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Wartung

Die Wartung bezeichnet die in bestimmten Abständen der Betriebszeit regelmäßig erforderlichen Kontroll- und Pflegearbeiten. In der Betriebsvorschrift sind Zeitpunkt und Umfang der Wartung genau festgelegt. Produktspezifisch werden meist Wartungsverträge erstellt. 

Die regelmäßige Wartung von Pumpen und Antriebsmaschinen verlängert deren Lebensdauer und erspart Kosten. Dazu dienen die äußere Pflege der Pumpen und Aggregate, die Wartung der Lager und Wellendichtungen sowie sonstige Wartungsarbeiten bspw. in Form einer Inspektion

Äußere Pflege der Pumpen und Aggregate 

In regelmäßigen Zeitabständen sind die Aggregate je nach Verschmutzungsgrad äußerlich zu reinigen. Dabei dürfen auf keinen Fall die Pumpen und Antriebsmaschinen per Wasserstrahl gereinigt (abgespritzt) werden. 

Etwaige Roststellen sind zu entfernen und entsprechend zu behandeln und blanke Teile mit Konservierungsfett zu bestreichen. 

Wartung der Lager 

Die Lager sind regelmäßig zu warten, da Schmiermittel sich in unterschiedlichen Zeitabständen verbrauchen. Der Betreiber muss sie entweder ergänzen oder erneuern (z. B. durch Ölwechsel, Nachfüllen von Öl, gänzliche Erneuerung des Fettes). Die Betriebsvorschrift informiert über die Zeitabstände sowie Schmiermittel und gibt Auskunft über die Schmiermittelqualitäten. 

Wartung der Wellendichtungen 

Die Wartung der Wellendichtungen richtet sich nach der Art der konstruktiv vorgesehenen Ausführung. Es wird zwischen der Packungsstopfbuchse (Packung) und der Gleitringdichtung unterschieden. 

Wartung erfolgt abhängig von der Ausführungsart 

  • Bei Packungsstopfbuchsen ist besonders darauf zu achten, dass sie im Betrieb immer leicht tropfen müssen. Völlig abdichtende Packungen beschädigen die Dichtelemente (z. B. Welle oder Wellenschutzhülse). In diesem Fall sind die Muttern der Stopfbuchsschrauben so lange zu lockern, bis die Stopfbuchse leicht tropft. Dies gilt auch für Metall-, Manschetten- und Knetpackungen. 
  • Bei Gleitringdichtung ist eine Leckage in den häufigsten Fällen äußerlich nicht sichtbar. Eine separate Wartung ist nicht notwendig. Treten größere Leckagen auf, sind die Dichtelemente auszutauschen. Weitere Einzelheiten finden sich in der Betriebsvorschrift. 

Weitere Wartungsarbeiten 

Aus Gründen der zusätzlichen Information empfiehlt es sich, das Betriebspersonal an der Inspektion teilnehmen zu lassen. Die Wartung erfolgt dabei meist nach einer Checkliste. 

Inspektion/Wartung durch das Betriebspersonal 

  • Überprüfen der Laufruhe von Kreiselpumpe und Antriebsmaschine 
  • Kontrolle der Motorleistung unter Berücksichtigung der Stromaufnahme 
  • Kontrolle der Kupplungsausrichtung (siehe Wellenkupplung
  • Überprüfen der elastischen Übertragungselemente auf Verschleiß (z. B. an Kupplungsscheibe, -bolzen und -paketen) 
  • Spül- und Sperrwasserversorgung überprüfen 
  • Kontrolle der (evtl. vorhandenen) Entlastungseinrichtung (z. B. an der Entlastungsscheibe) 
  • Funktionsprüfung der (evtl. vorhandenen) automatischen Fettpressen (z. B. Schmierölpumpe) und Fettleitungen 

Beispiel einer Checkliste 

  • Überprüfen der Laufruhe von Pumpe und Antriebsmaschine 
  • Kontrolle der Leistungsdaten unter Berücksichtigung der Stromaufnahme 
  • Kontrolle der Öl- oder Fettversorgung (an den Lagerstellen) 
  • Überprüfen der Wellendichtungen (z. B. Packungsstopfbuchse, Gleitringdichtung, Radialdichtringe) und ggf. Neuverpackung der Packungsstopfbuchsen im Bedarfsfall oder bei Gleitringdichtungen; evtl. rotierende und stationäre Gleitringe auswechseln 
  • Kontrolle der Kupplungsausrichtung 
  • Überprüfen der elastischen Übertragungselemente auf Verschleiß 
  • Funktionkontrolle bei den Absperr- und Rückschlagorganen 
  • Überprüfen der Anlage auf Korrosionsangriffe (bspw. an den Außenflächen) oder bei Pumpen-Innenteilen auf Kavitationsschäden und Erosion 
  • Ermittlung des Ersatzteilbedarfs 
  • (evtl. vorhandene) Spül- oder Sperrwasserversorgung überprüfen 
  • Reinigen der (evtl. vorhandenen) Magnetventile 
  • Kontrolle der (evtl. vorhandenen) Entlastungseinrichtungen 
  • Kontrolle der (nur bei Schmutzwasserpumpen enthaltenen) elektropneumatischen Steueranlagen 
  • Funktionsprüfung der (evtl. vorhandenen) automatischen Fettpressen und -leitungen 
  • Verschleißkontrolle bei Schmutzwasserpumpen durch Handlochdeckel (wenn vorhanden) 
  • Läuferspiel messen 
  • Drosselspalte kontrollieren 
  • Durchführung eines Probelaufs nach der Wartung

Wartungsvertrag

Ein Wartungsvertrag wird im technischen Sprachgebrauch auch als Inspektionsvertrag bezeichnet. Er ist produktspezifisch, um die Intervalle, den Leistungsumfang und die kaufmännischen Konditionen zwischen Auftraggeber und -nehmer zu definieren (siehe auch Wartung).

Wasseranfall

Der Wasseranfall ist ein Begriff aus der Bodenentwässerungstechnik durch Dränung (Entwässerung mit einem unterirdischen Rohrsystem). Der Wasseranfall gibt dabei den Förderstrom je zu entwässernder Bodenfläche an wie bspw. der Wasseranfall für Polder (eingedeichtes Land) etwa bei 0,7 bis zu 0,8 l / s und Hektar (10.000 m2) liegt. Die Maximalwerte liegen bei ca. 2 l / s ha.

Wasserbedarf

Der Wasserbedarf ist die notwendige Menge an Wasser, die eine Maschine oder ein Gerät für die erfolgreiche Durchführung eines bestimmten Prozesses (z. B. Kühlkreislauf) benötigt (siehe auch Wasserverbrauch).

Wasserhaltungspumpe

Die Wasserhaltungspumpe ist eine Kreiselpumpe und wird in einem unterhalb des Grundwasserspiegels ausgeführten Bauwerk eingesetzt, um den Wasserspiegel abzusenken und im Anschluss auf diesem Niveau zu halten. 

Ein Beispiel ist der Untertagebau, bei dem das in die Stollen eingedrungene Wasser an die Oberfläche gepumpt wird. Im Tagebau wird der Grundwasserspiegel durch Brunnengalerien so weit abgesenkt, dass die Grube trocken ist. Ähnlich erfolgt die Grundwasserabsenkung bei Baugruben des normalen Tiefbaus. 

Im Untertagebau reichen die Förderströme (Q) bis zu 900 m3/h und die Förderhöhen (H) bis zu 1.050 m; im Tagebau bis zu 1.800 m3/h und bis zu 400 m. Die Ausweitung dieser Grenzen ist technisch möglich. 

Für große Förderhöhen über 1.000 m finden mehrstufige Pumpen Verwendung, deren Laufräder einströmig gleichläufig oder gegenläufig bzw. zweiströmig angeordnet sind.
siehe Abb. 17, 18 und 19 Laufrad 

Da anfallendes Wasser oft Fest- und Schwebestoffe (aus Erosion) enthält und häufig chemisch aggressiv (siehe Werkstoffauswahl) ist, sind Laufräder mit weiten Kanälen, Wellenschutzhülsen und verschleißfeste und korrosionsbeständige Werkstoffe (siehe Beständigkeitstabelle) vorzusehen. Die Wasserhaltungspumpe besitzt als Horizontalpumpe in Trockenaufstellung meist keine Zulaufhöhe. Ihr Antrieb erfolgt durch einen schlagwettergeschützten Elektromotor. Große Vorteile für automatisch arbeitende Wasserhaltungsanlagen bietet die Vertikalpumpe in der Form der Unterwassermotorpumpe. Der Unterflüssigkeitsmotor ist dabei mit Wasser gefüllt und unterhalb der Pumpen angeordnet, überflutet und mithin gut gekühlt. Ein Schlagwetterschutz ist nur für die Leitungsverbindungen notwendig. Beim Tagebau erfolgt die Anordnung mit Unterwassermotorpumpen ausgerüsteter Brunnengalerien am Rand des Abbaufeldes sowie gestaffelt hierzu in den verschiedenen Sohlen. Die Unterwassermotoren können außer für Niederspannung auch für Hochspannung von 3 oder 6 kV (in Einzelfällen bis zu 10 kV) gebaut werden. 

Bei den Wasserhaltungen oder zur Grundwasserabsenkung für Baugruben wie bei U-Bahnen, Brücken oder im Tiefbau dienen Brunnengalerien mit Unterwassermotorpumpen zur Absicherung großer Baustellen wie im Tagebau. Hierbei fördern oft tragbare Tauchmotorpumpen das stark verschmutzte Sickerwasser. Bei diesen ist der Motor oberhalb der Pumpe angeordnet. Die Laufräder sind speziell im Hinblick auf Schmutzwasserförderung (siehe Abwasserpumpe) konstruiert. Eine mechanische Dichtung schützt den Motor vor dem Eindringen von Wasser. Die Motorkühlung ist so bemessen, dass das Aggregat auch ausgetaucht arbeiten kann.

