Wer in der Industrie Flüssigkeiten, Suspensionen oder empfindliche Produkte fördert, steht früher oder später vor einer entscheidenden Frage: Wie viel mechanische Beanspruchung verträgt das Fördermedium? Die Antwort hängt direkt mit dem Begriff der Scherkraft zusammen. Ob in der Lebensmittelindustrie, der Pharmazie oder der chemischen Verarbeitung – die Wahl zwischen scherkraftarmer und scherkraftreicher Förderung kann über Produktqualität, Prozessstabilität und Wirtschaftlichkeit entscheiden.

Dieser Artikel erklärt, was Scherkräfte in der Pumpentechnik bedeuten, welche Medien besonders empfindlich reagieren und welche Pumpentypen für welche Anwendungsfälle geeignet sind. So können Sie die passende Industriepumpe für Ihr Fördermedium gezielt auswählen.

Was bedeutet Scherkraft bei der Förderung von Medien?

Scherkraft bei der Förderung von Medien bezeichnet die mechanische Kraft, die beim Pumpen auf ein Fördermedium einwirkt und dessen innere Struktur beansprucht oder verändert. Sie entsteht durch Druckunterschiede, Strömungsgeschwindigkeiten und bewegliche Pumpenteile, die das Medium zwischen sich und dem Gehäuse quetschen, reiben oder beschleunigen.

Vereinfacht ausgedrückt: Jede Pumpe verrichtet beim Fördern eine gewisse mechanische Arbeit am Medium. Diese Arbeit kann sanft und schonend erfolgen oder mit hohem Druck und starker Verwirbelung verbunden sein. Das Ausmaß dieser Beanspruchung wird als Scherkraft bezeichnet. Je höher die Scherkraft, desto stärker wird das Medium mechanisch belastet.

In der Praxis ist die Scherkraft besonders dann relevant, wenn das Fördermedium eine bestimmte Struktur, Konsistenz oder biologische Integrität aufweist, die durch mechanische Einwirkung verändert werden kann. Für wässrige, homogene Flüssigkeiten ohne empfindliche Bestandteile spielt die Scherkraft meist eine untergeordnete Rolle. Bei strukturierten, viskosen oder biologisch aktiven Medien hingegen ist sie ein zentrales Auswahlkriterium für die richtige Pumpe.

Welche Medien reagieren empfindlich auf hohe Scherkräfte?

Scherempfindliche Medien sind Stoffe, deren physikalische, chemische oder biologische Eigenschaften sich unter mechanischer Beanspruchung verändern. Dazu zählen unter anderem Emulsionen, Suspensionen, zellhaltige Flüssigkeiten, hochviskose Pasten, Fruchtzubereitungen, Joghurt, Sahne, Fermentationsbrühen sowie Polymerlösungen.

In der Lebensmittelindustrie sind es häufig Produkte mit empfindlicher Textur oder Zellstruktur: Frucht- und Gemüsekonzentrate, Nougatpasten, Erdnussbutter oder Tomatenpasten verlieren bei zu hoher mechanischer Beanspruchung ihre gewünschte Konsistenz. In der Pharmazie und Biotechnologie sind es vor allem Zellkulturen, Proteinlösungen und biologische Wirkstoffe, bei denen Scherkräfte zur Zerstörung von Zellmembranen oder zur Denaturierung von Proteinen führen können.

Weitere typische scherempfindliche Medien im industriellen Einsatz

• Emulsionen (z. B. Öl-Wasser-Gemische), bei denen Scherkräfte zur Phasentrennung führen
• Polymerlösungen, deren Kettenlänge durch mechanische Beanspruchung reduziert wird
• Schlämme und Suspensionen mit Feststoffanteilen, die unter Druck agglomerieren oder zerfallen
• Hochviskose Pasten, die bei falscher Förderung ihre Fließeigenschaften dauerhaft verändern
• Biologisch aktive Flüssigkeiten wie Fermentationsbrühen oder Blutprodukte

Gemeinsam ist diesen Medien, dass ihre Produktqualität unmittelbar von der Art der Förderung abhängt. Eine falsch gewählte Pumpe kann hier nicht nur zu Qualitätsverlusten, sondern auch zu wirtschaftlichen Schäden führen.

Was ist der Unterschied zwischen scherkraftarmer und scherkraftreicher Förderung?

Der wesentliche Unterschied liegt in der Art, wie das Fördermedium durch die Pumpe bewegt wird. Bei der scherkraftarmen Förderung wird das Medium sanft und druckschonend transportiert, ohne dass bewegliche Teile direkt auf das Medium einwirken. Bei der scherkraftreichen Förderung entstehen hohe Strömungsgeschwindigkeiten, Turbulenzen oder mechanische Kontaktkräfte, die das Medium stark beanspruchen.

