Ratgeber
Kreiselpumpen werden sowohl im Privatbereich als auch im Gewerbe und in der Industrie gerne eingesetzt. Kein Wunder, denn die Pumpen sind zuverlässig, langlebig und leistungsstark. Doch das ist nicht alles, was Kreiselpumpen auszeichnet. Unser Ratgeber verrät Ihnen noch viele weitere interessante Details.
Kreiselpumpen werden auch als Strömungsmaschinen bezeichnet. Sie nutzen die dynamischen Kräfte einer Drehbewegung, um das Medium zu befördern. Das Medium kann aus einer Flüssigkeit oder einem Gemisch aus Flüssigkeit und Gas oder Luft bestehen.
Die am häufigsten anzutreffende Kreiselpumpe ist die Radialkreiselpumpe. Bei dieser Pumpenart wird die bei einer Drehbewegung entstehende Fliehkraft genutzt. Deshalb werden diese Pumpen auch Zentrifugalpumpen genannt. Im Gegensatz zu den Radialkreiselpumpen gibt es noch die Axialkreiselpumpen. So wie bei einem Computer- oder Rohrlüfter wird bei einer Axialkreiselpumpe das Medium parallel zur Drehachse des Pumpenrades gefördert.
Der Begriff Kreiselpumpe bezeichnet aber nicht nur die Art und Weise, wie eine Pumpe funktioniert. Zirkulationspumpen, Tauchpumpen, Gartenpumpen oder auch Umwälzpumpen funktionieren zwar grössten Teils nach dem Kreiselpumpenprinzip, werden in der Praxis eher nach ihrem Aufgabengebiet bzw. Einsatzzweck bezeichnet. Lediglich einige bestimmte Radialkreiselpumpen werden auch in der Praxis als Kreiselpumpen bezeichnet.
Das Fördermedium wird durch das Flügelrad in Rotation versetzt.
Das Funktionsprinzip einer Kreiselpumpe, Verdrängungspumpe oder Zentrifugalpumpe kann man sich sehr schön anhand eines Wasserglases vorstellen. Wenn das Wasser im Glas mit einem Löffel in schnelle Rotation versetzt wird, steigt der Druck des Wassers am Glasrand. In der Mitte des Glases verringert sich der Druck.
Demzufolge sinkt der Pegelstand in der Mitte des Glases und am Rand steigt er. Wenn das Glas eine Öffnug hätte, die im Ruhezustand knapp über der Wasserlinie liegt, würde jetzt durch diese Öffnung das Wasser ablaufen.
Bei einer Radialkreiselpumpe setzt ein Flügelrad (1) das Medium in Rotation. Dieses Flügelrad wird von einem Motor angetrieben. In der Mitte des Flügelrades, da wo ein Unterdruck herrscht, wird das Wasser über den Einlaufstutzen zugeführt.
Am äusseren Rand des Flügelrades, wo der grösste Druck herrscht, wird das Wasser über den Druckstutzen (2) abgeführt. Aufgrund der kontinuierlichen Drehbewegung erzeugen Kreiselpumpen einen gleichmässigen Wasserstrom.
Unser Praxistipp:
Bei einem Stillstand der Pumpe kann das Wasser ohne grossen Widerstand rückwärts durch die Pumpe fliessen. Um zu verhindern, dass die Pumpe und der Saugschlauch leer laufen, muss in die Saugleitung ein Rückschlagventil (Fussventil) eingebaut werden (siehe nachfolgende Skizzen A - C).
Bei einer mehrstufigen Kreiselpumpe sitzen auf der Antriebswelle mehrere Flügelräder. Oder anders ausgedrückt: In einem Pumpengehäuse sind mehrere Pumpen (Förderstufen) hintereinander geschaltet.
Das Wasser wird über den Ansaugstutzen in die Mitte des ersten Flügelrades geleitet. Durch die Drehbewegung des Flügelrades wird das Wasser mit Druck zum Rand des Rades gepresst. Von dort wird es über Kanäle zur Mitte des zweiten Flügelrades umgelenkt.
