Die richtige Wahl einer Pumpe

Eine Pumpe ist eine mechanische Vorrichtung, die den Abfluss einer Flüssigkeit gewährleistet, indem die von einem Motor gelieferte Energie in hydraulische Energie umgewandelt wird. Das erste Auswahlkriterium für eine Pumpe ist sicherlich die Art der Flüssigkeit, die gepumpt werden soll. Berücksichtigt werden müssen die technischen Eigenschaften dieser Flüssigkeit; sie sind es, die die Wahl der Pumpe bestimmen.

Um anschließend die Maschine korrekt zu dimensionieren und den operierenden Punkt der Pumpe zu berechnen, müssen die Netzparameter bekannt sein: der Durchsatz, die Ansaughöhe, die Förderhöhe, der Druckverlust usw.

Der vorliegende Leitfaden bietet Ihnen einen allgemeinen Überblick über die gängigsten Pumpentypen und ihre typischen Anwendungsformen. Wir behandeln in diesem Abschnitt keine Hydraulikpumpen (oder Leistungspumpen) oder Vakuumpumpen. Diese beiden Produkte, die sich in Anwendung und Technologie unterscheiden, werden getrennt und an anderer Stelle vorgestellt.

Pumpen auf einen Blick

Die Wahl einer Pumpe

Wasserpumpe der Firma ANDRITZ
Wasserpumpe der Firma ANDRITZ

Um eine Pumpe zu wählen, die Ihrem Bedarf entspricht, müssen Sie die Eigenschaften entsprechend ihrer Verwendung bestimmen. Stellen Sie sich als Erstes die Frage zum Typ des Fluids, das übertragen werden soll, um Phenomene wie Korrosion und damit eine frühzeitige Abnutzung Ihrer Pumpe zu vermeiden. Es ist dementsprechend von grundlegender Bedeutung, die chemische Zusammensetzung der zu pumpenden Flüssigkeit zu kennen, sowie ihre eventuelle Viskosität und das Vorhandensein eventueller Festbestandteile.

Die perfekte Kenntnis aller physikalischen Eigenschaften der bearbeiteten Flüssigkeit gestattet es Ihnen, die ideale Technologie für Ihre Anwendung und die Baumaterialien, die mit dem gepumpten Fluid verträglich sind. Vor der Wahl eines Pumpenkorpus ist es ratsam, die Kompatibilitätstabellen für Chemikalien einzusehen. Anschließend müssen die mit dem Transport des Fluids verbundenen Eigenschaften untersucht werden, insbesondere:

  • Der gewünschte Durchsatz:   im allgemeinen ausgedrückt in m3/h (Kubikmeter pro Stunde), l/s (Liter pro Sekunde) oder GPM (Gallonen pro Minute). Der Durchsatz beeinflusst notwendigerweise Größe und Abmessungen Ihrer Pumpe. 
  • Die Saughöhe (Höhe zwischen dem Eingang des Saugrohrs und der Pumpe): im Allgemeinen muss die Saughöhe weniger als 10m betragen. Oberhalb dieser Höhe muss eine Tauchpumpe verwendet werden.
  • Die Verdrängungshöhe (Höhe zwischen Pumpe und Ausgang der Druckleitung).
  • Die Länge des Verdrängungskreislaufs.
  • Die Druckabfälle, die auf den Hindernissen des Pumpkreislaufs beruhen (Ventile, Knie usw.).
  • Das Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Verdrängungsgefäßes, das den Druck verändern könnte.
  • Die Temperatur, von der die Wahl des Pumpenkorpus abhängt.

Diese verschiedenen Werte gestatten es, die NPSHa (Net Positive Suction Head available) oder Haltedruckhöhe der Pumpe zu berechnen. Auf diese Weise können Sie eine passende Pumpe wählen und jegliches Kavitationsrisiko vermeiden.

Weiterhin muss die Leistung kontrolliert werden: sie muss optimal bei +/- 30% der gewünschten Nominalleistung liegen.

Auswahlkriterien für eine Pumpe

  • Art des Fluids
  • Durchsatz
  • Druck
  • Temperatur
  • Saughöhe
  • Verdrängungshöhe
  • Druckabfall

Welche Eigenschaften hat die Flüssigkeit, die ich pumpen muss?

Der Typ der zu transportierenden Flüssigkeit ist von großer Bedeutung für die Wahl einer Pumpe, weil die Charakteristika der Pumpe insbesondere von der Viskosität dieser Flüssigkeit abhängt (d.h. vom Widerstand, mit dem die Flüssigkeit der Verschiebung entgegenwirkt), von der Temperatur beim Ansaugevorgang und vom eventuellen Vorhandensein von Festelementen im Fluid.

