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U

U-Rohr

Das U-Rohr ist ein in der Messtechnik verwendeter einfacher U-förmiger Druckmesser (siehe Druckmessung), dessen Messflüssigkeit meist Wasser oder eine Flüssigkeit mit größerer Dichte, bspw. Quecksilber, ist. Die schräge Lage eines Schenkels des U-Rohres ermöglicht auch die Messung von sehr geringen Drücken (Mikromanometer).

Umfangsgeschwindigkeit

Die Umfangsgeschwindigkeit (u) entspricht der Geschwindigkeit eines Massenpunktes, der eine Kreisbewegung ausführt. Dies ist bspw. ein Massenpunkt auf einer rotierenden Pumpenwelle oder einem rotierenden Laufrad. Die Umfangsgeschwindigkeit steht dabei mit dem Radius (r) des Massenpunktes und der Winkelgeschwindigkeit (ω) in einer Beziehung.

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Im Strömungsmaschinenbau bildet die Umfangsgeschwindigkeit (u) zusammen mit der Relativgeschwindigkeit (w) und der Absolutgeschwindigkeit (c) das Geschwindigkeitsdreieck. Bei Kreiselpumpen hat die Umfangsgeschwindigkeit an relevanten Stellen des Laufrades erheblichen Einfluss auf das Saugverhalten, die Geräuschentwicklung und die Festigkeit der rotierenden Teile. Dabei liegen übliche Umfangsgeschwindigkeiten (außen am Austritt des Laufrades) zwischen 20 und 60 m /s, in Sonderfällen bis zu 140 m /s.

Umweltschutz

Der Begriff Umweltschutz ist nach dem Immissionsschutzgesetz die Sammelbezeichnung für alle Maßnahmen, die dazu beitragen, der Umweltgefährdung entgegenzuwirken. Dem Umweltschutz dienen zahlreiche Gesetze und Verordnungen, die jeweils auf ein bestimmtes Gebiet der Umweltgefährdung abgestimmt sind. So gibt es bspw. das Immissionsschutzgesetz, die Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm, die VDI-Richtlinie 2058 oder die Unfallverhütungsvorschrift Lärm. 

Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm 

Die Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA-Lärm) enthält Vorschriften zum Schutz der Allgemeinheit oder Nachbarschaft vor Lärm, der von den nach dem Immissionsschutzgesetz genehmigungsbedürftigen Anlagen und Maschinen verursacht wird. Danach dürfen bestimmte Immissionsrichtwerte für den A-bewerteten Schalldruckpegel LpA (siehe Geräusch bei Pumpen und Anlagen) nicht überschritten werden. 

Immissionsrichtwerte für nicht zu überschreitende Schalldruckpegel (nach Immissionsschutzgesetz) 

  • Gebiete, in denen nur gewerbliche oder industrielle Anlagen und Wohnungen für Inhaber und Leiter der Betriebe sowie für Aufsichts- und Bereitschaftspersonen untergebracht sind: 70 dB 
  • Gebiete, in denen vorwiegend gewerbliche Anlagen untergebracht sind: tagsüber 65 dB / nachts 50 dB 
  • Gebiete mit gewerblichen Anlagen und Wohnungen, in denen weder vorwiegend gewerbliche Anlagen noch vorwiegend Wohnungen untergebracht sind: tagsüber 60 dB / nachts 45 dB 
  • Gebiete, in denen vorwiegend Wohnungen untergebracht sind: tagsüber 55 dB / nachts 40 dB 
  • Gebiete, in denen ausschließlich Wohnungen untergebracht sind: tagsüber 50 dB / nachts 35 dB 
  • Kurgebiete, Krankenhäuser und Pflegeanstalten: tagsüber 45 dB / nachts 35 dB 
  • Wohnungen, die mit der Anlage baulich verbunden sind: tagsüber 40 dB / nachts 30 dB 
  • Die Nachtzeit im Sinne des Umweltschutzes beträgt acht Stunden. Sie beginnt um 22 Uhr und endet um 6 Uhr. Bei zwingenden Umständen kann diese um bis zu einer Stunde verschoben werden. 

VDI-Richtlinie 2058 

Für die Beurteilung von Arbeitslärm in der Nachbarschaft wurde die VDI-Richtlinie 2058 (Teil 1) geschaffen. Sie befindet sich in Übereinstimmung mit der TA-Lärm. 

Darüber hinaus dient die VDI-Richtlinie 2058 (Teil 2) der Beurteilung der Gefahr der Gehörschädigung an lärmerfüllten Arbeitsplätzen. Danach gilt der Richtwert für den Schalldruckpegel von LpA = 90 dB. 

