Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pumpen hochviskoser und stichfester Massen aus einem Behälter sowie die Vorrichtung dafür.

Das System ist als Konkurrenzprodukt für Fassentleerungspumpen, die zusammen mit einer Presse betrieben werden, gedacht. Es kann auch bei flüssigeren Massen, die keine Presse benötigen, eingesetzt werden. Es ist auch ein Konkurrenzprodukt für Pumpen, die einen Behälter mit Trichter von unten entleeren bzw. in deren Trichter die zu pumpende Masse geschüttet wird. Es kann auch Systeme ersetzen, bei denen eine Masse wie z. B. Butter zuerst in einer Doppelspindelpumpe plastifiziert und dann weiter gepumpt wird. Das System kann auch als Alternative zum Umschütten mittels eines Hebekippers verwendet werden. Mit diesen wird z. B. Teig in eine Trichterpumpe geschüttet. Ich denke insbesondere an das Pumpen von Massen wie Harz, Silikon, Pasten, Fett, Kleber, Brot-, Keks- und Nudelteig, Marzipan, Gebäckfüllungen, mein Dichtmittel, Cremes und Butter bei z. B. 5°C.

Wenn eine Pumpe etwas Masse gepumpt hat, dann entsteht in der Pumpe im Bereich des Pumpeneintritts ein Unterdruck, wodurch weitere Masse angesaugt wird. Dieser Unterdruck reicht aber nicht immer aus. Es kann Kavitation auftreten, welche schädlich für die zu pumpende Masse ist und die Pumpe zerstören kann. Unter Umständen kann gar nichts gefördert werden.

Bei Massen, die noch von alleine fließen können (z. B. weiches Fett, Kleber oder Ausgleichsmassen) kann man eine Exzenterschneckenpumpe mit einem verlängerten Pumpwerk - eine sogenannte Eintauchpumpe - in die Masse tauchen. Der Pumpeneintritt wird mit einem kurzen Distanzstück dicht vor dem Behälterboden gehalten. Für ein gleichmäßiges Hinunterdrücken der zu pumpenden Masse kann man eine Platte, die auch Folgeplatte genannt wird, auf der Masse schwimmen lassen. Diese Platten sind in der Regel kreisrund und haben in der Mitte ein Loch durch welches das Pumpwerk der Pumpe geschoben wird. Die Platte umschließt es und wird dadurch geführt. Durch den entstehenden Unterdruck wird die Masse gleichmäßig von der Platte nach unten gedrückt. Der Behälterboden und die Stützen für das Distanzstück bilden aber Engpässe, welche zähe Massen am Fließen hindern. Bei Massen, die nicht von alleine fließen können (z. B. Vaseline) oder bei Massen, in welche die Pumpe nicht hinein getaucht werden kann (z. B. Tomatenmark), kann die Platte auf der Höhe des Pumpeneintritts an der Pumpe befestigt werden. Die Luft, welche zwischen der Platte und der Masse ist, wird vor dem Pumpen der Masse von einer separaten Pumpe abgesaugt oder durch ein Ventil hinaus gedrückt. Die Pumpe drückt über die Platte mit ihrem Gewicht auf die Masse. Dadurch wird die Masse zum Pumpeneintritt gedrückt. Beim Pumpen der Masse wird die Pumpe zusammen mit der Platte nach unten geführt. Bei sehr zähen Massen reicht das jedoch nicht aus. Es ist dann ein zusätzlicher Druck durch eine Presse erforderlich, um die Masse in die Pumpe zu bekommen. Das Prinzip habe ich in der Abbildung 1 dargestellt.

Es ist schwierig, die maximale Viskosität anzugeben, bis zu welcher ohne Presse gearbeitet werden kann, da sie vom Gewicht der Pumpe, der Behältergröße und auch von der Förderleistung der Pumpe abhängt. Bei einer niedrigen Förderleistung hat die zu pumpende Masse mehr Zeit zu strömen als bei einer hohen Förderleistung.

Die Pressen sind unnötig teuer, sie können meistens nicht mobil eingesetzt werden, sie haben einen unnötig hohen Stromverbrauch, und es werden je nach Druck sehr stabile Behälter benötigt. Die Pumpen können dabei nur an einem kurzen, nicht schwenkbaren Ausleger nahe der Hubsäule bzw. zwischen 2 Säulen montiert werden. Die zu entleerenden Behälter müssen entweder auf eine Plattform der Presse gestellt werden, oder das ganze System muss fest im Boden verankert sein, damit es stabil steht, denn andernfalls würde sich das System selber hoch drücken. Das Handling und die genaue Positionierung sind insbesondere bei großen Behältern (z. B. 200-Liter-Fass) unnötig aufwendig.