Sie müssen weiterhin bestimmen, ob die zu transportierende Flüssigkeit chemisch neutral ist oder ätzend , um eine für diesen Fall konzipierte Pumpe zu wählen. Im allgemeinen kann gesagt werden, dass, je visköser die Flüssigkeit ist, desto schwieriger der Ablauf in Ihrem Pumpsystem. Die Viskosität der Flüssigkeiten ändert sich jedoch mit den Arbeitsbedingungen!

Es gibt 4 große Gruppen von Flüssigkeiten, die nach ihrer Viskosität eingestuft sind. In der ersten Gruppe findet man Flüssigkeiten wie Wasser oder Öl oder Alkohol, die sich in derselben Weise fortbewegen, unabhängig von der Geschwindigkeit oder vom Bewegungsniveau. Für diese Art von Anwendungen ist die Wahl der Pumpe nicht allzu schwierig.

In der zweiten Gruppe findet man gewisse Lebensmittelprodukte, wie Butter oder Sahne, deren Viskosität sich mit der Bewegung erhöht; eine Standard-Kreiselpumpe wäre also nicht an den Fluss des Fluids angepasst.

Die dritte Gruppe enthält Flüssigkeiten, die einen gegebenen Punkt überschreiten müssen, um zu fließen. Ist dieser Punkt überschritten, nimmt die Viskosität mit der Bewegung ab.

Klebstoffe, Farben und Fette schließlich gehören zur vierten Gruppe; sie sind sehr dickflüssig im Ruhezustand, aber ihre Viskosität nimmt ab, wenn sie in konstanter Bewegung sind.

Für Flüssigkeiten mit schwacher Viskosität (erste und zweite Gruppe) sind Kreiselpumpen die passendsten, weil das Pumpen eine starke Scherung der Flüssigkeit auslöst. Mit steigender Viskosität muss der zusätzliche Widerstand berücksichtigt werden, den die Flüssigkeit der Scherung entgegenhält.

Verdrängungspumpen dagegen sind die beste Wahl für das Arbeiten mit viskösen Flüssigkeiten (dritte und vierte Gruppe), weil sie mit niedrigeren Geschwindigkeiten arbeiten und die an die Flüssigkeiten abgegebene Scherung geringer ist als die der Kreiselpumpen.

Hauptsächliche Anwendungen einer Pumpe

  • Wasserpumpe
  • Ölpumpe
  • Abwasserpumpe
  • Schlammpumpe
  • Chemikalienpumpe
  • Fettpumpe
  • Lebensmittelpumpe

Welche verschiedenen Pumpentypen gibt es?

Verschiedene Pumpentypen stehen zur Wahl:

Kreiselpumpen (die Flüssigkeit wird von einem Wasserrad angesaugt oder von einem Impeller); dies ist das am häufigsten vertretene Modell.

Membranpumpen (die Flüssigkeit wird mittels der Schwingung einer Membran angesaugt).

Kolbenpumpen (die Flüssigkeit wird angesaugt und zurückgestaut durch die Hin- und Her-Bewegung eines oder mehrerer Kolben).

Peristaltikpumpen (die Flüssigkeit wird in einen von sich drehenden Rollen komprimierten Schlauch gedrückt).

Zahnradpumpen (die Flüssigkeit wird angesaugt und zurückgestaut mittels eines Rotors und eines Zahnrades oder durch zwei Zahnräder, die sich in entgegengesetztem Sinn drehen).

Man findet weiterhin Pumpen für spezifische Anwendungen, die die verschiedenen oben beschriebenen Funktionsprinzipien aufnehmen, wie z.B.:

  • Dosierpumpen oder Messpumpen, die dazu dienen, eine Flüssigkeit in präziser und wiederholter Weise einzuspritzen.
  • Kondensatpumpen, die beispielsweise für die Schmutzwasserableitung verwendet werden.
  • Fasspumpen, die zum Umfüllen einer Flüssigkeit in einem Fass oder Kanister dienen.
  • Schmierpumpen, die, wie schon der Name sagt, die Schmierung eines Systems übernimmt.
  • Tauchpumpen, die die Flüssigkeit direkt an der Pumpe ansaugen. So entsteht keine Begrenzung durch die Höhe mehr.

In welchen Fällen verwendet man eine Kreiselpumpe?