Die Beurteilung von Lärm im Hinblick auf die Anforderungen an den Menschen am Arbeitsplatz ermöglicht die VDI-Richtlinie 2058 (Teil 3). 

Unfallverhütungsvorschrift Lärm 

Eine für Unternehmer und Versicherte verpflichtende Rechtsvorschrift zum Schutz der Arbeitnehmer vor den Gefahren des Lärms ist die Unfallverhütungsvorschrift Lärm (UVV-Lärm). Sie wurde von den Unfallversicherungsträgern (Berufsgenossenschaften) erlassen.

Umwälzpumpe

Die Umwälzpumpe ist eine Kreiselpumpe zur Erzeugung eines Zwangsumlaufes im geschlossenen System. Beispiele dafür sind Heizungsanlagen für Warmwasser (siehe Heizungsumwälzpumpe) oder Heißwasser mit Temperaturen über 120 °C (siehe Heißwasserpumpe), Wärmeübertragungsanlagen (siehe Wärmeträgerpumpe), Zwangsumlaufkessel siehe Abb. 3 Umwälzpumpe und Reaktorkreisläufe (siehe Reaktorpumpe) sowie in offenen Systemen (z. B. Schwimmbad-Filteranlage). siehe Abb. 1 Umwälzpumpe


Die Bauart der Umwälzpumpe wird durch die oft hohe Temperatur des Fördermediums und die im Verhältnis zum Systemdruck recht niedrige Förderhöhe bestimmt, die dem Druckhöhenverlust (siehe Druckverlust) im Umwälzsystem entspricht. Für die in den geschlossenen Pumpenkreisläufen eingesetzten Umwälzpumpen gibt es verschiedene Bauarten: Umwälzpumpe mit und ohne Wellendichtung sowie in Sonderausführung. 

Umwälzpumpe mit Wellendichtung 

Die Umwälzpumpen mit Wellendichtungen sind häufig Horizontalpumpen, die von Elektromotoren (siehe Antrieb) oder Dampfturbinen angetrieben werden. Bei ihnen wird die Pumpenwelle gegen den vollen Druck des geschlossenen Systems mit gekühlten Packungsstopfbuchsen oder Gleitringdichtungen abgedichtet. Das Axiallager (siehe Wälzlager) muss aus diesem Grund zur Aufnahme des hohen statischen Axialschubs besonders kräftig ausgeführt sein. siehe Abb. 2 Umwälzpumpe

Diese Bauart ist meist für Systemdrücke bis zu etwa 100 bar wirtschaftlich. Für höhere Systemdrücke werden die Umwälzpumpen ohne Wellendichtung eingesetzt. 

Umwälzpumpe ohne Wellendichtung 

Die Umwälzpumpen ohne Wellendichtung werden auch als stopfbuchslose Umwälzpumpen bezeichnet und sind häufig Vertikalpumpen, die von Nassläufermotoren mit oder ohne Spaltrohr (siehe Spaltrohrmotorpumpe) angetrieben werden. siehe Abb. 3 Umwälzpumpe

Dabei befinden sich Pumpe und Elektromotor in einem gemeinsamen, druckfesten Gehäuse mit Wärmesperre zwischen Pumpen- und Motorteil. Die Wärmesperre kann als aktives oder passives Bauelement ausgeführt sein und erlaubt Temperaturen des Fördermediums bis zu 420 °C. Die Lager (siehe Gleitlager) werden durch das Fördermedium geschmiert. Der Systemdruck ist praktisch nicht begrenzt und die völlige Leckagefreiheit lässt den Einsatz auch bei gefährlichen oder wertvollen Fördermedien zu.

Umwälzpumpe in Sonderausführung 
Umwälzpumpen in Sonderausführung werden je nach Verwendungszweck gebaut: 

  • mit besonderen Laufrädern für Flüssigkeits-Gas-Gemische oder Suspensionen 
  • mit Dichtungssystemen unter Schutzgaspolster oder für andere Sonderzwecke der Kernreaktortechnik 
  • mit Heizeinrichtungen für schnell erstarrende Fördermedien 
  • mit Schutzauskleidungen gegen Erosionsverschleiß (siehe Erosion
  • als explosionsgeschützte Ausführung (siehe Explosionsschutz)

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Ihrer Zeit voraus: die hocheffiziente Umwälzpumpe von KSB

SB KSB-Hocheffizienzpumpe: leistungsstark, flexibel, vielfältig

Ungestörte Rohrstrecke

Der Begriff der "ungestörten Rohrstrecke" wird vor allem in der Messtechnik zur Messung des Förderstroms mit Drosselgeräten (z. B. Normblende, Normdüse, Normventuridüse) verwendet. Eine ungestörte Rohrstrecke muss grundsätzlich vor und meist auch nach jeder Druck- oder Geschwindigkeitsmessstelle vorhanden sein, wenn eine bestimmte Messgenauigkeit (siehe Messunsicherheit) verlangt wird. 

