Kitabı oku: «Kreiselpumpen und Pumpensysteme»

1.1. Grundlagen

Die Hauptkomponenten im System Kreiselpumpe sind: Spiralgehäuse, Laufrad, Welle, Motor, Druckdeckel, Gleitringdichtung, oder auch eine Magnetkupplung. Jede einzelne Komponente muss der Anwendung entsprechend angepasst sein. Auftretende Kräfte, das Strömungsverhalten, die Beschaffenheit und die Betriebs-temperatur des Fördermediums erfordern eine sehr genaue Betrachtung der jeweils vorliegenden Anwendung. Viele Probleme während des Betriebs der Pumpe sind auf eine falsche Einschätzung der Anwendung zurückzuführen.

1.1.1. Hydraulische Grundlagen

Die Funktion der Kreiselpumpe basiert auf den hydraulischen Gesetzmäßigkeiten. Die elektrische oder mechanische Energie des Antriebsaggregats wird in Druck- und Bewegungsenergie umgewandelt.

Druck

Kreiselpumpen bewegen eine Flüssigkeit bzw. ein Fluid. Sie erzeugen Druck und Geschwindigkeit. Die im Spiralgehäuse beschleunigte Flüssigkeit fließt im System von Punkt A nach Punkt B, bewirkt durch die von der Pumpe umgesetzte kinetische Energie.

Die Definition von Druck P ist Kraft (N) pro Flächeneinheit in m².

Als Einheit gilt Newton je Quadratmeter (N/m² = Pa = bar).

1 bar = 10⁵ N/m² = 10⁵ Pa

Der atmosphärische Druck ist die Kraft, die durch das Gewicht der Atmosphäre auf eine Fläche wirkt. Der Druck ist abhängig von der Höhe über dem Meeresspiegel.

Tabelle 1: Einfluss der topographischen Höhe auf Luftdruck und Siedetemperatur

Auf der Höhe des Meeresspiegels beträgt der absolute Druck ungefähr 1 bar = 10⁵ N/m². Je höher sich ein Ort über dem Meeresspiegel befindet, desto geringer ist der Luftdruck und die Siedetemperatur.

Zusammenhang zwischen Druck und Förderhöhe

In einer statischen Flüssigkeit ist die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten abhängig vom Höhenunterschied. Die Druckdifferenz wird berechnet, indem die jeweilige Höhe mit der Dichte multipliziert wird.

Im Folgenden sind die wichtigsten druckrelevanten Begriffe definiert:

Reibungsverluste

Das Auftreten von Reibungsverlusten in Pumpsystemen beeinflusst die Auswahl einer Pumpe. Der Reibungsverlust ist proportional zur Länge der Leitung, dem Förderstrom, dem Rohrdurchmesser und der Viskosität. Verluste in den Komponenten, verursacht durch Strömungen im Rohrleitungssystem – laminare und turbulente Strömung – sind durch Kennwerte bestimmt. Bei turbulenter Strömung kommt es durch erhöhte Geschwindigkeit zu starken Vermischungen und Verwirbelungen.

ReynoldszahlReynoldszahl

Laminare und turbulente Strömung werden mit Hilfe der Reynoldszahl definiert. Diese dimensionslose Zahl Re ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, dem Rohrdurchmesser und der kinematischen Viskosität. Sie ergibt sich durch die Berechnung:

Re = V ▪ DN / ν

Allgemeine Richtwerte:

 Laminare Strömung, wenn Re < 2320

 Turbulente Strömung, wenn Re ≥ 2320

Auslegung

Um eine Pumpe auszuwählen, bzw. auszulegen, ist es wichtig die Anlagen-Kennlinie zu ermitteln. Erst dann kann über die Pumpenkennlinie die richtige Pumpe gewählt werden. Die Kennlinie der Pumpe gibt Aufschluss über ihr Betriebsverhalten. Die Pumpenkennlinien sind definiert durch den Förderstrom Q (in m³/h) und die Förderhöhe H (in m) der Pumpe.

Die Förderhöhe einer Pumpe ist unabhängig von der Dichte (ρ) der Förderflüssigkeit, d.h. eine Kreiselpumpe fördert Flüssigkeiten unabhängig von der Dichte auf gleiche Förderhöhen. Die Dichte muss jedoch bei der Bestimmung des Leistungsbedarfs (P) der Pumpe berücksichtigt werden. Die Förderhöhe ist der umgerechnete Förderdruck (bar) in m Wassersäule.

Druckverlustberechnung

Der DruckverlustDruckverlust bzw. der Druckabfall ergibt sich aus den Reibungsverlusten der Flüssigkeit oder des Fluids durch Reibung in Rohrleitungen, Formstücken und Armaturen. Der Druckverlust ist abhängig von der Geometrie des Systems, der Rauigkeit der Oberfläche, dem Volumenstrom und der Reynoldszahl. Zur Berechnung stehen zwischenzeitlich verschiedene Berechnungsprogramme, viele auch online zur Verfügung. Beispielsweise unter:

  www.druckverlust.de/online-Rechner

  www.lgrain

  www.nussbaum.ch/de/druckverlustberechnung

DrehzahlregelungDrehzahlregelung

Die exakte Anpassung der Pumpenleistung an den tatsächlichen Bedarf mittels Drehzahlregelung durch Frequenzumrichter ist Stand der Technik. Alleine schon durch gesetzliche Vorgaben der Europäischen Union (EU) bezüglich der Energieeffizienz, ist die Optimierung des Energieverbrauchs beim Betrieb von Pumpen festgeschrieben. Neben teilweise hohen Energieeinsparpotentialen liegen verschiedene Vorteile auf der Hand:

 optimale Leistungsanpassung

 schonender Pumpenbetrieb

 gleichmäßige Strömung, wenig Druckstöße

 hoher Gesamtwirkungsgrad der Anlage

 weniger störende Ein-/Ausschaltvorgänge

1.1.2. Elektrotechnische Grundlagen

Der Betrieb von Maschinen mit elektrischen Antrieben ist sehr weit verbreitet und hat viele Vorteile. Die elektrische Energie ist die hochwertigste Energieform. Sie ist sauber, energieeffizient und in industrialisierten Ländern fast überall verfügbar. Sie lässt sich leicht transportieren, ist umwandelbar und speicherbar. Elektrische Antriebe lassen sich einfach regeln und verursachen relativ niedrige Geräusch-emissionen. Basierend auf diesen Vorteilen werden die meisten Pumpen mit Elektromotoren angetrieben. Elektromotoren sind elektromechanische Energie-wandler, die elektrischen Strom in Bewegungsenergie bzw. Rotationsenergie umwandeln. Die Drehbewegung bewirkt den Antrieb des Pumpenlaufrades über die Welle. Die Motoren sind geprägt durch folgende Einflussfaktoren: Strom, Spannung, elektromagnetisches Feld, mechanische Abmessungen, Drehmoment, Drehzahl, Kraft, Geschwindigkeit, Materialien, Verluste in Leitern und magnetischen Werkstoffen, sowie Kühlung. Die Basisparameter beim elektrischen Strom und ihre jeweiligen Einheiten sind:

Bei der Elektrizität unterscheidet man die 3 Stromarten: Gleichstrom, Wechselstrom und Drehstrom. Wobei der Drehstrom aus einer Überlagerung von 3 Wechsel-strömen erzeugt wird.