Alternativ werden sehr zähe Massen (z. B. Teig) in einem weiteren Arbeitsschritt in eine Trichterpumpe mit Rachen geschüttet. Dafür werden meistens Hebekipper verwendet. Beim Umfüllen der Masse kann Luft eingeschlossen werden. Die vollständige Entleerung des Trichters kann problematisch sein. Generell kann nicht nur an den schrägen Wänden sondern auch an senkrechten Wänden etwas hängen bleiben. Bei stichfesten Massen ist ein Nachdrücken kaum zu vermeiden und mit der Arbeitssicherheit nicht zu vereinbaren. Bei manchen Massen sind Brückenbrecher und Zuführschnecken erforderlich, damit sie in die Pumpe gelangen können. Auch in den Behältern, in denen die Massen gemischt oder angeliefert werden, bleibt etwas Masse zurück. Für sie sind Herstellungskosten angefallen, und sie muss unter Umständen entsorgt werden. Bei großen Mengen ist bei Verwendung eines Hebekippers ein entsprechend großer und stabiler Trichter erforderlich, in dem das Nachrutschen aufgrund ungünstiger Winkel problematisch sein kann. Deshalb kann es vorkommen, dass nur kleinere Mengen gemischt werden. Die Massen können mit meinem System gleichmäßiger umgeladen werden, so dass unter Umständen größere Mengen gemischt werden können. Das führt zu Einsparungen. Mein System ist mobil und bei unterschiedlichen Höhen der folgenden Maschinen einsetzbar. Die Hebekipper hingegen sind für eine bestimmte maximale Höhe ausgelegt. Da die Massen mit meinem System direkt aus den Fässern gepumpt werden können, kann das System auch einen Hebekipper und eine Trichterpumpe gleichzeitig ersetzen. Dasselbe gilt natürlich auch bei Massen, die ein externer Hersteller dann in größeren Gebinden anbieten kann.

Aus der Schrift DE 33 46 564 AI ist bekannt, dass eine hochviskose Masse von einer drehbaren Druckplatte, welche konisch ausgebildete Flächen und zur Mittelöffnung verlaufende Rippen hat, zu einem Saugkanal befördert werden kann. Dabei drückt die Platte auf eine große, unverändert bleibende Fläche. Deshalb wird das Gewicht der Pumpe nicht optimal genutzt. Es kommt zur Reibung zwischen der Platte und dem Behälter bzw. am Rand des Behälters bleibt Masse zurück. Die Rippen verlaufen fast bis zur Behälterwand. Sie transportieren die Masse vom Rand zum Saugkanal. Dabei wird die Masse geschert. Es werden Verwirbelungen hinein gebracht. Das kann bei empfindlichen Massen schlecht sein. Durch die Reibung und die Verwirbelungen ist der Energieaufwand für das Drehen der Platte unnötig hoch.

DE 10 2009 047 862 AI beschreibt ein System, bei welchem die Pumpe ein ungleichmäßiges Niveau der zu pumpenden Masse unterhalb einer Folgeplatte verursachen würde. Das Niveau muss also im Bereich des Pumpeneintritts tiefer als am Rand sein. Dieser Unterschied werde durch eine Rüttelbewegung, durch das Verursachen von Reibung durch die Drehung der Folgeplatte oder durch das Drehen eines Propellers unterhalb der Folgeplatte ausgeglichen. Der Propeller soll die Masse vom Rand in die Mitte befördern und lediglich das Niveau ausgleichen, so dass die Folgeplatte einem sich verändernden Niveau im Behälter folgen kann. Es wird nicht beschrieben, wieso das Niveau ungleichmäßig ist. Das würde bedeuten, dass die Pumpe ohne dieses Nivellierungsmittel ein Vakuum unterhalb der Platte erzeugt.

Die folgenden Gedanken sind prinzipiell bei allen Pumpentypen, die für eine Behälterentleerung geeignet sind, anwendbar. Es werden sehr häufig Exzenterschneckenpumpen, Förderschnecken- Fasspumpen und Hubkolbenpumpen verwendet. Andere Pumpentypen können unter Umständen ebenfalls genommen werden. Wegen des Absenkens in die Behälter kann ein langes Pumpwerk vorteilhaft sein, damit die Anschlussleitungen leicht mitgeführt werden können.

