Konstruktion
Als einheitliches Baumerkmal weisen Trockenläuferpumpen die Trennung zwischen dem Fördermedium der Pumpe und dem Antriebsmotor auf. Die Verbindung zwischen dem Laufrad im Pumpengehäuse und dem Motor erfolgt über eine gemeinsame Welle oder getrennt mit einer Kupplung. Aufgrund dieser Bauform bleibt der rotierende Motorteil trocken (daher der Name Trockenläufer). Die Motorlagerung mittels Wälzlager erfordert eine Fremdschmierung. Als Standard-Antriebe werden IEC-Normmotoren verwendet, aber auch die Verwendung von Spezialausführungen bis hin zu ex-geschützten Motoren ist möglich.
Bauarten/Funktion
Bei Trockenläuferpumpen unterscheidet man 2 verschiedene Ausführungen:
Kreiselpumpe mit angeflanschtem Motor
Kreiselpumpe mit Motor und Kupplung auf Grundplatte.
Trockenläuferpumpen sind lauter als Naßläuferpumpen. Die Geräusche entstehen durch die Wälzlagerung (Kugellager bzw. Nadellager) und durch das Lüfterrad des oberflächengekühlten Elektromotors. Das Geräusch der Pumpe selber – Strömungsgeräusch, Lagerungsgeräusch – ist dagegen völlig zu vernachlässigen, falls nicht außergewöhnliche Betriebssituationen eintreten (Kavitation, etc.).
Somit entfällt die bei anderen Pumpenformen erforderliche Wellenabdichtung mittels Stopfbuchse oder Gleitringdichtung.
Das Fördermedium dient sowohl zur Schmierung der Motorlagerung (Gleitlager), als auch zur Kühlung des Rotorinnenraumes. Zur Atmosphäre bzw. zur Motorwicklung hin wird dieser sogenannte Naßraum durch ein Spaltrohr abgedichtet. Dieses Spaltrohr hat durchschnittlich eine Wandstärke von nur 0,1 bis 0,3 mm und ist aus nicht magnetischem hochlegiertem Stahl hergestellt. Die statische Abdichtung des Spaltrohres erfolgt in der Regel mittels O-Ringdichtungen.
Funktion / Merkmal
Der Vorteil dieser Konstruktion ist eindeutig die absolute Wartungsfreiheit. Kein Aus- bzw. Nachrichten, kein Auswechseln von Dichtelementen, sondern einwandfreie Funktion während der gesamten Betriebszeit.
Bemerkenswert ist die Laufruhe dieser Bauform. Abgesehen von den Dämpfungseigenschaften des Wassers, indem sich die rotierenden Teile bewegen, ist die Ursache dieser Laufruhe die Gleitlagerung des Rotors. Dadurch entfallen alle Abwälz- oder Rollgeräusche, die bei Wälzlagerungen z. B. mittels Kugellager auftreten können.
Nicht nur die Laufruhe, auch die Lebensdauer und das Maß der Störanfälligkeit wird durch dieses Bauteil entscheidend mitgeprägt.
Die Ausführung der Lagerung ist eines der wichtigsten Konstruktionsmerkmale der Naßläuferpumpen. Neben der konstruktiven Gestaltung der Lager ist die Werkstoffpaarung der Lagerung für die Betriebssicherheit der Pumpe von entscheidender Bedeutung. Es haben sich folgende Kombinationen in der Praxis durchgesetzt:
Keramikwelle/Keramiklager
Gehärtete Chromstahlwelle/Kohlelager.
Die Keramiklagerung, Welle und Lager aus dem gleichen Material, eine der traditionellen Lagertheorie widersprechende Paarung hat auf der Basis des extrem harten und spröden Werkstoffes Aluminium-OxidKeramik bei optimaler Lagerschmierung einen sehr geringen Lagerverschleiß. Fehlt jedoch die Voraussetzung einer einwandfreien Schmierung, z. B. Trockenlauf durch Luftansammlung oder Dampfbildung bei Überhitzung, so besteht schon nach kurzer Zeit die Gefahr einer Blockierung. Hinzu kommt die relativ große Bruchempfindlichkeit der Keramikwelle bei mechanischer Belastung, z.B. durch Transporterschütterungen oder bei Deblockierungsversuchen durch Verkantungen mittels Schraubenzieher.
Die Zweistoff Lagerung – gehärtete Chromstahlwelle/Kohlelager – zeigt im Gegensatz hierzu die sehr gute Trockenlauf- bzw. Notlaufeigenschaft von metallimprägnierten Kohlelagern. Hinzu kommt die sprichwörtliche Bruchsicherheit der gehärteten Stahlwelle gegenüber Stößen und Erschütterungen.
Betriebsverhalten
Auf der Basis jahrzehntelanger Praxis mit Millionen von Pumpen hat sich im statistischen Mittel bei normalen Betriebsbedingungen und abhängig von der Pumpenbauform eine Lebensdauer von ca. 40.000 bis 70.000 Betriebsstunden herauskristallisiert. Das entspricht durchschnittlich einer Laufzeit von 8-12 Jahren bei normalem Heizbetrieb. Die optimale Funktionsfähigkeit dieser Konstruktion wird außerdem dadurch unterstrichen, dass nicht wenige Naßläuferpumpen mehr als 15 bis 20 Jahre (über 100.000 Betriebsstunden) störungs- und wartungsfrei laufen.
