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A

A/D-Wandler

Bei dieser Bezeichnung steht das A für analog und D für digital. Ein Analog-Digital-Wandler ist ein elektronisches Bauelement, welches nach unterschiedlichen Methoden analoge Eingangssig- nale in digitale Daten umsetzt. Deren Weiterverarbeitung und Speicherung erfolgen dann digital.

Abdrehen von Laufrädern

Unter dem Abdrehen von Laufrädern wird die Verringerung des Laufraddurchmessers und damit der Umfangsgeschwindigkeit am Laufradaustritt einer Kreiselpumpe verstanden, um deren Betriebspunkt an die Vorgaben anzupassen. Durch das Abdrehen von Laufrädern ändern sich die Länge und der Austrittswinkel der Schaufel sowie die Breite des Laufrades am Austritt. Die Wirkung dieser Maßnahme ist damit abhängig von der Bauart des Laufrades. Einschaufel- und Diagonalräder können nur in kleinen Grenzen abgedreht werden. Sie sind so ausgebildet, dass der für das Fördermedium erforderliche freie Durchgang gewährleistet ist. Die Form der Drosselkurve einer Kreiselpumpe mit konstanter Drehzahl erlaubt keine gleichzeitige Reduzierung von Förderstrom (Q) und Förderhöhe (H) durch Drosseln (siehe Regelung). Sollen beide bei unveränderter Drehzahl dauerhaft verringert werden, so ist das Verkleinern des Laufradaußendurchmessers eine relativ einfache und zudem hydraulisch sehr wirksame Maßnahme. Diese Verkleinerung erfolgt durch eine mechanische Bearbeitungsmaschine (z. B. Drehmaschine). Wird die Durchmesserverkleinerung in solchen Grenzen gehalten, dass noch eine gegenseitige Überdeckung der Schaufeln erhalten bleibt, kann der Zusammenhang zwischen dem Förderstrom (Q), der Förderhöhe (H) sowie dem Laufraddurchmesser (D) des Rades mit vollem Durchmesser (x) und den entsprechenden Werten des abgedrehten Rades (y) näherungsweise wie folgt angegeben werden:

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Die Wertepaare für Q sowie H mit den jeweiligen Indizes x und y liegen dabei auf einer Geraden durch den Ursprung des QH-Koordinatensystems. siehe Abb. 1 Abdrehen von Laufrädern

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Laufräder mit geringerer spezifischer Drehzahl (bis ca. ns = 25 min-1) können ohne Einbußen beim Wirkungsgrad relativ stark abgedreht werden; Laufräder mit höheren spezifischen Drehzahlen zeigen dabei einen merklichen Wirkungsgradabfall. Eine ähnliche Maßnahme wie das Abdrehen stellt das Ausdrehen von Laufrädern dar.

Abgeschirmtes Kabel

Ein abgeschirmtes Kabel besteht aus einem Leiter, der mindestens von einem Kabelschirm (leitfähige Hülle) umschlossen ist. Dieser Kabelschirm dient dem Schutz (Abschirmung) des im Inneren verlegten Leiters gegen elektromagnetische Einflüsse von außen. Zudem verhindert er auch den Austritt von elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung, die vom Innenleiter aufgrund der dort transportierten Signale entsteht. Zur Erhöhung der Abschirmwirkung können mehrere Abschirmungen übereinander angeordnet werden. Beim drehzahlvariablen Betrieb von Drehstrom-Asynchronmotoren (z. B. für Kreiselpumpen) wird empfohlen, das Verbindungskabel zwischen Frequenzumrichter und Motorklemmkasten abgeschirmt auszuführen. Beispiel für diese Art Kabel ist ein Koaxialkabel.

Ablagerung

Unter Ablagerung in der Wasserwirtschaft versteht man das Absetzen von Stoffen an flüssigkeitsberührten Oberflächen durch die Schwerkraft. Alle Wasserversorgungsnetze, die Gussleitungen ohne Zementmörtelauskleidung enthalten, können Ablagerungen oder auch Anlagerungen an die Rohrleitung aufweisen. Diese Ablagerung bildet sich aus einem Gemisch von Kalk und Eisen. Teilweise wächst die Wasserleitung durch Beläge so weit zu, dass nur noch ganz geringe Mengen Wasser durch die Leitung fließen können.

Ablösung

Die Ablösung bezeichnet in der Aero- und Hydrodynamik ein Strömungsvorgang, bei dem die Strömung von der Wand abhebt. Durch eine zu starke Verzögerung der Strömung (Druckanstieg) oder eine zu starke Richtungsänderung einer überströmten Wand folgt die Strömung außerhalb der Grenzschicht nicht mehr der Richtung der Wand, sondern hebt von dieser ab. Stromab von der Ablösestelle nimmt die Dicke der Grenzschicht stark zu und es kommt innerhalb des sich darin bildenden Ablöse- oder Totwassergebiets zu einer lokalen Rückströmung. Die Ablösung ist mit Verwirbelungen und daraus resultierenden zusätzlichen Strömungsverlusten verbunden.

Abnahme

Die Abnahme wird oft auch als Abnahmeversuch bezeichnet. In diesem Zusammenhang ist der Begriff Abnahme im technischen und nicht im rechtlichen Sinne zu verstehen, weshalb auch ein erfolgreich durchgeführter Abnahmeversuch für sich allein noch nicht die Abnahme im rechtlichen Sinne nach § 640 BGB darstellt.

Abnahmeregeln

Als Abnahmeregeln werden die Richtlinien für die Durchführung eines Abnahmeversuches verstanden. Diese sind meist als Norm niedergelegt.

Inhalt von Abnahmeregeln

  • Festlegungen über technische Garantien und deren Erfüllung 
  • Empfehlungen für die Vorbereitung und Durchführung zur Prüfung der Garantien
  • Empfehlungen für das Abfassen des Versuchs-/Abnahmeberichtes
  • Definition aller zu messenden und errechnenden Größen (Drehzahl, Druck, Drehmoment, Förderhöhe, Förderstrom, NPSH-Werte, aufgenommene Leistung und Wirkungsgrad) zum Nachweis der garantierten Werte aus dem Verkaufsvertrag
  • Beschreibung der für den Garantienachweis zulässigen Verfahren der Messtechnik sowie deren Durchführung und Auswertung unter Berücksichtigung der gesamten Messunsicherheit 
  • Festlegungen zum Vergleich der Messergebnisse mit den garantierten Werten und den Schlussfolgerungen aus diesem Vergleich 

Bekannte Abnahmeregeln 

  • DIN EN ISO 9906 Kreiselpumpen: Hydraulische Abnahmeprüfung Klasse 1 und 2 
  • Hydraulic Institute (HI) Standards, Section: Centrifugal pumps, test standards (Cleveland, USA) 

Unter Federführung des VDMA wird zurzeit an einer neuen Fassung der DIN EN ISO 9906, die auch Elemente von Hydraulic Institute Standards enthält, gearbeitet. Ziel ist es, für Abnahmemessungen weltweit nur noch eine Norm anzuwenden. Neben den bekannten Abnahmeregeln werden zur Beurteilung in besonders gelagerten Fällen folgende Regelwerke herangezogen:

Regelwerke für Spezialfälle

  • DIN 4325 Abnahmeversuche an Speicherpumpen 
  • IEC- Recommendation, Publication 198, Internatio-nal Code for the Field Acceptance Test of Storage Pumps
  • API Standard 610: Centrifugal Pumps for General Refinery Services, Section 4: Inspection + Tests; Section 5: Guarantee + Warranty 
  • ASME PTC 8.2 Centrifugal Pumps Power Test Code 
  • DIN 1184 Schöpfwerke / Pumpwerke DIN 4047-2 Landwirtschaftlicher Wasserbau

Abnahmeversuch

Der Abnahmeversuch wird oft auch als Abnahme bezeichnet. Hierbei werden in einem Versuch die zwischen dem Auftraggeber und -nehmer im Liefervertrag festgesetzten technischen Garantien durch Messen der garantierten Größen nachgewiesen. Dabei kommen definierte Abnahmeregeln zur Anwendung. Darüber hinaus kann der Abnahmeversuch zur Überprüfung weiterer technischer Größen und Eigenschaften der Pumpe dienen, soweit diese Gegenstand der technischen Garantie sind. Dazu gehören stabile Drosselkurve, Null- und Grenz-Leistungsbedarf, Rücklaufdrehzahl, Leckverlust, Laufruhe sowie Geräusche. Als Ort für den Abnahmeversuch kommt das Pumpenprüffeld des Pumpenherstellers oder eines neutralen Instituts oder bei Kreiselpumpen mit sehr großem Leistungsbedarf und nicht demontierbaren Gehäusen (z. B. Betongehäusepumpe) die Pumpenanlage vor Ort in Frage. Ort, Zeitpunkt, Umfang und Kosten des Abnahmeversuches sind im Liefervertrag zu vereinbaren.
siehe Abb. 6 Kühlwasserpumpe

Vor Durchführung des Abnahmeversuches sollten zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer folgende Fragen geklärt und mit in die Auftragsbestätigung aufgenommen werden: Welche Abnahmeregeln kommen zur Anwendung? Welche Messunsicherheiten sind zulässig? Welche Betriebspunkte auf dem Pumpenprüffeld können mit kaltem Wasser oder mit der eigentlichen Förderflüssigkeit geprüft werden? Soll mit voller oder darf mit verminderter Drehzahl gefahren werden? Welche Formeln der Wirkungsgradaufwertung sollen angewendet werden? Welche Betriebsbedingungen liegen beim Abnahmeversuch in der Anlage vor oder müssen noch geschaffen werden? Beim Vergleich des aus den Messdaten ermittelten und garantierten Wirkungsgrades kann auch die Frage von Bonus (Überschreitung) oder Malus (Unterschreitung) eine Rolle spielen.

Abrasion

Abrasion ist eine Form des Verschleißes und wird durch den mechanischen Angriff der festen Bestandteile in dem Fördermedium auf die Werkstoffoberfläche verursacht.

Abrasion in Kreiselpumpen fördernde Faktoren

  • 2. bis 3. Potenz der Relativgeschwindigkeit zwischen Fördermedium und Pumpenwerkstoff 
  • gleichzeitige Belastung der Pumpenwerkstoffe durch Korrosion, Kavitation oder mechanischen Abrieb
  • etwa proportionaler Anstieg mit der Feststoffkonzentration
  • Verhältnis der Härte von Feststoffen (z. B. Quarz) und Pumpenwerkstoffen 
  • Verhältnis der Dichte von Feststoffen (z. B. Erz) und Trägerflüssigkeiten 
  • scharfkantige Feststoffe (z. B. Sinter) im Gegensatz zu runden Teilchen
  • Korndurchmesser der Feststoffe (z. B. Kies) stärkere Abweichungen des Betriebspunktes vom optimalen Förderstrom (Qopt)

Bei normalen Kreiselpumpen ohne besondere verschleißhemmende Maßnahmen werden die zugelassene Feststoffkonzentration und ggf. der Korndurchmesser sowie die Durchflussgeschwindigkeit nach Erfahrungswerten begrenzt. 

Bei Kreiselpumpen müssen zum hydraulischen Feststofftransport besondere konstruktive oder werkstofftechnische Maßnahmen ergriffen werden. So haben hier verwendete Pumpen eine robuste Außenlagerung und kräftige Wellen. Zusätzlich sind die Wandstärken dort verdickt, wo Verschleiß durch Abrasion zu erwarten ist. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten werden möglichst vermieden, weshalb auch nur begrenzt Unterschiede des Drucks erzeugt werden. Bauteile, bei denen nach einer gewissen Betriebszeit Verschleiß zu erwarten ist, werden so gestaltet, dass sie mit wenigen Handgriffen und möglichst geringer Betriebsunterbrechungszeit ausgewechselt werden können. 