Auch vor dem Pumpensaugstutzen ist eine ungestörte Rohrstrecke notwendig, wenn hier ein optimales Betriebsverhalten der Kreiselpumpe erreicht werden soll. Dies gilt insbesondere bei Pumpen mit hoher spezifischer Drehzahl (siehe Zulaufbedingungen).

Unterwassermotor

Ein Unterwassermotor wird auch kurz als U-Motor bezeichnet und ist ein Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer, der von außen und innen benetzt, also ganz in das Fördermedium eingetaucht und mit Flüssigkeit gefüllt ist. Er dient zum Antrieb von meist vertikalen mehrstufigen Pumpen in Bohrlöchern, Schächten, Brunnen, Behältern oder freien Gewässern und ist im Gegensatz zum luftgefüllten Tauchmotor (siehe Tauchmotorpumpe) für Eintauchtiefen bis zu mehreren Kilometern geeignet (siehe Unterwassermotorpumpe). siehe Abb. 1 Unterwassermotor

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Die durch den Einsatz im Bohrloch bedingte schlanke Bauweise vermindert ganz wesentlich die Verlustleistung des Rotors in der Flüssigkeit (siehe Radseitenreibung), die bei rotierenden Zylindern mit der 5. Potenz ihres Durchmessers anwächst. 

Die Flüssigkeit im Motor schmiert die Gleitlager des Läufers. Die Statorwicklungen müssen mit flüssigkeitsbeständigen Kunststoffen isoliert sein (nasse Wicklung), wenn sie nicht durch ein Spaltrohr (siehe Spaltrohrmotorpumpe) geschützt werden. 

Die Wärme des Unterwassermotors wird an das allseitig umgebende Fördermedium abgeführt. 

Die Unterwassermotoren haben einen Leistungsbereich bis zu 3.500 kW mit Betriebsspannungen bis zu 10 kV bei Großmotoren.

Unterwassermotorpumpe

Die Unterwassermotorpumpe zählt zu der Gruppe der Tauchpumpen und wird auch als U-Pumpe bezeichnet. Sie ist ein Kreiselpumpenaggregat, das von einem Unterwassermotor angetrieben wird. Sie saugt meist ohne Saugrohr direkt aus ihrer Umgebung an und muss daher ständig in dem Fördermedium eingetaucht sein. 

Die ein- oder mehrstufige Pumpe ist mit dem Unterwassermotor starr gekuppelt, wobei je nach Anwendungsfall der Motor oben oder unten angeordnet sein kann. 

Anwendungen der Unterwassermotorpumpe sind die Tanklager-U-Pumpe und Kavernenpumpe. Am häufigsten kommt sie als Bohrlochpumpe zum Einsatz. Dabei ist sie gegenüber der Bohrlochwellenpumpe wegen des einfacheren Aufbaus der Steigleitung besonders bei größeren Einbautiefen kostengünstiger. siehe Abb. 1 Unterwassermotorpumpe

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Die Unterwassermotorpumpe ist der typischen Bohrlochbedingung mit dem gedrängten Durchmesser unterworfen, hat dafür aber eine längere axiale Bauweise. 

Der Motor befindet sich meist unterhalb der Hydraulikstufen. Er ist ein wasser- oder ölgefüllter Kurzschlussläufermotor (z. B. Unterflüssigkeitsmotor) mit Gleitringdichtung oder ähnlicher Wellendichtung auf der Pumpenseite. Zwischen Pumpe und Motor befindet sich noch das Saugsieb. 

Da das Pumpenaggregat im Betrieb unzugänglich ist, muss es völlig wartungsfrei arbeiten. Besondere Beachtung erfordern dabei die Lager für radiale und axiale Kräfte. Häufig verwendete Lagerwerkstoffe der vom Fördermedium oder von der Motorflüssigkeit geschmierten Gleitlager sind Kohle, Bronze, mit Kunstharz getränkte Hartstoffgewebe, Keramik oder Hartmetall. Das Pumpengehäuse, die Laufräder und Leiträder der Pumpe bestehen je nach Anforderung aus Gusseisen, Bronze, Aluminium-Mehrstoffbronze, Chromnickelstahl oder Kunststoff. 

Den oberen Abschluss des Aggregates bildet ein Rückschlagorgan (siehe Armatur). Durch dieses gelangt der Förderstrom in die Steigleitung, an der das gesamte Aggregat hängt. 