GleichstromGleichstrom

Der Gleichstrom fließt immer in die gleiche Richtung und ändert seine Stärke nicht. Gleichstrom kann erzeugt werden in Gleichstromgeneratoren, wie z.B. in der Licht-maschine des Kraftfahrzeugs, (gespeichert in Batterien), Brennstoffzellen, und Photovoltaikmodulen (photoelektrische Solarzellen). Mit Wechselrichtern kann der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden. Bei vielen Anwendungen im Privatbereich wie Netzteilen, Ladegeräten, Akkus oder auch bei verschiedenen Leuchten wird Gleichstrom benötigt.

Hochspannungsleitungen führen Drehstrom und ermöglichen zwar eine einfache Spannungstransformation, jedoch treten bei der Übertragung von Gleichstrom über große Entfernungen weniger Verluste auf. Ein weiterer Vorteil des Gleichstroms ist, dass er gespeichert werden kann. Infolge der zunehmenden Verbreitung der Elektro-mobilität und der Speicherung von Solarstrom in Gebäuden wird Gleichstrom in Zukunft an Bedeutung gewinnen.

WechselstromWechselstrom

Der Wechselstrom ändert entsprechend seiner Erzeugung im Generator regelmäßig seine Bewegungsrichtung und seine Stärke. Durch die alternierende Spannung unterscheidet sich der Wechselstrom vom Gleichstrom. Der Abstand zwischen dem 0-Durchgang und der Amplitude (höchster Punkt) entspricht der Höhe der Spannung in Volt (V). Sie ist einmal positiv und einmal negativ gerichtet. Eine Schwingung (0 >< Plus-Amplitude >< 0 >< Minus-Amplitude>< 0) ist eine Periode. Die Anzahl der Perioden in einer Sekunde bezeichnet man als Frequenz. Frequenz wird in Hertz (Hz) angegeben. In Deutschland und Europa arbeitet das Stromnetz mit 50 Hz = 50 Perioden in einer Sekunde. In anderen Ländern u.a. in den USA und in einigen Staaten Südamerikas hat das Stromnetz 60 Hz.

Diagramm1: Sinuskurve bei Wechselstrom [1]

Die Stromnetze im Gebäudebereich führen 230 V Wechselstrom. Bei Maschinen oder Anlagen höherer Leistung, wird „Kraftstrom“ bzw. Drehstrom mit 400 V benötigt.

DrehstromDrehstrom

Beim Drehstrom werden drei Wechselströme überlagert. Dies erfolgt in drei gleichen Zeitabständen. Die Spannungskurven der drei Phasen sind in der Abbildung unten dargestellt (Diagramm 2). Der Drehstrom ist sozusagen ein dreiphasiger Wechsel-strom, der nacheinander in drei gleichen Zeitabständen aufgeteilt ist. Durch diese Besonderheit kann der Strom mit nur drei Stromleitern (Phasen L1, L2 und L3) transportiert werden. Im Niederspannungsnetz (örtliches Stromnetz) besteht noch ein vierter Stromleiter, der Null- oder Neutralleiter. Bei der Klemmung im Nieder-spannungsnetz von nur einer der drei Phasen (L1, L2, L3) mit dem Neutralleiter (N) kann man Wechselstrom entnehmen (230 Volt). Bei Klemmung von zwei Außenleitern (z.B. L1 zu L3) erhält man Drehstrom mit 400 Volt Spannung.

Diagramm 2: überlagerte Sinuskurven bei Drehstrom [1]

In Deutschland und Europa hat Drehstrom ebenfalls eine Frequenz von 50 Hz, in anderen Ländern sind wie auch beim Wechselstrom 60 Hz verbreitet.

1.1.3. Hinweise zu Auswahl und Dimensionierung

Jede Pumpenanlage funktioniert so gut und störungsfrei, je präziser die Planungsaufgaben erledigt wurden und die Bauausführung erfolgte. Ein großer Teil von Störungen sind auf Planungs- und Dimensionierungsfehler zurückzuführen (s.a. VDMA-Studien).

Vor allem Kosten lassen sich durch eine präzise Planung und exakte Bauausführung sparen. Folgekosten, die erst nach einiger Zeit entstehen, lassen sich durch geeignete Maßnahmen vermeiden. Dazu gehören insbesondere:

 Genauen Betriebspunkt festlegen (Anlagenkennlinie, Pumpenkennlinie)

 Strömungsverluste berücksichtigen

 Sauganforderungen prüfen (Saugleitung, ob selbstansaugend)

 Betriebspunkt-Anpassung (Drehzahl-Regelung, FU)

 Viskosität berücksichtigen (Wasser, Öl, andere Flüssigkeiten)

Außerdem müssen folgende Faktoren berücksichtigt werden:

 Die Aufstellung der Pumpe (Bodenfundament, Sockel, etc.)

 Saug- und Druckleitung (Durchmesser, Länge)

 Die Art der Pumpe muss ausgesucht werden in Bezug auf: Viskosität, Dichte, Temperatur, Systemdruck, Materialanforderungen, etc.

 Die richtige Pumpengröße muss abgestimmt sein auf: Förderstrom, Druck, Drehzahl, Ansaugbedingungen und Art des Fördermediums

Grundlegende, zu beachtende Eigenschaften der Fördermedien sind:

 Viskosität (Reibungsverluste)

 Korrosivität (Korrosion)

 Abrasivität (Abrieb)

 Temperatur (Kavitation)

 Dichte

 chemisches Reaktionsverhalten (Dichtungsmaterial)

Aufstellung/Verrohrung

Die Pumpe sollte mit möglichst kurzen Rohrleitungen im System an den Behälter oder an das Objekt, aus der die Flüssigkeit gepumpt werden soll, montiert werden. Es sollten möglichst wenig Ventile und Bögen verwendet werden, um den Druck-verlust in der Rohrleitung zu minimieren. Die Pumpen müssen auf einem festen Fundament fixiert sein und vor der Inbetriebnahme exakt ausgerichtet werden. Die Verrohrung und die Rohranschlüsse, müssen ausreichend groß dimensioniert werden und dem Förderstrom angepasst werden. Kleine Rohrabmessungen sind zwar preisgünstiger, bringen jedoch Strömungsverluste und die Gefahr der Kavitation beim Betrieb der Pumpe. Die Saugleitung soll eine Stufe größer als die Druckleitung sein. Beispielsweise: Druckleitung 2“, folglich Saugleitung 2 ½ “.