Nach diesem Prinzip sind die Panzerpumpen gebaut, deren Verschleißteile (Panzerung) aus Werkstoffen höchster Härte so gestaltet sind, dass sie nur an wenigen Stellen mechanisch bearbeitet werden müssen. 

Zahlreiche Pumpen sind zusätzlich mit einer Regelung für die Drehzahl ausgerüstet, wodurch die Betriebszeit nach einsetzendem Verschleiß trotz zunehmender Unwuchten und nachlassender Förderhöhe verlängert werden kann. In engen Spaltdichtungen erzeugen Feststoffe den Korngleitverschleiß, dem durch eine im Betrieb sehr aufwendige Klarwasserspülung oder durch sehr verschleißfeste Werkstoffe entgegengewirkt werden kann. 

Über die Einflüsse von Werkstoffhärte und Auftreffwinkel gelten die nachstehenden Zusammenhänge: Stoßen die Feststoffteilchen mit großem Auftreffwinkel (etwa 90º) auf eine harte und spröde Oberfläche, so lösen sie nach anfänglicher Verdichtung und anschließender Ermüdung des Materials einzelne Partikel aus dieser heraus. Zähe Werkstoffe werden von diesem Prall- oder Stoßverschleiß weniger zerstört. 

Treffen die Feststoffteilchen mit kleinem Auftreffwinkel (etwa 15°) auf eine weiche und zähe Oberfläche, so reiben sie hier wie beim Schleifen Materialpartikel ab. Harte Werkstoffe sind von diesem Spülverschleiß (hydroabrasiver Verschleiß) weniger betroffen.

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Die meisten Abrasionsschäden entstehen durch Spülverschleiß, sodass die Verwendung von sehr harten Werkstoffen (z. B. NORIHARD®, Siliziumhartguss, NIHARD®, Panzerungen mit Wolframkarbid- oder Kobaltlegierungen, Keramik) von Vorteil ist. 

Dem Prall- oder Stoßverschleiß sind nur wenige Stellen in der Pumpe ausgesetzt. Zu diesen gehören die Vorderkanten von Spiralspornen, Lauf- und Leitschaufeln (siehe Schaufel) sowie die Frontseiten von Umlenkungen, die sich der Strömung entgegenstellen. An diesen Stellen sollten verschleißfeste, zähe Werkstoffe eingesetzt werden.

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Abschlusskörper

Abschlusskörper sind bewegliche Teile in Armaturen und unterbrechen oder regeln mechanisch den Fluss des Fördermediums in Rohrleitungen. Die Form ist bei Ventilen meist ein Kegel. Eine weitere Unterscheidung erfolgt in Absperr-, Auf-/Zu-, Drossel- und Regelkegel. Die Standardformen letzterer haben eine lineare oder gleichprozentige Charakteristik.

Abschreibung

Die Abschreibung bezeichnet den Wertverlust von Unternehmensvermögen (hier: Anlagevermögen) und wird meist aus betriebswirtschaftlicher Sicht ermittelt. Dieser Wertverlust wird durch Gründe wie Alterung, Verschleiß oder Unfallschaden hervorgerufen (siehe auch Wirtschaftlichkeit).

Absolutdrucksensor

Der Absolutdrucksensor ist ein Messelement (siehe auch Sensor) zur Umwandlung der physikalischen Größe absoluter Druck in eine zum Druck proportionale elektrische Ausgangsgröße wie bei der Luftdruckmessung. Anwendung finden die Absolutdrucksensoren bei der Messung des Luftdrucks in Barometern. Dies gilt auch für Höhenmesser, die nach dem barometrischen Prinzip arbeiten und den am Messort herrschenden aktuellen Luftdruck messen.

Abwasserpumpe

Die Abwasserpumpe wird auch als Schmutzwasserpumpe bezeichnet und ermöglicht die Förderung von grob verschmutztem Wasser, welches oft feste Bestandteile unterschiedlicher organischer, anorganischer oder mineralischer Herkunft mitführt. Abwasserpumpen werden vorzugsweise einstufig gebaut und sind im Allgemeinen nicht selbstansaugend. Stattdessen werden sie komplett in das Fördermedium eingetaucht. Als Wellendichtung werden verschleißfeste Gleitringdichtungen eingesetzt. 

Die Verwendungsgebiete sind die Nahrungsmittel-, Bau-, Papier-, Zucker- und Metallindustrie (z. B. Metallelektrolysen) sowie der Bergbau und die Wasserentnahme (z. B. Kühlwasser, Meerwasserentsalzung). Aufgrund dieser unterschiedlichen Anforderungen wird in kommunale und industrielle Abwasserpumpen unterschieden. Bei den kommunalen Abwasserpumpen sind folgende Fördermedien typisch: Rohabwasser (z. B. Schmutzwasser, Fäkalien, siehe Fäkalienpumpe), Abwasser (mechanisch gereinigtes Wasser aus Klärbecken), Schlamm (z. B. Belebt-, Frisch-, Faul- sowie Impfschlamm) und Regenwasser. Bei industriellen Abwasserpumpen ist die Auswahl geeigneter Werkstoffe von enormer Bedeutung, da industrielles Abwasser u. U. sehr aggressiv oder abrasiv (siehe Abrasion) sein kann. Das Pumpengehäuse kann dazu mit leicht auswechselbaren Spaltringen oder Schleißwänden, die aus besonders verschleißfesten Werkstoffen hergestellt sind, ausgerüstet werden. 

Die Aufstellung der Abwasserpumpen kann sowohl nass als auch trocken erfolgen. Eine nass aufgestellte Abwasserpumpe wird als Tauchmotorpumpe bezeichnet. siehe Abb. 2, 3 und 5  Abwasserpumpe

Des Weiteren können Abwasserpumpen auch als Horizontalpumpen siehe Abb. 1, 4 und 6 Abwasserpumpe oder Vertikalpumpen aufgestellt werden. siehe Abb. 2 Wellentauchpumpe

Die gegenteilige Pumpe ist die Reinwasserpumpe

Verwendung der Laufradformen abhängig von der Förderflüssigkeit

  • Kanalrad in Form des Ein-, Zwei- oder Dreikanal-rades (jeweils geschlossen oder offen) siehe Abb. 1, 2 Abwasserpumpe
  • offenes Einkanal- und Diagonalrad siehe Abb. 4 Abwasserpumpe
  • Freistromrad (siehe Freistrompumpe) siehe Abb. 3 Abwasserpumpe

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KSB Schmutzwasserpumpe – ganzheitliche Lösung für alle Abwässer

Abzweigstück

Abzweigstücke stellen Leitungselemente in Rohrleitungen dar, über die Zu- oder Abflüsse in einer Hauptleitung erfolgen können. In den Abzweigstücken entsteht ein Druckverlust oder -gewinn, dessen Größe abhängig ist von dem Winkel, in welchem die Leitungen mithilfe eines Abzweigstücks verbunden sind, und von dem Verhältnis der Volumenströme in diesen Leitungen.

Affinitätsgesetz

Das Affinitätsgesetz ist ein Spezialfall der Modellgesetze und besagt, dass die Drosselkurven für verschiedene Drehzahlen in der üblichen Darstellung durch folgendes Gesetz auseinander hervorgehen: 

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Wenn PQ =ρ · g · Q · H (siehe Förderleistung) und P = PQ / η (siehe Leistungsbedarf), ergibt sich unter Annahme einer unveränderlichen Dichte (ρ) des Fördermediums und eines konstanten Pumpenwirkungsgrades (η) entsprechend:

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Äquivalente Punkte der Drosselkurven bei verschiedenen Drehzahlen liegen auf Parabeln mit dem Scheitel im Nullpunkt des QH- und QY-Koordinatensystems. Für diese Punkte gilt, dass die Geschwindigkeitsdreiecke zueinander ähnlich sind.

Da zu verschiedenen Drehzahlen verschiedene REYNOLDS-Zahlen (siehe Ähnlichkeitsbedingungen) gehören, ist eine physikalische Ähnlichkeit der Reibungseinflüsse nicht zu erreichen.
Das Affinitätsgesetz gilt daher exakt nur für ein reibungsfreies, inkompressibles (keine Änderung der Dichte bei konstanter Temperatur und Druckveränderung) und nicht kavitierendes Fördermedium (siehe Kavitation).
Mit Änderung der Drehzahl verschiebt sich auch der Betriebspunkt.

Aktor

Ein Aktor (Aktuator) ist ein Stellglied in einem Regelkreis, das zum Eingreifen in einen Prozess dient. Er wandelt Schaltinformationen der Steuerung in Kräfte um und regelt mithilfe von Signalen (meist) mechanische Arbeit wie das Öffnen und Schließen eines Ventils. In der Steuer- und Regelungstechnik bezeichnen sie das wandlerbezogene Gegenstück zu Sensoren.

Amortisation

Die Amortisation beschreibt, ob und ab wann die beim Betrieb einer Pumpe oder Pumpenanlage (siehe auch Wirtschaftlichkeit) erzielten Erlöse gleich den dafür notwendigen Investitionskosten sind.

Analogschnittstelle

Die Analogschnittstelle ist eine elektrische Verbindung, die analoge elektrische Signale zur Verarbeitung in nachgeschalteten elektrischen und elektronischen Geräten oder Komponenten weiterleitet. Normierte Analogschnittstellen sind z. B. 0/420 mA oder 0/210 V. Diese werden auch als Einheitssignale bezeichnet. 

Da sich Stromsignale gegenüber elektromagnetischen Störungen (Einschalten von benachbarten Verbrauchern) und Spannungsverlusten (durch Leitungswiderstände) unempfindlich verhalten, werden diese gegenüber den Spannungssignalen bevorzugt. Die maximale Länge einer Signalleitung, durch welche die Stromquelle betrieben wird, ist nur durch die maximale Bürde begrenzt. 

Die Bürde ist der Belastungswiderstand eines elektrischen Messumformers/Wandlers mit Stromausgangssignal, wobei der durch den Kabelquerschnitt definierte Kabelwiderstand einbezogen werden muss.

Analogsignal

Ein Signal, dessen Stärke (Amplitude) kontinuierlich jeden Wert zwischen einem Minimum und einem Maximum annehmen kann, wird als Analogsignal bezeichnet.

Anlagenkennlinie

Die Anlagenkennlinie wird auch als Rohrleitungskennlinie bezeichnet (siehe Kennlinie) und beschreibt den Zusammenhang zwischen der erforderlichen Förderhöhe (HA) und dem Förderstrom (Q). Sie ist meist eine parabelförmige Kurve, verläuft im Allgemeinen nicht durch den Nullpunkt des QH-Koordinatensystems und fächert sich mit zunehmender Drosselung auf.
siehe Abb. 1 Anlagenkennlinie und Abb. 4 Betriebspunkt

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Der Schnittpunkt der pumpenspezifischen Drosselkurve H(Q) mit der anlagenspezifischen Kennlinie HA(Q) ergibt den Betriebspunkt. siehe Abb. 1 Betriebspunkt

Form und Lage der Anlagenkennlinie ergeben sich aus der Gleichung für die Förderhöhe (HA) der Anlage:

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Indizes für den Ort 
e definierter Eintrittsquerschnitt (Saugbehälter) siehe unter Förderhöhe Abb. 2

a definierter Austrittsquerschnitt 

s Pumpensaugstutzen 

d Pumpendruckstutzen 

e,s Bezug zur saugseitigen Anlage zwischen den Querschnitten e und s siehe unter Förderhöhe Abb. 2

d,a Bezug zur druckseitigen Anlage zwischen den Querschnitten d und a 

Das Glied (va2-ve2)/(2∙g) ist vernachlässigbar klein, wenn die Anlagenquerschnitte in e und a ausreichend groß oder etwa gleich groß sind. Damit ist dieses Glied in der Pumpenpraxis selten relevant. Die Glieder (pa-pe)/(ρ∙g) und (za-ze) sind vom Förderstrom (Q) der Pumpe unabhängig. Damit ergibt sich eine Abhängigkeit der Förderhöhe (HA)vom Förderstrom (Q), der sich in den Verlusthöhen (Hv) widerspiegelt und mit folgendem Ansatz berechnet werden kann:

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Da die Durchflussgeschwindigkeit (v) der Quotient aus dem Förderstrom (Q) und der Querschnittsfläche (A) ist, folgt bei einem konstanten Verlustbeiwert (ζ) und genügend großen REYNOLDS-Zahlen (siehe Modellgesetze): Hv ~ Q2. Aus dieser Beziehung wird die Parabelform der Anlagenkennlinie deutlich. Für den Scheitelpunkt der Anlagenkennlinie bei Q = 0 folgt:

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Die Gleichung zeigt, dass mit Änderung der Behältersystemdrücke (pa, pe) und der geodätischen Förderhöhe Hgeo = za-ze die Anlagenkennlinie im QHA-Koordinatensystem sich vertikal verschiebt. In der Fachliteratur wird HA,0 auch als Hstat bezeichnet. 