Wasserhärte

Der Begriff der Wasserhärte beschreibt das Vorhandensein von im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle sowie deren anionischen Partnern. Der Härtegrad wird durch den pH-Wert bestimmt und gibt die Konzentration von Kalzium- (Ca2+) und Magnesiumionen (Mg2+) sowie in einigen Spezialfällen (z. B. bei Meerwasser) auch Strontium- und Bariumionen an. Da diese Ionen unlösliche, nicht gewünschte Verbindungen (Kalk, Kalkseifen) bilden, muss der Wasserhärtegrad bei der Planung berücksichtigt werden. Härtehydrogenkarbonat (bisher: Karbonathärte) ist der Anteil an "Härte-Ionen", der den im Wasser vorhandenen Hydrogenkarbonat und Karbonationen äquivalent ist (z. B. Ca(HC03)2-Anteil). Die Härte des Wassers wird dabei als Stoffmengenkonzentration der "Härte-Ionen" in mmol/l angegeben. 

Es gibt einen Zusammenhang zwischen Härteangaben in der gesetzlichen Einheit mmol/l sowie der früher üblichen in- und ausländischen Härteangaben in Grad. siehe Abb. 1 Wasserhärte

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Die Wasserhärte ist auch für die Ausbildung einer korrosionsschützenden Kalkrostschutzschicht und für die Neigung zur Kesselsteinbildung von Bedeutung. Dieser Neigung wird in Brauch- und Kühlwässern durch Enthärten (z. B. Entfernung der Härtebildner), Zugabe von Polyphosphaten oder durch Komplexbildner begegnet.

Wasserringpumpe

Die Wasserringpumpe ist eine Flüssigkeitsringpumpe und arbeitet wie die Seitenkanalpumpe bei teilweiser Gasfüllung nach dem Verdrängerprinzip (siehe Verdrängerpumpe). Sie besitzt daher eine sehr gute Selbstansaugfähigkeit (siehe selbstansaugende Pumpe). siehe Abb. 1 Wasserringpumpe

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Ein sternförmiges Rad (Sternrad) dreht sich hierbei exzentrisch in einem zum Teil mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuse, sodass sich ein umlaufender Flüssigkeitsring mit freier Oberfläche bildet. In diesem Flüssigkeitsring (oft ein Wasserring) tauchen die Schaufeln des Sternrades im Laufe einer Umdrehung unterschiedlich tief ein. Dadurch bilden sich zwischen den Schaufeln und der Flüssigkeitsoberfläche gasgefüllte Hohlräume, die sich abwechselnd vergrößern und verkleinern. In diesem Betriebszustand ist die Wasserringpumpe zur Gasförderung geeignet. 

Stoppt die Gaszufuhr bspw. nach der Entlüftung der Saugleitung, dann fördert die Wasserringpumpe Flüssigkeit, dies meist jedoch mit nur mäßigem Pumpenwirkungsgrad. Aus diesem Grund werden Ansaughilfen dieser Art wie bei der selbstansaugenden Schiffspumpe nach beendeter Entlüftung von Hand oder automatisch abgeschaltet. Damit wird sie von der jetzt wasserführenden Saugleitung getrennt und belüftet, sodass die Sternräder nur noch minimalen Leistungsbedarf haben. Die Wirksamkeit der Wasserringpumpe hängt stark von der Abdichtung zwischen Sternrad und Gehäuse ab. So sind enge Spalten an den beiden ebenen Stirnflächen des Gehäuses mit den Saug- und Drucköffnungen unbedingt erforderlich. 

Die Flüssigkeitsringpumpen finden nicht nur als Ansaughilfen für Kreiselpumpen, sondern auch als Vakuumpumpen oder Verdichter in der chemischen Industrie Verwendung. Besonders vorteilhaft ist ihr Einsatz, wenn die zu fördernden Gase befeuchtet oder ohne Temperaturerhöhung verdichtet werden sollen. Dazu gehört der Chlorelektrolyse-Prozess, bei dem Chlorgas isotherm verdichtet wird. Zugleich kann eine Reinigung durch die als Flüssigkeitsring verwendete konzentrierte Schwefelsäure erfolgen. 

Bei diesem Flüssigkeitsringverdichter, dessen Gehäuse nach oben und unten spiegelbildlich exzentrisch ausgebildet ist, sodass das Sternrad mit vorwärts gekrümmten Schaufeln zweimal je Umdrehung ansaugt und verdichtet, nimmt das aus dem Druckstutzen austretende verdichtete Gas etwas Flüssigkeit auf. Im Anschluss daran wird diese in einem Abscheider wieder vom Gas getrennt und durch einen Wärmeaustauscher gekühlt, bevor die Flüssigkeit der Maschine erneut zur Erhaltung des Flüssigkeitsringes zugeführt werden kann. siehe Abb. 2 Wasserringpumpe

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Wasserschlag

Ein Wasserschlag bezeichnet einen heftigen Druckstoß in einer Rohrleitung beim Zusammenprall der Wassersäulen nach einer vorübergehenden Trennung der Flüssigkeitssäule in einer Rohrleitung infolge Gasausscheidung, und/oder Verdampfung bei Druckabfall und nachfolgendem Druckanstieg. Durch unvorschriftmäßig schnelles Schließen von Armaturen (siehe Druckstoß) kann auch ein Wasserschlag entstehen.

Wasserstrahlpumpe

Die Wasserstrahlpumpe zählt zu den selbstansaugenden Pumpen und besitzt keine beweglichen Teile. siehe Abb. 1 Wasserstrahlpumpe

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Sie wird oft auch als Ansaugstufe in Pumpen kleinerer Leistung wie bei Gartenpumpen oder Hauswasserwerken eingebaut. Ihr Arbeitsprinzip entspricht der Tiefsaugevorrichtung.

Wasserverbrauch

Der Wasserverbrauch steht im Allgemeinen für den Verbrauch von Wasser in häuslicher Umgebung. Beim Vergleich der Höhe des Wasserverbrauchs lassen sich regionale Unterschiede feststellen. 

Der häusliche Wasserverbrauch umfasst in Deutschland ca. 10 Prozent des gesamten Wasserverbrauchs, den weit größeren Teil verbrauchen die Industrie und die Kraftwerke.

Wasserversorgungspumpe

Wasserversorgungspumpen sind alle Kreiselpumpen, die Trink- oder Brauchwasser direkt in ein Versorgungsnetz fördern oder in Verbindung mit Fernleitungen das Wasser in das Versorgungsgebiet bringen. 

Anforderungen an Wasserversorgungspumpen 

  • hoher Wirkungsgrad (Dauerbetrieb) 
  • betriebssichere Lagerung ohne Beeinträchtigung der Wasserqualität 
  • Geräuscharmut 

Je nach Förderstrom (Q), Förderhöhe (H) und Einbauverhältnissen kommen verschiedene Pumpenbauarten zur Anwendung. 

Pumpenbauarten und ihre Betriebsbereiche 

  • Unterwassermotorpumpen sind in Brunnen eingebaut und fördern direkt in das Netz, wenn keine Wasseraufbereitung notwendig ist: Q bis zu 3.000 m3/h, H bis zu 1.400 m 
  • vertikale, nassaufgestellte Bohrlochwellenpumpe (Vertikalpumpe; Nassaufstellung): Q bis zu 2.800 m3/h, H bis zu 160 m 
  • vertikale, nassaufgestellte, mehrstufige Rohrgehäusepumpe (Schraubenradpumpe; mehrstufige Pumpe): Q = 800 bis zu 30.000 m3/h, H bis zu 140 m 
  • einstufige, einströmige Spiralgehäusepumpe: Q bis zu 36.000 m3/h, H bis zu 140 m 
  • einstufige, einströmige Spiralgehäusepumpe mit Leitrad: Q = 500 bis zu 10.000 m3/h, H bis zu 210 m 
  • mehrstufige Pumpe: Q = 20 bis zu 500 m3/h, H bis 500 m; Q = 500 bis zu 3.500 m3/h, H bis zu 350 m 
  • zweiströmige, einstufige Spiralgehäusepumpe (mehrströmige Pumpe): Q = 100 bis zu 30.000 m3/h, H bis zu 500 m 
  • zweiströmige, einstufige Spiralgehäusepumpe mit Leitrad: Q = 800 bis zu 20.000 m3/h, H bis zu 700 m

Wasserwerkspumpe

Die Wasserwerkspumpe ist eine Kreiselpumpe für die öffentliche Trinkwasserversorgung von Städten und Gemeinden. 

Kennzeichnend für diese ist ihre auf geringe Wartungskosten, für Jahrzehnte hohe Betriebssicherheit und auf die Förderung hygienisch reinen Wassers ausgerichtete Konstruktion. Sie sind unter die Gruppe der Wasserversorgungspumpen einzuordnen.

Wechselstrom

Der Wechselstrom wird international mit AC (engl. alternating current) abgekürzt und bezeichnet den elektrischen Strom, der seine Richtung (Polung) periodisch und in steter Wiederholung meist sinusförmig ändert. Diese periodische Änderung wird als Frequenz ausgedrückt und gibt die Änderung der Stromrichtung pro Sekunde an. Der technische Vorteil von Wechselstrom ist seine einfache Erzeugung, einfache Transformation der Spannung zur verlustarmen Fernübertragung des hochgespannten Wechselstroms und leichte Umwandelbarkeit zwischen verschiedenen Spannungen mithilfe eines Transformators. Daher findet Wechselstrom vor allem in öffentlichen Stromversorgungsnetzen Anwendung. 

Beim sinusförmigen Wechselstrom entsprechen die Momentanwerte über eine vollständige Periode mit einer positiven und negativen Halbwelle (Alternanz) exakt den Werten der Sinus-Winkelfunktion über einen Vollkreis (0-360°). siehe Abb. 1 Wechselstrom

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Der normale Netzwechselstrom wird auch Einphasenwechselstrom genannt und entspricht in Deutschland sowie anderen europäischen Staaten einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 230 V. In Nordamerika und Teilen von Japan kommen hingegen Netzfrequenzen von 60 Hz bei Spannungen von 120 V (gerundeter Wert bezogen auf den Nennwert von 117 V) zum Einsatz. 

