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[[Datei:Kaster Ancient Water Pump 20060806.jpg|mini|hochkant=0.66|Historische Wasserpumpe in [[Kaster]]]]<br />
'''Pumpen''' sind Maschinen zur Förderung von [[Fluid]]en. Darüber hinaus werden sie auch zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit sowie der Erzeugung von Überdruck oder Vakuum verwendet.<ref name=":1">{{Literatur |Autor=M. Baerns, A. Behr, A. Brehm, J. Gmehling, K.-O. Hinrichsen, H. Hofmann, M. Kleiber, N. Kockmann, U. Onken, R. Palkovits, A. Renken, D. Vogt |Titel=Technische Chemie |Auflage=3. |Verlag=Wiley-Vch |Datum=2023 |ISBN=978-3-527-34574-8 |Seiten=514-518}}</ref> Pumpen wandeln als [[Arbeitsmaschine]]n ([[Fluidenergiemaschine]]n) eine Antriebs[[leistung (Physik)|leistung]] in [[Bewegungsenergie]] eines Fluids um. Grob unterschieden wird in Kreiselpumpen, die Fluide mittels Zentrifugalkraft fördern, und Verdrängerpumpen, die Fluide durch Verdrängung fördern.<br />
<br />
== Abgrenzung ==<br />
[[Datei:Pump.svg|mini|hochkant=0.66|[[Schaltsymbol]]: Pumpe]]<br />
Klassische Pumpen dienen zum Transport von (nahezu) [[inkompressibel|inkompressiblen]] Fluiden. Fluide werden als inkompressibel bezeichnet, wenn sie ihr [[Volumen]] unter Druck beibehalten. Das ist gültig für Flüssigkeiten, betrifft aber auch Flüssigkeit-Feststoff-Gemische ([[Suspension (Chemie)|Suspensionen]]), [[Paste]]n und Flüssigkeiten mit geringem Gasanteil.<br />
<br />
Kompressible Fluide sind in der Regel Gase, die ihr Volumen ändern, wenn sie unter Druck gesetzt werden. Kompressible Fluide werden entweder mit [[Gebläse]] oder [[Verdichter]] befördert. Man spricht von einem Gebläse, wenn Volumen ohne nennenswerten Druck gefördert wird (zum Beispiel Tischventilatoren oder Staubsauger), oder von einem Verdichter, wenn Gas auf hohen Druck komprimiert wird. Verdichter arbeiten ähnlich wie klassische Pumpen, auch das Fördern von Gasen kann als Pumpen bezeichnet werden.<ref name=":1" /><br />
<br />
== Einteilung der Pumpen ==<br />
Pumpen werden nach ihrem Funktionsprinzip in zwei wesentliche Hauptgruppen unterteilt: Verdrängerpumpen und [[Kreiselpumpe]]n.<ref name=":1" /><br />
<br />
=== Kreiselpumpen ===<br />
[[Datei:Centrifugal Pump de.svg|alternativtext=Beschriftetes Bil einer Kreiselpumpe mit radialem Austritt. In der Mitte befindet sich ein rotes Pumpenrad, welches das Fluid, welches vorne in das ebenfalls runde Gehäuse eintritt, beschleunigt. Das Fluid tritt dann an der Oberseite der Pumpe aus einem Rohr aus.|mini|Kreiselpumpe mit radialem Austritt]]<br />