Förderschnecken-Fasspumpen werden meistens nur bei Massen mit mittlerer Viskosität eingesetzt. Sie haben keine geschlossenen Kammern. Deshalb können sie nicht so gut ansaugen, und der Rückfluss ist bei ihnen größer als bei den Exzenterschneckenpumpen, wodurch kein so großer Druck aufgebaut werden kann. Diese Probleme sind bei meiner Lösung kleiner geworden.

Bei meiner Zielgruppe ist die Viskosität der Masse höher als üblich. Dadurch kann die Masse bei einer Förderschnecken-Fasspumpe auch bei einer kleinen Drehzahl nicht so leicht aufgrund des Gegendrucks zurück strömen. Es kann ein höherer Druck aufgebaut werden. Es ist bekannt, dass Schneckenförderer Teig transportieren können, wenn der Teig in ihnen ist. Man weiß das auch von anderen Massen, wenn die Zuführschnecke einer Rachenpumpe die zu pumpende Masse in das Pumpwerk drückt. Da die zu pumpende Masse mit meiner Entwicklung in die Pumpe geschoben wird, können Förderschnecken-Fasspumpen mit meiner Entwicklung unter Umständen z. B. auch hochviskose Massen aus Fett, Kleber, Silikon etc. pumpen. Die Pumpen müssen bei meiner Lösung grundsätzlich gar nicht mehr ansaugen. Förderschnecken-Fasspumpen können deshalb unter Umständen Exzenterschneckenpumpen ersetzen.

Ein Problem bei Förderschnecken-Fasspumpen kann sein, dass die Reibung der zu pumpenden Masse mit dem Stator größer sein muss als die Reibung der Masse mit der Förderschnecke. Aufgrund der veränderten Voraussetzungen kann ggf. der Spalt zwischen dem Stator und der Förderschnecke größer als üblich sein. Deshalb kann auch die Oberfläche des Stators rauer als üblich sein. Dadurch wird die Reibung zwischen der zu pumpenden Masse und dem Stator vergrößert. Für eine gründliche Reinigung kann man sie durchspülen oder ggf. demontieren. Das Problem mit der Reibung gibt es bei Doppelspindelpumpen, bei denen 2 gegenläufige Spindeln ineinander greifen, nicht. Bei Exzenterschneckenpumpen und bei Hubkolbenpumpen gibt es dieses Problem ebenfalls nicht.

Die eigentliche Arbeit einer Pumpe ist das Fördern der Masse zum Pumpenaustritt. Dabei entsteht in - also nicht vor - der Pumpe ein Vakuum. Dieses Vakuum ist auf die Größe des Pumpeneintritts begrenzt und wirkt wie eine zusätzliche Gewichtskraft. Diese zusätzliche Gewichtskraft ist deutlich kleiner als die Gewichtskraft aufgrund der Masse der Pumpe. Das Ansaugen der zu pumpenden Masse ist das Strömen der Masse in die Pumpe aufgrund der Differenz des Drucks im Pumpeneintritt und dem Druck, unter welchem die zu pumpende Masse vor dem Pumpeneintritt ist.

Bei allen Lösungsvarianten meiner Entwicklung wird die zu pumpenden Masse schichtweise von oben nach unten zum Pumpeneintritt und auch in die Pumpe geschoben. Die dafür erforderliche Kraft wirkt immer nur in einem vergleichsweise günstigen Winkel auf nur eine kleine Menge der zu pumpenden Masse. Dafür ist nur eine relativ kleine Kraft erforderlich. Der Rest darf zunächst unverändert bleiben und wird mit dem weiteren Drehen der Platte bzw. des Schaufelrads zum und in den Pumpeneintritt geschoben.

Aus dem Alltagsleben weiß man, dass man ein Paket gekühlte Butter kaum verformen kann, wenn man genau senkrecht auf die ganze Fläche einer der beiden größeren Flächen drückt. Man wird es kaum schaffen, solch eine Masse, die in einem Behälter ist, an einer freien Stelle durch senkrechtes Drücken auf die übrige Fläche nach oben steigen zu lassen. So ist das auch bei Systemen, bei welchen mit Unterdruck und eventuell Unterstützung durch eine Presse gearbeitet wird. Wenn bei den bekannten Systemen etwas Masse in die Pumpe gedrückt werden soll, dann muss gleichzeitig auf der ganzen Fläche unterhalb der Platte Masse bewegt werden. Es ist dabei nicht möglich, Masse nur an einer Stelle weg zu drücken bzw. zu saugen. Ein Vakuum muss sofort aufgefüllt werden. Die Platte mit der Pumpe muss kontinuierlich zum Behälterboden gehen.