Durch das zweite Flügelrad wird der Druck des Wassers weiter erhöht und zum dritten Flügelrad geleitet. Der Vorgang wird solange wiederholt, bis der gewünschte Druck erreicht ist. So schafft man es auf wirtschaftliche Weise den Druck und somit auch die Förderhöhe von Kreiselpumpen zu steigern. Allerdings sind mehrstufige Pumpen nicht so robust wie einstufige Pumpen.
Im Gegensatz zu einstufigen Pumpen, mit nur einem Flügelrad, weisen mehrstufige Pumpen ein deutlich längeres Pumpengehäuse auf.
Bei mehrstufigen Pumpen sind die Pumpengehäuse deutlich länger.
Teiche, Zisternen oder Brunnen werden gerne zur Gartenbewässerung genutzt. Allerdings liegt bei diesen Wasserspeichern das Niveau der Wasseroberfläche oftmals deutlich tiefer, als die Erdoberfläche. Eine Pumpe muss darum das Wasser über einen Saugschlauch nach oben ansaugen.
Bei Radialkreiselpumpen sind das Laufrad und das Pumpengehäuse so ausgelegt, dass sie mit flüssigen Medien bestens funktioniert. Befindet sich jedoch Luft in diesem Bereich, hat die Wasserpumpe keine Chance, eine Flüssigkeit über den Saugschlauch anzusaugen.
Deshalb müssen das Pumpengehäuse und der Saugschlauch vor dem ersten Einsatz mit Wasser befüllt werden.
Wichtig:
Der Ansaugschlauch muss stabil aufgebaut sein und darf aufgrund des Unterdrucks nicht in sich zusammenfallen oder an Biegungen abknicken.
Einige Hersteller werben damit, dass ihre Wasserpumpen selbstansaugend sind. Das ist aber leider nur die halbe Wahrheit. Auch selbstansaugende Zentrifugalpumpen schaffen es nicht, das Pumpengehäuse und den Saugschlauch bei der ersten Inbetriebnahme selbsttätig mit Wasser zu befüllen.
Das Pumpengehäuse muss vor der ersten Anwendung von Hand mit Wasser befüllt werden (siehe Abbildung A).
Auch bei einer selbstansaugenden Pumpe muss das Pumpengehäuse mit Wasser befüllt werden.
Wenn nun die Pumpe eingeschaltet wird, befördert das Flügelrad bzw. Laufrad das Wasser im Pumpengehäuse nach oben in Richtung Druckausgang. Über den Ansaugschlauch wird dabei Luft angesaugt, die sich mit dem vorhandenen Wasser vermischt. Das Laufrad befördert nun eine Mischung aus Wasser und Luft in Richtung Druckauslass. Dort entweicht die Luft über den Druckstutzen und das Wasser fliesst zurück zum Pumpenrad (siehe Abbildung B).
Mit Hilfe des Wassers wird das Pumpengehäuse und der Ansaugschlauch entlüftet.
Der Vorgang läuft so lange, bis über den Saugschlauch keine Luft sondern Wasser angesaugt wird (siehe Abbildung C).
Die Zirkulationspumpe ist nun in der Lage einen Wasserdruck aufzubauen bzw. Wasser zu fördern.
Eine Ventilklappe am Boden des Saugrohres verhindert das Zurückfliessen des Wassers bei abgeschalteter Pumpe.
Nach kurzer Zeit ist die Luft komplett entwichen und es wird Wasser gepumpt.
Ein Edelstahlgehäuse widersteht aggressiven Fluiden.
Im Privatbereich werden Kreiselpumpen vorzugsweise zur Trinkwasser-Druckerhöhung oder als Wasserpumpen zur Bewässerung des Gartens genutzt.
In der Industrie werden die hochwertigen Pumpen zum Anlagen- oder Apparatebau eingesetzt. Aufgrund des hohen Arbeitsdruckes, den mehrstufige Pumpen erzeugen können, sind sie auch ideal für die unterschiedlichsten Spezialanwendungen geeignet.
Pumpen aus Edelstahl sind zudem auch resistent gegen moderat aggressive Flüssigkeiten.
