Kontrolle angemessen, bei neutralen Chemikalien eine vierteljährliche.

• Rückschlagventile — auf Calciumablagerungen und Kristallisation prüfen; bei Verstopfung ausbauen und mit verdünnter Säure reinigen
• Membran — auf Risse und Durchlöcherung prüfen; eine durchlöcherte Membran bedeutet sowohl Dosierausfall als auch Chemikalienleckage ins Gehäuse
• Saug- und Druckschläuche — auf Verhärtung, Risse und lose Verschraubungen prüfen; bei der peristaltischen Pumpe richtet sich der Schlauchwechsel nach der Verschleißlebensdauer
• Kalibrierung — bei der Installation und nach jeder Wartung Überprüfung des tatsächlichen Volumenstroms mit der Messzylindermethode
• Saugsieb — auf Sediment und Verstopfung reinigen; ist das Sieb zugesetzt, kann die Pumpe nicht ansaugen
• Entlüften — Gaseinschluss in der Saugleitung über das Degassing-Ventil und manuelle Entlüftung ablassen

Bei der peristaltischen Pumpe besteht die eigentliche Wartung im Schlauchwechsel. Bei dieser Bauart berührt die Chemikalie nur den Schlauch; da die Rollen den Schlauch ständig quetschen, hat er eine begrenzte Lebensdauer wie ein Verbrauchsmaterial und platzt bei Verschleiß. Die Schlauchlebensdauer hängt von Betriebsdruck und Drehzahl ab; der Hersteller gibt einen typischen Stundenwert an, und der Wechsel erfolgt planmäßig, bevor dieser Wert erreicht ist. Ein nicht rechtzeitig gewechselter Schlauch führt dazu, dass die Chemikalie in das Pumpengehäuse gelangt.

Trockenlauf und Frost sind die zwei stillen Feinde der Dosierpumpe. Eine Pumpe, die bei leerem Behälter läuft, belastet Rückschlagventile und Membran; deshalb ist ein Füllstandschutz unerlässlich. Gefriert die Chemikalie in einer im Freien oder in einem kalten Raum installierten Pumpe, reißt das Gehäuse; bei wasserbasierten Chemikalien ist ein Frostschutz vorzusehen. Zu den allgemeinen Wartungsgrundsätzen für Pumpen können Sie unseren Wartungsratgeber lesen. (Details: Pumpenwartung)