Eine Masse wie z. B.Butter kann man aber relativ leicht verformen, wenn man nur auf eine Kante drückt. Die Kraft wirkt dann auf eine viel kleinere Fläche. Die Masse wird dorthin ausweichen wo Platz ist. Wenn eine flache Platte in einem Fass leicht schräg montiert ist, dann drückt sie mit dem Gewicht der Pumpe nur an einer Stelle auf den äußeren Rand der zu pumpenden Masse. An dieser Stelle wird die Masse zur Mitte des Fasses und damit zum und auch in den Pumpeneintritt gedrückt.

Anfangs drückt die Platte nur auf den äußeren Rand der Masse. Mit dem Drehen der Platte bildet sich bei sehr zähen Massen ein Kegel in dessen Spitze die Pumpe ist. Es wird ständig neue Masse zum Pumpeneintritt und damit auch in die Pumpe gedrückt. Die Platte wird von einem eigenen Motor angetrieben. Beim Drehen der Platte übt sie in ihrem vorderen Bereich einen Druck auf die Masse aus. In ihrem hinteren Bereich findet eine Entlastung statt. Es wird ein Raum frei. Die auf die Masse wirkende Gewichtskraft kann man in eine waagerechte und in eine senkrechte Komponente zerlegen. Die waagerechte Komponente drückt die Masse zum Pumpeneintritt. Die senkrechte Komponente sorgt dafür, dass diese Lücke aufgefüllt wird und die Masse nicht nach oben ausweicht.

Bei dieser Version muss die Platte etwas oval sein, um den ganzen Querschnitt des Fasses auszufüllen. Es kann vorteilhaft sein, wenn der obere Teil der Platte waagerecht ist (Abb. 2). Die Verformung der Masse wird dadurch begrenzt. Derselbe Effekt tritt ein, wenn die Platte an der Pumpe fest fixiert ist, und diese leicht schräg in einem Kreis gedreht wird. Dabei ist aber der Spalt zwischen der Platte und dem Behälter größer. Deshalb wird diese Version nicht weiter betrachtet. Der Vorteil gegenüber der Schrift DE 33 46 564 AI ist, dass beim Drehen der Platte das Gewicht der Pumpe auf eine relativ kleine, sich ständig verformende Fläche wirkt. Das Gewicht der Pumpe wird effektiver eingesetzt, so dass zum Drehen der Platte weniger Energie erforderlich ist, und die zu pumpende Masse nicht so stark geschert wird.

Gegebenenfalls muss der Behälter gegen ein Mitdrehen gesichert sein. Die Pumpe muss sicher gegen ein Verdrehen oder Kippen aufgehängt sein. Sie kann solange fördern bis die untere Außenkante der Platte am Behälterboden angekommen ist. Der Pumpeneintritt kann etwas in die Masse hinein reichen. Dadurch kann die Masse, die unmittelbar unterhalb der Platte ist, leichter zum Pumpeneintritt gedrückt werden (Erklärung s. u.). Außerdem ist dann die Restmenge im Behälter um das Volumen dieses Teils kleiner. Die Restmenge am Behälterboden wird der zurückbleibende Kegel sein. Das Volumen eines geraden Kreiskegels ergibt sich aus

V=l/3*pi*r ² *h. Eine Höhendifferenz von 1cm würde demnach eine ebene Restmenge mit der Höhe von ca. 3,4mm bedeuten. Wenn nur auf einer Seite ein Kegel gebildet wird, dann beträgt die Restmenge ca. 6 bis 7mm. Gegebenenfalls kann man den in der Abbildung 2 waagerecht gestalteten Teil der Platte in einem kleineren Winkel ebenfalls etwas schräg nach unten gestalten und dadurch die Restmenge reduzieren.

Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn eine oder mehrere Schaufeln an der Platte befestigt sind. Der Effekt ist so wie wenn man mit einem Messer über Butter (oder über Margarine) geht, um sie auf ein Brot zu schmieren. Man schiebt dann etwas Butter so vor dem Messer her, dass sie nach oben geht. Sie weicht dorthin aus wo Platz ist. In diesem Fall wird die Masse von der Platte und den Schaufeln in die Pumpe gelenkt. Damit können noch festere Massen gepumpt werden.