Bei Kreiselpumpen wird die Flüssigkeit mithilfe der Zentrifugalkraft gefördert. Sie bestehen aus einem [[Laufrad (Strömungsmaschine)|Laufrad]] in einem Pumpengehäuse, an dem Schaufeln befestigt sind. Das Fluid wird dabei vom Zentrum des Laufrads nach außen beschleunigt und Bewegungs- bzw. Druckenergie auf das Fluid übertragen. Im Gegensatz zu Kolbenpumpen fördern Kreiselpumpen das Fluid kontinuierlich. In Betrieb müssen außerdem keine Ventile geöffnet oder geschlossen werden. Allerdings können sie das Fluid nicht selbst ansaugen, sie müssen zur Inbetriebnahme gefüllt werden. Außerdem fließt bei Stillstand das Fluid zurück, das kann durch Einbau von [[Rückschlagventil]]en verhindert werden.<ref name=":2">{{Literatur |Autor=Vollrath Hopp |Titel=Grundlagen der Chemischen Technologie für Praxis und Berufsausbildung |Auflage=4. |Verlag=Wiley-Vch |Ort=Weinheim |Datum=2001 |ISBN=3-527-29998-X |DOI=10.1002/9783527625055 |Seiten=580-584}}</ref><br />
<br />
Sie lassen sich je nach Strömungsrichtung in die folgenden Bauformen gliedern:<br />
* [[Axialpumpe]]<br />
* [[Diagonalpumpe]]<br />
* [[Radialpumpe]]<br />
<br />
=== Verdrängerpumpen ===<br />
[[Datei:Hand pump-de.svg|mini|Funktionsprinzip einer handbetriebenen Hubkolbenpumpe (Schwengelpumpe)]]<br />
[[Datei:Wasserwerk pumpe01.jpg|mini|hochkant=0.8|[[Plungerpumpe]]nsatz eines ehem. [[Wasserwerk]]es]]<br />
Verdrängerpumpen werden in oszillierende Verdrängerpumpen und Umlaufkolbenpumpen unterschieden.<br />
<br />
Oszillierende Verdrängerpumpen fördern Fluide durch das periodische Vergrößern und Verkleinern eines Arbeitsraums. Synchron dazu öffnen sich Druck- und Saugventile, sodass das Fluid zuerst angesaugt und dann durch Verdrängung gepumpt wird. Es entsteht ein pulsartiger Förderstrom, der bei Bedarf in einem weiteren Schritt (zum Beispiel in einem [[Windkessel]]) geglättet werden kann. Das klassische Beispiel dieses Pumpentyps ist die [[Hubkolbenpumpe]], bei der ein Kolben in einem Zylinder erst Flüssigkeit ansaugt und diese danach wieder verdrängt, wodurch sie gefördert wird.<ref name=":1" /> Bei der [[Membranpumpe]] ist der Zylinder mit dem Kolben durch eine Kunststoffmembran vom Rest der Pumpe abgetrennt, deshalb wird sie vor allem für aggressive Förderstoffe verwendet.<ref name=":2" /><br />
<br />
In Umlaufkolbenpumpen fördern rotierende oder taumelnde Einbauten das Fluid vom Ansaugstutzen zum Druckstutzen. Eine einfache Variante dieser Pumpe ist die [[Zahnradpumpe]], bei der zwei gegenläufig betriebene Zahnräder das Fluid fördern. Es können auch rotierende Einbauten ([[Rotationskolbenpumpe]]n) oder Schrauben ([[Archimedische Schraube]]) verwendet werden.<ref name=":1" /><br />
<br />
Typen oszillierender Verdrängerpumpen:<br />
* [[Membranpumpe]]n<!--<br />
* [[Scrollverdichter]] geht sofort kaputt, wenn er Flüssigkeiten fördern soll. (Wasserschlag) --><br />
* [[Kolbenpumpe]]n<br />
** [[Axialkolbenpumpe]]n (z.&nbsp;B. Ausführung „Schrägscheibe“ oder „Schrägachse“)<br />
** [[Hubkolbenpumpe]]n (z.&nbsp;B. [[Dickstoffpumpe]]n, Kraftstoff-[[Dosierpumpe]]n, [[Einspritzpumpe]])<br />
** [[pneumohydraulischer Druckübersetzer]] (auch ''Druckmultiplikator'' genannt)<br />
** [[Radialkolbenpumpe]]n<br />
Typen von Umlaufkolbenpumpen:<br />