Scherkraftarme Pumpen arbeiten nach dem Verdrängerprinzip: Sie transportieren ein definiertes Volumen pro Umdrehung, ohne das Medium zu zerquetschen oder zu beschleunigen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßige, pulsationsarme Förderung mit geringer mechanischer Belastung. Typische Vertreter sind Schlauchpumpen (auch Peristaltikpumpen oder Schlauchquetschpumpen genannt) und Drehkolbenpumpen.

Scherkraftreiche Pumpen hingegen nutzen hohe Drehzahlen und Strömungsenergie zur Förderung. Kreiselpumpen sind das bekannteste Beispiel: Das Laufrad beschleunigt die Flüssigkeit durch Fliehkraft, was zu intensiver Verwirbelung und hohen Scherkräften führt. Für viele Standardanwendungen mit robusten Medien ist das kein Problem. Bei empfindlichen Fördermedien kann diese Art der Förderung jedoch die Produktstruktur dauerhaft verändern.

Übersicht: Scherkraftarme vs. scherkraftreiche Förderung

• Scherkraftarme Förderung: Verdrängerprinzip, schonendes Fördern, geeignet für empfindliche Medien, gleichmäßiger Volumenstrom
• Scherkraftreiche Förderung: Fliehkraft- oder Turbulenzprinzip, hohe Förderleistung, geeignet für robuste Medien, effizient bei niedrigviskosen Flüssigkeiten

Welche Pumpentypen eignen sich für scherkraftarme Förderung?

Für die scherkraftarme Förderung eignen sich vor allem Verdrängerpumpen, die das Medium ohne direkten mechanischen Kontakt durch das Pumpengehäuse transportieren. Die wichtigsten Pumpentypen sind Schlauchpumpen, Drehkolbenpumpen und Membranpumpen.

Die Schlauchpumpe (auch Peristaltikpumpe oder Schlauchquetschpumpe) fördert nach dem peristaltischen Prinzip: Ein Schlauch wird durch Gleitschuhe oder Rollen abgeklemmt, wodurch das Medium sanft vorwärtsbewegt wird. Das Fördermedium kommt dabei ausschließlich mit dem Schlauchinneren in Kontakt und wird nicht durch mechanische Bauteile beansprucht. Diese Eigenschaft macht Schlauchpumpen besonders geeignet für Lebensmittelanwendungen, hygienisch kritische Prozesse und empfindliche Suspensionen. Für Niederdruckanwendungen stehen Schläuche in USP-VI-Qualität zur Verfügung; für höhere Drücke bis 15 bar kommen Schläuche aus NR und NBR mit FDA-Zulassung zum Einsatz.

Die Drehkolbenpumpe ist eine klassische Verdrängerpumpe, bei der zwei gegenläufige Rotoren ein definiertes Volumen fördern, ohne sich gegenseitig zu berühren. Die Rotoren sind extern synchronisiert, sodass die vorgegebenen Spaltmaße stets eingehalten werden. Diese Bauweise erzeugt nur minimale Scherkräfte und eignet sich hervorragend für Suspensionen, Emulsionen und hochviskose Flüssigkeiten. Förderleistungen von bis zu 82 m³/h und Drücke von bis zu 10 bar sind möglich. Für hygienisch anspruchsvolle Anwendungen in der Pharmazie, Biotechnologie und Lebensmittelindustrie steht zudem eine Aseptik-Baureihe für sterile Prozesse zur Verfügung.

Membranpumpen arbeiten ebenfalls nach dem Verdrängerprinzip und sind trockenlauffähig sowie selbstansaugend. Da das Fördermedium ausschließlich mit der Membran und den Ventilen in Kontakt kommt, entstehen kaum Scherkräfte. Sie eignen sich besonders für aggressive, abrasive oder scherempfindliche Medien.

Wann ist eine scherkraftreiche Pumpe die richtige Wahl?

Eine scherkraftreiche Pumpe ist die richtige Wahl, wenn das Fördermedium robust, homogen und nicht scherempfindlich ist und gleichzeitig hohe Fördermengen oder Drücke gefordert werden. Typische Einsatzbereiche sind die Wasserversorgung, die chemische Industrie mit stabilen Flüssigkeiten sowie die Kühlung und Zirkulation in industriellen Prozessen.