Es ist offensichtlich, dass man so stichfeste Massen schichtweise von oben nach unten abtragen und zum bzw. in den Pumpeneintritt schieben kann. Die Pumpe wird wie üblich zusammen mit der Platte von oben nach unten geführt.

Der Vorteil gegenüber den bekannten Systemen zum Pumpen von z. B. gekühlter Butter, Marzipan o. ä. ist, dass die Ware nicht in einzelnen Blöcken, welche geschnitten, ein- und wieder ausgepackt werden müssen, gelagert werden muss. Für das Schneiden, das Verpacken und das Auspacken fallen Lohnkosten, Materialkosten und Kosten für die an der Verpackung hängen bleibende Ware an. Auch der Hersteller spart dadurch und kann sie deshalb günstiger verkaufen. Bei meiner Lösung kann z. B. ein 300 Liter Fass genommen werden. Außerdem ist der technische Aufwand zum Plastifizieren und Pumpen der Ware geringer.

Die Platte kann auch waagerecht gelagert sein. Die bei der Lösung gemäß der Schrift DE 33 46 564 AI auftretende Reibung zwischen dem Behälter und der Platte kann vermieden werden, indem nicht die Platte sondern ein drehbar gelagertes Schaufelrad unterhalb der Platte gedreht wird. Das Schaufelrad wird in der Abbildung 3 von einem eigenen Motor angetrieben. Die Platte kann eine Dichtlippe haben, wodurch die an der Behälterwand zurückbleibende Masse reduziert wird. Bei empfindlichen, sehr festen Massen kann die Version mit der schräg kreisenden Platte vorzuziehen sein, da dabei die zu pumpende Masse mehr geschont wird.

Bei einem von innen nach außen gleichbleibend hohen Schaufelrad würde außen mehr Masse weggenommen werden als innen. Diesen Stau kann man verringern, indem das Schaufelrad außen flacher als innen ist. Die Platte kann dann entsprechend leicht schräg von innen nach außen geneigt sein (Abb. 3). Dadurch wird die zu pumpende Masse auch leichter in die Mitte geschoben, da das Gewicht der Pumpe etwas schräg auf sie trifft. Sie kann in unterschiedlichen Winkeln - also z. B. innen stark abfallend, außen nur leicht schräg - gestaltet sein, um die Restmenge möglichst klein zu halten.

Auch wenn das Schaufelrad am Behälterboden angekommen ist kann noch etwas weiter gepumpt werden, da es auch bei der dann noch vorhandenen Menge einen Staudruck vor den Schaufeln gibt. Dieser Druck nimmt dann ab. Das Ausschalten der Pumpe kann über einen Sensor gesteuert werden, welcher ihn an einer Stelle vor dem Schaufelrad misst. Alternativ kann die Pumpe bei einem Kontakt mit dem Behälterboden über einen Kontaktsensor ausgeschaltet werden. Wenn das Schaufelrad von einem eigenen Motor angetrieben wird, kann es vorteilhafter sein, ein möglichst flaches (nur wenige Millimeter hohes) Schaufelrad mit einer höheren Drehzahl als ein größeres Schaufelrad mit einer niedrigeren Drehzahl zu verwenden. Das benötigte Drehmoment und die Restmenge im Behälter werden dadurch kleiner.

Bei den meisten Massen wie z. B. Teig, Kleber oder Fett braucht das Schaufelrad nicht bis zur Behälterwand zu gehen, da sie leicht verformt werden können. Das Schaufelrad kann meistens sehr kurz sein. Es muss nur so viel Masse in die Pumpe schieben wie diese pumpen kann. Dadurch wird Energie für den Antrieb eingespart.

Wenn das Schaufelrad gedreht wird, dann versucht es zunächst die Masse, welche vor den Schaufeln ist, vor sich her zu schieben. Dabei entsteht vor den Schaufeln ein Staudruck. Die Masse wird in die Mitte und von dort in die Pumpe geschoben, da dort Platz ist. Hinter den Schaufeln entsteht zunächst ein leerer Raum. Dieser Raum ist von der zu pumpenden Masse umgeben, auf weiche die Pumpe über die Platte drückt. Der hinter den Schaufeln entstehende leere Raum wird dadurch wieder aufgefüllt. Man kann das mit dem Plattdrücken eines kleinen Klumpens Teig vergleichen. Dadurch wird es ausreichend sein, wenn das Schaufelrad nur wenige Zentimeter lang ist, um auch ein großes Fass mit einer hochviskosen Masse zu entleeren. Für das Drücken von z. B. Kuchenteig, Kleber, Fett etc. in einen leeren Raum ist kein großer Druck erforderlich, wenn die Verformung in die Richtung des Drucks erfolgt.