Angeschlossene Rohrleitungen müssen spannungsfrei montiert werden, so dass keine Kräfte auf die Stutzen der Pumpe wirken. Temperaturbedingte Ausdehnungen des Rohrleitungssystems sollten durch Kompensatoren ausgeglichen werden. Steht die Pumpe fest auf einer Bodenplatte, muss gewährleistet sein, dass das Rohrsystem Spannungen und Ausdehnungen auffangen kann (z. B. über Bogen oder Kompensator).

Saugleitung

Bei normalsaugenden Kreiselpumpen darf keine Luft in die Pumpe gelangen. Dies würde die Leistung beeinträchtigen, im Extremfall würde die Pumpe nicht mehr fördern. Um Störungen wie beispielsweise Turbulenzen zu vermeiden, sollte die Saugleitung eine gerade Einlaufstrecke beinhalten, die mindestens fünf Mal so lang ist wie der Durchmesser des Einlaufstutzens.

Druckleitung

Die Förderhöhe ergibt sich aus den Reibungswiderständen der in der Druckleitung eingebauten Komponenten wie Ventile, Wärmetauscher, Filter, etc., der Rohrleitung und der geodätischen Höhendifferenz. Auch der Förderstrom wird beeinflusst.

1.1.4. Bauformen von Kreiselpumpen
Aufstellungsart

Eine grundsätzliche Untergliederung ergibt sich nach der Aufstellungsart. Man unterscheidet trocken aufgestellte Pumpen, nass aufgestellte Behälterpumpen und Unterwasserpumpen. Trocken aufgestellte Pumpen werden in einer Anlage verbaut oder neben einer Anlage montiert. Bei Behälterpumpen befindet sich der hydraulische Teil im Behälter bzw. in der Flüssigkeit. Unterwasserpumpen sind komplett in der zu fördernden Flüssigkeit. Der Motor muss deshalb wasserdicht verkapselt sein.

Laufradformen

Je nach Anforderung bezüglich Förderdruck und Fördermenge werden verschiedene Laufräder eingesetzt. Dies sind: Radialrad, Halbaxialrad, Diagonalrad oder Axialrad.

Die spezifische DrehzahlDrehzahl n_q ergibt das Unterscheidungsmerkmal.

Die spezifische Drehzahl n_q = n ▪ Q^1/2 ▪ H^3/4

Wobei:

Es ergeben sich folgende Anwendungen bezüglich der spezifischen Drehzahl:

Sonderform PumpenturbinePumpenturbine

Die Pumpenturbine ist eine Sonderform der Kreiselpumpe. Wie der Name der Strömungsmaschine schon sagt, hat eine Pumpenturbine – oder auch Turbinen-pumpe genannt – 2 Funktionsweisen:

1 Angetrieben durch einen Elektro-Motor, wird die Pumpe zur Förderung einer Flüssigkeit eingesetzt. Funktion: Erhöhung von Druck und Geschwindigkeit des Fördermediums.

2 Die Pumpe wird in umgekehrter Richtung betrieben, also rückwärtslaufend, d.h. am eigentlichen Druckstutzen der Pumpe erhält sie Zulauf, beispielsweise aus einem Behälter oder Fallrohr. Funktion: die Pumpe wirkt als Turbine und erzeugt elektrischen Strom. Ein angeschlossener Asynchronmotor oder Synchronmotor kann hierbei als Generator betrieben werden. Strömungsbedingt kommt am besten ein halbaxiales Laufrad zum Einsatz (nq = 40-80).

Bild: Pumpenturbine

Bild 1: halbaxiales Laufrad

Durch ein Drosselventil wird Energie abgebaut und fließt als Verlust in die Energie-bilanz mit ein. Diese Aufgabe des Drosselventils kann von der Pumpenturbine übernommen werden. Der Druckabbau im Förderstrom wird von der Pumpenturbine in elektrischen Strom umgewandelt.

Anwendungsbeispiel

Im einem Wasserwerk wurden Pumpenturbinen (Stromgewinnungsanlagen) in den Zulauf des Zwischenbehälters und des Endbehälters (Hochbehälters) installiert. Es erfolgt keine Energieeinspeisung ins öffentliche Netz, da die erzeugte Energie zur Minderung des Eigenenergieverbrauchs bzw. zur Deckung der eigenen Dauerlast genutzt wird. Die Pumpenturbine wird über pneumatisch gesteuerte Klappen sowie ein vorgeschaltetes bestehendes Ringkolbenventil (RKV) vom Hochbehälter gesteuert und betrieben.

Standardmäßig erfolgt die Einspeisung aus dem Hochbehälter über die Pumpenturbine. Dazu wird die der Pumpenturbine vorgeschaltete Klappe geöffnet und danach das RKV aufgefahren. Bei Erreichen der Nenndrehzahl erfolgt die Anschaltung an das elektrische Netz. Bei Außerbetriebnahme der Pumpenturbine oder bei Störungen erfolgt die Einspeisung vom Hochbehälter über eine Umfahrungsleitung mit einer pneumatischen Klappe. Die Durchflussmengenregelung erfolgt dann über das vorgeschaltete RKV.

Pumpenturbinen haben zwar einen geringfügig schlechteren Wirkungsgrad als klassische Turbinen. Dafür sind sie aber erheblich kostengünstiger, robuster und wartungsfreundlicher.

Bild 2: Pumpenturbinen (Stromgewinnungsanlagen) in den Fall-Leitungen (Landeswasserversorgung BW) [28]

1.1.5 Abdichtungsarten Motor – Hydraulik

Je nach Anforderung seitens der Anwendung werden zur Abdichtung der Pumpenhydraulik gegen den Antriebsmotor die dynamisch dichtende Gleitring-dichtung oder statisch dichtende MagnetkupplungenMagnetkupplungen und Spaltrohrmotoren eingesetzt.

