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Pumpen-Knowhow

Eine Pumpe ist grundsätzlich ein Mittel zum Zweck. Scheinbar erfüllen eine Vielzahl verschiedenster aber auch sehr ähnlicher Pumpen die gestellten Anforderungen. Den meisten Anwendern fehlt der Sachverstand, die für eine bestimmte Aufgabe günstigste Pumpe auszuwählen. Meist wird nach Herstellern d.h. Markennamen oder aber nach dem niedrigsten Anschaffungspreis ausgewählt.

Die folgenden Ausführungen sollen ein wenig die Unterschiede bezüglich der verschiedenen Pumpentypen beleuchten - wir bieten Ihnen jedoch gerne unsere Beratungsleistung bei der konkreten Auslegung für Ihre Aufgabe an.

Wie bei nahezu allen Produktionseinrichtungen oder Teilen davon, sollte die Auswahl jedoch nach den „life cycle costs“, das heißt, nach der Summe der Kosten, die während des gesamte Einsatzes der Anlage oder hier der Pumpe anfallen, gefällt werden.

Die Auswahl der richtigen Pumpe erfolgt vor allem zum einen nach dem zu förderndem Produkt und zum anderen nach den hydraulischen Anforderungen.

- Über das zu fördernde Produkt sind folgende Daten wichtig:

· Wie empfindlich ist das Produkt gegenüber Scherkräften, bzw. sind Scherkräfte erwünscht? (Bsp. Ganze Früchte... Lösen von Trockenstoffen)
· Viskosität
· Dichte
· werden Gasanteile mitgefördert (Bsp. CIP Rücklaufpumpe, Entleeren von Tanks) ?
· Siedepunkt
· Temperatur
· Besondere Produkteigenschaften, wie z.B. abrasiv (z.B. Filterhilfsmittel), neigt zum Auskristallisieren (z.B. hohe Zuckerkonzentrationen), Nicht-Newton-Flüssigkeit (z.B. Xanthan), Explosiv (z.B. in Äthanol gelöstes Limonenöl)

- Für die hydraulische Auslegung der Pumpe sind natürlich

· der Volumenstrom,
· die Druckdifferenz und
· die Zulaufhöhe wichtig.

Die Pumpe, die am häufigsten eingesetzt wird, ist die Kreiselpumpe mit Gleitringwellenabdichtung und offenem Laufrad, entweder in tiefgezogener oder in massiver Bauweise.

Konstruktiv bestimmen

· die Tiefe des Gehäuses und die Größe der Stutzen bei einer Kreiselpumpe den Volumenstrom und
· die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades bestimmt den Druck.

Bei zahlreichen Anwendungsfällen wird ein relativ hoher Druck bei geringem Volumenstrom benötigt. Die technische Lösung besteht hier üblicherweise entweder aus mehrstufigen Kreiselpumpen oder aber aus dem Einsatz einer großen einstufigen Kreiselpumpe. Beide Lösungen sind jedoch Kompromisse.

Kreiselpumpen gelten als pulsationsfrei, sind dieses aber nicht wirklich. Jedes Mal wenn eine Laufradschaufel den Druckstutzen passiert gibt es einen kleinen Druckstoß.

Es gibt sehr große Unterschiede bezüglich der produktschonenden Eigenschaften von Kreiselpumpen, prinzipiell gilt

· kleine Drehzahl mit entsprechend geringer Beschleunigung des Fördermediums,
· hohe Wirkungsgrade,
· gleichmäßige möglichst zentrale Druckumsetzung
· kleine, jedoch nicht kleinste Spaltmaße sowie
· Spiralgehäuse
begünstigen eine schonende Förderung.

Für besondere Einsatzfälle gibt es besondere Kreiselpumpen, wie z.B. selbstansaugende Kreiselpumpen oder Kreiselpumpen mit Inducer zur Reduzierung des NPSH-Wertes.

Insbesondere zur Förderung von hochviskosen Medien werden zwangsfördernde Pumpen eingesetzt.

Sehr häufig findet man noch Exzenterschneckenpumpen. Der aus einem Elastomer bestehende Stator ist ein Verschleißteil. Abrieb gelangt ins Produkt, weswegen z.B. im Molkereibereich meist weiße Statormaterialien eingesetzt werden.

Impellerpumpen sind trockenselbstansaugend und fördern produktschonend. Hier ist jedoch der Impeller das Verschleißteil.

Drehkolben- oder Kreiskolbenpumpen fördern sehr produktschonend, sie können trockenselbstansaugend ausgeführt sein.

Membranpumpen haben Ein- und Auslassventile, in denen sich das Fördermedium verklemmen kann, so dass die Pumpe nicht mehr fördert. Für Produktpumpen sollte eine Überwachung für die Unversehrtheit der Membrane zwingend vorgesehen werden. Sie lassen sich in großen Bereichen durch Hub- und Drehzahlveränderung verstellen. Pneumatisch angetriebene Membranpumpen haben relativ geringe Anschaffungskosten und können bei sehr geringen Betriebszeiten kostengünstig sein.

Strahlpumpen werden z.B. eingesetzt, um Trockenstoffe in eine Umwälzleitung einzusaugen oder um Gase in Flüssigkeiten zu lösen. Der Treibstahl kann flüssig oder gasförmig sein.