Das Vakuum wird horizontal auf der ganzen Fläche wandern, da das bei sehr zähen Massen die kleinsten Kräfte benötigt. Die Masse kann stets geradlinig fließen. Das ist insbesondere bei empfindlichen Massen vorteilhaft. Es ist nur ein sehr kleiner Höhenunterschied erforderlich. Deshalb gibt es das Wandern auch bei sehr großen Systemen. Bei ihnen verteilt sich aber das Gewicht der Pumpe auf eine größere Fläche, wodurch der Druck auf die Masse kleiner ist, so dass ggf. ein größeres Schaufelrad gewählt werden muss. Alternativ kann auch die Platte schwerer gestaltet werden. Eine Pumpe kann nur so viel Masse fördern wie durch die Öffnung in der Platte in sie aufsteigt. Bei meinem System kann die Förderleistung höher als bei den bekannten Systemen sein, da bei meinem System diese Menge leichter eingestellt werden kann.

Für dieses Auffüllen des leeren Raums ist bei den meisten Massen nur ein Druck erforderlich, der deutlich kleiner als der vom Gewicht der Pumpe auf die zu pumpende Masse erzeugte Druck ist. Es ist offensichtlich, dass es leichter ist, etwas Masse in die Druckrichtung nach unten zu drücken als sie durch eine über Umwege wirkende Kraft in die entgegengesetzte Richtung nach oben zu drücken. Bei sehr zähen Massen macht das viel aus, denn bei ihnen sind die Scherkräfte viel größer als bei relativ flüssigen Massen. Ein Behälter habe einen Durchmesser von z. B. 70cm (= 3847cm ² ). Die auf die Masse drückende Pumpe wiege mit Zubehör z. B. 30kg. Somit drücken nur rund 7,8g/cm ² = 0.0078bar auf die Masse. Das reicht aber meistens aus, um unterschiedliche Füllhöhen auszugleichen.

Das Schaufelrad besteht aus mindestens 2 Schaufeln. Sie sind ähnlich wie bei einem Propeller angeordnet damit kein Biegemoment auftritt. Sie sollten wie eine Sichel leicht nach vorne gebogen oder schräg zur Drehrichtung - also etwas vom Mittelpunkt versetzt - oder in einer Kombination dieser beiden Möglichkeiten fixiert sein, denn die Masse kann leichter bewegt werden, wenn die Schaufeln schräg auf sie treffen. Unterhalb des Stators und ggf. der Platte sind die Schaufeln senkrecht, damit sie nicht gegen sie fördern. Im Bereich des Pumpeneintritts sollten sie so nach hinten geneigt sein, dass die Masse nach oben in die Pumpe geschoben wird. Im Idealfall schiebt das Schaufelrad genau so viel in die Pumpe wie diese pumpen kann.

Gemäß den Lehrbüchern ist der Druck in einem geschlossenen Behälter überall gleich. Bei sehr zähen Massen stimmt das aber nicht. Es kann einige Zeit vergehen bis die zu pumpende Masse verformt wird und einen größeren Druck auf die Wände ausüben kann. Bei gekühlter Butter z. B. ist das - wie oben gezeigt - klar erkennbar. Man kann das auch sehen, wenn eine Masse in eine Pumpe gepresst wird. Es ist offensichtlich, dass der Druck der Platte auf die Masse größer ist als der Druck mit dem man sie durch das Loch drücken kann, was einen dafür ausreichend großen Druck voraussetzt.