Kreiselpumpe der Firma Weir
Kreiselpumpe der Firma Weir

Denken Sie an eine Kreiselpumpe, wenn Sie Flüssigkeiten mit geringer Viskosität und möglicherweise mit Festelementen belastete Flüssigkeiten pumpen müssen. Kreiselpumpen sind robuste Ausrüstungen, die im allgemeinen gute Leistungen erbringen. Dieser Pumpentyp gestattet die Aufnahme großer Volumen bei konstantem Durchsatz. Diese Pumpen sind im allgemeinen nicht selbstansaugend. Das System muss also vor dem Start der Pumpe unabhängig befüllt werden können. Dieser Typ kann auch gewählt werden, wenn man eine Zentrale zur Abwasserbehandlung befüllen oder visköse oder zur Reinigung bestimmte Flüssigkeiten transportieren will, wie z.B. in der Petrochemie.

Auswahlkriterien für eine Kreiselpumpe

  • Hoher Durchsatz
  • Niedrige Viskosität
  • Konzentrierung von Festpartikeln
  • Initialisierung

In welchen Fällen verwendet man eine Kreiselpumpe?

Peristaltikpumpe der Firma VERDERFLEX.
Peristaltikpumpe der Firma VERDERFLEX.

Denken Sie an eine Peristaltikpumpe , wenn Sie mit sauberen, sterilen oder korrosiven Flüssigkeiten arbeiten und eine Nicht-Kontaminierung der gepumpten Flüssigkeiten von außen gewährleisten müssen.

Dieser Pumpentyp gestattet auch eine präzise Dosierung der Flüssigkeit. Hier verlagert sich die Flüssigkeit in einem Schlauch oder einem Rohr und ist nicht in Kontakt mit dem Pumpenkorpus. So wird ein hygienisches Pumpkonzept gewährleistet. Es handelt sich hier um selbststansaugende Pumpen, denn die Aufnahme des Schlauches löst das automatische Ansaugen aus und gestattet der Pumpe, Flüssigkeiten abzulassen, die Luft oder mögliche Gasrückstände enthalten.

Dieser Pumpentyp ist jedoch relativ sperrig und groß im Vergleich zu anderen Pumpen mit ähnlicher Leistung. Außerdem ist der Durchsatz nicht konstant, weil die Pumpe stoßweise arbeitet. Weiterhin erfordert diese Art Pumpe eine regelmäßige Wartung, um der Abnutzung des Schlauchs im Pumpeninneren vorzubeugen. Der Schlauch ist jedoch das einzige Element, das ersetzt wird, so dass die Kosten relativ gering sind. Peristaltikpumpen fonktionieren im allgemeinem mit geringem Durchsatz. Sie werden hauptsächlich in der chemischen Industrie und im medizinischen Bereich eingesetzt.

Auswahlkriterien für eine Peristaltikpumpe

  • Sterile oder korrosive Flüssigkeiten
  • Dosierpumpe
  • niedriger Durchsatz
  • selbstansaugend

In welchen Fällen verwendet man eine Kreiselpumpe?

Doppelmembranpumpe der Firma ARO
Doppelmembranpumpe der Firma ARO

Man denkt an eine Membranpumpe, wenn man hochvisköse und sehr dichte Flüssigkeiten transportiert.

Im Allgemeinen verfügen diese Pumpen über eine Doppelmembran, die das Ansaugen und die Verdrängung der zu transportierenden Flüssigkeit gestattet. Diese Pumpen funktionieren im Trockenzustand; sie erfordern keine Schmierung und sind selbstansaugend. Sie werden hauptsächlich in der chemischen Industrie verwendet, sind jedoch extrem flexibel und können dadurch heutzutage in zahlreichen Bereichen wie der Lebensmittelindustrie, der Elektronik oder im Bergbau eingesetzt werden.

Membranpumpen mit großer Kapazität werden mit Druckluft angetrieben. Berücksichtigen Sie dementsprechend die Kapazität Ihres Netzes, wenn Sie die Pumpe in einem Industriegebäude einsetzen wollen, oder planen Sie einen Druckluftkompressor ein, wenn Sie die Pumpe im Außenbereich einsetzen wollen.

Auswahlkriterien für eine Membranpumpe

  • hochvisköse Produkte
  • Trockenbetrieb
  • selbstansaugend
  • druckluftbetätigt
  • hochflexibel

In welchen Fällen verwendet man eine Zaahnradpumpe?