Kolbenpumpen und Zahnradpumpen werden meist als Dosierpumpen eingesetzt. Hygienisch einwandfreie Ausführungen sind sehr aufwendig und dementsprechend hochpreisig.

Es gibt eine große Anzahl brachenspezifischer Fachworte....

Förderstrom, dynamische Viskosität, Fließverhalten, Förderhöhe, Turbulente Strömung, NSPH-Wert, Förderleistung, Rynoldszahl, Druckverlust, Spaltverlust, Kavitation, Gleitringdichtung, pseudoplastisches Fließverhalten, Nenndurchmesser, Reibungsverluste in Armaturen und Rohren, Anlagen-Betriebspunkt, Q/H-Diagramm, Drosselventil, Bypassleitung, Druckdifferenz, Fördermedium, selbstansaugend, Wirkungsgrad, Baugröße, Strömungsgeschwindigkeit, Massenstrom, erforderliche Antriebsleistung, Pumpenkennlinie, statische Druckhöhe, vakuumetrische Saughöhe, Nennweite.....

Gerne stehen wir Ihnen beratend zur Verfügung, wenn Sie die optimale Pumpe suchen. Wir berücksichtigen die am Einbauort herrschenden Bedingungen, optimieren das Preis-Leistungs-Wartungskostenverhältnis und berechnen Ihnen die passenden "Schnittstellen-"Anschlüsse zu Ihrer Anlage.

Begriff	Formelzeichen	praxisübliche Einheit	kohärente Einheit
Förderstrom (pro Zeiteinheit nutzbar gefördertes Volumen)	Q	m³/h	l/h
Förderhöhe	H	m	m
NPSH-Wert	NPSH	m	m
Antriebsleistung	N	kW	Nm/s
Pumpenwirkungsgrad	η	%	-
Drehzahl	n	1/min	1/s
Druck	p	Pa	N/m²
Dichte	ρ	kg/dm³	kg/m³
Strömungsgeschwindigkeit	v	m/s	m/s
örtliche Fallbeschleunigung	g	m/s²	m/s²

Pumpen-Grundlagen

Pumpen sind Maschinen zum Transport von Flüssigkeiten (und sich ähnlich verhaltenden Medien). Sie sollen durch Energiezuführung einen bestimmten Förderstrom Q (m⊃3;/h) auf eine bestimmte Förderhöhe H (m) bringen.

Die Geschichte der Pumpe ist schon sehr alt. Sei es als Schöpfrad oder eleganter in der ca. 250 v. Ch. erfundenen Form der Archimedischen Schraubenpumpe (z.B. gelegentlich in Klärwerken zu sehen). Allerdings dauerte es dann bis in das 19. Jahrhundert, bis Kreiselpumpen entwickelt wurden.

Es werden zwei Grundprinzipien unterschieden: Die Verdrängerpumpe und die Kreiselpumpe (Strömungspumpen).

Bei der Verdrängerpumpe wird das zu fördernde Medium z.B. mittels eines Kolbens aus dem Arbeitsraum verdrängt (z.B. Plungerpumpe, Kolbenpumpe). Da Flüssigkeiten im Gegensatz zu Gasen nicht kompessibel sind, entspricht das geförderte Volumen direkt dem Volumen des Verdränger-Arbeitsraums. Verdrängerpumpen arbeiten nicht pulsationsfrei, d.h. es gibt einen oszillierenden Saug- und Druckarbeitszyklus. Sie sind meistens selbstansaugend.
Rotierende Verdrängerpumpen (z.B. Kreiskolbenpumpen, Exzenterschneckenpumpen) arbeiten aufgrund der Bauweise weitgehend pulsationsfrei und können ohne Saug- und Druckventile aufgebaut werden. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Drehzahl und Förderstrom Q.

Dagegen wird in einer Kreiselpumpe durch ein Laufrad Energie in das Medium eingebracht. Durch die Zentrifugalkraft entstehen Strömungen und im Siralraum wird dadurch eine Druckerhöhung bewirkt. Leichtverständliches aber hinkendes Beispiel: Bringt man Tee in einem Glas zum Rotieren (Löffel), so steigt die Flüssigkeit am Rand nach oben – man erzeugt eine „Förderhöhe“ durch Zentrifugalkräfte.
Es besteht ein direkter (aber nicht linearer) Zusammenhang zwischen Drehzahl, Laufraddurchmesser und Förderhöhe. Normalerweise sind nur gefüllte Kreiselpumpen selbstansaugend.

Neben dem eigentlichen Pumpengehäuse (also Arbeitsraum plus mechanisch notwendige Bestandteile wie Ventile und Kolben bzw. Laufräder) ist der Antrieb ein wichtiges Element einer Pumpenanlage. Werden steuerbare Fördermengen benötigt, setzt man heute in zunehmendem Maße elektrische Antriebe mit Frequenzumrichter-Steuerung ein. Dabei wird durch einen elektronischen Zwischenkreis die feste Betriebsspannung in eine regelbare Spannungsversorgung umgesetzt. Damit ist es möglich, Motoren in einem weiten Bereich drehzahlgeregelt der aktuell benötigten Antriebsleistung der Pumpe anzupassen.

PTK Pumpen Technik KARLE -- Tel. +49 - 6322 - 94 99 98 -- Mail: info@ptkpumpen.de