So gilt übertragen auf ein Kühlwassersystem (siehe Kühlwasserpumpe), das aus einer von einem Fluss herführenden Saugleitung, einer Kühlwasserpumpe, einer Druckleitung und einer Kühlturmtasse besteht: siehe Abb. 1 Anlagenkennlinie

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Mit schwankenden Flusswasserständen (ze) verschieben sich auch die Anlagenkennlinien.
siehe Abb. 1 Anlagenkennlinie

Anlassverfahren

Die bei Kreiselpumpen verwendeten Kurzschlussläufermotoren (siehe Asynchronmotor) haben hohe Anlaufströme. 

Bei Motorleistungen kleiner als 4 kW kommen als Anlassverfahren die Direkteinschaltung und die Sanftanlaufgeräte zur Anwendung. Daneben werden bei Motorleistungen über 4 kW die Stern-Dreieck-Schaltung, der Anlasstransformator, der Sanftanlasser und der Betrieb der Motoren mit Frequenzumrichter bevorzugt. 

Direkteinschaltung
Bei der Direkteinschaltung sind von Beginn an die drei Motorwicklungsanschlüsse in Dreieckschaltung verschaltet. Damit liegt sofort die volle Netzspannung an dem noch stehenden Motor an und das gesamte Anlaufmoment steht von Anfang an zur Verfügung. Das Aggregat erreicht nach kürzester Zeit die Betriebsdrehzahl. 

Für den Motor ist dieses Einschaltverfahren am günstigsten, auch wenn der Anlaufstrom auf das bis zu 8-fache des Nennstroms ansteigt. Da dies das Netz bei größeren Motoren stark beansprucht und bei benachbarten Geräten störende Spannungseinbrüche verursachen kann, sind bei öffentlichen Niederspannungsnetzen (400 V) die Bestimmungen der EVUs über den Direktlauf ab Leistungen von 5,5 kW zu beachten. In der Praxis werden auch Motoren bis 7,5 kW direkt eingeschaltet.
siehe Abb. 1 Anlassverfahren

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Stern-Dreieck-Schaltung 
Die Stern-Dreieck-Schaltung wird für den Antrieb von Maschinen mit hohem Trägheitsmoment verwendet und soll den Anlaufstrom eines Asynchronmotors in Dreieckschaltung begrenzen. Bei der Stern-Dreieck-Schaltung wird die Ankerwicklung zunächst in Sternschaltung an das Netz gelegt und der Motor in selbiger auf Drehzahl gebracht. Beim Umschalten wird dann theoretisch nur noch der Dreieckstrom benötigt, welcher der aktuellen Drehzahl entspricht. Somit wird der Einschaltstrom auf 1/3 gegenüber dem Strom bei Dreieck-Direkteinschaltung reduziert. Der gleiche Zusammenhang gilt auch für das Drehmoment.
siehe Abb. 2 und 4 Anlassverfahren

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Die Stern-Dreieck-Schaltung kann nur bei Drehstrommotoren angewendet werden, deren Wicklungsanschlüsse nicht intern verbunden, sondern einzeln nach außen geführt sind. Die Dreieckverbindung darf erst hergestellt werden, nachdem die Maschine hochgelaufen ist. Die angestrebte Wirkung der Verringerung des Anlauf-/Anzugsstroms geht sonst verloren. Das in Sternschaltung erzeugte Drehmoment muss ausreichen, um die angetriebene Maschine etwa bis zur Nenndrehzahl zu beschleunigen. Die Umschaltung kann manuell oder automatisch erfolgen. 

In der Praxis wird die Stern-Dreieck-Schaltung mit einer Schützschaltung ausgeführt, die das Umschalten der Motorwicklungsanschlüsse zwischen den Außenleitern und dem Sternpunkt ermöglicht. Beide Schaltzustände sind im Betrieb gegeneinander verriegelt. Mit zusätzlichen Steuerrelais ist die automatische Umschaltung möglich. siehe Abb. 3 Anlassverfahren

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Beim Umschalten von Stern auf Dreieck entstehen Stromspitzen sowie Drehmomentspitzen, die eine mechanische Belastung auf die angekoppelten Komponenten bewirken. Absolut sanftes Anfahren und Abbremsen sind nur mit elektronischen Lösungen wie Sanftanlasser oder Frequenzumrichter möglich.

Anlasstransformator 
Ein Anlasstransformator wird meist bei Motoren mit hoher Leistung eingesetzt, um einen schonenden Start zu gewährleisten. Dazu verkleinert er beim Betrieb von elektrischen Asynchronmotoren die Motorspannung und damit den Anlaufstrom. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators verkleinert diesen Strom erneut (quadratisch mit der herabgesetzten Motorspannung). Aus Kostengründen werden meist Spartransformatoren verwendet.

Anlaufdrehmoment

Das Anlaufdrehmoment ist das während des Anlaufvorganges von der Wellenkupplung übertragene Drehmoment. Es wird aus dem Verhältnis von Leistung (P) zu Winkelgeschwindigkeit (ω) berechnet und als Drehzahl-Funktion dargestellt.

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Das Drehmoment beeinflussende Faktoren sind 

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Zur Veranschaulichung des möglichen Verlaufs des Anlaufdrehmomentes für niedrige spezifische Drehzahlen werden am Beispiel einer Radialpumpe die Förderhöhe (H), der Leistungsbedarf (P) und das Anlaufdrehmoment (TP) bei verschiedenen Betriebsverhältnissen betrachtet.
siehe Abb. 1 Anlaufdrehmoment

Alle Kurven für das Anlaufdrehmoment (Tp) beginnen mit dem Losbrechmoment (TPL) zur Überwindung von Lager- sowie Dichtungshaftreibung. Sie setzen sich aus dem Anstieg des Drehmomentes mit der Drehzahl (n) und dem Anstieg des Leistungsbedarfs (P) mit dem Förderstrom (Q) zusammen. Diese Vorgänge laufen entweder gleichzeitig oder nacheinander ab. Im Gegensatz zu den Kreiselpumpen mit niedriger tritt bei hoher spezifischer Drehzahl (z. B. Propellerpumpen) aufgrund des steigenden Förderstroms und abnehmenden Leistungsbedarfs (Kennlinie) ein anderer Verlauf des Anlaufdrehmomentes auf. So wird beim Anfahren gegen einen geschlossenen Schieber ein größeres Anlaufdrehmoment benötigt (Punkte I und II lägen oberhalb der Linie A-B), beim Anfahren in eine leere, drucklose Rohrleitung ein kleineres (Punkt III läge unterhalb vom Betriebspunkt (B)). Diese Charakteristik muss beachtet werden.

Anlaufverfahren

Sanftanlaufdrossel 

Die Sanftanlaufdrosseln sind preiswerte, robuste und einfach aufgebaute Vorschaltgeräte für Kurzschlussläufermotoren kleiner Leistung. Sie begrenzen den Anlaufstrom sowie das Anzugsmoment und über Wicklungsanzapfungen lässt sich der erforderliche Sanftheitsgrad einstellen. Nach Abschluss des Anlaufvorgangs werden sie überbrückt. 

Sanftanlasser 

Der Einsatz von Sanftanlassern (Softstarter) gewährleistet den ruckfreien An- und Auslauf von Ein- sowie Dreiphasen-Asynchronmotoren mit Käfigläufern, die in Antrieben mit konstanter Betriebsdrehzahl arbeiten. Das Anlaufmoment ist einstellbar und im Vergleich zur Stern-Dreieck- Einschaltung treten keine Stromspitzen auf. 

Sanftanlasser ermöglichen ein sanftes Beschleunigen und im Bedarfsfall auch ein weiches Stillsetzen des Antriebs. Die Drehmomentstöße werden damit von den Übertragungsmitteln (z. B. Kupplungen, Riemenantriebe) sowie angetriebenen Maschinen (bei Pumpen z. B. Wellen, Laufräder, Passfedern) ferngehalten und gleichzeitig der Anlaufstrom des Motors gegenüber Direktanlauf oder Stern-Dreieck-Einschaltung reduziert. Alle beteiligten Komponenten werden so geschont und störende Spannungseinbrüche am Versorgungsnetz vermieden.

Anlaufvorgang

Der Anlaufvorgang wird auch als Anfahren bezeichnet und beschreibt den Vorgang vom Einschalten der Antriebsmaschine (siehe Antrieb) bis zum Erreichen des Betriebspunktes der Pumpe. Es gibt mehrere Anlassverfahren, um diesen so schonend wie möglich und nötig zu gestalten. Das Drehmoment (Tp) der Pumpe, welches von der Wellenkupplung übertragen wird, ist mit der Leistung (P) und der Drehzahl (n) direkt verbunden. Dieses Drehmoment hat beim Anfahren der Kreiselpumpe einen fast parabolischen Verlauf über der Drehzahl. Das vom Asynchronmotor angebotene Drehmoment (siehe Anlaufdrehmoment) muss dagegen größer sein, damit der Läufer bis zur Betriebsdrehzahl beschleunigt werden kann.

Dieses Motordrehmoment hat zusammen mit der Spannung eine direkte Auswirkung auf die vom Motor aufgenommene Stromstärke und diese wiederum auf die Erwärmung der Motorwicklung. Eine unzulässige Erwärmung des Motors sollte durch die Begrenzung der Anlaufzeit und/oder der Stromstärke vermieden werden.

Anlaufzeit

Die Anlaufzeit beschreibt die zeitliche Dauer vom Einschalten der Antriebsmaschine (siehe Antrieb) bis zum Erreichen des Betriebspunktes der Kreiselpumpe. Sie errechnet sich aus dem über der Drehzahl (n) gemittelten Beschleunigungsmoment (Tb.mittel):

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Die Berechnung nach der angegebenen Formel ergibt jedoch nur brauchbare Werte, wenn das Beschleunigungsmoment über dem ganzen Drehzahlbereich annähernd gleich ist. Sollten sich die beiden Kurven für TM und TP stellenweise stark annähern, muss die Hochlaufzeit partiell nach einem rechnerischen oder grafischen Verfahren ermittelt werden. Dabei wird der Drehzahlbereich in Schritte (Δni) eingeteilt, innerhalb derer mit konstanten Werten des Beschleunigungsmomentes (Tbi) gerechnet wird.
siehe Abb. 1 Anlaufzeit


Die Anlaufzeit (ta) ergibt sich aus der Summierung der einzelnen Schritte: siehe Abb. 1 Anlaufzeit

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Die Auslaufzeit (taus) wird in ähnlicher Weise ermittelt wie die Anlaufzeit. Anstelle des Beschleunigungsmomentes (Tbi) ist jedoch bei der Auslaufzeit das Anlaufdrehmoment TPi = f (n) einzusetzen, das in diesem Fall als Last- bzw. Verzögerungsmoment wirkt: 

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Antrieb

Meistens werden Kreiselpumpen durch Elektromotoren angetrieben. Neben diesem elektrischen Antrieb werden in der Kreiselpumpentechnik auch Kolbenkraftmaschinen (z. B. Dieselmotoren), Gas- und Dampfturbinen sowie seltener Wasserkraftmaschinen als Antrieb verwendet. Dabei erzeugen Elektromotoren und Turbinen ein gleichförmiges, Kolbenkraftmaschinen hingegen ein ungleichförmiges Drehmoment. Diese Ungleichförmigkeit wird weitgehend durch konstruktive Maßnahmen (z. B. Schwungmassen, Zylinderzahl und -anordnung) ausgeglichen.

