Pumpenauswahl in der Schokoladen- und Süßwarenverarbeitung: Drehkolben/Kreiskolbenpumpen vs. Innenzahnradpumpen

Im Gegensatz zu Lebensmittelverarbeitern, die in erster Linie Zentrifugalpumpen verwenden, gibt es in der Schokoladen- und Süßwarenindustrie zwei Hauptvorlieben für die Förderung von viskosen Flüssigkeiten, Schokolade, Zucker und anderen Süßwarenflüssigkeiten: Drehkolbenpumpen / Kreiskolbenpumpen und Innenzahnradpumpen. Diese Verdrängerpumpen werden aufgrund ihrer Eigenschaften ausgewählt:

1. Langsame Geschwindigkeit und geringe Scherung, die eine Trennung der Kakaobutter von den festen Bestandteilen der Schokolade verhindert
2. Die Durchflussmenge ist proportional zur Geschwindigkeit und ermöglicht eine einfache Durchflussregelung mit variabler frequenzantrieb (VFDs)
3. Die Fähigkeit, ein breites Spektrum an Viskositäten zu verarbeiten, von Kakaobutter <33 cSt bis hin zu dunkler oder Milchschokolade >25.000 cSt, ermöglicht es einer Anlage, während des gesamten Prozesses nur zwei oder drei Pumpengrößen zu verwenden, was die Wartung vereinfacht und den Ersatzteilbestand reduziert. 

Aber was ist am besten? Das hängt sowohl von der Anwendung als auch von den Erfahrungen und Vorlieben der Prozessingenieure und Wartungsmanager ab, aber beide haben ihren Platz, häufig an verschiedenen Stellen in derselben Verarbeitungsanlage.

Hygienische Drehkolben- und Kreiskolbenpumpen

Hygienische Drehkolben- und Kreiskolbenpumpen werden dort eingesetzt, wo Reinigungsfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind. Diese Pumpen aus rostfreiem Stahl werden dort eingesetzt, wo die Leitungen regelmäßig Clean in Place gereinigt werden, um sowohl der Korrosion durch die Reinigungschemikalien zu widerstehen als auch eine vollständige Reinigung in kürzester Zeit zu ermöglichen. Ein internes ölgeschmiertes Getriebe enthält zwei Steuerzahnräder, eines auf der Antriebswelle und eines auf der Abtriebswelle, die die Position der Rotoren synchronisieren, so dass sie sich nie berühren.

Sie werden für Flüssigkeiten verwendet, in denen sich Krankheitserreger ansiedeln können, z. B. für Milchprodukte (Milch oder Sahne), Flüssigzucker und Sirup sowie für Milchschokolade und Schokoladensirup, die diese Zutaten enthalten. Pumpen aus Edelstahl werden auch bei weißer Schokolade bevorzugt, da Pumpen und Rohrleitungen aus Eisen so stark oxidieren können, dass sie die Schokolade verfärben, obwohl sowohl Drehkolben- als auch Zahnradpumpen aus Edelstahl erhältlich sind. Drehkolben-/Kreiskolbenpumpen sind anfälliger für Abrieb als Zahnradpumpen und werden daher meist in nachgelagerten Schokoladenanwendungen eingesetzt, z. B. bei der Entleerung vom Refiner oder der Conch zu Lagertanks oder Gießern, Pannern oder Überziehern, da zu diesem Zeitpunkt die Abrasivität der Schokolade minimiert ist und kein übermäßiger Verschleiß an den Edelstahlrotoren (Drehkolben oder umlaufenden Kolben) auftritt.

Ein zweiter Grund, warum sie in vorgelagerten Anwendungen wie Kakaomasse und Schokoladenmasse eingesetzt werden, ist, dass Zahnradpumpen mit Rotoren aus hochfestem Stahl oder Sphäroguss und gehärteten Buchsen aus Gusseisen in der Lage sind, diese sehr abrasiven Produkte mit minimalem Verschleiß zu fördern, während Drehkolben-/CP-Pumpen aus Edelstahl schneller verschleißen und häufiger gewartet werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist, dass verschlissenes Eisen oder Stahl aus einer Zahnradpumpe mit Magnetabscheidern entfernt werden kann, ohne dass Produkt verloren geht, während beim Aufspüren von Edelstahlsplittern mit einem Metalldetektor das Endprodukt verworfen werden muss.