Der Unterschied erklärt sich dadurch, dass der Druck der Platte senkrecht nach unten bis zum Behälterboden geht. Von dort geht gemäß dem 3. Newtonschen Axiom ein Gegendruck aus. Diese beiden Kräfte treffen sich. Die Masse muss zur Seite ausweichen. Sie wird dabei von den Scherkräften - also durch Reibung - gebremst. Unterhalb des Lochs in der Platte treffen die resultierenden, deutlich schwächeren Kräfte jeweils waagerecht aufeinander. Von dort muss die Masse senkrecht nach oben in die Pumpe aufsteigen, wobei erneut Scherkräfte auftreten. Die Kräfte wirken stets geradlinig und nicht in einem Bogen. Sie wirken umso besser je geradliniger die Masse fließen kann. Die Masse muss bei den verbreiteten Systemen entgegen der über die Platte übertragenen Kräfte in die Pumpe steigen. Die Gegenkraft, die beim Saugen auftritt, kann man sich gut vorstellen, wenn man sich den umgekehrten Vorgang vorstellt - also wenn die Pumpe die Masse in den Behälter pumpt. Am offensichtlichsten ist das, wenn die Pumpe nahe am Behälterboden ist, da dieser nicht weggedrückt werden kann. Das Schaufelrad würde bei dieser Betrachtungsweise bewirken, dass die Masse nicht gegen den Behälterboden gepumpt wird, sondern dass sie zur Seite gelenkt wird. Weiter oben bewirkt es, dass die bereits im Behälter vorhandene Masse nicht verdrängt werden muss. Diese Gegenkraft gibt es mit umgekehrtem Vorzeichen auch beim Saugen. Bei dieser Betrachtungsweise ist auch ersichtlich, dass es nicht ausreichend ist, wenn kein Schaufelrad verwendet wird und nur die Platte trichterförmig von innen nach außen geneigt ist, da die Gegenkraft beim Saugen weiterhin auftritt, und die Masse nur mit einer kleinen Kraft zur Mitte gedrückt wird.

Bei den bekannten Systemen ist die Bildung eines - vom Dampfdruck abgesehen - tatsächlich existierenden Vakuums unterhalb der Platte (Masse am Behälterrand bleibt stehen, es gelangt nur Masse von der Behältermitte in die Pumpe) im Gegensatz zu den Darstellungen einiger Hersteller von Pumpen nicht möglich, da das dabei entstehende Vakuum stärker ist als der von einer Pumpe erzeugbare Unterdruck. Außerdem müsste die Schwerkraft der Masse überwunden werden. Das kann man leicht erkennen, wenn man sich vorstellt, dass die Platte nicht nach unten bewegt werden kann, so dass ein geschlossener Behälter mit festen Wänden vorliegt. Es kann dann auch keine Flüssigkeit wie Wasser gepumpt werden. Bei meinem System würde so lange gepumpt werden, wie das Schaufelrad in der Masse ist.

Bei einer Exzenterschneckenpumpe wird der Rotor um einen Mittelpunkt gedreht, welcher nicht der Mittelpunkt des Rotors ist. Die meisten Massen wie Teig, Kleber oder Fett können aber sehr leicht in einen leeren Raum - den Pumpeneintritt - gedrückt werden, wenn das in die Richtung des Drucks geschieht. Ein kurzes Schaufelrad am Rotor erzeugt dann kein hohes Moment, so dass es an ihm befestigt werden kann (Abb. 4). Dadurch kann das System einfacher gestaltet werden. Der zusätzliche Motor entfällt und die Platte ist weniger aufwendig.

Bei einer Förderschnecken-Fasspumpe rotiert die Förderschnecke immer so um ihre eigene Achse, dass ihr Mittelpunkt stets unverändert bleibt. Deshalb kann man an ihr problemlos auch ein großes Schaufelrad montieren, ohne dass es ein größeres Biegemoment im Betrieb gibt. Dasselbe gilt für Doppelspindelpumpen.

Es kann auch der Behälter anstelle des Schaufelrads bzw. der Platte gedreht werden. Das ist aber nicht vorteilhaft.