Im unteren Leistungsbereich (bis 1 kW) werden bei den Antrieben fast nur Einphasen-Wechselstrommotoren (siehe Wechselstrom) mit Kurzschlussläufern (siehe Asynchronmotor) verwendet.

Im mittleren bis oberen Leistungsbereich (bis 8.000 kW) dominieren Drehstrommotoren (z. B. Asynchronmotor) mit Kurzschlussläufern.

Im obersten Leistungsbereich werden auch Synchronmotoren wegen der möglichen Blindstromkompensation und des relativ hohen Motorwirkungsgrades eingesetzt. In Speicherkraftwerken laufen sie im Turbinenbetrieb als Generatoren.

Antriebsleistung

Als Antriebsleistung wird die an der Wellenkupplung verfügbare Leistung des Antriebs bezeichnet. Die Einheit ist Watt (W). Bei größeren Antriebsleistungen werden zweckmäßige Einheiten wie kW oder MW verwendet. 

Die Serienpumpen sind meist ihren Antriebsmotoren fest zugeordnet. Ihre Antriebsleistung wird nach dem größten Leistungsbedarf im zugelassenen Betriebsbereich ausgewählt und bei Normmotoren (Ausführung nach IEC) auf die nächstgrößere Stufe der Motorenleistung aufgerundet. Diese auf dem Motorleistungsschild von Normmotoren ausgewiesene Nennleistung darf im Dauerbetrieb um nicht mehr als 3 % überschritten werden. Weitere Sicherheitszuschläge für möglichen späteren Verschleiß oder Ablagerungen sind bei Serienpumpen nicht üblich, da sich ihr Leistungsbedarf als Funktion des Förderstroms an der oberen Grenze des Betriebsbereiches i. d. R. nur wenig verändert (siehe Kennlinien).

Kreiselpumpen in der Einzelfertigung werden nach ihrem Betriebspunkt ausgelegt. Ihre Antriebsleistung muss immer größer sein als der Leistungsbedarf (P) der Pumpe. Gründe dafür können sein: Leistungserhöhung durch Abweichung vom Berechnungspunkt, variable Betriebspunkte, Drehzahlabweichungen (siehe Affinitätsgesetz), Veränderungen der Dichte des Fördermediums, Bautoleranz, späterer Verschleiß oder Ablagerungen in den Pumpen.
Für diese Einflüsse genügt bei Reinwasserpumpen der Einzelfertigung ein Zuschlag zwischen 10 und 20 %.

Die Sicherheitszuschläge können vom Pumpenbesteller oder durch technische Regelwerke festgelegt werden. siehe Abb. 1 Antriebsleistung

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Zur Dimensionierung des Antriebs bei Abwasserpumpen sind ggf. Zuschläge aufgrund von Problemen beim Anlaufvorgang, wechselnder Dichte des Fördermediums, hohem Verschleiß, Einzelbetrieb von Parallelpumpen (siehe Parallelbetrieb), umgebungsbedingten Einflüssen (z. B. Tropenzuschlag) oder bei Regelung mit übersynchronen Drehzahlen (siehe Synchrondrehzahl) nötig.

Antriebstechnik

Die Antriebstechnik setzt mittels elektrischer Maschinen die elektrische in mechanische Energie (Bewegung) um. Sie spielt in der Automatisierungstechnik eine große Rolle, da hier eine Vielzahl von Bewegungen mit elektrischen Antrieben zu realisieren sind. Sehr bedeutend ist die Elektronik, die Antriebe steuert und regelt sowie Antriebe mit elektrischer Energie versorgt. Klassische elektrische Maschinen sind Synchron-, Asynchron- und Gleichstrommotoren

Dezentrale Antriebstechnik 

Bei der dezentralen Antriebstechnik sind in Mehrmotoren-Antriebssystemen nur die Einspeisung und ggf. Teile einer zentralen Steuerung in einem Schaltschrank untergebracht. Alle anderen Funktionseinheiten wie Frequenzumrichter und Regelungen sind direkt vor Ort bei oder an den einzelnen Motoren untergebracht.
Dieses Konzept ist insbesondere bei größeren oder weiträumig verteilten Maschinen und Anlagen von Vorteil. siehe Abb. 1 Antriebstechnik

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Zentrale Antriebstechnik

Die zentrale Antriebstechnik bei einem Mehrmotoren-Antriebskonzept bedeutet die zentrale Zusammenfassung von Einspeisung, Frequenz-umrichtern, Motorensteuerung und diversen Schaltgeräten in einem Schaltschrank. Die Motoren und andere prozessnahe Stellglieder werden daraus versorgt oder angesteuert. Erforderliche Signale für den Sensor werden dahin zurückgeführt. siehe Abb. 1 Antriebstechnik

Anwendungssoftware

Anwendungssoftware ist eine Software, die nicht dem Betrieb eines Rechners selbst dient, sondern der Nutzung des Rechners zur Bearbeitung einer konkreten, anwenderspezifischen Aufgabenstellung. Sie setzt auf der Rechner-System-Software auf bzw. nutzt diese zur Erledigung der anwenderspezifischen Aufgabenstellung.

Anzugsmoment

In der Antriebstechnik wird als Anzugsmoment das Drehmoment bezeichnet, das anliegt, um beim Einschalten die Maschine auf Nenndrehzahl zu beschleunigen (siehe auch Anlassverfahren). In der Montagetechnik wird als Anzugsmoment das zum Erzielen einer ausreichenden Vorspannung einer Schraubverbindung erforderliche Drehmoment beim Verschrauben bezeichnet.

Arbeit

Die Arbeit (engl. work (W)) ist physikalisch die Energie, um einen Körper durch eine Kraft (F) in ihrer Wirkungsrichtung um eine Weglänge (s) zu verschieben.

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Bei der Drehung eines Körpers wird die mechanische Arbeit wie folgt berechnet:

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Die Arbeit, Energie und Wärmemenge sind im technischen Zusammenhang ineinander umwandelbare Größen mit derselben Einheit Joule (J).

Armatur

Der Begriff Armatur wird vom lateinischen Wort "armatura" abgeleitet und bedeutet soviel wie "Ausrüstungsgegenstand". Im Sinne der Rohrleitungstechnik ist sie ein Teil der Rohrleitung, das den Förderstrom durch Öffnen, Schließen, Absperren, Teilen oder Mischen des Durchflusskanals beeinflusst. Die Unterscheidung erfolgt nach den Konstruktionsmerkmalen in die Grundbauarten Ventil, Schieber, Klappe, Hahn und Membranarmatur sowie nach Funktionsmerkmalen in Absperr-, Sicherheits- (z. B. Sicherheitsventile, Berstscheibeneinrichtungen), Stell- und Regelarmaturen (z. B. Stellgeräte, Kondensatableiter, Regulier-, Verteil- und Misch-Armaturen) sowie Rückflussverhinderer. Darüber hinaus kann eine anwendungsbezogene Gliederung nach Einsatzgebieten wie z. B. Kraftwerks-, Heizungs-, Gas- sowie Lebensmittelarmaturen erfolgen. Nach der Art der Betätigung unterscheidet man handbetätigte, angetriebene (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) und eigenmediumgesteuerte Armaturen. 

Baumerkmale von Armaturen 

  • Ventil: geradlinige Abschlusskörperbewegung parallel zur Strömungsrichtung 
  • Schieber: geradlinige Abschlusskörperbewegung quer zur Strömungsrichtung 
  • Hahn: Abschlusskörper dreht sich quer zur Strömung um eine Achse und wird in Offenstellung durchströmt 
  • Klappe: Abschlusskörper dreht sich quer zur Strömung um eine Achse und wird in Offenstellung umströmt 
  • Membranarmatur: durch Deformation des flexiblen Abschlusskörpers wird Durchflusskanal verändert 
  • Schmutzfänger 

Ventile 

Ventile werden hauptsächlich als Absperr-, Stell- und Regelarmaturen verwendet. Sie werden in Untergruppen eingeteilt, die sich aus den Gehäuseformen (Durchgangsform, Eckform, Oberteil gerade oder schräg), der Sitzabdichtung (weich- und hartdichtend) sowie der Art der Spindeldurchführung (z. B. Faltenbalg, Stopfbuchse, Elastomere) ergeben.
Für die Wahl der Ausführung sind verschiedene Überlegungen maßgebend. So werden in der Gebäudetechnik (z. B. Heizung, Klima, Wasserversorgung, Trinkwasser, Kühlkreisläufe) wartungsfreie Ventile mit einem niedrigen Widerstandsbeiwert und geringem Platzbedarf benötigt (Kompaktventile). Eine marktübliche Ausführung hat ein weichdichtendes Ventil mit geradem Oberteil und Schrägsitzhydraulik mit Flanschen. siehe Abb. 1 Armatur
Eine weitere Anschlussart ist die Einklemmausführung. Daneben gibt es auch noch die Einschweißausführung. siehe Abb. 3 Armatur
Für höhere Temperaturen werden hartdichtende Ventile eingesetzt (z. B. in Dampfkessel-, Heizungs- und Wärmeübertragungsanlagen, Druckbehälter). siehe Abb. 3 Armatur 

Wartungsfreie Spindelabdichtungen werden mit einem metallischen Faltenbalg realisiert.
siehe Abb. 2 Armatur

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Bei größeren Nennweiten und höheren Drücken ergeben sich bei Ventilen beachtliche Spindelkräfte, die durch einen Vorhubkegel (zur inneren Entlastung) in Grenzen gehalten werden. Dies ist nur möglich, wenn sich im angrenzenden Rohrleitungssystem ein Gegendruck aufbauen kann (siehe Abschlusskörper).
Eine Sonderform der Ventile stellen die Rückschlagventile dar. Sie gehören zur Funktionsgruppe der Rückflussverhinderer und arbeiten selbsttätig. So öffnen sie bei Durchfluss in die eine und schließen bei Durchfluss in die entgegengesetzte Richtung. siehe Abb. 4 Armatur

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Durch Anordnung eines Rückschlagventils (Fußventil) in einer Saugleitung kann nach Abschalten der Pumpe ein Leerlaufen der Saugleitung verhindert werden. Damit erübrigt sich ein erneutes Befüllen der Pumpe vor einem Neustart.

Eine Sonderausführung der Rückschlagventile ist das Freilauf-Rückschlagventil. Dieses ist oft hinter Kesselspeisepumpen angeordnet und soll bei Teillastbetrieb einen Mindestförderstrom aufrechterhalten. Im Teillastbetrieb ist der Wirkungsgrad der Pumpe niedriger und der größte Teil der zugeführten Energie wird in Wärme umgewandelt. Dabei kann es zu teilweiser Verdampfung des in der Pumpe eingeschlossenen Wassers kommen. Infolge des geringen Wasservolumens und der damit einhergehenden mangelnden Wasserschmierung kommt es z. B. an der Entlastungsscheibe (siehe Axialschub) möglicherweise zu Schäden aufgrund metallischer Berührungen. Sobald sich bei einer Verringerung des Förderstromes der Kegel des Freilauf-Rückschlagventils senkt, öffnet sich ein Nebenauslass, um die festgelegte Mindestmenge in den Zulaufbehälter zurückzuführen. Mit dieser wird Wärme abgeführt und damit Verdampfung vermieden. siehe Abb. 5 Armatur

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Weitere Sonderformen der Rückschlagventile sind Kugelrückschlag-, Sicherheits- und Überströmventile. Bei den letzten beiden öffnet sich bei einem bestimmten Überdruck ein feder- oder gewichtsbelasteter Kegel und entlastet das System. Die Funktionen von Absperr- und Rückschlagventil werden im absperrbaren Rückschlagventil kombiniert.