Kreiselpumpen sind in diesen Anwendungen besonders effizient, weil sie hohe Volumenströme mit vergleichsweise geringem Energieeinsatz erzielen. Ihre Stärken liegen bei dünnflüssigen, niedrigviskosen Medien wie Wasser, Kühlmitteln oder einfachen chemischen Lösungen. Sobald das Medium jedoch eine Struktur aufweist, die durch Turbulenzen oder Beschleunigungskräfte verändert werden kann, stößt die Kreiselpumpe an ihre Grenzen.

Auch in der Galvanik und Oberflächentechnik werden häufig scherkraftreiche Pumpen eingesetzt, weil die verwendeten Bäder und Lösungen keine empfindlichen Strukturen aufweisen und die Förderleistung im Vordergrund steht. Entscheidend ist also immer die Kombination aus Mediumeigenschaften und Prozessanforderungen.

Wie wählt man die passende Pumpe für empfindliche Fördermedien aus?

Die Auswahl der richtigen Pumpe für empfindliche Fördermedien beginnt mit einer genauen Analyse des Mediums und der Prozessanforderungen. Wer das Fördermedium, die gewünschte Fördermenge, die Temperatur, den erforderlichen Druck und die chemischen Eigenschaften kennt, kann systematisch die geeignete Pumpenart bestimmen.

Folgende Fragen helfen bei der Entscheidung:

• Ist das Medium scherempfindlich (z. B. Emulsion, Suspension, biologisch aktive Flüssigkeit)?
• Welche Viskosität hat das Medium bei Betriebstemperatur?
• Gibt es Feststoffanteile, die abrasiv wirken oder mechanisch geschützt werden müssen?
• Welche hygienischen Anforderungen gelten (z. B. FDA, USP VI, sterile Anwendung)?
• Wie hoch sind die geforderten Drücke und Volumenströme?
• Ist eine pulsationsarme Förderung erforderlich?

Wenn scherempfindliche Medien gefördert werden sollen, fällt die Wahl in der Regel auf eine Schlauchpumpe oder eine Drehkolbenpumpe. Bei hochviskosen, pastösen Produkten wie Tomatenpasten oder Fruchtkonzentraten kann zusätzlich ein Fassentleersystem sinnvoll sein, bei dem ein Kolben das Produkt pneumatisch in den Saugstutzen der Pumpe drückt, um eine zuverlässige Entleerung ohne übermäßige mechanische Beanspruchung zu gewährleisten.

Für Anwendungen, bei denen keine Druckluft verfügbar ist oder eine elektrische Regelbarkeit gefragt ist, bieten elektrische Membranpumpen mit Frequenzumrichter eine flexible Alternative. Die Fördermenge lässt sich drehzahlproportional anpassen, was besonders bei variablen Prozessanforderungen von Vorteil ist. Wer mehr über die verschiedenen Pumpentypen und ihre Einsatzbereiche erfahren möchte, findet auf der Steinle-Pumpen-Website eine umfassende Übersicht aller verfügbaren Pumpenlösungen.

Steinle Industriepumpen GmbH: Ihr Partner für schonende und zuverlässige Förderung

Als Hersteller und Vertriebspartner für Industriepumpen unterstützen wir Sie dabei, die exakt passende Pumpe für Ihr Fördermedium und Ihre Prozessanforderungen zu finden. Ob scherkraftarme Förderung für empfindliche Lebensmittel oder robuste Förderleistung für industrielle Standardanwendungen: Wir decken das gesamte Spektrum ab.

Unser Angebot für Ihre Anwendung umfasst:

• Drehkolbenpumpen für scherempfindliche Medien, Suspensionen und hygienisch anspruchsvolle Prozesse, inklusive Aseptik-Baureihe für sterile Anwendungen
• Schlauchpumpen (Peristaltikpumpen) in Lebensmittel- und Industrieausführung, mit Schläuchen in USP-VI-Qualität oder FDA-zugelassenen Materialien
• Membranpumpen als Druckluft- oder elektrische Variante für aggressive, abrasive und scherempfindliche Medien
• Kreiselpumpen für robuste, niedrigviskose Medien mit hohem Durchsatzbedarf
• Fassentleersysteme für hochviskose Produkte wie Pasten und Konzentrate
• Persönliche Fachberatung durch erfahrene Außendienstmitarbeiter, die Ihre spezifischen Prozessanforderungen kennen

Teilen Sie uns einfach Ihr Fördermedium, die gewünschte Menge, die Temperatur und weitere relevante Parameter mit, und wir empfehlen Ihnen die optimale Pumpe für Ihren Betrieb. Nehmen Sie jetzt Kontakt mit uns auf und erhalten Sie eine unverbindliche, individuelle Beratung.