In der Praxis erzeugt die Anordnung von drei Spulen in den Generatoren drei separate Wechselstrom-"Phasen" statt nur eines Wechselstroms. Sie sind gleichmäßig um den Kreisumfang verteilt. In diesen Spulen entstehen einzelne Wechselspannungen, die zeitlich um jeweils eine Drittelperiode (entspricht 120° bei einem Kreisumlauf) gegenüber den anderen Spulenspannungen versetzt sind. Die einzelnen Phasen des industriellen Wechselstroms lassen sich unabhängig voneinander als Einzelsystem bei Kleinverbrauchern nutzen. An die Abnehmer wird der Wechselstrom meistens mit den drei Phasen (L1, L2 und L3), einem Neutralleiter (N) und einem Schutzleiter (PE) verteilt. siehe Abb. 2 Wechselstrom

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Eine besondere Form von Wechselstrom ist der Dreiphasenwechselstrom, wie er in öffentlichen Stromnetzen zur elektrischen Energieverteilung großer Leistungen Verwendung findet. Für Motorantriebe bietet diese Stromart besonders einfach gebaute und robuste Elektromotoren.

Wechsler

Der Wechsler ist ein Teil eines Relais, bei dem der Arbeitskontakt als Öffner und auch Schließer arbeiten kann. Mehrere Wechsler können in einem Relais enthalten sein.

Wellendichtring

Der Wellendichtring, meist auch als Radialwellendichtring bezeichnet, ist eine berührende Wellendichtung. Er ist meist nicht nachstellbar und nur für kleinste Druckdifferenzen geeignet.

Wellendichtung

Die Wellendichtung ist eine Dichtung, die eine Kreiselpumpe an der Durchführung der rotierenden Pumpenwelle aus dem feststehende Pumpengehäuse so abdichtet, dass der Leckverlust oder die von außen eindringende Luft auf ein bestimmtes Maß reduziert und ein etwaiger Verschleiß der Dichtflächen so gering wie möglich wird. Pumpen werden für viele unterschiedliche Anwendungen ganz spezifisch ausgelegt, konstruiert und gefertigt. Dies schließt auch die Medienbeständigkeit, Temperatur und den Pumpendruck ein. Aus einer Vielzahl von verschiedenen Wellendichtungen erfolgt dann die individuell diesen Anforderungen entsprechende Auswahl. 

Prinzipiell stehen dafür die zwei folgenden Konstruktionsprinzipien zur Verfügung: Abdichtung mithilfe eines engen Radialspaltes (parallel zur Wellenachse) oder eines engen Axialspaltes (rechtwinklig zur Wellenachse). Bei beiden Dichtungsprinzipien können die Spalte sowohl berührend als auch nicht berührend ausgeführt sein. siehe Abb. 1 Wellendichtung

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Werden nur nicht berührende Spalten als Dichtelemente eingesetzt, tritt auch immer in erheblichem Umfang Leckage auf. Bei umweltbelastenden Fördermedien eignet sich dieses Abdichtsystem daher weniger. 

Generell sind Wellendichtungen leckagebehaftet, und bei einigen Ausführungen ist zur ordnungsgemäßen Funktion die Leckage geradezu notwendig, sodass die Angabe Zero-Leckage (Null-Leckage) deshalb irreführend ist. Allerdings ist die Spannweite der Leckage, je nach gewählter Abdichtung, sehr groß. So hat eine von einer Packung abgedichtete Spiralgehäusepumpe mit einer Umfangsgeschwindigkeit an der Abdichtstelle von 20 m/s und einem abzudichtenden Druck von 15 bar eine Leckage von etwa 5 8 l/h. Unter gleichen Bedingungen beträgt die Leckage bei einer Gleitringdichtung nur ca. 6 cm3/h (0,006 l/h). 

Eine besonders hohe Leckage zwischen 4 bis 6.000 l/h hat dagegen z. B. eine Kesselspeisepumpe mit einer Schwimmringdichtung bei einem Abdichtdurchmesser von 200 mm und abzudichtendem Druck von 40 bar sowie einer Drehzahl von 6.000 U/min (~ 63 m/s). 

Aufgrund der sehr unterschiedlichen Pumpenbauarten sind nicht alle Dichtungen für jeden Einsatzfall gleich gut geeignet. Ein Einsatz ist abhängig von der Gleitgeschwindigkeit, dem abzudichtenden Druck und der Mediumstemperatur. siehe Abb. 2 Wellendichtung

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Berührende Wellendichtung 

Bei der berührenden Wellendichtung als dynamische Berührungsdichtung bewegen sich die Dichtelemente relativ zueinander. Aus diesem Grund sind lippen- und linienberührte Wellendichtungen nur für kleinste Druckdifferenzen wie zur Abdichtung von Öl an Lagerstellen (z. B. Radial-Wellendichtringe) geeignet und meist nicht nachstellbar.  siehe Abb. 3 Wellendichtung

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Die berührende Wellendichtung lässt sich in statische und dynamische Dichtungen unterteilen. Zu den dynamischen Dichtungen zählen Stopfbuchspackungen und Gleitringdichtungen. siehe Abb. 1 Wellendichtung

Stopfbuchspackung

Die Einsatzgrenze der Packungsstopfbuchse (Packung) wird wesentlich durch die Möglichkeit des Abführen von Reibungswärme bestimmt. Bei hochbelasteten Packungsstopfbuchsen erfolgt sogar meist eine Vorkühlung des Leckwassers mittels innen gekühlter Wellenschutzhülse und außen liegendem Kühlmantel. 

Als Packungswerkstoffe kommen meist geflochtene Schnüre zum Einsatz, die aus asbestfreien Garnen wie Ramie, Aramid, PTFE, Grafitfaser oder auch Baumwolle auf Spezialmaschinen zu endlosen Vierkantzöpfen geflochten werden. Die Packungen sind nachstellbar und für größere Drücke und Umfangsgeschwindigkeiten als Radial-Wellendichtringe geeignet. Je nachdem, ob die Pumpe im Zulauf- oder im Saugbetrieb arbeitet, ob sie sauberes oder verunreinigtes Fördermedium transportiert, kommen unterschiedliche Packungsvarianten zum Einsatz. 

Bei Überdruck wird die Stopfbuchse mit drei bis fünf Packungsringen bestückt. Über die Stopfbuchsbrille werden diese Packungsringe axial verpresst. Sie weiten sich dadurch radial auf und der Anpressdruck auf die Wellenschutzhülse steigt an. Damit lässt sich die Spaltweite und auch Leckage an dieser Stelle beeinflussen. 

Durch den Radialspalt zwischen Wellenschutzhülse und Packungsringen kann die Leckage dann nach außen gelangen. Diese Leckage wird benötigt, um die durch die drehende Pumpenwelle entstehende Reibungswärme aus dem Spalt zuverlässig abzuführen. Deshalb ist beim Anziehen der Brillenschrauben darauf zu achten, dass ein Kompromiss zwischen einer akzeptablen Leckagemenge und ausreichender Packungskühlung gefunden wird.  siehe Abb. 4 Wellendichtung

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Da im Vergleich zu Gleitringdichtungen Packungen stets eine relativ große Leckage aufweisen, werden diese überwiegend nur bei umweltverträglichen Fördermedien eingesetzt. 

Bei Mediumstemperaturen bis zu 120 °C lässt sich die Packung ohne Kühlung betreiben. Für Heißwasser bis zu 180 °C bekommt das Stopfbuchsgehäuse einen Kühlmantel. Bei höheren Temperaturen erfolgt die Kühlung über eine Kombination von innen gekühlter Wellenschutzhülse und außen liegendem Kühlmantel. 

Läuft die Pumpe im Saugbetrieb, so sorgen eine Sperrwasserleitung und ein Sperrkammerring hinter dem ersten Packungsring dafür, dass über die Packung keine Luft eingesaugt werden kann. Dieser Sperrwasseranschluss lässt sich vom Druckstutzen der Pumpe her oder über eine interne Bohrung versorgen, wenn die Pumpe sauberes Medium fördert.  siehe Abb. 5 Wellendichtung

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Der gegenüber der Umgebung höhere Pumpenenddruck sorgt dafür, dass keine Luft in die Pumpe eingesaugt wird. 

Das Sperrwasser sollte im Normalfall einen Überdruck von ca. 10 % oder mindestens 2 bar gegenüber dem höchsten auftretenden abzudichtenden Druck aufweisen. 

Ein Sperrwasseranschluss ist auch im Zulaufbetrieb (Überdruck) notwendig, wenn das Fördermedium verunreinigt ist. In diesem Fall würde der Feststoffanteil mit der Leckage den Weg durch die Packung nach außen suchen. Dabei setzen sich die Feststoffe in der Gleitsohle der Packung fest und zerstören in kurzer Zeit durch einen intensiven Schmirgelvorgang die Wellenschutzhülse. In diesem Fall kommt nur eine Fremdsperrung in Frage. Bei einer solchen Anordnung ist der Sperrkammerring als innerster Ring platziert.  siehe Abb. 6 Wellendichtung

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Da der Druck des Sperrmediums höher als der Pumpendruck ist, gelangt ein Teil des Sperrmediums auch in das Pumpeninnere und mischt sich mit dem Fördermedium. Hier ist auf die Verträglichkeit von Sperr- und Fördermedium zu achten. Packungsschnur und Wellenschutzhülse müssen im Revisionsfall stets gemeinsam beurteilt werden. Eine harte, gegen Verschleiß resistente Oberfläche der Wellenschutzhülse wirkt sich auf die Standzeit der Packung in aller Regel positiv aus. Durch Verchromen, Oberflächennitrieren oder Plasmabeschichtungen lassen sich Wellenschutzhülsen im Abriebbereich der Packungsringe sehr gut härten. Die Härte der Oberfläche sollte dabei größer als 8001.000 HV (Vickershärte) sein. Diese Maßnahme ist besonders wichtig, wenn die Sauberkeit des Fördermediums nicht zu jeder Zeit gewährleistet ist. Da die harte Beschichtung sehr dünn ist, können so behandelte Wellenhülsen im Servicefall nicht nachgearbeitet werden. 

Gleitringdichtung 

Im Gegensatz zur Packung weisen Gleitringdichtungen einen Dichtspalt auf, der rechtwinklig zur Wellenachse steht. Wellendichtungen dieser Bauart werden auch als axiale oder hydrodynamische Gleitringdichtungen (GLRD) bezeichnet. Sie benötigt gegenüber der Packungsstopfbuchse einen kleineren Raum und bedarf keiner Wartung. 