Schieber 

Infolge des geraden Durchganges der Strömung zeichnen sich Schieber durch geringe Strömungsverluste aus. Sie können bis zu großen Nennweiten und -druckstufen gebaut sowie in beiden Richtungen durchströmt werden. Die großen Hübe erfordern größere Bauhöhen als bei Ventilen. 

Schieber werden als Absperrarmaturen verwendet. Für den Einsatz als Stell- und Regelarmaturen gibt es Sonderausführungen. 

Die Einteilung der Absperrschieber erfolgt nach deren Sitzanordnung (Keil- und Parallelschieber) sowie Sitzabdichtung (hart- und weichdichtend). Sonderformen sind Block-, Drehplatten- und Radialschieber. 

Bei den Keilschiebern gibt es Ausführungen mit starrem und elastischem Keil sowie mit Plattenkeil. Gegenüber Parallelschiebern haben sie besondere Vorzüge: Infolge der Keilwirkung erhöhen sich die Dichtkräfte, was bereits bei geringen Druckdifferenzen zu guten Dichtwirkungen führt. Der rasche Austritt des Keiles aus dem Sitz vermeidet gleitende Bewegung und mögliche Nebenerscheinungen wie Verkratzen des Sitzes durch Fremdkörper oder Fressen. siehe Abb. 6, 7 Armatur

Schieber der Druckstufe PN 40 mit geschmiedetem bzw. geschweißtem Gehäuse werden in der Industrie-, Kraftwerks- und Verfahrenstechnik und im Schiffbau eingesetzt. siehe Abb. 6 Armatur

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Bei den Parallelschiebern gibt es Ausführungen mit einer Platte, einer Leitrohrplatte und mit Parallelplatten. Um bei letzteren bei niedrigen Betriebsdrücken eine ausreichende Dichtheit zu erhalten, muss eine Federwirkung (z. B. in Form von Elastomeren oder metallischen Federn) zum Anpressen der Sitzdichtflächen vorgesehen werden. Infolge des Gleitens der Dichtflächen aufeinander wird im gewissen Maße eine selbsttätige Reinigung erzielt.

Weichdichtende Parallelschieber mit einer Platte werden üblicherweise als Einplatten- oder Stoffschieber bezeichnet. Ihre Einsatzgebiete liegen vor allem im Bereich der Industrie-, Verfahrens- sowie Abwassertechnik und sind in ihrer Einsatztemperatur begrenzt. siehe Abb. 8 Armatur

Blockgeschmiedete Schieber kommen vor allem in der Kraftwerks- und Verfahrenstechnik zum Einsatz, da sie mit ihrem selbstdichtenden Deckelverschluss für sehr hohe Drücke (über 600 bar) ausgelegt sind. Weil ihr Gehäuse aus einem Block hergestellt ist, werden sie als Blockschieber bezeichnet. siehe Abb. 7 Armatur

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Hähne 

Der Hahn ist die älteste Armatur in der Rohrleitungstechnik. Schon die Römer nutzten diese Armatur aus Bronze oder Blei vor der Zeitenwende. Sie werden hauptsächlich als Absperrarmaturen eingesetzt. Für Stell- und Regelzwecke gibt es Sonderausführungen. 

Der Abschlusskörper wird bei Hähnen im Strömungsraum gedreht, wodurch eine kleinere Bauhöhe möglich und der maximale Stellweg klein ist (Viertelumdrehung). Ist kein Vorgelege vorhanden, ergibt sich aus der Hebelstellung eine einfache Stellungsanzeige. Hähne zeichnen sich ebenso wie Schieber durch geringe Strömungsverluste aus.

Die Einteilung der Hähne erfolgt nach der Form des Abschlusskörpers (kugelförmig, konisch, zylindrisch) und der Gehäuseausführung (einteilig, ein- und mehrfach geteilt). 

Hähne mit einem kugelförmigen Absperrkörper und zylindrischem Durchströmkanal werden "Kugelhähne" genannt. Eine häufige Ausführung ist der zweiteilige Kugelhahn, der vor allem in der allgemeinen, chemischen, petrochemischen, pharmazeutischen und verfahrenstechnischen, Lebensmittel- und Papierindustrie sowie in der Kraftwerkstechnik eingesetzt wird. 

Der Absperrkörper (Kugelküken, Kugel) ist in den Sitzdichtringen schwimmend gelagert. Einige Ausführungen besitzen eine Zapfenlagerung des Kugelkükens und werden bei hohen Differenzdrücken eingesetzt. Die Sitzdichtringe sind meist aus Kunststoff (z. B. PTFE), werden aber auch metallisch ausgeführt. siehe Abb. 9 Armatur

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Für einige Anwendungsfälle (z. B. Ferngasleitung) werden Hähne mit sehr großen Nennweiten gebaut, die Vielzahl der Anwendungen liegt aber bei kleineren Nennweiten. Sonderformen sind Mehrwegehähne. 

Klappen 

Klappen werden hauptsächlich als Absperr-, Stell- oder Regelarmaturen verwendet. Sie zeichnen sich durch einfachen Aufbau und kleine Abmessungen aus. Die Einklemmausführungen haben die kleinsten Baulängen aller Armaturenbauarten. Wie bei Hähnen beträgt der maximale Stellweg i. d. R. eine Viertelumdrehung, wodurch sich eine einfache Stellungsanzeige ergibt. Der Durchflusswiderstand von Klappen ist relativ niedrig, jedoch etwas höher als bei Kugelhähnen. Sie werden hauptsächlich von mittleren bis zu den größten Nennweiten eingesetzt. Die Einteilung der Klappen erfolgt nach der Lage der Klappenscheibe oder der Dichtebene zur Drehachse. Man unterscheidet zentrische, exzentrische, doppelexzentrische und dreifachexzentrische Bauformen. siehe Abb. 10 Armatur

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Zentrische Klappen haben meist einen weichdichtenden Sitz in Form eines festen oder eingelegten Gehäusefutters aus Elastomer oder Plastomer und eine metallische Klappenscheibe. Sie sind für viele Medien geeignet und haben ein sehr breites Einsatzspektrum, so z. B. in der allgemeinen Industrie, Energietechnik, in Heizungs- und Klimaanlagen und im Trinkwasserbereich. Bei doppel- und dreifachexzentrischen Klappen wird häufig der Sitzring aus Metall oder Plastomer ausgeführt. Dadurch können sie im höheren Druck- und Temperaturbereich sowie in der Tieftemperaturtechnik, Industrie (z. B. Chemie-, Zucker- und Papierindustrie), Geothermie, Kraftwerkstechnik und im Schiffbau eingesetzt werden. Die Doppel- und Dreifachexzentrizität ermöglicht ein nahezu reibungsfreies Eintauchen der Klappenscheibe in den Sitz. siehe Abb. 11 Armatur

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Weitere Sonderformen der Klappe sind das exzentrische Drehkegelventil (als Stellgerät) und die Rückschlagklappen. Letztere werden hauptsächlich bei mittleren und größeren Nennweiten verwendet; bei kleineren Nennweiten häufiger Rückschlagventile. siehe Abb. 12, und 13 Armatur

Rückschlagklappen können i. d. R. nur durch außen angebrachte Einrichtungen gedämpft werden (problematisch bei pulsierender Strömung). Mit doppeltem Flügel werden sie meist in Heizungs- und Klimaanlagen sowie in der Wasserversorgung und -aufbereitung eingesetzt. siehe Abb. 12 Armatur

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Rückschlagklappen für die Kraftwerks-, Verfahrens- und Industrietechnik sowie den Schiffbau werden für den höheren Druckbereich konzipiert. siehe Abb. 13 Armatur

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Membranarmaturen 

Die Membranarmaturen werden meist als Absperrarmaturen verwendet. Die Membranen bestehen meist aus einem elastomerischen (elastisch verformbaren) Material, welches nicht Teil des drucktragenden Gehäuses ist und die beweglichen Teile vom Betriebsmedium trennt. Sie sind äußerst flexibel und schließen bereits vor Einsetzen des Rückstromes. So ist ein hartes Zuschlagen ausgeschlossen und Druckstöße werden gedämpft. Das Haupteinsatzgebiet ist die Wasserversorgung. 

Membran und Gehäuse können mit korrosionsbeständigen Materialien beschichtet oder ausgekleidet sein. Bei den Bauformen wird zwischen Membranarmaturen mit Steg (Membranventile), weitgehend freiem Durchgang (Membranschieber) sowie Sonderformen (Quetschventil, Mem-bran-Rückflussverhinderer) unterschieden. 

Membranventile kennzeichnet, dass durch das Drücken der Membrane auf einen angehobenen Steg (in der Gehäuseform) der Durchflusskanal geschlossen wird. Sie haben ein breites Einsatzgebiet wie in der allgemeinen, Nahrungs- und Genussmittelindustrie, Chemie, Verfahrens- und Gebäudetechnik sowie in Trink- und Brauchwasseranlagen. siehe Abb. 14 Armatur

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Membranschieber sind ähnlich aufgebaut wie Membranventile. Das Schließen wird durch das Drücken der Membran auf die Gehäusewand erreicht, wobei das Gehäuse eine weitgehend freie Durchgangsform beibehält. 

Beim Quetschventil wird der Durchflussquerschnitt, welcher meist aus einem schlauchförmigen Elastomerteil besteht und in einem Gehäuse gefasst ist, durch eine Mechanik von Hand, pneumatisch oder hydraulisch verformt. Beim Membran-Rückflussverhinderer ist das Abschluss- element als eine hohlkegelförmige Elastomer-Membran ausgebildet. siehe Abb. 15 Armatur

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Schmutzfänger 

Im weiteren Sinne werden auch Schmutzfänger zu Armaturen gezählt. Deren Aufgabe ist es, feste Stoffe aus der geförderten Flüssigkeit herauszufiltern. Als Filter dienen meist Metallgewebe, bei eisenhaltigen Medien auch Magnetfilter. Eine Sonderform stellt der Saugkorb (Einlaufseiher) am Einlauf in die Saugleitung einer Kreiselpumpe dar. Die Einströmquerschnitte sind schlitz- oder kreisförmig und betragen ein Vielfaches der Rohrquerschnittsfläche (siehe Druckverlust).

Industriearmaturen

Asynchronmotor

Ein Asynchronmotor besitzt einen passiven Läufer, welcher entweder ständig (Kurzschluss- oder Käfigläufer) oder temporär (siehe Schleifringläufer) kurzgeschlossen wird. Er wird mit bis zu mehreren Megawatt Leistung hergestellt und am häufigsten als Standard-Drehstrommotor in industriellen Anwendungen verwendet. 

Bei Asynchronmotoren wird das Magnetfeld im Motor mittels eines Magnetisierungsstroms durch die elektrische Speisung aufgebaut. Sie arbeiten mit einem Schlupf, d. h. einer lastabhängigen Drehzahlabweichung der Rotorgeschwindigkeit zum Drehfeld der speisenden Spannung. 

Der Rotor (Läufer) besteht aus einem metallischen Käfig mit kreissymmetrisch angeordneten, axial verlaufenden Stäben und jeweils einem Kurzschlussring auf den Enden. 

Der Stator (Ständer) besteht aus verteilten Spulen, die mithilfe eines rotierenden magnetischen Feldes in die Stäbe des Rotors eine Spannung induzieren (siehe Induktion). Aufgrund dessen fließt in den Kurzschlussstäben ein hoher Strom. Dieser wiederum erzeugt in dem Magnetfeld eine Kraft zwischen Rotor und Stator. Die entstehende Wechselwirkung ist der Grund für den Asynchronismus. Darüber hinaus entstehen in dem Asynchronmotor nicht vernachlässigbare Verluste im Stator und Rotor. 