Zahnradpumpe der Firma WITTE
Zahnradpumpe der Firma WITTE

Sie können eine Zahnradpumpe verwenden, wenn Sie visköse Flüssigkeiten bei hohem Druck, transportieren und diese keine Festpartikel enthalten. Sie eignen sich zum Pumpen sehr visköser Materialien mit hoher Temperatur. Ihre Pumprichtung kann umgekehrt werden. Sie zeichnen sich aus durch einen konstanten Durchsatzmit geringer Lärmentwicklung während des Pumpvorgangs.

Dieser Pumpentyp ist zuverlässig, kompakt und hat ein einfaches Konzept, wodurch nur niedrige Wartungskosten entstehen. Sie sind jedoch nicht ideal geeignet für sehr hohe Durchsätze. Sie werden in der Automobilindustrie für die Schmierung der Motorteile eingesetzt. Man findet sie weiterhin in großem Umfang für die Verarbeitung von Kunststoffmaterialien, in automatischen Pressen oder in Hüttenwerken. Weiterhin können diese Pumpen auch eine Dosierfunktion übernehmen.

Auswahlkriterien für eine Zahnradpumpe

  • viskose Flüssigkeiten
  • hoher Druck
  • konstanter Durchsatz
  • Dosierpumpe
  • niedriger Durchsatz

Wann verwendet man eine Kolbenpumpe?

Kolbenpumpe der Firma LEWA
Kolbenpumpe der Firma LEWA

Kolbenpumpen können für Flüssigkeiten mit geringer Viskosität und einem durchschnittlichen Durchsatz ( 80 m³/h) verwendet werden. Hinzukommt, dass das Pumpen von Festbestandteilen mit diesem Pumpentyp unmöglich ist, weil die Pumpe bereits ein einwandfreies Funktionieren gewährleistet, wenn die Dichtigkeit zwischen Zylinder und Kolben perfekt ist.

Für Hochdruckanwendungen können Sie Plungerpumpen wählen; sie unterscheiden sich von Kolbenpumpen durch den Dichtungsring, der sich zusammen mit dem Kolben bewegt; er ist fest und somit auch resistent gegen extrem hohen Druck. Der Markt bietet auch Ausführungen mit Mehrfachkolben (Duplex, Triplex, etc.), die eine längere Lebensdauer der Pumpe gewährleisten, weil der Druck auf mehrere Kolben verteilt ist. In diesen Fällen muss auf die Rotationsgeschwindigkeit geachtet werden, denn wenn Sie sich dafür entscheiden, die Anzahl der Kolben zu verringern, um denselben Druck zu erreichen, steigt die Geschwindigkeit und die Pumpstöße werden stärker.

Diese Pumpen sind also ideal, um hohe Drucklevel zu erreichen, und somit ausgezeichnet geeignet für Anwendungen wie das Pumpen von Öl, Hochdruckreinigern oder Dosieranwendungen als Alternative zu Membranpumpen.

Auswahlkriterien für eine Kolbenpumpe

  • hoher Druck
  • Niedrige Viskosität
  • mittlerer Durchsatz
  • unbelastete Flüssigkeiten

Kriterien für die Wahl zwischen einer Tauchpumpe und einer Oberflächenpumpe

Tauchpumpe der Firma KSB
Tauchpumpe der Firma KSB

Die Wahl zwischen einer Tauchpumpe und einer Oberflächenpumpe hängt global gesehen hauptsächlich von der Saughöhe ab.

Befindet sich die anzusaugende Flüssigkeit in einer Tiefe von mehr als 7 Metern, so muss eine Tauchpumpe gewählt werden, weil eine Oberflächenpumpe in dieser Tiefe keine Flüssigkeit ansaugen kann. Gestattet die  Saughöhe die Verwendung beider Pumpen, so ist die Wahl abhängig von derAnwendung, den Umgebungsbedingungen und der Anwendungsfrequenz.

Oberflächenpumpen gestatten einen leichten Zugang und somit eine vereinfachte Wartung. Dennoch können die Installationsbedingungen die Leistung der Pumpe beeinflussen. Man muss dementsprechend Schutzvorrichtungen gegen ungünstige Witterungen und eventuelle äußere Einflüsse einplanen. Ein weiterer Nachteil der Oberflächenpumpen besteht darin, dass sie initialisiert werden müssen, wogegen der Körper einer Tauchpumpe sich bereits in der zu pumpenden Flüssigkeit befindet und somit bereits befüllt ist. Bei der Wahl einer Oberflächenpumpe können Sie sich für eine selbstansaugende Pumpe entscheiden, wenn der Kreislauf nicht unabhängig initialisiert werden kann. Pumpen dieses Typs verfügen über einen Mechanismus, der den Ablass der Luft im Saugrohr gestattet und über ein Rückschlagventil verfügt. Dadurch wird vermieden, dass die Flüssigkeit wieder in das Saugrohr zurückfließt, wenn die Pumpe stillsteht.

