Definition Was ist eine Kreiselpumpe?

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Kreiselpumpen werden in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt, insbesondere wenn es um hohe Durchflussraten sowie eine hohe Zuverlässigkeit und Einsatzflexibilität geht. Wie funktionieren Kreiselpumpen und welche Bauarten gibt es?

Obwohl verschiedene Bauarten von Kreiselpumpen existieren, verfügen alle grundsätzlich über die gleichen Komponenten: einen Motor, eine Antriebswelle, ein Gehäuse, ein Laufrad, einen Pumpeneinlauf (parallel zur Antriebswelle) und einen oder mehrere Abläufe, die sich an der Außenseite des Laufrads befinden.

Wie funktioniert eine Kreiselpumpe?

Kreiselpumpen werden auch als Zentrifugalpumpen bezeichnet. Sie nutzen die durch ein rotierendes Laufrad erzeugt Saugwirkung, um Flüssigkeiten zu fördern. Aus diesem Grunde handelt es sich bei Kreiselpumpen auch um Strömungsmaschinen bzw. Strömungspumpen.

Die Funktionsweise: Die zu fördernde Flüssigkeit wird vollständig in die Pumpe eingelassen und bei eingeschalteter Pumpe durch das rotierende Laufrad erfasst. Die mechanische Antriebsenergie des rotierenden Laufrads überträgt sich somit auf die Flüssigkeit. Aufgrund von auf dem Laufrad angebrachten Schaufeln wird die Flüssigkeit durch die Fliehkraft bzw. Zentrifugalkraft spiralförmig zu den äußeren Rändern des Laufrades transportiert. Da die Umlaufgeschwindigkeit des Laufrads vom Zentrum bis zum äußersten Rand zunimmt, wird die Flüssigkeit bzw. das Medium zum Laufradrand hin immer stärker beschleunigt und hierbei die kinetische Energie der Flüssigkeit in Druckenergie umgewandelt. Der Förderdruck der Flüssigkeit steigt daher vom Zentrum des Laufrads bis zum äußeren Rand kontinuierlich an. Das Medium wird hierdurch vom Saugrohr, das im Zentrum des Laufrads mündet, zur Peripherie des Laufrads befördert und durch das Druckrohr weitergeleitet. Die Flüssigkeit kann sich hierbei je nach Pumpenbauart radial, axial oder diagonal zur Drehachse bewegen.

Da bei Kreiselpumpen die Flüssigkeit im Gegensatz z. B. zu Zahnradpumpen nicht ein Förderrad oder Zahnräder durchlaufen muss, können sich im zu fördernden Medium auch Feststoffe befinden, was die Einsatzflexibilität von Kreiselpumpen erhöht. Vor der Förderung muss die Pumpe jedoch vollständig mit dem Medium gefüllt sein, da durch die sogenannte Kavitation nicht nur der Pumpvorgang gestört wird, sondern darüber hinaus die mechanischen Teile einer Pumpe schneller verschleißen können.

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Was ist eigentlich eine Vakuumpumpe?

Was ist Kavitation?

Kavitation ist die Bildung und das schlagartige Zusammenfallen von Gasblasen (sofortige lokale Verdampfung von Flüssigkeit mit anschließender Kondensation). Dies tritt insbesondere in Pumpenbereichen auf, in denen der absolute Druck stark abfällt. Durch die schlagartig in sich zusammenfallenden Gasblasen entstehen sogenannte Mikrojets, also Flüssigkeitsstrahlen mit sehr hohem Druck, die Materialabtragungen bewirken können. Am stärksten betroffen sind hier in Kreiselpumpen die Berührungsflächen zwischen dem Medium und den festen Pumpenkomponenten (Laufrad und Gehäuse) und außerdem Bereiche, in denen das Medium mit kleinen Feststoffanteilen in Berührung kommt. Hierdurch kann sich u.a. der Wirkungsgrad der Pumpen verringern, zu übermäßigen Schwingungen in der Pumpe führen und letztendlich die Lebensdauer einer Kreiselpumpe verkürzen.