Bei Schleifringläufer-Motoren wird die dreiphasige Läuferwicklung über Schleifringe zu veränderbaren, meist als Flüssigkeitsanlasser ausgebildeten Widerständen geführt. Dadurch sind ein sanfter Anlaufvorgang ohne Stoßbelastung für das Netz und eine begrenzte Drehzahländerung möglich. Dies ist aber mit hoher Verlustleistung verbunden. 

Beim Käfigläufer besteht die Läuferwicklung im allgemeinen aus einfachen oder doppelten Leiterstäben, die an den Stirnseiten durch einen ringförmigen Leiter kurzgeschlossen werden. Der Käfigläufer besitzt größte Einfachheit, ist betriebssicher und wartungsfrei. siehe Abb. 1 Asynchronmotor

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Hinsichtlich der Bauweisen wird bei Wasserberührung in trockener Motor, Tauch- und Nassläufermotor unterschieden. siehe Abb. 2 Asynchronmotor

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Der trockene Motor hat mehrere Arten des Wasserschutzes (siehe Schutzart). 

Der Tauchmotor ist ganz oder teilweise überflutet und wird vorzugsweise vertikal eingesetzt. Entstehende Wärme wird an das umgebende Fördermedium abgeführt. Sein Kennzeichen ist das von außen benetzte Motorgehäuse (siehe Tauchmotorpumpe). Je nach innerer Benetzung und Eintauchtiefe wird zwischen öl- oder luftgefüllten Tauchmotoren für geringe bis mittlere Eintauchtiefen (Abwassertauchmotorpumpen) und Unterflüssigkeitsmotoren (U-Motoren) unterschieden. siehe Abb. 3 und 4 Abwasserpumpe

Die U-Motoren sind von innen und außen vom Fördermedium benetzt. Sie werden für beliebige Eintauchtiefen gebaut und aufgrund des Einsatzes dieser Motoren in Bohrlöchern (siehe Unterwassermotorpumpen) haben sie einen möglichst kleinen Durchmesser, dafür aber eine verhältnismäßig große Baulänge. U-Motoren können mit nasser Statorwicklung (inkl. wasserdichter Isolierung aus Kunststoff) oder unter Verwendung eines Spaltrohres (siehe Spaltrohrmotorpumpe) mit trockener Wicklung gebaut werden. 

Der Nassläufermotor ist mit einer Flüssigkeit gefüllt und sein Gehäuse ist im Gegensatz zum Tauchmotor von außen nicht benetzt. Er besitzt flüssigkeitsgeschmierte Lager (siehe Gleitlager) und bildet zusammen mit der Pumpe ein nach außen hermetisch abgeschlossenes Pumpenaggregat (stopfbuchslose Pumpe). Der Motor kann mit einer nassen Statorwicklung oder unter Verwendung eines Spaltrohres mit einer trockenen Wicklung gebaut werden und wird häufig bei Umwälzpumpen eingesetzt.

ATEX

Die Bezeichnung ATEX ist die französische Abkürzung für Atmosphère explosible und steht stellvertretend für die zwei Richtlinien der Europäischen Union (EU) auf dem Gebiet des Explosionsschutzes: ATEX-Produktrichtlinie 94/9/EG (auch als ATEX 95 bezeichnet) und ATEX-Betriebsrichtlinie 1999/92/EG (auch als ATEX 137 bezeichnet). Sie legen die Regeln für das Inverkehrbringen und Betreiben von Produkten in explosionsgefährdeten Bereichen fest und schützen Personen in diesen Bereichen durch grundlegende Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen (siehe auch Explosionsschutz).

Atmosphärendruck

Der Atmosphärendruck ist der über längere Zeit gemittelte absolute Luftdruck am Aufstellungsort der Pumpe und kann meist für die Höhenlagen der Ein- sowie Austrittsquerschnitte der Pumpenanlage gleichgesetzt werden. Mit zunehmender Höhenlage über Normal-Null (NN) nimmt der Atmosphärendruck ab. siehe Abb. 1 Atmosphärendruck

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Der Atmosphärendruck ist nur bei Überschlagsberechnungen der Förderhöhe, NPSH usw. für den absoluten Luftdruck (orts- und zeitabhängig) einzusetzen. Seine Einheit ist Pascal (Pa); in der Kreiselpumpentechnik gebräuchlicher ist bar oder mbar (= hPa).

Auffüllen

Das Auffüllen der Saugleitung mit Flüssigkeit muss bei einer nicht selbstansaugenden Kreiselpumpe vor dem Anlaufvorgang (siehe Pumpenanlage) erfolgen. Ist das Sauglaufrad bei Stillstand nicht überflutet, kann ein Fußventil oder eine Rückschlagklappe unterhalb des niedrigsten Wasserspiegels in der Saugleitung angeordnet werden. Diese Ausführung ist nur auf kleine Nennweiten beschränkt und es kann zu Druckstößen kommen, wenn das Fußventil oder die Rückschlagklappe durch die Rückströmung beim Abschalten plötzlich schließt. Aus diesem Grund werden Fußventil, Pumpengehäuse, Armaturen sowie Rohrleitung mit einem Sicherheitszuschlag gegenüber der höchsten statischen Druckbelastung bemessen. Zum Schutz der Pumpe selbst wird meist eine weitere Rückschlagklappe in der Druckleitung eingebaut. Diese Anordnung arbeitet dann störungsfrei, wenn die druckseitige Klappe früher als die saugseitige schließt. 

Kommen Fußventil oder Rückschlagklappe in der Saugleitung nicht in Betracht, werden die Pumpen vor dem Anfahren durch Entlüftung der Saugleitung und Pumpe aufgefüllt. Kleinere Pumpen mit Fußventil werden mitunter auch durch ein Fülltrichterventil manuell aufgefüllt. 

Ein Fußventil erhalten trotz der Nassaufstellung auch die Bohrlochwellenpumpen, wenn die Welle in wassergeschmierten Gummilagern (siehe Gleitlager) geführt ist und bei größeren Einbautiefen einige Lager oberhalb des Wasserspiegels liegen. So bleiben alle Lager ständig überflutet, da diese auch während der Anlaufzeit Wasser benötigen. Bei selbstansaugenden Pumpen muss vor der Inbetriebnahme die Selbstansaugeinrichtung mit Förderflüssigkeit gefüllt sein.

Aufstellung

Als Aufstellung von Kreiselpumpen wird die Anordnung des Pumpenaggregates am Einsatzort mit allen Rohrleitungsanschlüssen, die zur Inbetriebnahme erforderlich sind, bezeichnet. Hierzu wird die Maschine so installiert, dass alle äußeren Kräfte und Momente (siehe Stutzenbelastung) sicher vom Fundament sowie von den Stützen, Rahmen, Platten oder der Rohrleitung selbst aufgenommen werden.

Die Art der Aufstellung richtet sich nach der Pumpenbauart und oft nach dem Pumpenverwendungsgebiet: Fundament- oder fundamentlose Aufstellung, Nass- oder Trockenaufstellung sowie Aufstellung im Raum oder Freiluftaufstellung. 

Fundamentaufstellung 

Bei der Fundamentaufstellung (siehe Pumpenfundament) müssen Pumpen mit horizontaler und vertikaler Welle getrennt betrachtet werden. Bei der horizontalen Aufstellung von Kreiselpumpen hat sich die Prozessbauweise und bei Antriebsleistungen bis 50 kW die Blockbauweise (siehe Blockpumpe) durchgesetzt. Bis auf die Blockpumpen werden Horizontalpumpen und -antriebe auf gemeinsamen Grundplatten angeliefert. Bei großen Aggregaten und ggf. auch solchen mit Getrieben oder Zubringerpumpen sind die Grundplatten mehrteilig.
Diese Grundplatten werden auf das Fundament aufgesetzt und die Hohlräume zwischen beiden mit Vergussmaterial wie Zementmörtel ausgefüllt. Erst nach dem Abbinden dürfen die Fundamentschrauben festgezogen werden. Durch dieses Ausgießen erhalten die Grundplatten die Steifigkeit, die eine unzulässige Verformung bei einer Belastung (z. B. Rohrleitungskräfte) verhindert. Im Anschluss erfolgt bei den einzelnen Teilen des Aggregates das Ausrichten der Kupplungen, indem die Maschinenfüße auf den Grundplatten mit Beilagen unterlegt werden. Nach dem Anpassen und spannungsfreien Anschließen der Rohrleitungen an die Pumpe sowie der Installation des Zubehörs (z. B. Schmiereinrichtung,  Filter, Schmierölpumpe, Armatur etc.) beendet die Ausrichtungskontrolle das Aufstellen des Pumpenaggregates. 

Bei den horizontal aufgestellten Einschaufelrad- (siehe Laufrad) und Diagonalrad-Pumpen wird häufig ein Keilriementrieb eingesetzt. Der Keilriemenantrieb mit Vollscheiben ist zur Verminderung von Druckstößen in der Anlage geeignet.

Anstelle eines Riementriebes kann auch ein frequenzgeregelter Elektromotor verwendet werden. Die Verwendung von genormten Elektromotoren erlaubt beliebige Pumpendrehzahlen (siehe Drehzahl) und ein einfaches Anpassen der Pumpe an erforderliche Leistungsdaten bei einem maximalen Laufraddurchmesser. Eine optimale hydraulische Auslegung der Abwasserpumpe hinsichtlich Wirkungsgrad und NPSH ist somit gewährleistet.

Die Aufstellung von Vertikalpumpen und -antrieben entspricht in etwa der Aufstellung von Horizontalpumpen, wobei das Ausrichten von Kupplungen entfällt, wenn Pumpe und Antrieb über eine Antriebslaterne miteinander verbunden sind. In solchen Fällen ist das Aggregat nur durch einen Fußflansch mit dem Fundament verschraubt. Die Antriebslaterne bestimmt die genaue Lage der Antriebsmaschine. 

Fundamentlose Aufstellung 

Die fundamentlose Aufstellung erfolgt, wenn die Gewichte der aufzustellenden Aggregate und die zu erwartenden Belastungen durch die Rohrleitungen begrenzt sind, die Pumpe transportabel bleiben muss oder Schwingungen gegen den Untergrund isoliert werden sollen. 

Tauchmotorpumpen wie die meisten Inlinepumpen und stopfbuchslosen Pumpen (z. B. Umwälzpumpe) werden ohne Fundament aufgestellt. Größere Einheiten erhalten gelegentlich zusätzlich ein einfaches Stützfundament oder es sind die Grundplatten so steif auszuführen, dass die Verformungen in Grenzen bleiben. 

Transportable Pumpen wie Feuerlöschpumpen oder mobile Pipelinepumpen werden direkt oder mit ihren Grundplatten auf dem fahrbaren Rahmen (z. B. Wagen, Schlitten) befestigt. Diese Aufstellung verlangt bewegliche Rohrleitungen. 

Tragbare Pumpen wie Garten- und Kellerentwässerungspumpen werden als Blockpumpen gebaut und bedürfen keines Ausrichtens von Kupplungen. Da es sich hier ausschließlich um kleine Pumpen handelt, die nicht an feste Rohrleitungen, sondern nur an Schläuche angeschlossen werden, sind keine Fundamente erforderlich. Das Motor- und Pumpengehäuse ist so konstruiert, dass es auf jede ebene, feste Unterlage gestellt werden kann. Bei Säurepumpen werden gelegentlich fundamentlose Grundplatten gefordert, damit aggres-sive Leckflüssigkeiten unter der Grundplatte leicht entfernt werden können. Solche Grundplatten müssen ausreichend steif sein, um auftretende Verformungen zu begrenzen. 