* [[Rotationskolbenpumpe]]n<br />
** [[Drehkolbenpumpe]]n<br />
** [[Drehschieberpumpe]]n<br />
** [[Kreiskolbenpumpe]]n<br />
** [[Zahnradpumpe]]n<br />
** [[Schlauchpumpe]]n (auch ''Peristaltikpumpen'' genannt)<br />
* [[Exzenterschneckenpumpe]]n<br />
* [[Förderschnecke]]n ([[Archimedische Schraube]])<br />
* [[Impeller#Impellerpumpe|Impellerpumpe]]<br />
* [[Kettenpumpe]]n<br />
* [[Schraubenspindelpumpe]]n (auch ''Schraubenpumpen'', ''Wendelkolbenpumpe'' oder ''Schraubenverdichter'' genannt)<br />
<br />
=== Weitere Konstruktionen ===<br />
Eine Sonderstellung nehmen die [[Strahlpumpe]]n ein. Bei ihnen wird das zu fördernde Medium durch einen Gas-, Dampf- oder [[Flüssigkeitsstrahl]] beschleunigt. Sie nutzen zwar strömungsdynamische Vorgänge, werden aber dennoch zumeist zu den Verdrängerpumpen gerechnet.<br />
<br />
Diese sind beispielsweise:<br />
* [[Wasserstrahlpumpe]] (verwendet Wasser zur Förderung von Luft oder Wasser)<br />
* [[Dampfstrahlpumpe]] (verwendet Gas zur Förderung von Luft oder Wasser)<br />
<br />
Weitere Förderprinzipien sind:<br />
* [[Mammutpumpe]] oder [[Blasenpumpe]] (Förderung durch aufsteigende Gasblase als Kolben)<br />
* [[Hydraulischer Widder|Stoßheber (Hydraulischer Widder)]] (verwendet Wasser zur Förderung von Wasser)<br />
* [[Tiefpumpe|Pferdekopfpumpe (Tiefpumpe)]]<br />
<br />
Darüber hinaus gibt es weitere, zum Teil exotische Konstruktionen, welche elektromagnetische oder andere physikalische Eigenschaften des Fördermediums zur Energieübertragung nutzen.<br />
<br />
Beispiele hierfür:<br />
* [[Ionengetterpumpe]] (siehe auch [[Vakuumpumpe#Sorptionspumpe|Sorptionspumpe im Artikel Vakuumpumpe]])<br />
* [[Titan-Sublimationspumpe]]<br />
* [[Turbomolekularpumpe]]<br />
* [[Elektrochemische Gaspumpe]]<br />
<br />
== Anwendungen ==<br />
[[Datei:NWO-Pumpe2.JPG|mini|[[Pipeline|Erdölpipeline]]: eine von vier [[Druckpumpe]]n einer Pumpstation]]<br />
[[Datei:PferdekpumpeND.jpg|mini|[[Pferdekopfpumpe]] zur Ölförderung bei [[Nußdorf (Landau)|Landau]]]]<br />
[[Datei:Wasserpumpe01.jpg|mini|hochkant=0.66|Pumpe einer ehem. [[Wasserstation]]]]<br />
{|<br />
|width=333|<br />
* [[Absaugpumpe]]<br />
* [[Abwasserpumpe]]<br />
* [[Barostat]] in der Neurogastroenterologie<br />
* Blutpumpe (neben dem [[Herz]]en gibt es auch [[Kunstherz|künstliche Ausführungen]])<br />
* [[Bohrmaschinenpumpe]] (für geringe Fördermengen)<br />
* [[Dosierpumpe]]<br />
* [[Einspritzpumpe]] (Benzin, Diesel)<br />
* [[Fasspumpe]]<br />
* [[Feuerlöschpumpe]]<br />
* [[Gülle]]pumpe<br />
|width=333|<br />
* [[Handpumpe]]<br />
* [[Hubkolbenpumpe]]<br />
* [[Hydraulikpumpe]]<br />
* Kesselspeisewasserpumpe<br />
* [[Kraftstoffpumpe]]<br />
* [[Kolbenpumpe]]<br />
* Kühlwasserpumpe<br />
* [[Lenzen (Wasser)|Lenzpumpe]]<br />
* [[Luftpumpe]]<br />
* [[Mikropumpe]]<br />