Die elektrische Zuleitung wird durch eine Leitungseinführung aus dem Motor heraus (außen) entlang der Pumpe und Steigleitung nach oben geführt. 

Zu den Anwendungsgebieten der Unterwassermotorpumpe gehören die Bewässerung, die Grundwasserhaltung im Über- und Untertagebau oder in Baugruben, der Betrieb von Brunnen zur Wasserversorgung sowie die Förderung im Bereich von Offshore, Geothermie oder Tiefseebergbau. 

Die Aggregate müssen dabei ihrem Einsatzzweck, besonders bei Fördermedien mit Sand und Verunreinigungen, angepasst sein.


KSB stellt neue 4-Zoll-Pumpenbaureihe vor: UPAchrom 100

Unwucht

Eine Unwucht bezeichnet bei rotierenden Körpern eine nicht rotationssymmetrische Verteilung der Masse. 

Zur Vermeidung von Unwuchten bei Kreiselpumpen wird deren Laufzeug vor der Montage entsprechend der DIN ISO 1940 ("Mechanische Schwingungen Anforderungen an die Auswuchtgüte von Rotoren in konstantem (starrem) Zustand") sorgfältig mechanisch ausgewuchtet. Dadurch wird die geometrische Massenverteilung so korrigiert, dass die Drehachse des Pumpenläufers eine freie Achse (keine freien Trägheitswirkungen während der Rotation) ist. 

Eine Unterscheidung kann in ein statisches und dynamisches Auswuchten erfolgen: Bei dem 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 auch als "Auswuchten in einer Ebene" bezeichnet und meistens 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. Dadurch verschwinden die Resultierende der Zentrifugalkräfte und auch das resultierende statische Moment der Zentrifugalkräfte. Dies wird als "Auswuchten in zwei Ebenen" bezeichnet. 

Ein zu Betriebsbeginn mechanisch sorgfältig ausgewuchteter Pumpenläufer kann dennoch im Laufe des Betriebes Unwuchterscheinungen zeigen. Diese Störung des Wuchtzustandes läuft mit der Frequenz der Drehzahl um und beeinträchtigt die Laufruhe der Kreiselpumpe. 

Die Ursachen dafür liegen in der mechanischen Unwucht infolge asymmetrischen Verschleißes oder asymmetrischen Massenauftrags durch Verkrustungen und in der hydraulischen Unwucht infolge asymmetrisch wirkender hydraulischer Kräfte sowie Momente einer jeden Schaufel oder eines jeden Schaufelkanals (siehe Schwingung). Alle Unwuchten können zusammen, in Gruppen oder einzeln auftreten. 

Möglichkeiten der Entstehung mechanischer Unwucht während des Betriebes: 

  • mechanisches Anstreifen und Abtragen (siehe Spaltweite
  • asymmetrische Erosion infolge eines schmirgelnden Fördermediums 
  • asymmetrische Korrosion infolge aggressiver Fördermedien 
  • asymmetrische Auftragung kristallisierender oder sich ablagernder Fördermedien (siehe Ablagerung in Pumpen) 
  • asymmetrische Abtragungen durch Kavitation an den verschiedenen Laufradpartien 

Möglichkeiten der Entstehung hydraulischer Unwucht während des Betriebes: 

  • Ungleichheit der Wirkungen der Schaufeln oder Kanäle, hervorgerufen durch geometrische Ungleichheit (Form, Rauigkeit) 
  • durch ungleiche Energieübertragung, hervorgerufen durch Schaufeln unterschiedlichen Kavitationsverhaltens 
  • hydraulische Unwucht bei Einschaufelrädern (prinzipbedingt)

Überdrucksensor

Der Überdrucksensor wird auch als Relativdrucksensor bezeichnet und ist ein Messgerät (siehe auch Sensor), das die physikalische Größe Druck in einem geschlossenen System relativ zum umgebenden Luftdruck in eine zum Relativdruck proportionale elektrische Ausgangsgröße umwandelt. Der Überdrucksensor ist technisch und konstruktiv eine Sonderform des Differenzdrucksensors, wobei hier dann entweder p1abs oder p2abs dem jeweils aktuellen Luftdruck entspricht.

Überspannungsschutz

Der Überspannungsschutz schützt elektrische und elektronische Geräte vor zu hohen elektrischen Spannungen. Dabei können die hohen Spannungen auf natürlichem Wege durch einen Blitz oder durch andere elektrische Geräte/Systeme (z. B. beim Einschalten von Leuchtstoffröhren oder Motoren) hervorgerufen werden.
Besonders in kritischen Bereichen kommen Überspannungsableiter zum Einsatz, um gefährliche Überspannungen zu begrenzen.