Nassaufstellung 

Wird das Pumpengehäuse auch von außen von der Förderflüssigkeit benetzt, dann wird diese Aufstellung als Nassaufstellung bezeichnet. Der Vorteil liegt in den geringeren Aufstellungs- und Baukosten. Die Pumpe wird dazu direkt in die zu fördernde Flüssigkeit eingetaucht, wie die Tauchpumpe (siehe Bohrlochwellenpumpe), Tauchmotorpumpe oder die meisten Rohrgehäusepumpen. Bei letzteren wird bei der Aufstellungsart noch unterschieden, ob die Gewichte von Pumpe und Motor von einer gemeinsamen Decke oder von verschiedenen Decken des Bauwerkes getragen und ob die Druckleitung über oder unter dem Flur des Pumpenkellers verlegt werden kann. 

Trockenaufstellung 

Bleibt das Pumpengehäuse auch von außen trocken, dann wird diese Aufstellung als Trockenaufstellung bezeichnet. Der Vorteil liegt im begehbaren Pumpenraum, wodurch eine regelmäßige äußere Kontrolle der Pumpe (z. B. an der Wellendichtung) und das Aufstellen anderer Maschinen möglich ist. 

Dies gilt für die häufigsten vertikalen Schiffspumpen, sowohl in Ständerbauart (Pumpenfuß sitzt auf Stahlrahmen des Maschinenraumflures und Pumpen- sowie Motorgehäuse sind durch Antriebslaterne verbunden) als auch in der Wandausführung (Motorlaterne an Maschinenraumwand befestigt). 

Auch bei Spiralgehäusepumpen anderer Pumpenverwendungsgebiete ist die Trockenaufstellung üblich. Dazu gehören die Petrochemie, Abwasserförderung (siehe Abwasserpumpe) sowie bei einigen Rohrgehäusepumpen.

Freiluftaufstellung 

Die Aufstellung eines Pumpenaggregates ohne schützendes Gebäude oder Dach wird als Freiluftaufstellung bezeichnet. Einheitliche Bedingungen für eine Freiluftaufstellung gibt es nicht, da diese sehr vom Einsatzort abhängig sind. So müssen auch die klimatischen Einflüsse wie Regen (Korrosions- und Spritzwasserschutz), Frost, Sonneneinstrahlung (Wärmedehnung), Flugsand und Windkräfte berücksichtigt werden.

Ausrichten der Kupplungen

Ein Ausrichten von Kupplungen ist erforderlich, um den mechanisch einwandfreien Lauf der Pumpenaggregate zu realisieren und Zerstörungen an Übertragungselementen zu vermeiden. Dabei ist auf die Einhaltung des vorgeschriebenen Abstandes (a) der Kupplungshälften (siehe Wellenkupplung) zu achten. siehe Abb. 1 Ausrichten der Kupplungen

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Des Weiteren müssen die Mittenachsen der Wellen an der Kupplung ohne Knick miteinander fluchten und ein evtl. vorhandener Seiten-, Höhen- sowie Winkelversatz ist auszugleichen.
siehe Abb. 3, 4 Ausrichten der Kupplungen

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Eine Kupplung ist gut ausgerichtet, wenn das über beide Kupplungshälften parallel zur Welle gelegte Lineal auf dem Umfang stets den gleichen Abstand zur Welle hat. Außerdem muss der axiale Abstand der Kupplungshälften zueinander auf dem ganzen Umfang der Kupplung gleich sein. Ein genaues und schnelles Ausrichten kann durch Anwendung einer Ausrichtvorrichtung durchgeführt werden.
siehe Abb. 2 Ausrichten der Kupplungen

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Die erforderliche Genauigkeit des Ausrichtens von Kupplungen hängt im Wesentlichen von der Kupplungsausführung und der Drehzahl ab. Beim Ausrichten der Kupplungen für Heißwasserpumpen sind, durch thermische Verformungen bedingt, besondere Vorschriften der Pumpenhersteller zu beachten. Nach dem Ausrichten empfiehlt sich ein Verstiften von Pumpe und Antriebsmaschine auf der Grundplatte und evtl. dem Pumpenfundament, um ein Versetzen der Aggregate im Betrieb zu verhindern.

Ausschaltdruck

Der Ausschaltdruck gibt an, wann eine Pumpe aufgrund einer Druckerhöhung den gewünschten Arbeitsdruck überschreitet und dann aus Sicherheitsgründen abschaltet.

Austrittsbreite

Die Austrittsbreite (b2) eines Laufrades bezeichnet dessen lichte Weite am Austritt und wird von der Größe des Förderstroms bestimmt. Sind Drehzahl, Förderstrom und Laufraddurchmesser gegeben, kann die Austrittsbreite aber in gewissen Grenzen variiert werden, um die Förderhöhe bei Nennförderstrom und auch das Teillastverhalten zu beeinflussen. siehe Abb. 2 Axialschub

Austrittsquerschnitt

Der Austrittsquerschnitt der Anlage ist ein zu vereinbarender Querschnitt in der druckseitigen Rohrleitung oder einem anderen druckseitigen Raum, von dem die geometrischen und strömungstechnischen Daten bekannt sind. Es ist zwischen einer Anlage (z. B. Pumpenanlage) und einer Pumpe zu unterscheiden. Der Austrittsquerschnitt einer Pumpe ist identisch mit dem Querschnitt des Pumpendruckstutzens. Bei fehlendem Druckstutzen muss der Austrittsquerschnitt der Pumpe definiert werden, z. B. der Querschnitt am Ende des Auslaufkrümmers. siehe Abb. 2 Förderhöhe

Auswuchten

Das Auswuchten bezeichnet einen Vorgang, durch den die gestörte geometrische Massenverteilung (siehe Unwucht) korrigiert werden kann. Bei Kreiselpumpen wird dabei die Drehachse des Pumpenläufers zu einer freien Achse (ohne freie Trägheitswirkungen während der Rotation). Es wird zwischen statischem und dynamischem Auswuchten unterschieden.

Beim statischen Auswuchten wird der Massenmittelpunkt des Pumpenläufers möglichst genau in die Drehachse der Pumpenwelle gelegt, wodurch die Resultierende der Zentrifugalkräfte (nicht aber zugleich das resultierende Moment) verschwindet. Dies wird als Auswuchten in einer Ebene bezeichnet und meist angewendet, wenn die axiale Erstreckung der rotierenden Masse wesentlich kleiner als ihr Durchmesser ist. Beim dynamischen Auswuchten auf Auswuchtmaschinen wird die Drehachse des Pumpenläufers zu einer Hauptträgheitsachse gemacht. Damit verschwinden die Resultierende und auch das resultierende statische Moment der Zentrifugalkräfte, was als Auswuchten in zwei Ebenen bezeichnet wird (siehe auch hydraulische Unwucht bei Kreiselpumpen)

Automatisierung

Bei der Automatisierung wird mithilfe von Maschinen die Arbeit vom Menschen auf Automaten übertragen. Technisch ausgedrückt, ist Automatisierung die Übertragung der Ausführung einer Funktion an eine Maschine. In der Automatisierungstechnik werden mittels Methoden der Mess-, Steuerungs-, Regelungs- und Digitaltechnik ein oder mehrere manuelle Arbeitsschritte gesteuert oder überwacht. In der Pumpentechnik erfolgt die Steuerung und Kontrolle der Drehzahlregelung von Motoren mithilfe der Automatisierungstechnik (siehe auch Regelung).

Übersicht

Axialpumpe

Eine Axialpumpe gehört zu den Strömungspumpen, die ein axiales Laufrad besitzen und das Fördermedium infolge der Druckdifferenzen an den Laufradschaufeln befördern. 

Die Förderung erfolgt parallel zur Pumpenwelle. Ein Beispiel ist die Propellerpumpe.

Axialschub

Der Axialschub ist die Resultierende aller auf den Pumpenläufer einwirkenden Axialkräfte (F). siehe Abb. 1 Axialschub

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Auf den Läufer einwirkende Axialkräfte bei einer einstufigen Kreiselpumpe

  • Laufradaxialkraft (F1) ist die Differenz aus den axialen Druckkräften auf die druckseitige (Fd) und saugseitige (Fs) Laufraddeckscheibe F1 = Fd – Fs
  • Impulskraft (FJ) ist eine Kraft, die stets auf die im Kontrollraum eingeschlossene Flüssigkeit gerichtet ist (siehe Impulssatz, Strömungslehre). Sie wird wie folgt berechnet:
  • FJ = ρ · Q · Δvax
    Q Förderstrom
    ρ Dichte des Fördermediums
    Δvax Differenz der Axialkomponenten der Absolutgeschwindigkeit am Laufradein- und -austritt
  • resultierende Druckkräfte auf den entsprechenden Wellenquerschnitt AWd aufgrund von statischen Drücken vor und hinter der Wellendichtung (Wd):
    FWd = AWd · ΔpWd
  • besondere Axialkräfte bspw. im Anlaufvorgang bei Änderung der Wirbelzustände in den Radseitenräumen (siehe Radseitenreibung)
  • sonstige Axialkräfte wie Rotor-Gewichtskraft (FG) bei nicht horizontalen Kreiselpumpen oder durchmagnetischen Zug im Elektromotor (Fmech) wie bei Blockpumpen

Der Axialschubanteil (F1 + FJ) von nicht entlastetengeschlossenen Laufrädern (d. h. mit saugseitiger Deckscheibe) beträgt:

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Der Axialschubbeiwert ist im Wesentlichen von der spezifischen Drehzahl (ns) abhängig. Für radiale und halbaxiale Laufräder kann im Bereich 6<ns<130min–1 angesetzt werden:

α=0,5 · (Dsp/D2m)3 + 0,09  ≈ 0,1 − 0,3

Dsp  Durchmesser der Spaltdichtung an der
       saugseitigen Laufraddeckscheibe

siehe Abb. 2 Axialschub

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Diese Gleichung gilt für Förderströme (Q) von 0,8 · Qopt bis 1,0 · Qopt sowie für die Spaltweite s = 0,1 mm. Bei doppelt großer Spaltweite wächst α um 8 %.

Bei mehrstufigen Pumpen mit Leitrad (z. B. Kesselspeisepumpen) ist die Laufradaxialkraft (F1) von der axialen Lage des Laufrades gegenüber dem Leitrad stark abhängig. Bei offenen radialen Laufrädern mit saugseitig fehlender Deckscheibe ist die Axialkraft (Fs) viel niedriger als bei geschlossener Ausführung und somit die Laufradaxialkraft (F1) größer.

Offene Laufräder mit zwischen den Laufschaufeln ausgesparten Deckscheiben entwickeln eine geringere Druckkraft (Fd) und somit auch eine kleinere Axialkraft (F1) als mit nicht ausgesparter druckseitiger Deckscheibe. siehe Abb. 13 Laufrad

Bei axialen Propellern ist der Axialschubbeiwert (α) nahezu gleich dem Reaktionsgrad (rth). Der Axialschub kann dann wie folgt überschlägig mithilfe des Außendurchmessers des Propellers (DA) berechnet werden:

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Für den Anteil F1 am Axialschub siehe Abb. 1 Axialschub besteht bei geometrisch ähnlichen Pumpen bei einer bestimmten Drehzahl (n) und dem größten Laufraddurchmesser (D2) folgende Proportionalität:

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Die axialen Druckkräfte (Fd) und (Fs) werden stark durch die Rotation des Fördermediums indem druckseitigen und in dem saugseitigen Radseitenraum beeinflusst. Die mittlere Winkelgeschwindigkeit (siehe Drehzahl) des rotierenden Fördermediums erreicht ca. die halbe des Laufrades. Zusätzlich facht die Spaltdurchströmung nach innen im saugseitigen (äußeren) Seitenraum aufgrund von Coriolis-Beschleunigungen den Radseitenwirbel noch an. Im druckseitigen (inneren) Seitenraum mehrstufiger Pumpen mit unentlasteten Laufrädern kehrt sich wegen des Spaltstromes dieser Vorgang nach außen um. Der Wirbel wird abgebremst, wodurch sich die Axialkraft Fd und damit auch F1 erhöhen.