Die Gleitringdichtung bewährt sich sowohl bei niedrigen als auch bei hohen abzudichtenden Drücken und Umfangsgeschwindigkeiten. Somit besteht kaum eine Möglichkeit der Fehlbedienung. 

Erhebliche Nachteile entstehen bei abrasiven Medien durch Verschleiß (siehe Abrasion). Durch saubere Sperr- oder (z. B. mittels Zyklon gereinigte) Spülflüssigkeiten können aber abrasive Teile ebenfalls wie bei den Packungen von den gefährdeten Gleitflächen ferngehalten werden. Im Betrieb gleiten zwei Dichtflächen aufeinander, die durch hydraulische und mechanische Kräfte aufeinandergedrückt werden. Zwischen diesen beiden feinst bearbeiteten Gleitflächen befindet sich der Dichtspalt mit einem meist flüssigen Schmierfilm. Die Spaltweite (Abstand zwischen den beiden Gleitflächen) hängt von verschiedenen Einflussfaktoren ab. Dazu zählen u. a. die Rau- und Ebenheit der beiden Gleitflächen sowie die Gleitgeschwindigkeit. Die sehr geringe Leckage bei der Gleitringdichtung gelangt als Dampf- und Tröpfchenleckage beim Austritt in die Atmosphäre. Für die Berechnung der Dichtungsleckage geht man meist von einer Spaltweite von unter 1 µm aus. Diese äußerst geringe Spaltweite ist auch der Grund, weshalb die Leckage der GLRD wesentlich geringer als bei Wellendichtungen mit Radialspalt ist. Ein wichtiges Kennzeichnungsmerkmal unterscheidet Dichtungen als belastet oder entlastet. Dabei wirkt bei der belasteten Dichtung der abzudichtende Druck in voller Größe auf die Gleitfläche. 

Bei der entlasteten Ausführung wird durch einen Absatz an der Welle oder Wellenhülse nur ein Teil des Mediumdruckes als Axialkraft wirksam. Als Belastungsfaktor (k) kennzeichnet und definiert man das Verhältnis von hydraulisch belasteter Fläche (AH) zur Gleitfläche (A).  siehe Abb. 7 Wellendichtung

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Bei fallendem k-Wert werden die Dichtflächenbelastungen reduziert. Deshalb werden im Hochdruck- und Hochgeschwindigkeitsbereich immer entlastete GLRD eingesetzt. 

Ein niedriger k-Wert bewirkt neben einer besseren Schmierfilmausbildung auch eine höhere Leckage. Ein zu geringer k-Wert kann im Extremfall sogar ein Abheben der Gleitflächen bewirken, was mit dem Verlust der Abdichtwirkung einhergeht. 

Neben der hydraulischen Schließkraft wirken auch die Federkräfte als zusätzliche Axialkraft auf den Dichtspalt. Die Federn können offen oder gekapselt, mediumsberührt oder trocken angeordnet und mit oder ohne Drehmomentübertragung sein. 

Zur Anwendung kommende Federarten 

  • Zentralfeder, keglig oder zylindrisch gewickelt als Einzelfeder auf die Welle geschoben 
  • Gruppenfeder, als konzentrisch angeordnetes Federpaket 
  • Metallfaltenbälge 
  • Wellfedern 

Die erzeugte Reibleistung ist geringer als bei der Packungsstopfbuchse. Je nachdem, wie viel Reibungswärme im Dichtungsgehäuse anfällt, kann diese Verlustleistung entweder über Konvektion vom Dichtungsgehäuse an die Umgebungsluft abgegeben werden oder muss durch Zwangszirkulation über einen extern angeordneten Wärmetauscher abgeführt werden. 

Wie auch bei der Packung gibt es bei GLRD eine Vielzahl von Bauformen und Anordnungen, die den unterschiedlichen Betriebsbedingungen entsprechen. 

Häufig eingesetzte Bauformen 

  • Einfach belastete GLRD als typisches Beispiel für eine keglig gewickelte zentrale Einzeldruckfeder: Diese Ausführung zeigt einen dead end-Einbau, bei dem es keine zusätzliche Produktzirkulation im Bereich der GLRD gibt.  siehe Abb. 8 Wellendichtung
  • Belastete GLRD werden eingesetzt bis zu abzudichtenden Drücken von max. 15 bar und Gleitgeschwindigkeiten bis max. 15 m/s. Die im Dichtspalt anfallende Reibungswärme kann i. d. R. ausreichend an das Medium übergehen und durch Konvektion vom Dichtungsgehäuse an die umgebende Luft abgegeben werden. Bei kaltem Fördermedium wird die Reibwärme auch vom Medium selbst aufgenommen. Eine Variante ist die Gummibalgdichtung (Balg-GLRD). siehe Abb. 9 Wellendichtung
  • Belastete GLRD mit stationär angeordnetem Federpaket: Diese Bauform kommt bei höheren Gleitgeschwindigkeiten zur Anwendung, da aufgrund der Fliehkräfte die Federn sonst die ihnen zugedachte Aufgabe nicht zuverlässig wahrnehmen können (Knickgefahr). siehe Abb. 10 Wellendichtung


Neben dem Unterscheidungsmerkmal bezüglich der Federanordnung gibt es bei der GLRD eine Vielzahl von Ausführungsvarianten für unterschiedliche Betriebsanforderungen. 

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Anordnung von Gleitringdichtungen 

  • einfach wirkend siehe Abb. 8, 9 und 10 Wellendichtung
  • mehrfach wirkend siehe Abb. 11 Wellendichtung

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In der "back-to-back"-Ausführung wird in den Raum zwischen den beiden GLRD ein Sperrmedium eingespeist, das im Druck ca. 10 %, mindestens aber 2-3 bar über dem Druckniveau des abzudichtenden Fördermediums der Pumpe liegt. siehe Abb. 11 

Die Sperrdruckvorlage sorgt dafür, dass keine Produktleckage in die Atmosphäre gelangen kann. Vor deren Einsatz ist aber zu prüfen, ob eine leckagefreie Pumpe wie die Spaltrohrmotor- oder Magnetkupplungspumpe für diesen Einsatzfall nicht besser geeignet ist. 

Da die Sperrdruckvorlage die Reibungswärme der beiden GLRD aufnimmt, muss sie als zirkulierende Flüssigkeit auch wieder aus dem Sperrdruckraum abgeführt und rückgekühlt werden. 

Den Sperrdruck stellen Sperrdruckaggregate (Thermosiphonbehälter) oder Druckübersetzer sicher. Bei der Tandemdichtung wird der Raum zwischen den Dichtungen von einer drucklosen Quenchflüssigkeit (Quench) durchspült. Neigt die Leckage des Fördermediums bei Luftkontakt z. B. zu Kristallisation, so wird zum Schutz der Dichtung die Ausführung mit zwei Gummibalgdichtungen ausgeführt. Quench und Fördermedium müssen aufeinander abgestimmt sein.
siehe Abb. 12 Wellendichtung

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An Stelle der atmosphärenseitigen GLRD kann auch eine einfache Abdichtung wie der Radialdicht- oder Packungsring eingesetzt werden. Sie wird der Hauptdichtung nachgeschaltet, um das Austreten der Leckage (z. B. bei gefährlichen Fluiden) zu unterbinden und Wärme sicher abzuführen. 

Tandemdichtungen werden auch zum Aufteilen eines hohen Pumpeninnendrucks auf zwei GLRD eingesetzt. Das Sperrmedium liegt dann im Druckniveau zwischen abzudichtendem Druck und Atmosphärendruck. Die innere Dichtung ist mit der Druckdifferenz zwischen abzudichtendem Druck und Sperrwasserdruck, die äußere zwischen Sperrwasser- und Umgebungsdruck belastet. Das Sperrmedium muss zirkulieren, um die von den Dichtungen erzeugte Reibungswärme abführen zu können. siehe Abb. 13 Wellendichtung

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Diese Ausführungen kommen in Kernkraftwerken wie den Siede- und Druckwasserreaktoren in den Hauptkühlmittelpumpen zum Einsatz, wo höchste Drücke abzudichten sind. So werden im Druckwasserreaktor in einer dreistufigen Dichtungsanordnung 160 bar Druck abgedichtet. 

Die Druckteilung muss durch eine Hilfseinrichtung erfolgen, bspw. durch eine im Bypass zu den Dichtungen liegende dreistufige Kaskadendrossel. Eine bestimmte Wassermenge fließt dabei über den Bypassstrang. An jeder Drossel wird so der Druck um ca. 33 % verringert. Dieser kleinere Druck ist dann wiederum der Betriebsdruck der nächsten Stufe. Die Drosselleckage sorgt für die Druckteilung und Abfuhr der Reibungswärme aus den Dichtungsstufen. 