|width=333|<br />
* [[Ölpumpe]]<br />
* [[Pipeline]]pumpe<br />
* Säurepumpe<br />
* [[Schmutzwasserpumpe]]<br />
* Spritzenpumpe<br />
* [[Spülpumpe]]<br />
* [[Tandempumpe]]<br />
* [[Tauchpumpe]]<br />
* [[Umwälzpumpe (Heiztechnik)|Umwälzpumpe]] (Umwälzpumpen allg.: Pumpen in Kreisläufen)<br />
* [[Wasserpumpe]]<br />
|}<br />
<br />
== {{Anker|NPSH}} NPSH-Wert und der Unterschied zu „Haltedruckhöhe“ ==<br />
(Quelle: <ref name=":0">{{Internetquelle |url=https://wilo.cdn.mediamid.com/cdndoc/wilo162172/1004632/wilo162172.pdf |titel=Grundlagen der Pumptechnik |hrsg=Wilo |sprache=de |abruf=2023-03-12}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Allan Skovgaard Claus Bærnholdt Nielsen |url=https://www.aga-tech.at/assets/uploads/2016/09/Pumpenhandbuch_de.pdf |titel=Pumbenhandbuch |hrsg=GRUNDFOS Management A/S. Alle Rechte vorbehalten. |sprache=de |abruf=2023-03-12}}</ref>)<br />
<br />
„''Net Positive Suction Head''“ (NPSH) ist ein aus den USA stammender Begriff und bedeutet – frei übersetzt – etwa ''Mindestzulaufhöhe über Sättigungsdruck''. Nach DIN EN ISO 17769 lautet der entsprechende deutsche Ausdruck ''Haltedruckhöhe''. NPSH wird in Meter (m) angegeben.<br />
<br />
Haltedruckhöhe und NPSH-Wert sind wegen unterschiedlicher Bezugspunkte nicht gleichwertig.<br />
<br />
So wird bei NPSH der Druckunterschied zwischen Dampfdruck und dem Druck am Saugstutzeneingang der Pumpe verglichen. Während bei der „Haltedruckhöhe“ der Dampfdruck mit dem Druck am Laufradeingang verglichen wird.<br />
<br />
Es wird zwischen ''Haltedruckhöhe der Pumpe'' (NPSH<sub>R</sub> [required] oder NPSH<sub>erf.</sub>) und ''Haltedruckhöhe der Anlage'' (NPSH<sub>A</sub> [available] oder NPSH<sub>vorh.</sub>) unterschieden.<br />
<br />
=== Erforderlicher NPSH (Haltedruckhöhe der Pumpe) ===<br />
Die Haltedruckhöhe der Pumpe oder NPSH<sub>erf.</sub> entspricht dem Gesamtdruckabfall vom Saugstutzen (Liefergrenze) der Pumpe bis zum Laufradeintritt (Druckerhöhungszone im Laufrad) und kennzeichnet die Saugfähigkeit der Pumpe.<br />
<br />
Beispiel: NPSH<sub>erf.</sub> = 2 m bedeutet, dass die Druckverluste vom Pumpenansaugstutzen bis zum Laufradeintritt (inkl. Beschleunigungsverluste) einer Druckhöhe <math>p/(\rho \cdot g)</math> von 2 m Wassersäule entsprechen.<br />
<br />
Wird die Haltedruckhöhe der Pumpe (NPSH<sub>erf.</sub>) während des Betriebes unterschritten, kommt es zu einer örtlichen Unterschreitung des Verdampfungsdruckes der Förderflüssigkeit und somit zur [[Kavitation]] (Dampfbildung mit nachfolgender schlagartiger Kondensation in der Druckerhöhungszone der Pumpe). Die Kavitation kann einen Abfall der Förderleistung und des Wirkungsgrades, unruhigen Lauf und Beschädigung der Pumpeninnenteile durch Materialabtrag (sog. [[Verschleiß#Abrasiver Verschleiß|Abrasion]]) bewirken.<br />
<br />