Fördermedium
Das wichtigste Auswahlkriterium ist das Fördermedium. In den technischen Angaben ist genau festgehalten, welches Medium die Pumpe fördern kann. Wenn der Hersteller bei einer Zentrifugalpumpe ausschliesslich klares Wasser vorschreibt, dürfen keine Feststoffe oder Schwebeteile enthalten sein. Dies könnte u.U. zu Schäden an der Wasserpumpe führen.
Fördermenge und Förderhöhe
Weitere wichtige Kriterien bei der Auswahl einer passenden Kreiselpumpe sind die Förderleistung und die Förderhöhe. Wenn bei einer Pumpe eine Förderhöhe von 68 m und eine Fördermenge von 7600 l/h angegeben sind, heisst das noch lange nicht, dass dieses Exemplar in einer Stunde 7600 l auf eine Höhe 68 m pumpen kann. Diese Werte sind lediglich als Grenzwerte anzusehen, die sich gegenseitig beeinflussen. Je grösser die Förderhöhe, desto geringer wird die Fördermenge.
Die Hersteller legen ihren Pumpen Diagramme bei, aus denen bei den unterschiedlichen Förderhöhen die erreichbare Fördermenge abgelesen werden kann.
Pumpendruck und Förderhöhe
Der Pumpendruck und die Förderhöhe stehen im direkten Zusammenhang. Bei einem Pumpendruck von 1 bar wird eine Förderhöhe von 10 m erreicht. Demzufolge erzeugt eine Pumpe mit 55 m Förderhöhe einen Druck von 5,5 bar.
Ansaughöhe
Aufgrund des atmosphärischen Luftdrucks ist die in der Praxis erreichbare Ansaughöhe auf 7 – 8 m begrenzt. Die Leistung der Pumpe spielt dabei keine Rolle. Wenn grössere Ansaughöhen überwunden werden müssen, ist auf der Ansaugseite der Kreiselpumpe eine zusätzliche Druckpumpe mit geeigneter Fördermenge einzusetzen.
Betriebsart
Die Betriebsart beschreibt das Verhältnis von Betriebszeit zur Pausenzeit. Eine Zirkulationspumpe mit der Angabe S1 ist für den Dauerbetrieb ausgelegt. Pumpen mit dem Betriebsart-Kurzzeichen S2 – S9 sind nicht für den Dauerbetrieb ausgelegt. Wird die Einschaltdauer z.B. mit S3 – 30% angegeben, bezieht sich der Wert auf ein Zeitfenster (Spieldauer) von 10 Minuten. In der Praxis darf die Pumpe 3 Minuten laufen und muss dann für 7 Minuten abgeschaltet werden.
Ansaugschlauch
Der Durchmesser des Ansaugschlauchs sollte mindestens so gross oder grösser als der Durchmesser des Saugstutzens sein. Die mechanische Beschaffenheit sollte so sein, dass der Ansaugschlauch nicht zusammengedrückt oder abgeknickt werden kann. Um bei abgeschalteter Pumpe ein Zurücklaufen des Wassers zu verhindern, sollte der Ansaugschlauch mit einem Fussventil (siehe Skizzen A - C) ausgestattet sein.
Elektrischer Anschluss
Der elektrische Anschluss einer Kreiselpumpe hat gemäss den gültigen Vorschriften für den Betrieb von Elektrogeräten zu erfolgen. Der Stromanschluss muss mit geeigneten Überstrom- und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen abgesichert sein.
Trockenlauf
Bei Kreiselpumpen dient das Fördermedium auch zum Kühlen und Schmieren der Pumpe. Wenn nun Luft über den Ansaugschlauch eingedrungen ist oder sich eine unerwünschte Gasblase im Pumpengehäuse gebildet hat, spricht man vom partiellen Trockenlauf. Wegen der fehlenden Kühlung kann es zu einer erhöhten Wärmeentwicklung kommen. Der dadurch gesteigerte Abrieb an den Dichtringen führt zu Undichtigkeiten und in Folge davon zu Lagerschäden. Im Extremfall wird die komplette Pumpe zerstört. Um dies zu vermeiden sind Trockenlauf-Schutzvorrichtungen einzusetzen. In der Praxis haben sich Durchflusswächter bewährt, die bei fehlender Wasserförderung die Pumpe abschalten.