Bei Kesselspeisepumpen sind große Gleitgeschwindigkeiten, der Wärmeeintrag aus dem Pumpenmedium und die anfallende Reibungswärme zu beherrschen. siehe Abb. 14 Wellendichtung

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Die Dichtspalttemperatur ist meist höher als die Mediumstemperatur im Dichtungsgehäuse. Letztere kann mittels eines Zirkulationskreislaufes, der durch geeignete pumpeninterne Fördereinrichtungen angetrieben und durch einen externen Kühler gedrückt wird, deutlich unter 100 °C gehalten werden. Als Pumpeinrichtungen dienen Förderschnecken, Bohrungen in der Wellenschutzhülse oder kleine Förderscheiben. siehe Abb. 15 Wellendichtung

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Die installierten Magnetfilter sorgen für größtmögliche Sauberkeit des Zirkulationswassers. Der Entlüftungsbehälter eliminiert bei schnell laufenden Pumpen als wesentliche Komponente die Luftanteile im Zirkulationsmedium zuverlässig. Der für die GLRD schädliche Trockenlauf kann beim Betrieb einer ungefüllten Pumpe, bei starkem Gaseinbruch oder Gasgehalt oder bei Verdampfung des Fördermediums eintreten. Die Gasanteile zentripedieren dabei aufgrund der geringen Dichte immer zu kleinen Durchmessern hin, was bei Dichtungen meist der Dichtspalteintritt ist. Luft an dieser Stelle führt zum Trockenlauf und verhindert auch eine ausreichende Wärmeabfuhr am Dichtspalt, was in kürzester Zeit zu einer thermischen Überlastung der Dichtflächen sowie dem Ausfall der GLRD führt (Wärmespannungsrisse). Auf externe Kühlkreisläufe verzichtet man, wenn die Verlustwärme der Dichtung an die Umgebung durch freie Konvektion und Wärmestrahlung abgeführt werden kann. siehe Abb. 16 Wellendichtung

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Bei anderen Ausführungen der Kühlung wiederum wird mit einem auf der Pumpenwelle befestigten Ventilatorrad die Konvektion zusätzlich intensiviert (erzwungene Konvektion). Dazu ist in beiden Fällen das Dichtungsgehäuse verrippt ausgeführt. Senkrecht zur Wellenachse (ohne Ventilatorrad) siehe Abb. 16 Wellendichtung, parallel zur Wellenachse (mit Ventilatorrad). siehe Abb. 17 Wellendichtung

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Bei ungekühlten heiß laufenden GLRD liegen die Temperaturen im Dichtspalt generell höher als in allen bisher beschriebenen Fällen. Das bedeutet, dass die Grenze zwischen Flüssigkeit und Dampfphase im Dichtspalt sich zwangsläufig in Richtung Dichtspalteintritt verschiebt. Die Gefahr der Mangelschmierung nimmt dadurch zu. 

Nicht berührende Dichtung mit Radialspalt 

In diese Kategorie fallen alle Drosselspalten mit oder ohne Labyrinthe, Fördergewinde und die Schwimmringdichtungen ("floating seal"). Die Spaltweite zwischen dem stationären und rotierenden Bauteil wird zur Minimierung der Leckage so eng wie möglich ausgeführt. Es muss sichergestellt sein, dass ein Anstreifen der Teile aneinander ausgeschlossen ist. Bei drehender Welle ist die Leckage etwas geringer als im Stillstand. Das durch den Spalt fließende Medium baut den Druck zum Umgebungsdruck hin ab. Dies erfolgt beim Drosselspalt und der Schwimmringdichtung aufgrund der Flüssigkeitsreibung im Spalt sowie den Strömungsverlusten beim Ein- und Austritt. 

Schwimmringdichtung 

  • Der große Vorteil der Schwimmringdichtung liegt in der Berührungsfreiheit der Bauteile. Demgegenüber steht der erhebliche Aufwand zur Bereitstellung des Sperrkondensates, dessen Aufbereitung und der Regeleinrichtungen. 
  • Aufgrund der Berührungsfreiheit können diese Dichtungen für hohe Umfangsgeschwindigkeiten und mittlere abzudichtende Drücke (30 bis zu 50 bar) eingesetzt werden. siehe Abb. 18 Wellendichtung

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  • Hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit ist sie von der chemischen Zusammensetzung des Speisewassers nahezu unabhängig. 
  • Die Schwimmringdichtung besteht aus mehreren hintereinander geschalteten und radial verschiebbaren, kurzen Drosselringen, die sich aufgrund der Druckverteilung am Ring selbst zentrieren. Ein in die Dichtung eingespritztes kaltes Sperrkondensat sorgt dafür, dass kein Heißwasser aus der Pumpe nach außen austritt (geregeltes System). Solange die Pumpe in Betrieb ist oder unter Druck steht, ist die Sperrwasserversorgung aufrechtzuerhalten. 
  • Die Schwimmringdichtung wird vereinzelt im Kesselspeisepumpenbereich eingesetzt. Ihre Sperrkondensatmenge lässt sich durch Druck- oder Temperaturdifferenz des Sperrkondensates regeln. siehe Abb. 19 Wellendichtung

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  • Bei der Temperaturdifferenzregelung (Δt-Regelung) ist die Differenz zwischen der Temperatur am Sperrkondensatablauf und des Einspritzkondensates vorgegeben. Bei der Kesselspeisepumpe tritt nur ein sehr geringer Speisewasserstrom aus dem Pumpeninneren ein. Hierbei kann das Eindringen von Kaltwasser in das Pumpeninnere ausgeschlossen werden. 
  • Bei der Druckdifferenzregelung (Δp-Regelung) ist die Differenz zwischen Einspritz- und Zulaufdruck vorgegeben. Es tritt ein geringer Sperrkondensatstrom in die Pumpe ein. Dadurch müssen hohe Ansprüche an Reinheit und Gasfreiheit des Sperrkondensates gestellt werden, um den Hauptkreislauf nicht zu verunreinigen. 

Anstelle der Schwimmringdichtung kann aber auch eine Labyrinthdichtung vorgesehen werden. 

Labyrinthdichtung 

  • Die Labyrinthdichtung ist eine feste Drosselbuchse mit ringnutartiger Profilierung. Infolge der fehlenden radialen Verschiebbarkeit muss das Durchmesserspiel größer ausgeführt werden als bei der Schwimmringdichtung. Dies hat eine größere Leckage zur Folge, wodurch auch ein entsprechend größerer Sperrwasserstrom erforderlich wird. 

Zentrifugaldichtung 

  • Eine der Dichtungsdruckdifferenz entgegenwirkende, selbst druckerzeugende Wellendichtung ist die Zentrifugaldichtung mit häufig nachgeschalteter Stillstandsdichtung. Als federbelastete Gleitringdichtung (GLRD) ausgeführt, wird sie schon bei niedrigsten Drehzahlen durch Fliehkräfte geöffnet und damit vor Verschleiß geschützt. siehe Abb. 20 Wellendichtung

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  • Die eigentliche Zentrifugaldichtung (als Hilfslaufrad mit Flüssigkeitsring am Außendurchmesser) arbeitet berührungs- und verschleißfrei. 

Fördergewinde 

  • Auch Fördergewinde können bei optimaler Gestaltung (Gewindesteigung des stationären Teils ist gegen die Steigung des rotierenden Teils gerichtet) und laufender Pumpe einen Gegendruck erzeugen, der gegebenenfalls das Gleichgewicht gegen den Innendruck der Pumpe hält. Die so erreichbaren Nullpunktdrücke sind abhängig von der Drehzahl, Gewindelänge, Spaltweite und dem mittleren Spaltdurchmesser. 
  • Förderhöhen von 10 bis zu 30 m sind dabei realistisch. 
  • Sobald die Welle jedoch stillsteht, hat das Fördergewinde nur noch eine Drosselwirkung. Diese ist mit einem Labyrinthspalt vergleichbar. 
  • Soll ein Fördergewinde als Pumpendichtung eingesetzt werden, muss in jedem Fall eine berührende Dichtung als Stillstandsdichtung nachgeschaltet werden. siehe Abb. 21 Wellendichtung

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Hydrostatische Dichtung 

  • Die hydrostatische Dichtung (HSD) ist als berührungsfreie Wellendichtung aufgrund ihres Kon-struktionsprinzips für eine einwandfreie Funktion erst bei Drücken größer als 20 bar berührungsfrei. Der Pumpenantrieb darf somit erst oberhalb dieser Schwelle gestartet werden. 
  • Da die Dichtung sehr empfindlich gegen Feststoffe ist, muss das Sperrwasser, über das die Dichtung gespeist wird, extrem sauber sein. 
  • Der Dichtspalt ist dabei selbstregelnd und abhängig von der Dichtspaltgeometrie und dem abzudichtenden Druck, wobei sich die Spaltweite bei etwa 10 µm einstellt. 
  • Die Spaltsteifigkeit ist bei vollem Betriebsdruck (160 bar) sehr groß. Um den Spalt um 1 µm aus seiner Gleichgewichtslage zu verschieben, müsste eine externe Kraft von ca. 4.000 N einwirken. 
  • Da die Dichtung mit einem endlichen, wenn auch sehr engen Spalt arbeitet, hat sie erhebliche Leckage (p = 160 bar, n = 1.500 min-1; Abdichtdurchmesser bei 260 mm, Q = 800 l/h). Aufgrund dessen muss dieser Dichtung eine Niederdruckdichtung nachgeschaltet werden, welche die Leckage der HSD gegen die Atmosphäre abdichtet. siehe Abb. 22 Wellendichtung

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  • Als Folge dieser Betriebseinschränkung bei Niederdruck erfolgte der Austausch der hydrostatischen Wellendichtungen in vielen Kernkraftwerken durch hydrodynamische GLRD. 
  • Anwendung findet sie ausschließlich in Hauptkühlmittelpumpen von Druckwasserreaktoren. 

Statische Berührungsdichtung 
Zu den statischen Berührungsdichtungen gehören die Runddichtringe (RDR) (auch O-Ringe genannt). Sie sind Formdichtungen und nach der DIN 3750 definiert als "Ringe mit Kreisquerschnitt aus elastischen Werkstoffen, die durch eine geringe Verspannung beim Einbau, unterstützt durch den Betriebsdruck, abdichten". Der symmetrische Querschnitt schließt dabei einen falschen Einbau aus. 

Die einfache Berechnung und Gestaltung der Anschlussteile hat zu weiter Verbreitung geführt. 

O-Ringe kommen bei allen beschriebenen Wellendichtungen vor. Als Dichtelement können sie nur als statische Abdichtung eingesetzt werden oder an Abdichtstellen, bei denen gelegentlich eine geringe axiale Bewegung erforderlich ist. Sie werden in verschiedenen Härtegraden hergestellt. Die Härte wird angegeben in Shore-Härte (A oder D). Diese Härteskala umfasst den Bereich von 0 bis zu 100 Härteeinheiten, wobei 0 der kleinsten und 100 der größten Härte entspricht. 

Für Gleitringdichtungen (GLRD) werden für die O-Ringe meist Elastomere mit Shore-A Härten zwischen 70 und 90 ausgewählt. Diese werden als Abdichtungen zwischen Wellenhülsen und Welle sowie als Dichtung zwischen Gleit- oder Gegenring und den Gehäuseanschlussteilen eingesetzt. So stellen sie sicher, dass bei kleinen axialen Bewegungen der Welle das befederte Dichtungsteil entsprechend nachsetzen kann. 