Welche Bauarten von Kreiselpumpen gibt es?

Je nach Anordnung des Laufrads und damit der Art der Strömungsumlenkung wird zwischen verschiedenen Bauformen der Kreispumpe unterschieden. Zu den gängigsten Varianten gehören

• Axialpumpen

• Radialpumpen

• Halbaxialpumpen

Axialpumpen fördern eine Flüssigkeit parallel zur Pumpenwelle. Sie bestehen aus einem rohrförmigen Gehäuse, in dem ein Laufrad rotiert, das wie ein Propeller ausschaut. Axialpumpen werden daher auch als Propellerpumpen bezeichnet, wobei die Schaufeln des Laufrads stets so angeordnet sind, dass vor und hinter dem rotierenden Laufrad eine Druckdifferenz herrscht. Die zur Laufradnabe geführte Flüssigkeit wird durch das rotierende Laufrad hindurch gefördert. Das Medium wird somit nicht umgelenkt und strömt parallel zur Pumpenwelle weiter.

Axialpumpen finden meist Einsatz in Bereichen, die extrem hohe Durchflussraten bei vergleichsweise niedrigeren Drücken erfordern, z. B. als Umwälzpumpen in industriellen Anwendungen wie im Schwermaschinenbau, Kunststoffmaschinenbau sowie in mobilen Arbeitsmaschinen oder aber in der Wasser- und Abwasserwirtschaft zum Transport großer Wassermengen bei geringen Förderhöhen.

Radialpumpen haben einen radialen Pumpenausgang, sodass der Flüssigkeitsaustritt senkrecht zur Achse des Laufrades und somit zur Pumpenwelle erfolgt. Die Bauform des Laufrades verursacht eine höhere Zentrifugalkraft als Axialpumpen und erzeugt dadurch auch einen hohen Förderdruck. Radialpumpen können daher im Vergleich zu Axialpumpen höhere Drücke realisieren, allerding bei kleineren Volumenströmen.

Typische Anwendungen von Radialpumpen ist der Transport zähflüssiger Medien wie bspw. Öle oder Emulsionen.

Halbaxialpumpen sind auch unter der Bezeichnung Diagonalpumpen bekannt, da sie das Medium schräg zur Laufradachse und somit Pumpenwelle fördern. Es handelt sich hierbei quasi um eine Bauform zwischen Axial- und Radialpumpen. In Unterschied zur Radialpumpe gibt es keinen einheitlichen Austrittswinkel für die Flüssigkeit.

Halbaxialpumpen eignen sich vor allem zur Förderung großer Volumenströme bei niedrigen bis mittleren Drücken. Gängige Einsatzgebiete sind etwa Pumpwerke für Regen- und Mischwasser, Wasserwerke, Anlagen zur Reinigung von Abwässern und Kraftwerke.

Wie so oft, hängt die Wahl der jeweiligen Kreiselpumpe von den spezifischen Anforderungen einer Anwendung ab, da jede Pumpenbauform unterschiedliche Eigenschaften und damit letztendlich Einsatzmöglichkeiten mit sich bringt.

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Was ist eine Hydraulikpumpe?

Sonderbauformen von Kreiselpumpen

Darüber hinaus existieren noch Sonderbauformen von Kreiselpumpen wie z. B.

• Zellenspül- oder Jet-Pumpen: Jet-Pumpen entlüften sich im Gegensatz zu konventionellen Kreiselpumpen eigenständig. Eine Entlüftung ist im Übrigen bei jeder Kreiselpumpe notwendig, da sie schon durch eine relativ geringe Luftmenge an Wirkleistung verlieren oder gar ganz ihre Arbeit einstellen.

• selbstansaugende Kreiselpumpen: Selbstansaugende Kreiselpumpen ermöglichen eine selbstständige Entlüftung der Zulaufleitung, selbst dann, wenn diese zu einem unter der Pumpe liegenden Flüssigkeitsspiegel führt. Wasserstrahl- oder Seitenkanalpumpen, die eine interne Ansaugstufe besitzen, gehören ebenfalls zu den selbstansaugenden Kreiselpumpen.

