Grundlagen

Es gibt zwei große Bauartengruppen von Pumpen:

 

  • Kreiselpumpen
  • Verdrängerpumpen

 

Verdrängerpumpen können in oszillierende (Kolben, Membran) und rotierende (Zahnrad, Drehkolben) Pumpen unterteilt werden.

 

Das Funktionsprinzip dieser beiden Bauartengruppen ist stark unterschiedlich. Kreiselpumpen bewegen die Förderflüssigkeit durch ein schnell drehendes Laufrad in der Pumpe. Die Flüssigkeit wird dabei nach außen geschleudert. Durch die Form des Pumpengehäuses wird die Strömungsenergie teilweise in Druck umgewandelt. Verdrängerpumpen arbeiten wie eine Luftpumpe. Ein Verdränger (z.B. Kolben) schiebt die Flüssigkeit vorwärts.

 

Kreiselpumpen arbeiten bei hohen Drehzahlen (mehrere tausend Umdrehungen pro Minute). Daher sind die Pumpen in der Regel direkt mit einem Elektro- oder Verbrennungsmotor verbunden. Verdrängerpumpen benötigen eher langsamere Drehzahlen, weshalb ein Getriebe zwischen Motor und Pumpe notwendig ist. Weiterhin muss bei den oszillierenden Verdrängerpumpen die rotierende Bewegung des Motors in eine osziellierende Bewegung umgesetzt werden.

Anwendungsgebiete

Kreiselpumpen werden eingesetzt, wenn große Flüssigkeitsmengen bei geringem Druck (wenige bar) gefördert werden sollen. Also zum Beispiel beim Fördern von Löschwasser oder beim Auspumpen von überfluteten Kellern.

Verdrängerpumpen werden für hohe Förderdrücke (z.B. Hochdruckreiniger) oder zum genauen Dosieren kleiner Mengen (z.B. Medikamentenpumpe) verwendet. Eine weitere Anwendung ist das Fördern von zähen Flüssigkeiten (z.B. Ölförderpumpe).

Saugverhalten

Bevor eine Pumpe arbeiten kann, muss zuerst die Luft aus der Saugleitung und der Pumpe entfernt werden. Kreiselpumpen sind in der Regel nicht selbstansaugend, da sie keine Luft fördern können. Das heißt es werden noch zusätzlich Hilfsaggregate benötigt um die Pumpe zu entlüften. Oder die Pumpe muss vor dem Betrieb per Hand mit Wasser gefüllt werden. Verdrängerpumpen hingegen sind häufig selbstansaugend, da z.B. ein Kolben auch Luft fördern kann. Eine dauerhafte Luftförderung ist aber meist nicht möglich, da die Förderflüssigkeit zum Schmieren und/oder Kühlen von Lagern oder Dichtungen benötigt wird.

 

Damit eine Pumpe störungsfrei (ohne Kavitation) funktionieren kann, ist ein bestimmter Vordruck an der Saugseite der Pumpe notwendig. Dieser notwendige Vordruck wird als NPSHR Wert bezeichnet. NPSHR steht für Net Positive Suction Head Required. Zu deutsch bedeutet das sinngemäß: Benötigte Netto Energiehöhe über dem Dampfdruck. An der Saugseite der Pumpe muss also eine bestimmte Energie (=Druck) anliegen, damit die Pumpe arbeiten kann. Der Dampfdruck ist abhängig von der Temperatur (siehe Kapitel über Kavitation). Da üblicherweise bei THW und Feuerwehr das geförderte Wasser kühl ist, ist der Dampfdruck vernachlässigbar klein. Der NPSHR-Wert entspricht also vereinfacht dem benötigtem Druck an der Saugseite der Pumpe. Der Druck setzt sich zusammen aus einem Höhenanteil (hydrostatischer Druck) und einem Geschwindigkeitsanteil der Flüssigkeit (dynamischer Druck). Die Geschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit ist meist auch nicht bekannt. Deswegen beschränken wir uns hier stark vereinfacht nur auf den Höhenanteil.

 

Ein Beispiel:

Eine Pumpe hat einen NPSHR-Wert von 3 Metern und soll aus einem Fluss ansaugen. Wie groß darf der Höhenunterschied zwischen Pumpe und Fluss sein?

3 Meter NPSHR bedeutet, dass eine Wassersäule von 3 Metern auf der Saugseite der Pumpe anliegen muss, damit sie störungsfrei arbeitet. 10 Meter Wassersäule entsprechen 1 bar. Umgerechnet sind 3 Meter also 0,3 bar.

Der Umgebungsdruck beträgt 1 bar, der natürlich auch auf den Fluss drückt. Da in der Pumpe ein Unterdruck erzeugt wird, kann der Umgebungsdruck genutzt werden um das Wasser in die Pumpe zu drücken. Die Pumpe kann daher 7 Meter höher stehen als der Fluss. 7 Meter entsprechen 0,7 bar. 1 bar Umgebungdruck minus 0,7 Meter Höhe ergibt einen Druck von 0,3 bar an der Pumpe. Das entspricht genau dem NPSHR Wert.