Sie werden in ihrer Bedeutung oft unterschätzt, denn jede Wellenabdichtung ist nur so gut wie der O-Ring. Die Runddichtringe müssen auf das Fördermedium abgestimmt sein, den Temperaturbereich abdecken und alterungsbeständig sein. Darüber hinaus muss ein hochwertiges O-Ring-Fett verwendet werden, das den betriebsbedingten Anforderungen gerecht wird. Zum einen ist die Langzeitschmierwirkung zu beachten, zum andern darf sich das Schmiermittel nicht nachteilig auf das Fördermedium auswirken und der O-Ring nicht vom Schmiermittel angegriffen werden. 

Elastomere, die im Betriebsmedium weniger als 10 % quellen und mit dem Medium chemisch nicht reagieren, sind als Nebendichtung für eine GLRD geeignet. Dafür gibt es einige Elastomer-Sorten, die jeweils Unterschiede von Temperaturbeständigkeit und Quellverhalten in Referenzöl aufweisen. siehe Abb. 23 Wellendichtung

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Besonders kritisch sind Anwendungen in Chemie- und Raffineriebetrieben, in denen Pumpen häufig mit verschiedenen Fördermedien beschickt werden.

Wellenkupplung

Die Wellenkupplung stellt einen Teil der Verbindung zwischen Elektromotor und Pumpenhydraulik dar. Die in der Kreiselpumpentechnik vorkommenden schlupffreien Wellenkupplungen werden in starre und nachgiebige unterteilt. 

Starre Wellenkupplung 
Die starre Wellenkupplung dient vornehmlich zur Verbindung einwandfrei fluchtender Wellen. Schon geringste Verlagerungen verursachen erhebliche Zusatzbeanspruchungen in der Wellenkupplung und den benachbarten Wellenstücken. 

Beispiele für starre Wellenkupplungen 

  • Hülsenkupplung 
  • Muffenkupplung 
  • Plan-Kerbverzahnungskupplung 
  • Schalenkupplung (DIN 115) 
  • Scheibenkupplung 
  • Flanschkupplung 
  • Zahnkupplung 

Nachgiebige Wellenkupplung 
Die nachgiebigen (elastischen) Wellenkupplungen sind nach DIN 740 elastische, schlupffreie Verbindungselemente zwischen Antriebs- und Arbeitsmaschine, die bis zu einem gewissen Grade axiale, radiale und winklige Fluchtfehler sowie stoßartige Belastungen zulassen. siehe Abb. 1 Wellenkupplung

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Die Nachgiebigkeit wird vielfach durch die Verformung dämpfender gummi- oder metallelastischer Federelemente erzielt, deren Lebensdauer vom Ausmaß der auszugleichenden Fluchtfehler stark abhängt. Es gibt verschiedene Bauarten nachgiebiger Wellenkupplungen. siehe Abb. 2 Wellenkupplung

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Treten Wellenverschiebungen zwischen Antriebsmaschine und Pumpe z. B. durch die Temperaturschwankungen im Fördermedium wie bei Wärmeträger- und Heißwasserpumpen auf, so werden oft doppeltkardanische Wellenkupplungen eingesetzt. siehe Abb. 3 Wellenkupplung

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Die Zahnkupplungen sind flexible Wellenverbindungen für eine formschlüssige Übertragung des Drehmomentes. Sie sind besonders geeignet für den Ausgleich axialer, radialer und winkliger Wellenverlagerungen. 

Bei dem Bogenzahnprinzip (siehe Bogenzahnkupplung) werden bei den Winkel- und Radialverlagerungen Kantenpressungen in der Verzahnung vermieden, weshalb diese nahezu verschleißfrei sind. 

Aufgrund der doppeltkardanischen Arbeitsweise der Bogenzahnkupplungen sind bei Winkel- und Radialverlagerungen die Rückstellkräfte vernachlässigbar klein und periodische Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit treten nicht auf.  siehe Abb. 4 Wellenkupplung

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Einen Ausbau der Wellendichtung und Pumpenlagerung ohne Demontage der Pumpengehäuse und der Antriebsmaschine ermöglicht eine Kupplung mit Zwischenhülse (siehe Prozessbauweise). 
siehe Abb. 5 Wellenkupplung

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Liegen über den Einfluss der Anfahrhäufigkeit und Umgebungstemperatur keine genauen Angaben vor, so kann die Belastung durch entsprechende als Richtwerte angegebene Faktoren berücksichtigt werden. Für das Verhältnis von maximalem Drehmoment zum Betriebsdrehmoment wird kein fester Wert vorgeschrieben, um alle Kupplungsarten entsprechend ihren spezifischen Eignungen zu berücksichtigen. Die Berechnung der Belastung durch Drehmomentstöße bezieht sich daher auf das maximale Drehmoment (siehe Anlaufdrehmoment). 

Der in DIN 740 wiedergegebene Rechnungsgang zur Auslegung einer nachgiebigen Kupplung gilt nur für den Fall, dass die Kupplung das einzige drehelastische Glied eines Rotors ist, sodass die Drehschwingungen auf ein lineares Zweimassen-System zurückgeführt werden können. In allen anderen Fällen ist eine Schwingungsrechnung erforderlich.

Wellenschutzhülse

Die Wellenschutzhülse ist auf der Welle montiert und rotiert in der Lagerbuchse. Sie schützt die Pumpenwelle vor mechanischen Beschädigungen durch Wellendichtungen sowie Lagerschalen (siehe Gleitlager) und chemischer Beschädigung durch aggressive Fördermedien (siehe Werkstoffauswahl). 

Bei der Konstruktion der Wellenschutzhülse sollte das Fördermedium nicht zwischen Wellenschutzhülse und Welle nach außen gelangen können. Es muss genügend axiale Ausdehnungsmöglichkeit bestehen und die Wellenschutzhülse (möglichst an dem laufradseitigen Ende) gegen tangentiale sowie axiale Verschiebungen relativ zur Welle gesichert sein.

Wellentauchpumpe

Die Wellentauchpumpe ist eine einstufige Tauchpumpe. Dieses vertikale, quergeteilte und wellendichtungslose Pumpenaggregat ist mit einem Radial- oder Kanalrad ausgerüstet. 

Die Einsatzgebiete sind sehr vielseitig und reichen von der automatischen Wasserentsorgung aus Gruben (z. B. Schmutzwasser) bis zum Einbau in Behältern zum Fördern von Kondensat, Wärmeträgern oder chemisch aggressiven Flüssigkeiten. siehe Abb. 1 und 2 Wellentauchpumpe

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Werkstoff

Aus der Vielzahl verfügbarer Werkstoffe werden für die Kreiselpumpen je nach Beanspruchung metallische und nichtmetallische (wie Kunststoffe und keramische) Werkstoffe bevorzugt. 

Metallische Werkstoffe 

Der Einsatz von metallischen Werkstoffen erfolgt als Guss-Werkstoffe oder in geschmiedeter, gewalzter sowie anderer Erzeugnisform. Aufgrund der weitestgehend freien Gestaltungsmöglichkeit und großen Vielfalt spezieller Legierungsvarianten sind diese auch heute noch die am häufigsten verwendeten Konstruktions-Werkstoffe für Pumpengehäuse und Laufräder. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung und ihren mechanisch-technologischen Eigenschaften kommen verschiedene Guss-Werkstoffe in Kreiselpumpen zum Einsatz.
Siehe Abb. 1: Werkstoff

Kunststoffe
Kunststoffe sind nach der Norm ISO 1043-1 aufgrund der Temperaturabhängigkeit ihres mechanischen Verhaltens in vier Gruppen eingeteilt. 

Mechanisches Verhalten der vier Kunststoffgruppen 

  • Thermoplaste: In der Wärme sind sie beliebig oft verformbare hochpolymere Werkstoffe wie Polystyrol (PS), Polyethylen (PE) oder Polyvinylchlorid (PVC). 
  • Elastomere: Sie sind weitmaschig vernetzte hochpolymere Werkstoffe und in allen Temperaturbereichen gummielastisch    (z. B. vernetzter Naturkautschuk oder Polyisobutylen). 
  • Thermoelaste: Als weitmaschig vernetzte hochpolymere Werkstoffe sind sie oberhalb von 20 °C gummielastisch, z. B. mit über 10 % Schwefel vernetzter Naturkautschuk, vernetztes Polyethylen oder hochmolekulare Polymethacrylsäureester. 
  • Duroplaste: Engmaschig vernetzt sind sie ausgehärtete hochpolymere Werkstoffe (z. B. Polyester-, Epoxyd- oder Phenol-Formaldehyd-Harze). 

Vor allem die Thermoplaste sind als Konstruktions-Werkstoffe für Lauf- und Leiträder wichtig, während die Elastomere für Dichtungen oder als Überzugsmaterialien Verwendung finden.
Siehe Abb. 2: Werkstoff

Keramische Werkstoffe 

Die keramischen Werkstoffe sind definiert als nichtmetallisch, anorganisch und zu über 30 % kristallin. Sie werden als moderne ingenieurkeramische Werkstoffe für Dichtungs- und Lagerelemente (siehe Gleitlager) verwendet, aber auch zunehmend für andere Konstruktionselemente, wie Lauf- und Spaltringe (siehe Spaltdichtung) sowie auch Laufräder.
Siehe Abb. 3: Werkstoff

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Kennzeichnend für diese Werkstoff-Gruppe ist ihre hohe mechanische, thermische und chemische Belastbarkeit. Das spröde Verhalten, die Empfindlichkeit gegen Zugspannungen, die eingeschränkte Formgebung und die kostenintensive Bearbeitung verlangen werkstoffgerechte Konstruktionen. 

Werkstoffauswahl

Bei der Auswahl des Werkstoffes für bestimmte Pumpenbauteile ist neben der Erzeugnisform vor allem auch eine genaue Kenntnis des Beanspruchungskollektivs notwendig. Es umfasst statische und dynamische Belastungen mechanischer und thermischer Art sowie Belastungen durch Erosion, Abrasion, Korrosion und Kavitation. Welche Belastungsarten dabei entscheidende Kriterien für die Werkstoffauswahl sind, ist im Wesentlichen nur durch langjährige Erfahrungen bei vielseitigen Pumpenverwendungsgebieten zu beantworten. Für einzelne Belastungsarten existieren allgemeine Tabellen zur Werkstoffauswahl, die Orientierungshilfen bei der grundsätzlichen Festlegung der Pumpenwerkstoffe liefern können. Bekannt sind hier vor allem die Beständigkeitstabellen, in denen (meist metallische) Werkstoffe nach ihrer Korrosionsbeständigkeit in flüssigen Medien aufgelistet sind. 