Die Laufradaxialkraft ist im Anlaufvorgang größer als im Betriebszustand der stetigen Bewegung, da das Fördermedium durch die Radseitenreibungin den Laufradseitenräumen erst langsam in Rotation gerät, was abhängig von der antreibenden Wirkung der Radseitenwände oder abbremsenden Wirkung stehender Gehäusepartien ist.

Verschiedene Arten des Axialschubausgleichs

  • mechanisch: vollständige Aufnahme durch ein Axiallager (z. B. Gleitlager, Wälzlager)
  • konstruktiv: gegenläufige Anordnung von Laufrädern bzw. Stufen (siehe gegenläufige Pumpe) und Aufnahme des Restschubs durch ein Axiallager
  • Ausgleich oder Absenkung am einzelnen Laufrad durch Entlastungsbohrungen  siehe Abb. 7 und 9 Axialschub
  • Ausgleich am gesamten Laufzeug durch Entlastungseinrichtung mit selbsttätigem Ausgleich (z. B. Entlastungsscheibe und Gegenscheibe) oder teilweisem Ausgleich durch Entlastungskolben und Doppelkolben
  • Reduzierung am einzelnen Laufrad durch Rückenschaufeln (dynamische Wirkung) siehe Abb. 8 Axialschub

Mechanischer Axialschubausgleich
Die Aufnahme des Axialschubs durch ein Wälzlager ist die wirkungsgradmäßig günstigste Lösung. Aufwendige Axialgleitlager können den Wirkungsgrad- und Preisvorteil aufgrund fehlender Sondereinrichtungen aufzehren.

Konstruktiver Axialschubausgleich
Bei der Laufradanordnung in einer Pipelinepumpe mit vierstufiger, je 2 x 2 gegenläufiger Anordnung kann maximal der zweifache Stufenaxialschub auftreten, falls anlagenseitig bedingt zwei Stufen kavitieren.
siehe Abb. 5 Axialschub
Wird jedoch eine aufwändigere, jeweils wechselseitig gegenläufige Laufradanordnung genutzt, tritt maximal der einfache Stufenaxialschub auf.
Beide Pumpenbauarten benötigen deshalb entsprechend starke Axiallager. siehe Abb. 6 Axialschub

Möglichkeiten zur Axialschubaufhebung

  • zweiströmige Laufradanordnung (Laufrad, mehrströmige Pumpe) siehe Abb. 3 Axialschub
  • zweistufig gegenläufige Laufradanordnung (gegenläufige und mehrstufige Pumpe, Laufradsiehe Abb. 4 Axialschub
  • mehrstufige gegenläufige Laufradanordnung siehe Abb. 5 Axialschub
  • wechselseitig gegenläufige Laufradanordnung (z. B. Pipelinepumpen) siehe Abb. 6 Axialschub

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Axialschubausgleich am Laufrad

Bei der ältesten Art der Axialschubentlastung wird der Druck in einer mit Drosselspalt versehenen Kammer, meist auf Druck des Laufradeintritts, entspannt. Der Druckausgleich erfolgt durch Entlastungsbohrungen im Laufrad.

Diese Entlastungsart kann bei unterschiedlichen Zulaufbedingungen zu unterschiedlichem Axialschub führen. siehe Abb. 7 Axialschub

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Die dynamische Wirkung auf die Größe des Axialschubes besteht in der Beeinflussung der Winkelgeschwindigkeit (siehe Drehzahl). Eine Erhöhung erfolgt meistens durch Rückenschaufeln, die auf der Laufradrückseite radial angeordnet sind.

Durch die höhere mittlere Winkelgeschwindigkeit des Radseitenraumwirbels entsteht ein geringerer, auf der druckseitigen (inneren) Laufraddeckscheibe  lastender statischer Druck. Dieser führt zur Senkung der Axialkraft Fd und damit auch von F1. siehe Abb. 8 Axialschub

Die meist radialen Rückenschaufeln werden in ihren Durchmessern (DRü.a , DRü.i), in der Seitenraumtiefe (a), in der Schaufelhöhe (h) und -zahl (z) variiert. Der Leistungsbedarf für diese Art von Axialschubausgleich hängt von der Bemessung der Rückenschaufeln ab. Der Pumpenwirkungsgrad kann sich durch Rückenschaufeln um bis zu drei Punkten vermindern. siehe Abb. 8 Axialschub

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Ein vergleichbarer Effekt wird gezielt bei der Laufradentlastung durch druckseitig angebrachte Entlastungbohrungen ohne zweiten druckseitigen Dichtring erreicht. Mit der nach innen gerichteten Spaltströmung wird ein Drehimpuls in den Seitenraum eingebracht, der die örtliche Winkelgeschwindigkeit erhöht und damit den statischen Druck reduziert. siehe Abb. 9 Axialschub

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Alle hydraulischen Entlastungseinrichtungen sind bei Förderstrom Qopt voll wirksam. Bei Teillast und Überlast, treten Restkräfte auf, die von den Axiallagern aufgenommen werden müssen. siehe Abb. 7 bis 9 Axialschub

Axialschubausgleich durch Entlastungseinrichtungen

Arten von Entlastungseinrichtungen

  • Entlastungsscheibe mit Gegenscheibe und Rückführung des Entlastungsstromes siehe Abb. 10 Axialschub
  • Entlastungskolben mit Rückführung des Entlastungsstromes und Axiallager siehe Abb. 11 Axialschub
  • Doppelkolben mit Rückführung des Entlastungsstromes und Axiallager siehe Abb. 12 Axialschub

Bei allen drei Ausführungen wird der Entlastungsstrom (siehe Bypass) in den Saugstutzen der Pumpe (evtl. mit Kühlung des Entlastungsstromes) oder in den Zulaufbehälter der Kreiselpumpe zurückgeführt.

Während der Spaltstrom (siehe Spaltverlust) beider Entlastungsscheibe durch das sich sehr eng einstellende axiale Spiel (s) klein bleibt und so der Pumpenwirkungsgrad nur wenig gemindert wird, verursacht der Entlastungskolben aufgrund seiner größeren radialen Spaltweiten und damit größeren Spaltströme einen stärkeren Wirkungsgradabfall, der zusätzlich durch das noch notwendige Axiallager bedingt wird. siehe Abb. 11 Axialschub

Zur Senkung des hohen Spaltstromes werden labyrinthartige Spaltdichtungen (z. B. Doppelkolben- Entlastungseinrichtungen) eingesetzt.
Diese erlauben aufgrund des größeren axialen Spiels (s) ein zusätzliches Axiallager, das hauptsächlich mechanischen Anlauf in der Entlastungspartie verhindern kann. siehe Abb. 12 Axialschub

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Zum Anlaufen kann es beim Anlaufvorgang, beim betriebsmäßig bedingten Fahren im äußersten Überlastgebiet (Betriebsverhalten) oder bei Kavitation kommen. Die Lage des Pumpenläufers und evtl. der Zustand des Verschleißes der Entlastungseinrichtung oder des Axiallagers wird durch einfache, im Betrieb beobachtbare Anlaufkontrolleinrichtungen angezeigt.

Ähnlichkeitsbedingungen

Die Ähnlichkeitstheorie fordert drei hinreichende Ähnlichkeitsbedingungen für hydraulische Modellversuche: geometrische (Längen-), kinematische (Geschwindigkeits-) und dynamische (Kräfte-) Ähnlichkeit vom Modell (M) zur Großausführung (G). Kinematische und dynamische Ähnlichkeit werden zusammen als physikalische Ähnlichkeit bezeichnet (siehe Modellgesetze).

Geometrische Ähnlichkeit

Zur Erfüllung der geometrischen Ähnlichkeit müssen alle Abmessungen der Modellpumpen (IM) zu den entsprechenden Abmessungen der Großausführung („Prototyp“) (IG) im festen Verhältnis (mI; Modellmaßstab) stehen:

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Die Pumpe und die dazugehörige Anlage sind im Modell nur soweit geometrisch ähnlich nachzubilden, wie es die Strömung im betrachteten Abschnitt erfordert. So ist bspw. die geometrische Ähnlichkeit der druckseitigen Anlage nicht relevant, wenn sich die Strömungsuntersuchung auf die Einlaufseite der Pumpe erstreckt. Die Wandrauhigkeiten der Großausführung können im Modell zur Erzielung einer mikroskopischen geometrischen Ähnlichkeit nur unzureichend nachgebildet werden, weshalb sich Grenzschichtströmungen und daraus resultierende Druckverluste aufgrund von Wandreibungen im Modell nur bedingt untersuchen lassen.

Kinematische Ähnlichkeit

Die kinematische Ähnlichkeit fordert die Proportionalität entsprechender Geschwindigkeitsvektoren im Modell (vM) und in der Großausführung (vG) (siehe Geschwindigkeitsdreieck). Die Forderung eines konstanten Geschwindigkeitsmaßstabes ist nur gemeinsam mit der geometrischen und dynamischen Ähnlichkeit zu erfüllen:

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Abweichungen von der geometrischen Ähnlichkeit ziehen in etwa gleichem Maße Abweichungen von der kinematischen nach sich. Letztere bestehen bei Modellversuchen oft auch darin, dass die Werte des Turbulenzgrades in der Modellströmung und in der Strömung der Großausführung nicht übereinstimmen. Dieser Turbulenzgrad beeinflusst den Umschlag der laminaren auf die turbulente Strömung (siehe Grenzschicht, Strömungslehre), das mögliche Auftreten von Strömungsablösungen und somit die Strömungsverluste. Sie können daher im Modell oft nicht genau bestimmt werden.
Erfahrungsgemäß ergeben die unterschiedlichen Formen und Strukturen der Grenzschichten im Modell und in der Großausführung nur unwesentliche Abweichungen von der kinematischen Ähnlichkeit, soweit keine stark unterschiedlichen Strömungsablösungen vorhanden sind und sich die Untersuchung nicht auf die Nähe von Oberflächen bspw. der Schaufel erstreckt.

Dynamische Ähnlichkeit

Zur Erfüllung dieser Ähnlichkeit müssen alle den Strömungsvorgang bestimmenden Kräfte (F) im Modell (M) und in der Großausführung (G) in einem festen Maßstabsverhältnis (mf ) stehen.

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Die in der hydraulischen Pumpenmodelltechnik auftretenden Kräfte sind, abgesehen von Zweiphaseneffekten in Zweiphasenströmung, die Trägheits-, Schwer-, Druck- und Reibungskraft. Die dynamische Ähnlichkeit bzgl. der Trägheits- und Schwerkraft im Modell und in der Großausführung drückt sich in der Konstanz der FROUDE-Zahl (Fr) aus:

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Entsprechendes gilt für die REYNOLDS-Zahl (Re):

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Eine dynamische Ähnlichkeit bzgl. der Druck- und Trägheitskräfte im Modell und in der Großausführung wird beschrieben durch gleiche Werte der EULER-Zahl (Eu):

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Bei Kreiselpumpen wird die EULER-Zahl meist mit der Druckerhöhung der Pumpe als charakteristischer Druckdifferenz und mit der Umfangsgeschwindigkeit am Laufradaußendurchmesser (u2) als charakteristischer Geschwindigkeit gebildet und dann als Druckzahl bezeichnet. Gleiche Werte der EULER-Zahl bzw. der Druckzahl bei Modell und Großausführung erfordern neben der geometrischen und kinematischen Ähnlichkeit auch gleiche Werte von FROUDE- und REYNOLDS-Zahl bei Modell und Großausführung.

Bei instationären Strömungen mit der Frequenz f kommt die Strouhal-Zahl ins Spiel. Eine in derhydraulischen Modelltechnik häufige Abweichung von der dynamischen Ähnlichkeit besteht darin, dass die FROUDE- oder REYNOLDS- Zahlen im Modell und in der Großausführung aus versuchstechnischen Gründen nicht gleich sind. Es ist Gegenstand langjähriger Erfahrungen, gewisse Unterschiede dieser Zahlen im Modell und in der Großausführung zu verwirklichen, ohne die physikalische Ähnlichkeit empfindlich zu stören (siehe Wirkungsgradaufwertung).