Die Haltedruckhöhe der Pumpe ist über den Sättigungsdampfdruck der Förderflüssigkeit abhängig von der Temperatur. Sie ändert sich jedoch bei jeder Pumpe mit Förderstrom und Drehzahl. NPSH<sub>erf.</sub> wird vom Pumpenhersteller meist entweder für einen bestimmten Betriebspunkt der Pumpe als Zahlenwert genannt oder im Zusammenhang mit einer Leistungskennlinie in Form einer Kurve dargestellt.<br />
<br />
=== Vorhandener NPSH (Haltedruckhöhe der Anlage) ===<br />
Der vorhandene NPSH-Wert fasst alle auf den Druck am Saugstutzen der Pumpe Einfluss nehmenden Einzeldaten der Pumpenanlage, wie Dichte, Temperatur und Dampfdruck des Fördermediums, Druckverluste in der Saugleitung, Druck im Ansaugbehälter und geodätische Saug- bzw. Zulaufhöhe für einen bestimmten Förderstrom in einem einzigen Zahlenwert zusammen.<br />
<br />
Beispiel: NPSH<sub>vorh.</sub> = 4&nbsp;m sagt aus, dass die Förderflüssigkeit am Saugstutzen der Pumpe gemessen noch positiv 4&nbsp;m Wassersäule vom Verdampfungsdruck <math>p_{D}</math> entfernt liegt.<br />
<br />
Für den Druck am Saugstutzen gilt (betrachtet wird nur die Saugseite):<br />
<br />
:<math>\frac{p_{\text{Stutzen}}}{\rho \cdot g} = \frac{p_{\mathrm{D}}}{\rho \cdot g} + \mathrm{NPSH}_{\text{vorh.}}</math><br />
<br />
Es kommt zur Dampfbildung und somit zur Kavitation, wenn der Dampfdruck <math>p_{D}</math> gleich dem Druck <math>p</math> am Saugstutzen wird, d.&nbsp;h., wenn NPSH<sub>vorh.</sub> <math>\to</math> 0 geht.<br />
<br />
Da die Haltedruckhöhe der Pumpe (NPSH<sub>erf</sub>.) nicht unterschritten werden darf, muss also der Wert für NPSH<sub>vorh.</sub> mindestens gleich groß sein, besser etwas größer sein als derjenige der Pumpe.<br />
<br />
:<math>\mathrm{NPSH}_{\text{vorh.}} \geq \mathrm{NPSH}_{\text{erf}}</math><br />
<br />
Gegebenenfalls muss der Ansaugbehälter höher oder die Pumpe tiefer aufgestellt, die Nennweite der Ansaugleitung größer dimensioniert oder der Druck im Ansaugbehälter erhöht werden.<ref name=":0" /><br />
<br />
== Literatur ==<br />
* Hellmuth Schulz: ''Die Pumpen: Arbeitsweise, Berechnung, Konstruktion.'' 13., neubearb. Aufl., Springer, Berlin 1977, ISBN 3-540-08098-8.<br />
* [[Dietmar Palloks]]: ''Pumpen.'' In: ''Form + Zweck,'' Berlin, 2/1982, S. 35–36<br />
* G. Vetter (Hrsg.): ''Pumpen.'' 2. Ausg., Vulkan-Verlag, Essen 1992, ISBN 3-8027-2696-0.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
{{Wiktionary}}<br />
{{Commonscat|Pumps|Pumpen}}<br />
* [https://www.herold-gefrees.de/de/drehkolbenpumpe/vorteilenachteile Technischer Vergleich von verschiedenen Pumpentypen (u. a. Drehkolbenpumpe, Exzenterschneckenpumpe, Kreiselpumpe, Zahnradpumpe) mit deren Vorteilen und Nachteilen]<br />
<br />
== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
{{Normdaten|TYP=s|GND=4047843-9}}<br />
<br />
[[Kategorie:Pumpe| ]]<br />
[[Kategorie:Kolbenmaschine]]<br />
[[Kategorie:Arbeitsmaschine]]</div>imported>Aka