Neben der Erzeugnisform und dem Beanspruchungskollektiv spielen in vielen Anwendungsfällen auch wirtschaftliche Aspekte bei der Werkstoffauswahl eine entscheidende Rolle. In speziellen Einsatzfällen wie bei der Reaktorpumpe für kerntechnische Anlagen sind dagegen ausschließlich sicherheitstechnische Kriterien entscheidend. 

Aufgrund einer modernen computerintegrierten Fertigung von Pumpen sind auch Fragen der Bearbeitbarkeit, Verfügbarkeit und Beschaffbarkeit bei der Werkstoffauswahl von Bedeutung. 

Die Werkstoffauswahl für ein Pumpenbauteil und einen bestimmten Anwendungsfall ist letztlich wesentlicher Bestandteil des Know-hows und der Verantwortung des Pumpenherstellers und deshalb oft auch herstellerspezifisch unterschiedlich.

Windkessel

Der Windkessel dient als Druckbehälter zur Speicherung von Druckluft, zur Ausscheidung von Kondensat durch Abkühlung sowie zum Ausgleich von Druckschwankungen in einer Druckluftverteilungsanlage. 

In der Wasserversorgung werden Windkessel zum einen als Schaltkessel (Hydrophor) eingesetzt, zum anderen als Sicherheits-Komponente zur Vermeidung von Druckstößen.

Winkelgeschwindigkeit

Die Winkelgeschwindigkeit gibt unabhängig vom Radius an, wie schnell sich ein rotierender Körper in Bezug zu seinem Rotationsmittelpunkt bewegt. Sie ist proportional zur Drehzahl und hat die Einheit rad/s. 

Der Zusammenhang zwischen Winkelgeschwindigkeit und Drehzahl lautet:

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Wirbel

Die Wirbel sind in der Strömungslehre die Kreisströmungen eines Fluids und bilden sich bei Vorhandensein von unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Sie entstehen, wenn ein Teil der Flüssigkeit deutlich schneller fließt als ein anderer wie beim Zusammenfluss zweier Flüssigkeitsmengen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, oder im Gebiet von Strömungsablösungen.

Wirbelstrom-Sensor

Befindet sich ein leitender Körper in einem Magnetfeld, treten in diesem Körper durch die im leitenden Material induzierte Spannung Wirbelströme auf. Diese Wirbelströme können mit entsprechenden Sensoren erfasst werden. Mit Wirbelstromsensoren können Abstände und Dicken elektrisch leitender Materialien berührungslos gemessen werden.

Wirkdruck

Der Wirkdruck ist bspw. bei einer Prandtl-Sonde der Differenzdruck zwischen den Wirkdrucköffnungen (Bohrungen), d. h. zwischen Staudruck und statischem Druck. Dieser Wirkdruck (Differenzdruck) wird zur Bestimmung der (lokalen) Strömungsgeschwindigkeit in einem Fluid verwendet.

Wirkdruckmengenmessgerät

Das Wirkdruckmengenmessgerät wird auch als Drosselgerät bezeichnet. Der Einbau in eine voll durchströmte, gerade Rohrleitung erzeugt eine Differenz der statischen Drücke zwischen der Plus-Druckentnahme im Einlauf und der Minus-Druckentnahme im engsten Querschnitt. siehe Abb. 1 Wirkdruckmengenmessgerät

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Der Durchfluss kann aus diesem Wirkdruck aus den Stoffwerten des Fluids und aus den geometrischen Daten (jeweils unter Betriebsbedingungen) bestimmt werden sowie einem Faktor (abzulesen in Normen). 

Beispiele für Wirkdruckmengenmessgeräte sind die Blenden (Normblende nach DIN EN ISO 5167-2), Düsen (Norm- und Venturidüse nach DIN EN ISO 5167-3) und Venturirohre (DIN EN ISO 5167-4). 

Abb. 1 Wirkdruckmengenmessgerät zeigt den ungefähren Verlauf für Strömung und Druck im Bereich einer Messstrecke (Beispiel Blende). 

Der Massendurchfluss mit Bezug auf den gemessenen Wirkdruck wird durch folgende Gleichung bestimmt: 

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Dementsprechend berechnet sich der Volumenstrom (Qv) mit der Dichte (ρ) des Fluids in Abhängigkeit von Temperatur und Druck des bezugnehmenden Volumens aus folgender Gleichung: 

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Werden höhere Genauigkeitsforderungen an die Durchflussmessung mittels Wirkdruckmengenmessgerät gestellt, muss die Zulaufströmung zum Wirkdruckmengenmessgerät ein hohes Maß an Gleichförmigkeit aufweisen. Dies wird durch lange, gerade Einlaufstrecken oder verschiedene Einbauten in die Zulaufstrecke (z. B. Gleichrichter oder Strömungsumformer nach DIN EN ISO 5167-1) erreicht. siehe Abb. 1

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad (η) ist allgemein eine Verhältnisgröße zur Charakterisierung der Güte einer Leistungsumwandlung in der Energietechnik. 

Besonders bei Arbeits- (z. B. Pumpen, Verdichter, Ventilatoren) und Kraftmaschinen (z. B. Turbinen) beschreibt der Wirkungsgrad das Verhältnis von Nutzleistung zu aufgewandter Leistung, wobei die Nutzleistung die aufgewandte Leistung abzüglich der Verlustleistung ist:

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In der Kreiselpumpentechnik kommen der Nutzleistung, aufgewandten Leistung und Verlustleistung je nach Art des Wirkungsgrades nach der EN 12723 verschiedene Bedeutungen zu. siehe Abb. 1 Wirkungsgrad

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Pumpenwirkungsgrad η

Mechanischer Wirkungsgrad ηm 

  • Verlustleistung ... mechanischer Leistungsverlust (Pv,m) in den Pumpenlagern (z. B. Gleit- und Wälzlager) und Wellendichtungen 
  • aufgewandte Leistung ... Leistungsbedarf (P) 

Innerer Wirkungsgrad η

  • Nutzleistung ... Förderleistung (PQ
  • aufgewandte Leistung ... Leistungsbedarf (P) minus mechanischer Leistungsverlust (Pv.m) in Pumpenlagern und Wellendichtungen 

Hydraulischer Wirkungsgrad ηh 

  • Nutzleistung ... Förderleistung (PQ
  • aufgewandte Leistung ... Leistungsbedarf (P) minus Leistungsverlust (Pv.Rads.) durch Radseitenreibung und mechanischen Leistungsverlust (Pv.m) in Lagern und Wellendichtungen 

Pumpen-Aggregat-Wirkungsgrad ηGr 

  • Nutzleistung ... Förderleistung (PQ
  • aufgewandte Leistung ... die vom Antrieb aufgenommene Leistung, gemessen an einer zu vereinbarenden Stelle (z. B. Klemmenkasten des Elektromotors, Beginn eines Unterwasserkabels)

Wirkungsgradaufwertung

Die Wirkungsgradaufwertung erfasst den Einfluss der REYNOLDS-Zahl (Re-Zahl) auf den Pumpenwirkungsgrad. Dabei hat häufig die größere Ausführung von zwei geometrisch ähnlichen Kreiselpumpen oder die schneller laufende von zwei Maschinen und die mit einem Fördermedium kleinerer Viskosität betriebene Maschine den besseren Pumpenwirkungsgrad. Beim Übergang z. B. vom Versuchsmodell zur Prototypausführung muss dann der am Modell gemessene Pumpenwirkungsgrad "aufgewertet" werden. Die geometrische Ähnlichkeit muss hierbei in allen Teilen, auch im Hinblick auf die Oberflächenrauigkeit und Spaltweiten, gewahrt bleiben (siehe Ähnlichkeitsbedingung). 

Diese Wirkungsgradänderung ist somit nur eine Folge der mit der Änderung der Pumpengröße, Drehzahl oder Viskosität einhergehenden anderen Re-Zahl. 

Größere Kreiselpumpen haben meist auch größere Re-Zahlen. Diese wiederum haben nach den Gesetzen der Strömungslehre in gewissen Grenzen geringere Strömungsverluste und damit bessere innere Wirkungsgrade zur Folge. 

Da sich eine exakte geometrische Ähnlichkeit praktisch nicht verwirklichen lässt, wirkt sich ein zusätzlicher Einfluss der Maschinengröße in die gleiche Richtung aus wie die Re-Zahl. Der Einfluss der Pumpengröße auf den Pumpenwirkungsgrad ist in den Fällen von praktischer Bedeutung, in denen die Wirkungsgradmessungen (siehe Pumpenprüffeld) an den verkleinerten Modellen großer Pumpen ausgeführt werden. So kann man auf den in der Großausführung zu erwartenden Wirkungsgrad schließen, um bspw. den Leistungsbedarf zu erhalten, der die installierte Prüffeldleistung überschreitet. 

Allgemein gültige Regeln für die Wirkungsgradaufwertung gibt es bisher nicht. In jedem Fall ist die Wirkungsgradaufwertung vor dem Modellversuch zwischen dem Auftragnehmer und Auftraggeber eindeutig zu vereinbaren. Als Beispiel für Annäherungsformeln für die Wirkungsgradaufwertung seien die Formeln von PFLEIDERER und ACKERET genannt:

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Die Re-Zahl wird zweckmäßig mit der Umfangsgeschwindigkeit des Laufradaustrittsdurchmessers gebildet. 

Praktische Anwendung finden Aufwerteformeln auch in den internationalen Normen "Hydraulic Institute: Standards for centrifugal, rotary and reciprocating pumps. 14th ed, Cleveland 1983" und der "IEC 497: International code for model acceptance tests of storage pumps. 1976" (Stand 12/2011).

Wirkungsgradklasse

In die Wirkungsgradklassen werden alle 2- und 4-poligen Niederspannungs-Drehstrommotoren (z. B. Asynchronmotor) im Leistungsbereich von 1 bis zu 1.000 kW Leistung in der Standardausführung entsprechend ihres Wirkungsgrades eingeordnet. 