Zahnradpumpen werden wegen ihrer geringeren Anschaffungs- und Lebenszykluskosten häufig für dunkle Schokolade und Lecithin verwendet. Kakaobutter, Kakaobutteräquivalent und andere Speiseöle werden mit Zahnradpumpen gefördert, da die Wahrscheinlichkeit einer Leckage durch die Einzelwellendichtung geringer ist als bei den Doppeldichtungen von Drehkolbenpumpen und diese Flüssigkeiten eine Rutsch- und Fallgefahr darstellen, wenn sie den Boden erreichen. Zahnradpumpen werden häufig in OEM (Originalhersteller)-Prozessanlagen wie Schmelzgeräten, Temperiergeräten, Überziehmaschinen und Gießmaschinen eingesetzt, da sie oft an relativ unzugänglichen Stellen der Anlagen montiert werden müssen. Da sie mit H1-Lebensmittelschmierfett und nicht wie Drehkolbenpumpen mit Öl geschmiert werden, ist die vorbeugende Wartung einfacher und die Montage kann in horizontaler oder vertikaler Anordnung erfolgen.

Innenzahnradpumpen sollten zumindest aus zugelassenen Materialien bestehen, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen (die Schokoladenpumpen von Viking entsprechen der Norm EC1935 für den Kontakt mit Lebensmitteln), aber sie sind nicht hygienisch, d. h. sie können vollständig an Ort und Stelle gereinigt werden. Dies ist für keine der oben beschriebenen Flüssigkeiten erforderlich, da die Systeme niemals mit Wasser oder Reinigungschemikalien gereinigt werden, die nur die Schokolade verunreinigen würden. Zahnradpumpen aus Eisen findet man in der Regel dort, wo auch die Rohrleitungen, Ventile und Zubehörteile aus Eisen sind. Dort, wo die Rohrleitungen in Edelstahl übergehen, findet man häufig Drehkolben- oder Kreiskolbenpumpen (oder Innenzahnradpumpen aus Edelstahl).

Der Verschleiß dieser Lager führt zu Ausfällen, und doppelt so viele Lager bedeuten schnellere Ausfälle und mehr Wartung. Drehkolbenpumpen sind den Drehkolbenpumpen insofern ähnlich, als sie in hygienischer Ausführung angeboten werden und zwei Wellendichtungen haben. Ihr Ruhm beruht auf der Fähigkeit, bei viskosen Flüssigkeiten mit langsamen Drehzahlen und bei Milchprodukten mit hohen Drehzahlen als Clean in Place (CIP)-Pumpe zu arbeiten, wodurch eine separate CIP-Kreiselpumpe überflüssig wird. Das Hauptproblem ist, dass die Schneckenpumpe nur mit einem VFD (variabler Frequenzantrieb) ohne Untersetzungsgetriebe betrieben werden muss, um sowohl hohe Drehzahlen für Clean in Place als auch sehr niedrige Drehzahlen für die Verarbeitung zu ermöglichen. Dies erfordert eine enorme Überdimensionierung des Motors und der VFD-Leistung, um bei sehr niedrigen Frequenzen ohne Überhitzung zu laufen, was zu niedrigen Wirkungsgraden und höheren Lebenszykluskosten führt als bei Drehkolbenpumpen, die immer ein Untersetzungsgetriebe verwenden (und möglicherweise einen entsprechend dimensionierten VFD). Doppelschneckenpumpen eignen sich für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität und Pathogenpotenzial, wie z. B. Milch, wo sie mit hohen Drehzahlen betrieben werden können und die Antriebsausrüstung nicht überdimensioniert sein muss.

Zusammenfassend lässt sich sagen..,

… Dass einige Einrichtungen fast alle Zahnradpumpen und andere fast alle Drehkolben- oder Kreiskolbenpumpen verwenden werden, weil beide Teile gleich sind. Beide sind akzeptabel, aber die Faustregel "Pathogen-Potential Liquids: Drehkolben/Kreiskolbenpumpen. Alles andere: Zahnradpumpen" bietet einen Leitfaden für eine kostengünstige und zuverlässige Verarbeitung.

Um die Funktionsweise der einzelnen Pumpen besser zu verstehen, sehen Sie sich diese kurzen Videos an: