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Umwelttechnik, Abwasser, Trinkwasser, Wasserkraft

Wasserpumpen

Sandresistente Schraubenpumpe EGD 1.2-50-0,37

Durch Wasserpumpen wird Wasser befördert und bewegt. Die Wasserpumpe ist wohl die älteste aller Pumpen, denn durch diese wurde schon in frühen Zeiten die Besiedelung in wasserarmen Regionen ermöglicht. Für Wasserpumpen gibt es verschiedene Bauformen und Konstruktionen, die alle auf die physikalischen Eigenschaften von Wasser abgestimmt sind.

Für Wasserpumpen typische Konstruktionen sind

  • Kolbenpumpen,

Wasserpumpen können in verschiedensten Geräten eingesetzt sein, zum Beispiel in der Fahrzeugtechnik. Jedes Fahrzeug oder jeder Motor, der mit Flüssigkeit gekühlt wird, hat eine eingebaute Wasserpumpe, damit das Kühlmittel in Umlauf gebracht wird.

Waschmaschinen und Spülmaschinen sind ebenfalls mit einer Wasserpumpe ausgestattet, damit das Wasser wieder aus den Geräten abgepumpt wird. Swimmingpools und Schwimmbecken in Bädern benötigen Wasserpumpen, damit das Wasser aus dem Schwimmbecken gefiltert, umgewälzt und wieder zurückgepumpt wird. Wasserpumpen werden auch zur Speicherung von Energie in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt. Eine weitere Besonderheit sind die Opens internal link in current windowsolarbetriebenen Wasserpumpen.

In Gebieten mit enormer Sonneneinstrahlung können diese Wasserpumpen die Sonnenenergie nutzen und für die Wasserversorgung und zur Bewässerung eingesetzt werden. Diese werden auch oft zur Belüftung von Teichen oder zum Betrieb von Springbrunnen genutzt. Eine weitere Variante von Wasserpumpen ist die photovoltaische Wasserpumpe. Bei diesen wird die elektrische Energie normalerweise direkt für den Wassertransport verwendet und nicht extra zwischengespeichert.

Kolbenpumpe

Die Kolbenpumpe wird als Wasserpumpe oder zur Förderung von anderen Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt. Das Prinzip der Kolbenpumpe funktioniert darin, dass mit einem Kolben, der in einem Zylinder angebracht ist, das Wasser oder andere Flüssigkeiten und auch Gase durch ein entsprechendes Einlassventil angesaugt werden.

Der Druck, der mit Kolbenpumpen erreicht wird, kann enorm hoch sein. Eine Kolbenpumpe kann von Hand, durch Elektromagneten oder durch Einsatz von Motoren angetrieben werden. Der Erfinder der Kolbenpumpe war Otto von Guericke im Jahr 1649 im Rahmen eines Versuchs der Magdeburger Halbkugeln zur Herstellung von technischem Vakuum.

Der Vorteil von Kolbenpumpen liegt in der Erzeugung des großen Drucks, der Nachteil ist die oft intensive Pulsation des Förderstroms, der innerhalb des angeschlossenen Leitungssystems zu Druckschwingungen führen kann.

Für den Einsatz bei großen Förderströmen werden meist mehrere Zylinder vorgesehen, die versetzt arbeiten. Eine weitere Möglichkeit, diese Druckschwingungen durch die Kolbenpumpe zu vermeiden, sind entsprechende Schwingungsdämpfer, die mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt sein können.

Plungerpumpe

Die Plungerpumpe ist ähnlich aufgebaut wie die Kolbenpumpe – nur hat diese anstelle eines scheibenartigen einen lang gestreckten Kolben. Von diesem stammt auch die Namensgebung für die Pumpe, denn dieser lang gestreckte Kolben wird als Plunger bezeichnet.

Die verschiedenen Varianten der Plungerpumpen unterscheiden sich in einfach und mehrfach wirkende Pumpen. Bei Differentialpumpen hat der Plunger 2 verschiedene Durchmesser. Die Funktion der Plungerpumpe basiert auf der Saugwirkung durch die Aufwärtsbewegung des Plungers. Dabei wird das Saugventil geöffnet und das Wasser kann in den Pumpenraum strömen. Bei der Plungerpumpe kann der stoßweise Wasserstrom zu Problemen führen, da es dadurch zu Schlägen in der Leitung kommen kann.

 

Um dies zu verhindern, hat die Plungerpumpe einen Druckwindkessel. Dieser sorgt dafür, dass das Wasser gleichmäßiger strömen kann. Die Luft, die im Druckwindkessel eingeschlossen ist, fungiert als Stoßdämpfer für die Wassersäule. Ebenfalls für gleichmäßiges Strömen der Flüssigkeit sorgt der Saugwindkessel. Durch den Einsatz des Saugwindkessels bei der Plungerpumpe soll mehr Wasser gefördert werden.