Die Unterscheidung erfolgt in die vier Klassen IE1, IE2, IE3 und IE4. Die Klasse IE4 bezeichnet dabei die Ausführung mit dem besten Wirkungsgrad, in welche die hocheffizienten Motoren als Energiesparmotoren einzuordnen sind. Die älteren Motoren ohne Wirkungsgrad-Angabe entsprechen der Klasse IE1.
siehe Abb. 1 Wirkungsgradklasse

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Der Motor-Wirkungsgrad (η) errechnet sich aus dem Verhältnis der abgegebenen Wellenleistung (PAB) und der aufgenommenen elektrischen Leistung (PZU). Die Differenz besteht aus den internen Motorverlusten. siehe Abb. 2 Wirkungsgradklasse

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Wurfweite

Im Feuerlöschwesen ist es üblich, die Funktionsfähigkeit einer Feuerlöschpumpe nach der Steighöhe oder Wurfweite des Wasserstrahls aus dem Mundstück des Strahlrohrs zu prüfen. Um eine ausreichende Löschwirkung zu erzielen, sollte der Druck (als Überdruck über dem Luftdruck) im Strahlrohr mindestens 4 bar betragen.
Siehe Abb. 1: Wurfweite

Wälzlager

Das Wälzlager wird zur Abstützung von Wellen eingesetzt und besteht aus den Laufringen oder -scheiben sowie den Wälzkörpern (kugelig, zylindrisch, kegelig oder tonnenförmig) siehe Abb. 1 Wälzlager

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Darüber hinaus werden häufig Käfige eingesetzt, die eine gegenseitige Berührung der Wälzkörper verhindern.
siehe Abb. 2 Wälzlager

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Eine Unterscheidung erfolgt nach der Kraftrichtung zwischen Quer- (Radiallager) und Längslager (Axiallager) sowie Übergangsformen wie Radial-Rillenkugellager für die radiale und axiale Kraftrichtung. siehe Abb. 3 Wälzlager

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Abb. 4 Wälzlager zeigt eine typische Wellenlagerung einer Niederdruckpumpe mit Zylinderrollen- und Schrägkugellagern. In Radiallagern laufen die Wälzkörper zwischen Ringen (Ringlager) und in Axiallagern zwischen Scheiben (Scheibenlager). 

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Vorteile von Wälz- gegenüber Gleitlagern 

  • ein um etwa 25 bis zu 50 % niedrigerer Reibwert 
  • laufen aufgrund des möglichen engeren Spieles genauer 
  • beanspruchen weniger Raum 
  • anspruchsloser in der Wartung 
  • problemloser im Schmierstoffbedarf 
  • Austauschbarkeit aufgrund der breiten Normung 

Nachteile von Wälz- gegenüber Gleitlagern 

  • empfindlich für Stoßbelastungen 
  • geräuschvollerer Lauf 
  • meist teurer als vergleichbare Gleitlager 
  • verschleißen auch im Stillstand (pittings) 

Die Tragfähigkeit und Lebensdauer der Wälzlager sind genormt (DIN 622). Es wird dabei zwischen der dynamischen und statischen Tragfähigkeit unterschieden. Die Berechnung beider erfolgt zweckmäßigerweise nach der DIN 622 oder der Angabe des Wälzlager-Herstellers. 

Dynamische Tragfähigkeit 

  • (Lebensdauer) Sie bezeichnet die Anzahl der Umdrehungen oder Betriebsstunden eines Lagers, die dieses ohne Anzeichen einer Werkstoffermüdung an allen Lagerteilen aushält. 


Statische Tragfähigkeit 

  • Sie ist die statische Belastungskraft, die eine bleibende Verformung an der Berührungsstelle der Wälzkörper hervorruft, dadurch aber die Funktion des Lagers noch nicht beeinträchtigt. 

Mit steigender Rollgeschwindigkeit machen sich die Fliehkräfte bemerkbar, welche die Wälzkörper nach außen drücken. Aufgrund der größeren Reibungsverluste erhöht sich die Betriebstemperatur des Lagers, weshalb jedes Normallager in seiner Drehzahl nach oben begrenzt ist. Die Grenzdrehzahl lässt sich nach einfachen Formeln in Abhängigkeit von der Bauart, Größe, Art der Schmierung und Belastung ermitteln (vgl. Kataloge der Wälzlager-Hersteller). 

Eine vollständige Trennung der Reibflächen durch einen tragfähigen Schmierfilm findet aufgrund der Abwälzbewegungen der Rollkörper nicht statt. Die Normalschmierung mit Fetten oder Ölen beliebiger Konsistenz ist hierbei ausreichend. 

Der Lagerhersteller gibt häufig die Schmieranweisungen an, wobei der Einfluss der Betriebstemperatur des Lagers, die Alterungsbeständigkeit der Fette oder Öle unter Betriebsbedingungen sowie meist auch die Notwendigkeit der Nachschmierung zu berücksichtigen sind. 

Fettauswahl zur Wälzlagerschmierung

  • Kalziumseifen-Schmierfette sind wasserabweisend und eine Nachschmierung ist in kürzeren Zeitabständen erforderlich. Die Einsatztemperatur ist von 20 °C bis zu 50 °C. 
  • Natriumseifen-Schmierfette sind gut schmierfähig, aber wasseraufnehmend, wodurch sie bei Wasserzutritt auswaschen. Die Einsatztemperatur ist von 30 °C bis zu 110 °C. 
  • Lithiumseifen-Schmierfette sind wasserabweisend und hochbelastbar. Die Einsatztemperatur ist von 30 °C bis zu 125 °C. 
  • Komplexverseifte Schmierfette sind wasserabweisend, uneingeschränkt verwendbar, aber teurer. Die Einsatztemperatur ist von 25 °C bis zu 150 °C. Beispiele sind Barium-Kalzium oder Lithium-Magnesium-Strontium. 

Auswahl der Festschmierstoffe (für spezielle Verwendungen) 

  • Grafit ist oft in Verbindung mit anderen Trägern oder Schmierstoffen einsetzbar. Die Einsatztemperatur liegt unter 400 °C, da sonst eine Oxidation einsetzt. 
  • Molybdändisulfid ist handelsüblich in Pulverform verfügbar oder eingemischt in Pasten, Fetten oder Ölen lieferbar. Der Reibwert ist sehr gering und sinkt noch mit zunehmender Belastung. In Pulverform geht der Einsatztemperaturbereich von 180 °C bis zu 450 °C. 

Der Trend führt aber zur "for-life-Schmierung", der einmaligen Schmierung für die gesamte Lebensdauer des Lagers.

Wärmepumpe

Die Wärmepumpe ist keine Pumpe im eigentlichen Sinn, sondern eine Anlage, mit der Niedertemperaturwärme auf ein höheres Temperaturniveau gebracht ("gepumpt") werden kann. Die Wärmepumpe arbeitet dabei nach dem thermodynamischen Prinzip einer Kälteanlage und ermöglicht so die Nutzung des Energiegehaltes von Wärmeträgern wie Luft, Wasser und Erdreich zu Heizzwecken sowie der Verwendung von Abwärme aus industriellen Prozessen. 

Eine Wärmepumpen-Anlage besteht meist aus den zwei Wärmetauschern Verflüssiger und Verdampfer, einem Expansionsventil und einem Verdichter. Der Kreislauf ist mit einem flüssigen Kältemittel gefüllt, das bei niedriger Temperatur verdampft und dabei seiner Umgebung Wärme entzieht. Der Verdichter bringt das Kältemittel anschließend auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau. Hier wird es durch den Verflüssiger geleitet, wo es kondensiert und die dabei freiwerdende Wärme an einen Heizkreislauf (siehe Heizungsumwälzpumpe) abgibt. Im letzten Schritt wird das flüssige Kältemittel im Expansionsventil entspannt und der Vorgang kann von Neuem beginnen. siehe Abb. 1 Wärmepumpe

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Die in Warmwasser-Heizsystemen oder Brauchwasseranlagen wirtschaftlich erzielbare Vorlauftemperatur kann bis zu 55 °C betragen. Die Wärmepumpenanlagen werden bisher überwiegend in der Raumheizung, zur Brauchwassererwärmung und Schwimmbadheizung meist in Verbindung mit konventionellen Heizanlagen (als bivalentes Heizsystem) eingesetzt.

Wärmesperre

Die Wärmesperre soll den Wärmeübergang vom heißen Pumpenteil zum kalten Motorteil so weit wie möglich vermindern, um das nur begrenzt temperaturbeständige Isoliermaterial der Statorwicklung (siehe Asynchronmotor) nicht zu gefährden. Sie ist zwischen dem Pumpen- und Motorteil einer stopfbuchslosen Umwälzpumpe angeordnet. Wasser kühlt zwar eine Wärmesperre, um aber die Kühlwasserströme und Energieverluste möglichst klein zu halten, sollte stattdessen der Wärmefluss reduziert werden. Konstruktiv ist dann dafür zu sorgen, dass die wärmeleitenden Querschnitte durch Anordnung von Luftkammern so klein wie möglich ausgeführt werden und Werkstoffe mit schlechter Wärmeleitung zum Einsatz kommen.

siehe Abb. 1 Wärmesperre

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Darüber hinaus hat die Wärmesperre auch nennenswerte mechanische Lasten aufzunehmen, weil die Zuganker das Motorgehäuse über die Wärmesperre mit dem Pumpengehäuse verspannen.


Wärmeträgerpumpe

Die Wärmeträgerpumpe ist eine Pumpe zum Umwälzen von Wärmeträgern, bspw. um den Wärmeträgerumlauf in einem Heizungssystem aufrechtzuerhalten. 

Da die Temperatur des Wärmeträgeröls bis zu 350 °C betragen kann, muss sie durch eine (meist luftumspülte) Kühlstrecke zwischen Pumpengehäuse und Wellendichtung so weit abgebaut werden, dass normale fördermediumgeschmierte Gleitlager (z. B. Kohlebuchse) und Standard-Gleitringdichtungen verwendet werden können. siehe Abb. 1 Wärmeträgerpumpe

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