Kriterien für die Wahl zwischen einer Tauchpumpe und einer Oberflächenpumpe

  • Saughöhe
  • Installationsbedingungen
  • Verwendungsfrequenz
  • Wartung
  • Initialisierung

Welches sind die häufigsten Motorisierungen einer Pumpe ?

Motorkreiselpumpe der Firma Godwin
Motorkreiselpumpe der Firma Godwin

Pumpen verfügen im allgemeinen über zwei verschiedene Teile: den Pumpenkörper selbst, der den Transport einer Flüssigkeit gestattet, und die Motorisierung, die die Pumpe antreibt.

Die gängigsten Pumpen sind elektrische Pumpen, die durch einen Elektromotor angetrieben werden. Die Stromzufuhr richtet sich insbesondere nach der Förderhöhe (Ansaughöhe + Förderhöhe), dem Druckverlust, der Beförderungsentfernung nach dem Durchsatz.

Selbstansaugende Pumpen sind im allgemeinen Motorpumpen, die mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet sind. Im Gegensatz zu einer klassischen Pumpe, die eine externe Energiequelle benötigt, ist eine Motorpumpe im allgemeinen eine Kreiselpumpe mit einem Verbrennungsmotor (Diesel oder Benzin), was ihre Nutzung autonom macht. Dieser Pumpentyp wird hauptsächlich in der Landwirtschaft und für den Zivilschutz für die Brandbekämpfung verrwendet.

Motorpumpen sind auch als Relay nützlich, wenn die Flüssigkeit über große Entfernungen transportiert werden muss. Weiterhin gibt es Druckluftpumpen; man verwendet sie hauptsächlich zur Erhöhung des Drucks in einem Pumpkreislauf. Handpumpen, die ohne jegliche Motorisierung verkauft werden können. Dementsprechend muss ein System zur Initialisierung eingeplant werden.

Häufigste Motorisierungen einer Pumpe

  • Elektropumpe
  • Pneumatische Pumpe
  • Pumpe mit Verbrennungsmotor

Wie vermeidet man die Kavitation in einer Pumpe?

Das Kavitationsphänomen findet statt, wenn die gepumpte Flüssigkeit kurz vor dem Siedepunkt steht (d.h. vor seiner Umformung in den Gaszustand, der Funktion der Flüssigkeitstemperatur und des vorhandenen Drucks ist). 

Die Kavitation wird hervorgerufen durch die Bildung von implodierenden Dampfblasen, die ein störendes Geräusch hervorrufen und die Pumpe in kurzer Zeit beschädigen können. 
Es ist daher wichtig, zu prüfen, ob die Pumpe der globalen Konfigurierung der Installation entspricht, und insbesondere der Saughöhe. 

Um die Kavitation in der Pumpe zu vermeiden, sollte der Bildung von Gasblasen vorgebeugt werden, indem man prüft, ob die Dimensionen der Pumpe für die Anlage passend sind. 
Hierzu muss der NPSHa (Net Positive Suction Head available) berechnet werden. Dieser Wert ist abhängig von Durchsatz, Druck, Druckverlust, Saug- und Verdrängungshöhe. 
Der Hersteller spricht von NPSHr (Net Positive Suction Head required). 

Beide Werte werden in Metern ausgedrückt. Damit die Dimensionierung der Pumpe korrekt ist, muiss geprüft werden, dass der NPSHa höher ist als der NPSHr, und dies um mindestens 0,5 m. Ensteht trotzdem eine Kavitation, so können Sie Änderungen in Betracht ziehen, die den NPSHa erhöhen können:
Reduzieren Sie die Flüssigkeitstemperatur am Eingang der Pumpe (z.B. durch Hinzufügen eines Kühlrings).
Reduzieren Sie die Geschwindigkeit der Pumpe.
Installieren Sie ein Saugrohr mit größerem Durchmesser.
Reduzieren Sie den Druckverlust (der insbesondere durch Reibungen ensteht), indem Sie unnütze Krümmungen und Ventile entfernen.
Sie können den NPSHr auch verringern, indem Sie beispielsweise folgende Messungen durchführen:
Verringern Sie den Durchmesser der Druckleitung.
Installieren Sie auf der Druckleitung ein Drosselventil.
Ersetzen Sie die Pumpe durch eine andere Pumpe, die den Arbeitsbedingungen besser entspricht.