Gleitringdichtung

Die Gleitringdichtung ist eine dynamische, kostengünstige Komponente, ist aber nicht zu 100 % dicht, sondern hat eine minimale Leckage. Deshalb ist sie nicht für die Lebensmittelbranche und nur bedingt für Pumpen in der Chemiebranche geeignet. Da die Gleitringdichtung noch in einem späteren Kapitel genauer beschrieben wird, soll hier nicht näher auf diese Dichtungsart eingegangen werden.

Magnetkupplungspumpen

Diese Abdichtungsart zwischen Motor und Pumpenhydraulik findet vor allem bei Chemiepumpen und Lebensmittelpumpen ihren Einsatz. Die Hauptkomponenten sind Innenrotor, Außenrotor, Spalttopf und Lager (radial und axial). Die Motorwelle ist mit dem Außenmagnetrotor verbunden und überträgt berührungslos die Magnetkräfte auf den Innenmagnetrotor. Der Außenrotor ist auf der Innenseite, der Innenrotor auf der Außenseite mit Dauermagneten bestückt. Die beiden Rotoren sind getrennt durch einen Spalttopf. Dieser Spalttopf ist das dichtende Element, er dichtet das Fördermedium gegen die Umgebung ab. Die Gleitlager werden durch das Fördermedium geschmiert. Diese Kupplungsart ist hermetisch dicht, ohne Leckage. Es lassen sich durchaus Anwendungen realisieren, bei denen Drücke von 25 bar und Temperaturen von 250 °C auftreten.

Bild 3: Magnetkupplung [12]

Bild 4: Pumpe mit Magnetkupplung [43]

SpaltrohrmotorpumpenSpaltrohrmotorpumpen

Bei dieser Kreiselpumpenart bilden Motor und Pumpe eine integrierte Einheit. Die Pumpe ist in Blockbauweise konzipiert, d.h. auf der durchgehenden Motorwelle ist das Laufrad montiert. Das Spaltrohr dient als Dichtungselement, weshalb keine dynamische Dichtung notwendig ist.

Die Motorwicklung (feststehender Stator) befindet sich zwischen Motorgehäuse (Rahmen) und Spaltrohr. Dadurch ergibt sich eine doppelte Dichtigkeit: Motormantel + Spaltrohr. Das feststehende Spaltrohr umschließt den Rotor und dichtet die Rotorkammer nach außen ab. Das Fördermedium zirkuliert direkt in der Rotorkammer, kühlt dabei den Motor und schmiert die Gleitlager. Zur Kühlung des Motors ist kein Lüfter notwendig, so dass die Pumpe sehr geräuscharm arbeitet. Die doppelte Dichtigkeit minimiert die Gefahr von Leckagen. Deshalb kommt dieser Pumpentyp bei Chemiepumpen, bei explosiven, brennbaren und giftigen Flüssigkeiten zum Einsatz.

Bild 5: Pumpe mit Spaltrohrmotor [44]

1.1.6 Abwasserpumpen

Kreiselpumpen, die Flüssigkeiten mit Feststoffbestandteilen fördern müssen, haben je nach Belastung und Zusammensetzung des zu fördernden Mediums und der darin enthaltenen Feststoffe eine geringere Standzeit. Sie können schnell unwirtschaftlich werden. Die Förderung von Wasser mit Feststoffen, die zudem hart sind, bewirken schädigende Abrasion an den Pumpenkomponenten. Eine Reduzierung der Durchflussgeschwindigkeit wirkt sich dabei verschleißmindernd aus (V=2-3 m/s).

Bei Feststoffen mit hohem Feststoffanteil empfiehlt es sich, spezielle Freistrom-pumpen mit offenem Laufrad einzusetzen. Die Feststoffe führen nicht wie beim geschlossenen Laufrad zu Verstopfung, sondern werden im Spiralgehäuse durch die zu fördernde Flüssigkeit mitgerissen und über den Druckstutzen wieder aus dem Pumpengehäuse heraus transportiert. Für Förderprozesse, bei denen langfaserige Feststoffe gepumpt werden müssen, eignen sich Pumpen, die mit einem Schneid-werk ausgerüstet sind.

1.1.7. Elektrische Antriebe

Die wichtigsten elektrischen AntriebeElektrische Antriebe für Pumpen im industriellen Bereich sind Drehstrommotoren. Neben Wechselstrommotoren, die ihre Anwendung haupt-sächlich im Gebäudebereich finden, sind Gleichstrommotoren in Konsumgütern und in Kraftfahrzeugen weit verbreitet.

DrehstrommotorenMotoren

Drehstrommotoren sind aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit und Robustheit im industriellen Umfeld dominierend.

Asynchronmotoren

Bei diesem Motor-Typ läuft der Rotor dem Drehfeld nach (asynchron). Der Motor ist gekennzeichnet durch einen einfachen und robusten Aufbau, mit geringen Wartungs-anforderungen. Der Motor ist stoßlastfest und hoch überlastbar, Selbstanlauf ist bei voller Last möglich. Dieser Motortyp ist auch als Generator zu betreiben. Bis 4 kW wird er im Direktanlauf, ab 5,5 kW in Stern-Dreieck-Schaltung gestartet. Asynchronmotoren sind mit die kostengünstigsten Drehstrommotoren.

Synchronmotoren

Hierbei herrscht Synchronlauf von Drehfeld und Rotor vor. Seine Vorteile liegen im Schwachlastbereich, die Läuferverluste sind geringer als beim Asynchronmotor.

Kleinere Baugrößen (BG 80 anstatt BG 100) sind möglich, was bei vielen Anlagen konstruktive Vorteile bietet. Diese Motoren können auch als Generator betrieben werden. Sie haben einen höheren Wirkungsgrad, aber auch höhere Investitions-kosten als Asynchronmotoren zu verzeichnen.

Permanentmagnet-Synchronmotoren(PM)

Synchronmotor, bei dem die Magnetisierung durch Permanentmagnete erfolgt. Dieser Motor-Typ ist nicht selbststartend, es ist eine Steuerungselektronik (extern) notwendig. Seine Vorteile sind:

 höhere Effizienz im Teillastbereich im Vergleich zum Asynchronmotor

 internes Rotordesign, drehender Rotor befindet sich im Innern des Stators

 bis zu 2 Baugrößen kleiner als Asynchronmotor

Der Nachteil dieses Motortyps ist, dass die Materialien für Magnete, die seltenen Erden teuer und auch nicht leicht verfügbar sind. Das Hauptvorkommen der seltenen Erden liegt in China und in der Mongolei.

Reluktanzmotoren

Das Prinzip ist ein altbekannter Synchronmotor. Der Motor wurde schon im Jahre 1923 vorgestellt. In ihm sind keine Permanentmagnete verbaut. Die Rotorbleche aus Eisen werden über den Frequenzumrichter magnetisiert. In dem Motor wird das Prinzip der magnetischen Reluktanz genutzt, d.h. dem magnetischen Pendant zum elektrischen Widerstand.

Vergleichbarer Effekt: ein Eisenkern wird magnetisiert, wenn er durch einen Elektro-magnet angezogen wird. Der Motor besitzt eine höhere Effizienz im Teillastbereich im Vergleich zum Asynchronmotor und ist überlastbar, d.h. um ca. 10-20 % über der Nennlast, auch für eine längere Dauer.

Bild 6: Prinzip Reluktanzmotor, „Luft und Eisen“ [39]

Durch die spezielle Gestaltung der Rotorbleche besteht der Rotor sozusagen aus „Luft und Eisen“. Dadurch ergibt sich in der einen Richtung ein geringer magnetischer Widerstand und rechtwinklig dazu ein hoher magnetischer Widerstand. Sobald Spannung anliegt, kommt das Prinzip der magnetischen Reluktanz zum Tragen und der Rotor dreht sich.

Tabelle 2: Vergleich der verschiedenen Drehstrom-Motor-Typen

Stern-Dreieck-SchaltungStern-Dreieck-Schaltung bei Drehstrommotoren

Im Anlauf beim Start des Motors erfolgt eine sehr hohe Stromaufnahme. Bei direkter Einschaltung liegt diese beim 5- bis 8- fachen Bemessungsstrom. Deshalb werden Drehstrommotoren nur bis 4 kW im Direktanlauf gestartet und ab 5,5 kW in Stern-Dreieck-Anlauf geschaltet.

Bild 7: Stern-Dreieck-Schaltung [19]

Der Motor wird im Stern gestartet und nach dem Hochlauf auf Dreieck umgeschaltet. Dadurch ist der Einschaltstrom nur ca. 1/3 so groß als wie beim Direktanlauf im Dreieck. Dies schützt den Motor vor Überlast und ermöglicht einen schonenden Betrieb.

Wechselstrommotoren

Wechselstrommotoren sind einphasig und werden mit Wechselstrom betrieben. Zum besseren bzw. verstärkten Anlaufverhalten wird ein Kondensator eingesetzt. Durch diesen Anlaufkondensator erhöht sich das Startdrehmoment. Diese Motoren werden dort eingesetzt, wo nur ein Einphasenstromnetz vorhanden ist. Anwendungen finden sich beim Antrieb von Maschinen, Werkzeugen, Ventilatoren, Kompressoren und Pumpen.

Bild 8: Wechselstrommotor mit Kondensator [27]

Gleichstrommotoren

Gleichstrommotoren sind sehr kostengünstig und in Konsumgütern weit verbreitet. Sie eignen sich für geringe Leistungen. Auch in Kraftfahrzeugen finden sich Gleichstrommotoren. Nachteilig ist ein schlechterer Wirkungsgrad als bei Drehstrom- und Wechselstrom-Motoren. Aufgrund ihrer guten Regelbarkeit und des guten Anlaufverhalten gewinnen sie aber wieder an Bedeutung, auch in industriellen Produktionsanlagen. Da auch Photovoltaikanlagen Gleichstrom liefern, entstehen keine Umwandlungsverluste bei der Einspeisung des Solarstroms ins betriebseigene Netz zum Direktverbrauch. Somit werden auch Pumpen mit Gleichstrommotoren für industrielle Produktionsanlagen an Bedeutung gewinnen.

1.1.8. Verschiedene Regelungsarten

Im Folgenden werden die verschiedenen RegelungsartenRegelungsarten dargestellt, die bei Pumpensystemen zum Einsatz kommen. Je nach Anwendungsbedarf sollte die sinnvollste Lösung ausgewählt werden. Eine Gesamtbetrachtung sollte über die Regelungsart entscheiden. Die Prioritäten können sein: einfach, oder energie-effizient, oder kostengünstig oder flexibel. Die Regelungsarten im Einzelnen:

Start / Stopp-Regelung, Bypass-RegelungBypass-Regelung, Drossel-Regelung.

Start-Stopp-Regelung

Diese Regelungsart bietet sich an für Systeme, mit einem variierenden Bedarf, beispielsweise wenn mehrere kleine Pumpen parallelgeschaltet werden. Dabei addieren sich die Durchflussmengen, die Drücke nicht. Lastabhängig werden einzelne Pumpen zu- oder abgeschaltet. Dies erfolgt durch eine einfache Ein-/Aus-Schaltung. Diese Pumpen-Regelung ist aufgrund ihrer Einfachheit weit verbreitet.

Bild 9: Start-Stopp-Regelung

Regelung mit Bypass-Ventil

Durch ein Bypass-Ventil, das parallel zur Pumpenleitung installiert wird, fließt ein Teil der Strömung zurück in den Saugbereich. Ist nach einem Umbau einer Anlage beispielsweise die bereits vorhandene Pumpe zu groß, lässt sich durch den Bypass das Fördervolumen reduzieren. Diese Maßnahme ist zwar nicht sehr energieeffizient, bietet aber eine einfache und kostengünstige Lösung zur Anpassung der Pumpenleistung (Fördervolumen und Druck) an die umgebaute Anlage.

Bild 10: Regelung mit Bypass-Ventil

Regelung mit DrosselventilDrosselregelung

Das Drosselventil wird hierbei auf der Pumpen-Druckseite in Reihe zur Pumpe geschaltet. Dieses Ventil regelt sowohl die Fördermenge als auch den Förderdruck. Diese Maßnahme wird beim Umbau von Systemen angewandt, bei denen Pumpen mit hoher Förderhöhe eingebaut sind.

Bild 11: Regelung mit Drossel-Ventil

Regelung mittels Drehzahländerung des Motors

Dies ist die energieeffizienteste Pumpen-Regelung. Auf diese Regelungsart wird in Kap. 4.1.3.1 noch näher eingegangen, weshalb hier nur eine kurze Darstellung erfolgt. Bei der Drehzahl-Regelung geschieht die Einstellung des gewünschten Betriebspunktes entlang der Anlagenkennlinie. Da sich bei dieser stufenlosen Regelung über die Drehzahl von Pumpe/Motor, auch die zugeführte elektrische Leistung des Motors reduziert, ist dies eine sehr energiesparende Lösung. Bezogen auf einen langen Lebenszyklus der Pumpenanlage ist dies auch sehr kosteneffizient.