Nassläuferpumpen in der Gebäudetechnik weisen durchweg als Besonderheit die Drehzahlregelung der Antriebsmotoren auf. Mittlerweile sind dabei manuell umschaltbare in vielen Ländern für Neuinstallationen nicht mehr zugelassen und wurden weitestgehend von automatischen Steuerungen ersetzt.
Ohne zusätzlich externe Ansaugvorrichtungen wird die Pumpensaugleitung entlüftet.
Kreiselpumpen ohne externe oder interne Ansaugvorrichtung können selbstsaugend seien, wenn die Pumpe vor dem eigentlichen Fördervorgang mit Wasser gefüllt ist. Bei diesen Pumpentypen verbleibt durch die Rückschlagklappe die Flüssigkeit nach dem Abschalten der Pumpe im Gehäuse.
Die für die Selbstansaugung notwendige Konstruktion beeinträchtigt den Pumpenwirkungsgrad.
Sie befördern das Fluid durch ein sternförmiges Rad in einen neben dem Laufrad angeordneten Kanal. Dabei werden Förderhöhen erreicht, die das 5- bis 15fache von Radialrädern betragen.
Die Pumpen sind selbstansaugend. Sie finden besonders bei der Förderung von Flüssigkeits-Gas-Gemischen ihre Anwendung (Teilgasförderung) und bei besonderen Anforderungen an die Ansaugfähigkeit.
Der Wirkungsgrad ist vergleichsweise niedrig. Daher geht der Leistungsbereich nur bis etwa 4 kW.
Auf Grund der engen Spalten sind sie im Allgemeinen nicht für die Förderung von Fluiden mit abrasiven Bestandteilen geeignet.
Sie finden besonders beim Transport von plastischen Massen und Dispersionen ihre Anwendung.
Sie sind wie die Exzenterschneckenpumpen für höchste Viskositäten geeignet.
Im Gegensatz zur Hubkolbenpumpe füllt der Kolben aber den Hubraum im Querschnitt nicht vollständig aus. Im Prinzip ist Kolbenstange hier der Verdrängungskörper. Es bewegt sich also nicht abgedichtet entlang der Zylinderwand. Der zylindrische Plungerkolben nur über eine feststehende Stopfbuchse abgedichtet.
Der Zu- und Ablauf wird mit je einem selbsttätigen Ventil gesteuert. Beim Saughub entsteht im Pumpenraum Unterdruck. Das Ventil zur Saugleitung öffnet und es wird Flüssigkeit in den Pumpenraum gesaugt. Beim Druckhub entsteht ein Überdruck im Arbeitsraum, das Ventil zur Druckseite öffnet und der Kolben die Flüssigkeit wird in die Druckleitung gedrückt. Um Druckstöße auszugleichen, enthält die Druckleitung in einem Windkessel ein Luftpolster. Es wird beim Druckhub zusammengepresst und treibt auch beim Saughub durch seine gespeicherte Druckkraft die Flüssigkeit in die Druckleitung. Dadurch wird ein gleichmäßiger Flüssigkeitsstrom erzeugt.
„Er wird ohne Einheit angegeben. Sein Zahlenwert bezeichnet für ein Bauteil und den genannten Werkstoff zulässigen Betriebsüberdruck in bar bei einer Temperatur von 20°C. In der Pumpentechnik sind die Nenndruckstufen nach DIN 2401 gebräuchlich.
Vorzugszahlen für die Nenndruckstufung sind 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40…. „
Die Förderhöhe ist definiert als die effektive mechanische Kraft, die von der Pumpe auf das Fördermedium ausgeübt und als Gewichtseinheit bei der lokalen Gravitationskonstante ausgedrückt wird.
Sie ist bei konstanter Drehzahl und konstantem Durchfluss unabhängig von der Dichte des Fluids, aber abhängig von dessen Viskosität.
Die Strömung wird also vom Austritt des vorhergehenden Laufrades in den Eintritt des nachfolgenden geleitet. Konstruktiv ist die Hochdruckkreiselpumpe oft als Gliederpumpe ausgeführt.
Bei gleicher Konstruktion erhöht sich der Förderdruck (Förderhöhe) proportional zur Anzahl der Laufräder bei gleicher Fördermenge. Bei Vernachlässigung der zusätzlichen Verluste durch die Strömungsumlenkung im Ein- und Austritt ist der hydraulische Wirkungsgrad unabhängig von der Anzahl der Stufen. Damit können die Kennlinien der mehrstufigen Kreiselpumpen in guter Näherung wie folgt umgerechnet werden:
Hn(Q) = n/m · Hm(Q)
P2,n(Q) = n/m · P2,m(Q)
ηhydr,n(Q) = ηhydr,m(Q)
NPSHn(Q) = NPSHm(Q)
n, m – Anzahl der Laufräder
Q – Förderstrom
H – Förderhöhe
P2 – Wellenleistung
η – Wirkungsgrad
Sie besitzen als Verdrängungselement eine elastische Membran, deren Axialbewegung entweder durch einen direkten Antrieb mittels Antriebsstange oder indirekt durch Übertragung des Verdrängungsdrucks eines Tauchkolbens bewirkt wird.