Wenn das Schaufelrad am Rotor befestigt ist und nicht über den äußeren Rand des Stators hinaus reicht, dann kann das Pumpwerk durch das Loch in der Platte geschoben werden. Wenn das Schaufelrad größer ist, dann muss das Loch in der Platte größer sein. Die Lücke kann durch eine weitere, fest am Pumpwerk montierte Platte geschlossen werden. Die beiden Platten müssen entsprechend positioniert werden. Die eigentliche Platte kann dann zuerst auf die zu pumpende Masse gelegt werden. Die dabei eingeschlossene Luft kann mittels manuellen Druck auf die Platte durch das Loch hinaus gedrückt werden. Die Massen, die mit diesem System vorzugsweise gepumpt werden, sind so zähflüssig, dass sie nicht so leicht über die Platte fließen. Dann kann die Pumpe auf die Platte abgesenkt und durch eine Sperre richtig positioniert werden. Die Platte kann z. B. mit einer Kette an der Pumpe befestigt werden, um sie zusammen mit der Pumpe wieder anheben zu können. Dann muss für das Anheben auch keine Druckluft unter die Platte gepumpt werden, was zu weiteren Einsparungen führt. Alternativ ist die Platte fest an der Pumpe befestigt und das Schaufelrad wird zum Schluss montiert. Die Luft muss dann vor dem Pumpen entweder abgesaugt oder durch eine verschließbare Öffnung hinaus gedrückt werden bzw. zum Anheben der Pumpe wieder hinein gepumpt oder gelassen werden.

Bis hierhin habe ich Möglichkeiten aufgezeigt wie die zu pumpende Masse relativ leicht in die eigentliche Pumpe gefördert werden kann. Bei den Exzenterschneckenpumpen, den Förderschnecken-Fasspumpen und den Doppelspindelpumpen trifft der Massenstrom in ihnen senkrecht auf eine Wand, welche die Begrenzung zum Antrieb ist. Die Masse muss senkrecht zu dem daraus resultierenden Gegendruck in die Pumpenaustrittsöffnung und von dort in die angeschlossenen Leitungen gedrückt werden. Bei Massen wie Fett, Kleber o. ä. ist das noch kein größeres Problem. Allerdings kann der Fluss der Masse verbessert werden. Wir haben gesehen, dass es kein Problem ist, Butter zu verformen, wenn der Druck schräg auf sie wirkt. Entsprechend kann auch beim Pumpen von z. B. Teig, Kleber, Fett etc. der Gegendruck in der Pumpe reduziert werden, wenn an der Wand zum Motor bzw. am Stator eine Schräge ist, welche die Masse in die Pumpenaustrittsöffnung leitet (Abb. 5). Der waagerechte Teil der Schräge in der Zeichnung stellt ein Lager mit Abdichtung dar. Idealerweise geht diese Schräge über den ganzen Querschnitt. Wenn das nicht möglich ist dann muss die Schräge an der Wand sein, welche gegenüber von der Pum- penaustrittsöffhung ist. Von dort geht dann ein Druck senkrecht zur Förderrichtung aus, wodurch die Masse in die Pumpenaustrittsöffnung gelenkt wird. Das schont die Pumpe, entlastet die Wellenabdichtung und senkt die Energiekosten. Alternativ kann z. B. auch die Verwendung einer Drehkolbenpumpe geprüft werden. Der Behälter muss dann natürlich so groß sein, dass die Pumpe zusammen mit dem Motor für das Schaufelrad hinein passt.

Die meisten Massen muss man nicht unbedingt aus einem runden Fass heraus pumpen. Zur besseren Nutzung der Transport- und Lagerkapazitäten und ggf. auch zur weiteren Reduzierung der Rüstzeiten aufgrund größerer Behälter kann man ggf. auch eckige Behälter nehmen. Die Platte wird dabei natürlich nicht gedreht. Das Schaufelrad kann dann zwar nicht überall bis zur Behälterwand gehen, die von den Schaufeln nicht weg transportierte Masse steht dann aber durch die Gewichtskraft der Pumpe unter einem vergleichsweise hohen Druck, so dass die meisten Massen dadurch vom Rand zur Behältermitte gedrückt werden.

Der technische Aufwand und die Anzahl an Arbeitsschritten ist bei allen Varianten meiner Lösung niedriger als bei den alternativen bekannten Systemen. Es kann mobil und somit flexibel eingesetzt werden. Die Pumpe kann an einem schwenkbaren, langen Ausleger befestigt werden. Es kann auch ein Gestell auf dem Rand des Behälters befestigt werden, worin die Pumpe gestellt und durch die Schwerkraft nach unten geführt wird. Das System kann dann von Hand transportiert werden. Die Fässer können beim Entleeren auf einer Palette stehen bleiben. Da das Hand- ling vereinfacht wird, können größere Fässer benutzt werden. Dadurch können die Rüstzeiten und die Restmengen in den Behältern kleiner werden. Somit werden auch natürliche Ressourcen eingespart. Der Materialpreis pro Kilogramm bzw. Liter ist bei größeren Behältern in der Regel niedriger als bei kleineren Behältern. Außerdem wird Energie eingespart.