Diagramm 3: Regelung mittels DrehzahländerungDrehzahlregelung

2. Verschleiß

Bewegen sich Bauteile und entsteht dabei Reibung, treten Verschleißerscheinungen auf. Mechanische Belastungen und Strömungen von Flüssigkeiten können Material-abtrag und Schäden an Bauteilen bewirken.

2.1. Ursachen und Auswirkungen von Verschleiß an Kreiselpumpen

Sehr unterschiedliche Belastungen können Störungen, Verschleiß oder auch den Total-Ausfall einer Pumpe bewirken. Dies können Fremdkörper in Gehäuse, Laufrad oder Leitung sein, Überlastung, falsche Betriebsweise, die zu Kavitation führt, oder eine defekte Gleitringdichtung, die Leckage zur Folge hat.

Auch die Förderung von Flüssigkeiten mit Feststoffen, die zudem hart sind, bewirken schädigende Abrasion an den Pumpenkomponenten. Eine Reduzierung der Durch-flussgeschwindigkeit wirkt sich dabei verschleißmindernd aus. Die Förderung von speziellen Medien, die stark alkalisch sind, Kochsalzlösung, Säuren oder auch Meerwasser bewirken mehr oder minder Korrosionserscheinungen. Auch ungeplante Laständerungen ohne Leistungsanpassung haben negative Auswirkungen.

2.1.1. Fremdkörper im System

FeststoffpartikelFremdkörper wie Metall-Späne, Ablagerungen, Schleifpartikel (Sand, Korund, etc.) aber auch Komponenten wie Schrauben, Muttern oder abgebrochene Bohrer werden sehr oft mit der Flüssigkeit mitgefördert, können aber auch die Pumpe zerstören. Bei Feststoffen mit mehreren Millimetern Durchmesser empfiehlt es sich spezielle Freistrompumpen mit offenem Laufrad einzusetzen.

Für Förderprozesse, bei denen Späne mit einer Länge von mehreren Millimetern mitgepumpt werden müssen, gibt es bereits Pumpen, die mit einem Schneidwerk ausgerüstet sind. Die Späne werden bereits außerhalb, vor Eintritt in das eigentliche Pumpengehäuse, zerkleinert. Die kleingehackten Späne können dann durch das Pumpengehäuse angesaugt werden.

Die FeststoffpartikelFeststoffpartikel führen nicht wie beim geschlossenen Laufrad zu Verstopfung, sondern werden im Spiralgehäuse durch die zu fördernde Flüssigkeit mitgerissen und über den Druckstutzen wieder aus dem Pumpengehäuse heraus transportiert.

Bild 12: Freistrompumpe mit Sperrkammer

Bei Freistrompumpen werden die Feststoffe sozusagen am Pumpenlaufrad vorbei-geführt. Das Laufrad saugt an und schleudert das Fördermedium mit den Feststoffen über das Spiralgehäuse wieder heraus. Bei einem Feststoffanteil von mehr als 10 % kann es allerdings problematisch werden. Jedoch hängt dies von der Körnung oder der Größe der Feststoffe ab. Oftmals hilft nur eine empirische Ermittlung.

Bild 13: Strömungsfluss im Pumpengehäuse [45]

Ein längerfristiger Betrieb mit abrasiven Medien führt allerdings zu Verschleiß-erscheinungen.

Dabei entstehen schadhafte Stellen, je nach Feststoff-Art unterschiedlich stark sowohl an der Schaufel-Oberseite als auch an der Laufrad- und Schaufel-Umlaufseite.

Das Laufrad nach der Beschädigung auszuwechseln, ist noch die einfachste Möglichkeit. Bei größeren Schäden am Spiralgehäuse ist oft ein kompletter Austausch der Pumpe unumgänglich.

Vorbeugend empfiehlt es sich bei solchen Anwendungen, die Pumpenkomponenten durch Maßnahmen wie beispielsweise harte Beschichtungen zu schützen.

2.1.2. Überlastung

Die falsche AuslegungÜberlastung der Pumpe ist eine häufige Ausfallursache. Ein höherer Feststoffanteil als angenommen, oder eine andere Viskosität des Mediums – ölig statt wasserähnlich –­ ­führen zu Überlastung.

Auch Veränderungen am System, wie Rohrleitungsdurchmesser, zusätzliche Krümmer, Einbauten, Ventile, die nicht eine Anpassung der Pumpe nach sich ziehen, können Probleme verursachen. Bei selbstansaugenden Pumpen ist die maximale Saughöhe einzuhalten, um Kavitation zu vermeiden. Bei Betrieb mit Frequenz-umrichtern sind die zulässigen Grenzen zu beachten. Auch führt eine fehlende Rückschlagklappe bei einem getakteten Betrieb mit kurzen Laufzyklen der Pumpe, auf der Druckseite zu Schäden. Die schlagartige Drehrichtungsänderung führt zur Zerstörung des Laufradsitzes (Passfedernut o.ä.).

2.1.3. Förderung von Flüssigkeiten mit Feststoffen

Feststoffe werden sehr oft gepumpt. Vor allem in Kühlemulsionen bei Werkzeug-maschinen, Schleifschlamm, im Abwasserbereich, oder bei der Herstellung von Textilien, enthaltenen die Fördermedien bei bestimmten Prozessen beträchtliche Feststoffbestandteile.

Einen sehr hohen Einfluss auf das zeitliche und das quantitative Auftreten des Verschleißes haben folgende Parameter:

 Drehzahl der Pumpen

 Feststoffanteil in kg/l oder kg/m³ (%)

 Kennzahl für Abrasivität

 Durchfluss [m³/h]

 Förderdruck [bar]

 Härte der Feststoffpartikel (HV)Feststoffpartikel

 Temperaturbeständigkeit

 Schichtdicke (in μm)

 Betriebs- oder Prozesstemperatur

Die Anforderungen an die Pumpe, die sich aus den zu fördernden Medien ergeben, können beispielhaft folgendermaßen definiert werden:

Fördermedium:	abrasive Medien, Wasser, Öl, Emulsion, kalte Waschlaugen bis ph 10, Lösemittel
Max. Temperatur in °C:	120 °C
Minimale Temperatur in °C:	5 °C
Art der Feststoffe:	Schmutz, Späne, Guss- und Schleifpartikel, Sand, Quarz, Glasabrieb

Eine möglichst genaue Definition von Medium und Betriebszustand hilft, die Pumpe bzw. den Prozess optimal anzupassen.