Der Unterschied der Plungerpumpe zur Kolbenpumpe besteht darin, dass der Kolben in den Kolbenpumpe dicht mit der Zylinderwand abschließt und somit den Druck erzeugt. Der Plunger, der auch als Kolben ohne Kolbenring bezeichnet wird, dagegen ist nur an der Stelle mit einer Stopfbuchse abgedichtet, an der er in den Zylinder eindringt.

Archimedische Schraube

Die Archimedische Schraube wird auch als Schneckenpumpe bezeichnet. Der wesentliche Bauteil der Archimedischen Schraube ist ein schraubenförmiges Element – die Schnecke. Die Erfindung der Archimedischen Schraube geht bis auf das 3. Jahrhundert vor Christus zurück.

Die klassische Anwendung findet die Archimedische Schraube im Transport von Wasser nach oben zum Zwecke der Be- und Entwässerung. Die Schneckenförderer in den modernen Förderanlagen basieren ebenfalls auf dem Prinzip der Archimedischen Schraube.

Die Funktionsweise der Schneckenpumpe basiert auf der Schnecke, die sich in einem Rohr oder Trog befindet, der eng angepasst ist. Dabei kann sich die Schnecke um ihre Mittelachse drehen. Zwischen dem schraubenartigen Element und dem Rohr oder Trog bilden sich Kammern, die sich mit Wasser füllen. Die Schwerkraft verhindert dabei, dass das Wasser über die Ränder an den Windungen hinaus fließt und die Rotation bewirkt eine Bewegung aller Kammern in die Richtung des Endes der Archimedischen Schraube.

Die jeweils am Ende der Schnecke ankommende Kammer entleert sich, wenn die Kammer sich auflöst. Dieser Vorgang wiederholt sich, solange das schraubenartige Element innerhalb des Trogs oder Rohr rotiert. Früher wurden die archimedischen Schrauben durch Windmühlen oder Muskelkraft angetrieben – damals wurden diese als Wasserschöpfmühlen bezeichnet. Heute werden Archimedische Schnecken mit Verbrennungsmotoren oder Getriebemotoren angetrieben. Dabei kann der Antrieb an der Ein- oder Auslaufseite der Schneckenpumpe angebracht sein.

Lediglich bei dem Festlager der Wellenlagerung muss darauf geachtet werden, dass dieses an der Antriebsseite vorgesehen wird. Bei der Auslegung der Archimedischen Schnecke ist es wichtig, auf den voraussichtlichen Füllgrad während des Förderprozesses zu achten. Dieser wird durch die Steigung der Schnecke und die jeweilige Gangtiefe beeinflusst.

Das bedeutet, bei größerer Steigung nimmt auch der Füllgrad immer weiter zu. Auf die jeweilige Fördermenge wirken sich die Drehzahl, die Steigung, der Befüllungsgrad, der Innen- und Außendurchmesser und auch die Reibung der Flüssigkeit an der Schnecke aus.

Kreiselpumpe

Hochdruck Kreiselpumpe Ebara EVM

Das Prinzip einer Kreiselpumpe basiert auf dem Einsatz eines ständig rotierenden Laufrads innerhalb des Pumpengehäuses. Über ein Saugrohr tritt die Flüssigkeit in die Kreiselpumpe ein und wird dann von dem Pumpenrad durch die Rotation mitgerissen. Dann wird das Wasser oder die Flüssigkeit auf der Kreisbahn nach außen gezwungen. Dabei nimmt die Flüssigkeit die Bewegungsenergie auf und diese wird dann im Ablaufbereich des Gehäuses der Kreiselpumpe in Druckenergie umgewandelt. Dadurch wird die Flüssigkeit in das Druckrohr gepresst.

Das Wasser oder die zu fördernde Flüssigkeit wird bei der Anwendung von Kreiselpumpen entweder quer zum Achsantrieb bewegt, wodurch eine radikale Strömung erzeugt wird, oder in Richtung der Achse, wodurch eine axiale Strömung erreicht wird. Kreiselpumpen, die über einen radialen Austritt verfügen, sind durch das Pumpengehäuse so ausgeführt, dass sich dieses direkt hinter dem Druckrohr eng am Pumpenrad befindet.

Verschiedene Varianten der Kreiselpumpe sind

  • Radialpumpen,

  • Halbaxialpumpen,

  • Axialpumpen und

  • Seitenkanalpumpen.