Vorteile von Kreiselpumpen

• Einfacher Aufbau und lange Lebensdauer: Kreiselpumpen haben nur wenige bewegte Teile. Sie sind daher sehr robust und lassen sich zudem einfach warten sowie instand setzen.

• Flexibler Einsatz: Kreiselpumpen ermöglichen eine einfache Anpassung des Förderstroms über Ventile oder die Drehzahl des Laufrads, wodurch sie in vielen Bereichen flexibel einsetzbar sind.

• Hohe Drehzahlen und Direktantrieb: Kreiselpumpen lassen sich mit hohen Drehzahlen betreiben und können direkt über einen Elektromotor angetrieben werden.

• Pulsationsfreie Medienförderung: Kreiselpumpen fördern Flüssigkeiten kontinuierlich und pulsationsfrei, also ohne wiederkehrende bzw. regelmäßig schwankende Volumenveränderungen, was in vielen Anwendungen von Vorteil sein kann bzw. explizit gewünscht ist.

• Förderung von Feststoffen: Kreiselpumpen sind in der Lage, auch Feststoffe mitzufördern, was ihre potenzielle Vielseitigkeit im Einsatz steigert.

Nachteile von Kreiselpumpen

• Einschränkung bei Flüssigkeitsmengen: Kreiselpumpen sind nur für vergleichsweise geringe Flüssigkeitsmengen geeignet, da sie das Medium direkt fördern und ausgeben.

• Hoher Stromverbrauch: Die Förderung größerer Flüssigkeitsmengen kann zu häufigen Ein- und Ausschaltzyklen der Pumpe führen, die den Stromverbrauch für den Antrieb erhöhen.

• Förderung viskoser Flüssigkeiten: Kreiselpumpen können in der Regel nur sehr viskose Flüssigkeiten fördern, da der Förderdruck je nach Bauart und Antrieb beschränkt ist.

• Eingeschränkte Drehrichtung: Weil sich die Drehrichtung von Kreiselpumpen nicht ändern bzw. umschalten lässt, kann die Förderung eines Mediums nur in eine Richtung erfolgen.

• Kavitation: Bei der Förderung z. B. von warmem Wasser oder bei niedrigen Saugdrücken besteht die Gefahr von Kavitation, die die Leistung der Pumpe herabsetzt und den Verschleiß von Komponenten erhöht.

• Nicht selbstansaugend: Im Gegensatz zu einigen anderen Pumpenarten arbeiten Kreiselpumpen nicht selbstansaugend. Sie müssen somit stets mit Flüssigkeit gefüllt sein, um richtig zu funktionieren.

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Was ist eigentlich eine Axialkolbenpumpe?

Anbieter von Kreiselpumpen

• AGF Pumpen und Flüssigkeitstechnologie

• Allweiler

• Andreas & Thomas Schneider

• Atlas Copco

• AxFlow

• Bringmann Pumpen K. H. Brinkmann

• Dia Pumpen

• Ebara Pumps Europe

• ebm-papst Mulfingen

• Gather Industrie

• Gebr. Steimel

• Hermann Reckers

• Homa Pumpenfarbik

• Horn

• Iwaki Europe

• Jung Pumpen

• KSB

• Lutz Pumpen

• Orpu Pumpenfabrik

• Osna-Pumpen

• Reisser

• Schlingmann

• Schmalenberger

• Speck Pumpen

• Steinle Industriepumpen

• Walser

• Walter Gerätebau

• Wilo

• Zuwa-Zumpe

Bei dieser Aufzählung handelt es sich um einen Auszug ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Quellen: Wikipedia, Debem, Bisong, Verenum, Robuschi, Tec-Science, Kesselheld, Bavaria Fluidtec, Enargus, Kreiselpumpen Portal, Graco, Yaness

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