2.1.4. Förderung von harten Feststoffen

Während sich weiche Feststoffe mit Freistrompumpen durchaus gut im Medium mit- fördern lassen, können harte oder sehr harte Feststoffe Probleme bereiten, ja zum Ausfall führen. Je nach Art und Konzentration der Feststoffe im Fördermedium muss entschieden werden, welche Maßnahme die beste Lösung bietet. Es gibt hier keine Ideallösung. Je nach Anwendung können unterschiedliche Maßnahmen wie Gummierung, Oberflächenvergütung wie „Aufhärten“ der Oberfläche, verschleiß-mindernde Einsätze aus Keramik, Kunststoffbeschichtungen oder Hartguss die Lösung bieten.

Während grobe Partikel hauptsächlich zu Verschleißerscheinungen an Laufrad und Spiralgehäuse führen, bewirken Schleifpartikel, Sand oder Glasabrieb Schädigungen an Lager, Welle oder Gleitringdichtungen.

Rohrleitungsdurchmesser und Durchflussgeschwindigkeit haben einen sehr großen Einfluss auf den Grad der Schädigung und die Länge der Standzeit. Je größer der Rohrleitungsdurchmesser und je geringer die Durchflussgeschwindigkeit, desto geringer ist der Schaden und umso höher die Standzeit.

2.1.5. Fehlerhafte Betriebsweise

Eine Betriebsweise, die nicht zu dem für die Anwendung notwendigen Betriebspunkt passt, kann sehr unterschiedliche Gründe haben. Eine falsche Auslegung kann im Extremfall zum Betrieb der Pumpe deutlich außerhalb des Betriebspunktes führen. Schädigende Schwingungen mit Lagerschaden als Folge oder Überlast und Zerstörung des Motors können die Folge sein. Sind aggressive Medien im Einsatz, kann das falsche Material zu Korrosion und Leckagen führen. Fördern Tauchpumpen im „Schlürfbetrieb“ aus einem Behälter, kann zu viel Luft zu Trockenlauf und Ausfall der Gleitringdichtung führen.

Eine falsche Verrohrung kann den Druckverlust unnötig erhöhen und ebenfalls zu Überlast führen. Ist der Feststoffanteil zu hoch, kann die Pumpe verstopfen, keine Förderleistung bringen und ausfallen. Kommt es zu Störungen mit der Pumpe, ist sehr oft nicht die Pumpe das Problem, sondern es liegt ein Systemfehler vor.

2.2. Verschleiß durch Abrasion

AbrasiverAbrasion VerschleißVerschleiß ist definiert als eine Art Mikrozerspanung, bei der es zum Materialabtrag an Bauteilen kommt. Das harte, abrasive Material im Fördermedium ist dabei härter als das Material der Pumpenbauteile.

Abrasive Medien befinden sich in vielen Flüssigkeiten, die von Pumpen gefördert werden. Je nach Feststoff wird die Standzeit der Pumpen durch Schäden an Laufrädern und Gehäusen erheblich reduziert, teilweise bis auf wenige Wochen. Unter den Aspekten von TCO (Total Cost of Ownership) und LCC (Life Cycle Cost) bedeutet dies eine drastische Erhöhung der Betriebskosten.

Im Betrieb von Werkzeugmaschinen werden die Kreiselpumpen sehr häufig zur Förderung von Kühlemulsionen und feststoffbeladenen, abrasiven Flüssigkeiten eingesetzt. Metallspäne, Schleifstaub und Korund scheuern an Gehäusen und Laufrädern so stark, dass die Pumpe nach kurzer Zeit ausfällt.

Beispiele aus der Praxis

In der Textilchemie bei der Textilreinigung finden sich abrasive Feststoffe im Abwasser, beispielsweise bei der Jeans-Veredelung.

In der Bautechnik wird beispielsweise das abrasive Gleitmittel „Bentonit“Bentonit eingesetzt. Bentonit ist ein Gesteinsgemisch aus verschiedenen Tonmaterialien (u.a. Quarz, Glimmer, Feldspat, etc.) und findet seine Anwendung bei Bauwerksabdichtungen im Deichbau und als Gleitmittel beim Vortrieb von Tunneln. Die abrasive Wirkung beim Pumpen von Flüssigkeiten mit Bentonit-Verunreinigungen ist beträchtlich.

Bild 14: Kreiselpumpe eingebaut in eine Anlage zum Fördern von Bentonit

In der Solarzellenfertigung werden beim Sägen von Silizium-Wafern zum Fördern der Schleifschlämme (Slurry)Slurry Tauchpumpen eingesetzt. Diese Schleifschlämme bestehen aus einem Gemisch aus Glykol und Silicium-Karbid als Schleifmittel. Aus den gegossenen Silizium-Blöcken werden die Wafer (dünne Silizium-Scheiben) mit einem Stahl-Draht gesägt. Das Schleifmittel Silizium-Karbid/Glykol, als Fördermedium, wird im 24 h Betrieb umgewälzt. Der Schleifmittelanteil beträgt ca. 20 Gewichts-%. Die ständige Umwälzung ist notwendig, da sonst das Schleifmittel hart wird.

Bild 15: Spiralgehäuse nach Versuch mit Schleifschlämme “Slurry“

Bei all diesen Anwendungen wird die Standzeit der Pumpen durch diesen abrasiven Verschleiß erheblich reduziert.

2.2.1. Laufrad

Der Materialabtrag am Laufrad findet an sehr unterschiedlichen Stellen statt. Strömungssimulationen zeigten sehr deutlich, dass die Schädigungen geschwindig-keitsabhängig sind. An Stellen höchster Geschwindigkeit findet die größte Abrasion statt. Des Weiteren findet an Stellen turbulenter Strömung ein erhöhter Materialabtrag statt.

Bild 16: geschädigtes Laufrad durch Abrasion

Sollen abrasive Medien gefördert werden, empfiehlt sich, Pumpen mit offenem Laufrad einzusetzen. Freistrom-Pumpen bei Feststoffen mit einer Partikelgröße von 3–5 mm, mit einem maximalen Feststoffanteil von 5–8 % können Pumpengehäuse und Laufrad noch von Verschleiß geschont bleiben.

Bei höherem Feststoffanteil kann dies zu Verstopfung führen bzw. werden so nach und nach die Laufrad-Schaufeln „abgeschliffen“.

Bild 17: Laufrad vor und nach der Schädigung – Materialabtrag durch Abrasion

2.2.2. Spiralgehäuse

Der meiste Materialabtrag findet an Kanten im Innern des Gehäuses statt. Beispielsweise an der Entleerungsbohrung oder der Bohrung an der Verschleißplatte. Außerdem findet bei Fördermedien mit Schleifpartikel eine ebenso gleichmäßige Schädigung im Innern des Spiralgehäuses statt.

Ein Phänomen, das auftreten kann ist die abrasive Oberflächengestaltung nach dem Prinzip der strömungsoptimierten Haifischhaut. Die Annahme, dass eine möglichst glatte Oberfläche den geringsten Widerstand besitzt, ist falsch. Durch die Längsrillen auf den Schuppen wird die Querströmung gesenkt und somit die Reibung reduziert. Dieses Prinzip wird schon in der Flugzeugindustrie erfolgreich angewendet.

Bild 18: “Haifischhautoberfläche“Haifischhautoberfläche im Pumpengehäuse

Findet der Verschleiß dermaßen gleichmäßig statt, kann die dadurch reduzierte Wanddicke durchaus standhalten, so dass die Standzeit der Pumpe akzeptabel sein kann. Strömungstechnisch bringt diese Oberfläche „Haifischhaut“ sogar eine Verlustminimierung, da diese Oberfläche eigentlich ideal ist. Ist die Wanddicke entsprechend hoch genug, kann diese Art von Verschleiß den Lebenszyklus der Pumpe nur unwesentlich verkürzen.

2.2.3. Lager

Eine Überbeanspruchung der Lagerung tritt ein, wenn die Radialkraft zu hoch ist. Wird die Pumpe mit einem deutlich höheren Förderstrom gefahren als vorgesehen, kommt es zur Durchbiegung der Welle mit darauffolgender Schädigung des Lagers. Auch durch stark abrasive Medien werden die Lager von Pumpe und Motor geschädigt, was nachfolgende Abbildungen dokumentieren.

An Kanten und Spalten wirkt vor allem Schleifschlamm sehr stark.

Bild 19 und 20: Beschädigung der Drosselstrecke – Folge: Lagerschaden am Motor

Bei Wälzlagern führt Abrasiv-Verschleiß vor allem in Verbindung mit Korrosion ebenfalls zu Zerstörung. Als Folge kommt es zu verstärkter Mischreibung und Materialabtrag. Die Geräuschentwicklung nimmt kontinuierlich zu, gleichzeitig nimmt der Verschleiß an Käfig und Wälzkörper weiter zu, bis zur schlussendlichen Zerstörung des Lagers.

Mögliche Schutzmaßnahmen können sein: Schutzring für die Motor-Lagerung, Montage eines Verschleiß-Sensors mit Überwachungssystem, oder eines Motor-schutzschalters. Ein höherwertiger Motor wie er im Explosionsschutz-Bereich eingesetzt wird, könnte ebenfalls dienlich sein.

Häufig kommt es aber auch zum Ausfall des B-seitigen Kugellagers am Motor (Lager auf der Lüfterseite). Beispielsweise wenn eine Tauchpumpe in einen Behälter mit Entlackungs-Flüssigkeit eingebaut ist. Dieses Entlackungs-Medium ist 90°C heiß und greift alle Fette und Lacke an, ebenso Elastomere wie Viton oder Perbunan. Deshalb wurde auf Elastomere-Dichtungen verzichtet. Der Motor ist über dem Behälter senkrecht, mit der Welle nach unten eingebaut. Probleme gibt es am B-seitigen, oberen Kugellager. Die Umgebungsdämpfe sind so aggressiv, dass das ganze Fett im Kugellager schnell ausgewaschen wird (nach 2-3 Monaten Totalschaden).

Verschiedene Lösungsansätze, die solche Schäden verhindern sind:

 Einbau von zwei Radialdichtungen in einer Kombination vor dem Kugellager.

 Klemmenkasten und Stator werden mit Dichtmasse abgedichtet. (wie bei IP56)

 Kugellager mit Vollkeramik. Die sind aber sehr teuer und die verwendeten Lagerringe aus Fluorit-Harz haben deutlich geringere Tragzahlen.

 Direkt am Kugellager am Kugellager kann zusätzlich eine spezielle Stahl-scheiben-Dichtung eingebaut werden, die speziell für den Schutz von Kugellager vor Verschmutzungen und Flüssigkeiten entwickelt wurde. Diese Dichtung besteht aus speziell geformten Stahllamellen. Durch die Zentrifugalkraft werden Verschmutzungen, Dämpfe und Flüssigkeiten vom Kugellager ferngehalten.

2.2.4. Rohrleitungen

Mit ausreichend großen Rohrdurchmessern lassen sich sowohl Strömungsverluste als auch Schäden durch Abrasion vermindern. Sind die Rohrdurchmesser zu klein gewählt, oft aus Kostengründen, herrscht keine laminare stabile Strömung, sondern eine turbulente Strömung mit unregelmäßigen Querströmungen im Rohr. Sind Feststoffpartikel im Fördermedium, wirken diese auf die Rohrinnenwand wie bei einem Schleifprozess. Der stärkste Materialabtrag findet an Rohrverengungen, Umlenkungen oder auch T-Stücken statt. Die Feststoffpartikel prallen mit erhöhter Kraft auf die entsprechenden Stellen und spülen oder schleifen die Rohrleitung mehr oder weniger aus, bis die Rohrwand schlussendlich durchbricht. Bei dünnwandigen Rohren kann dies sehr schnell geschehen. Auf entsprechende Schutzmaßnahmen wird in Kapitel 4 eingegangen.

Letztendlich wird bei kleinen Rohrdurchmessern zwar an den Investitionskosten gespart, nicht aber an den Energiekosten. Der erhöhte Rohrreibungswiderstand, oftmals noch verstärkt durch eine hohe Rauigkeit im Rohr, bringt eine Erhöhung des Druckverlustes. Dies bedeutet mehr Pumpenleistung und mehr Energieverbrauch.

Eine Maßnahme zum schonenden Betrieb einer Anlage, zur Reduzierung von Verschleiß und auch zur Minimierung der Geräuschentwicklung, ist definitiv die Vergrößerung der Rohrleitungsdurchmesser.

Bild 21: durchgescheuerte Rohrbögen

Werden abrasive Medien gefördert, treten besonders an Rohrbögen entsprechende Schäden auf.

Bild 22 und 23: richtig große Löcher in den Rohren

Bild 24 und 25: Querschnitt eines Rohrbogens: die Wanddicke ist durch Verschleiß drastisch reduziert

Bei abrasiven Medien ist deshalb auf die Festigkeitseigenschaften besonders zu achten. Auch bei Einbauten wie Ventilen, Schiebern, Meßsensoren o.ä. sind entsprechende Schäden zu erwarten, falls die Materialien nicht hochwertig genug sind.