Je nach Gestaltung und Konstruktion von Laufrad und Gehäuse können mit Kreiselpumpen auch Flüssigkeiten transportiert werden, die mit Feststoffen vermischt sind, wie zum Beispiel Abwasser. Kreiselpumpen verfügen über eine einfache und robuste Bauart und sind daher weit verbreitet im Einsatz, zum Beispiel bei der Trockenaufstellung oder in der Funktion als Tauchmotorpumpe.

Tauchpumpen

Schmutzwasser Tauchpumpe Mastra MDB550

Bei Tauchpumpen handelt es sich meistens um transportable oder auch fix montierte Kreiselpumpen. Diese werden in die zu transportierende Flüssigkeit eingetaucht. Der Antrieb der Tauchpumpen erfolgt hauptsächlich über Strom, wobei sämtliche Stromkabel entsprechend isoliert sind.

Manche Tauchpumpen arbeiten auch mit Einsatz von Hydraulik. Dadurch ist das Pumpenaggregat entsprechend leichter, da kein Motor vorhanden ist. Dafür ist aber eine Hydraulikpumpe notwendig, um diese Variante der Tauchpumpen benutzen zu können. Bei der Feuerwehr kommen zum Beispiel oft Tauchpumpen zum Einsatz, wenn voll gelaufene Keller abgepumpt werden müssen. Theoretisch handelt es sich in diesem Fall jedoch um eine Opens internal link in current windowSchmutzwasserpumpe. Prinzipiell sind Tauchpumpen Kreiselpumpen ohne Entlüftungseinrichtung, die in einem See oder einem Fluss unter der Wasseroberfläche arbeiten. Gerade die Tauchpumpen bei der Feuerwehr sind meist auch in der Lage, stark verschmutztes Wasser oder gar Schlamm problemlos zu fördern.

Im Bereich der Wasserversorgung sind ebenfalls Tauchpumpen im Einsatz – zum Beispiel in kleineren Brunnen oder Zisternen. Bei der Abwasserentsorgung werden Tauchpumpen in den Pumpstationen angewendet. Diese müssen absolut zuverlässig und auch leistungsstark sein, damit Verstopfungen möglichst vermieden werden können. Je gröber die Beimengen in der Abwasserflüssigkeit sind, umso größer muss der freie Durchgang der eingesetzten Pumpe ausgelegt sein. In Aquarien kommen bei den verschiedenen Filtertypen ebenfalls Tauchpumpen zum Einsatz. Durch diese wird das Wasser durch das Filtersubstrat wieder zurück ins Aquarium befördert.

Unterwassermotorpumpen

Die Unterwasserpumpen, die heutzutage im Einsatz sind, entstanden durch die Entwicklung der wassergefüllten Unterwassermotoren. Die Einsatzgebiete für Unterwasserpumpen sind vielfältig, so werden diese für die Opens internal link in current windowTrinkwasserversorgung in Städten und Gemeinden eingesetzt, in der Wasserversorgung von Molkereien und Brauereien, in der Hauswasserversorgung und in Grundwasserwärmepumpenanlagen. Des Weiteren kommen Unterwassermotorpumpen bei Beregnungsanlagen, Springbrunnenanlagen, Druckerhöhungsanlagen und vielen weiteren Gebieten zum Einsatz.

Unterwasserpumpen können sogar in enge Bohrlöcher eingesetzt werden. Die schlanken Motoren der Unterwasserpumpe werden nicht durch Luft gekühlt, sondern durch das umgebende Wasser. Diese Motoren sind innen mit Wasser gefüllt – durch eine Membran wird für den Druckausgleich im Motor gesorgt. Dies ermöglicht den Einsatz der Unterwasserpumpen auch in extremen Wassertiefen mit entsprechend hohem Außendruck.

Unterwassermotorpumpen bestehen aus verschiedenen Bauteilen, wie dem Unterwassermotor, der unten liegt, der Pumpenhydraulik, die darauf montiert ist, einem Rückschlagventil und einem Stromversorgungskabel, das wasserfest ist. Das Hydraulikteil ist mit dem Elektromotor durch einen Flansch und eine Wellenkupplung verbunden. Über die Wellenkupplung wird die Welle des Hydraulikteils, an dem sich die Laufräder befinden, angetrieben.

Zwischen dem Elektromotor und dem Hydraulikteil befindet sich der Zulauf der Pumpe. Der Zulauf ist mit einem Einlaufsieb ausgestattet, damit die Pumpe vor Eindringen grober Bestandteile geschützt ist. Der Druck, mit dem das Wasser aus der Pumpe befördert wird, ist umso höher, je mehr Laufräder die Pumpe hat. Um während des Stillstands zu verhindern, dass das Wasser von der Pumpe wieder zurück fließt, ist bei den meisten Pumpen unter dem Gewindeabgang ein Rückschlagventil montiert.

Schöpfwerke

Hebevorrichtungen für Wasser werden als Schöpfwerke bezeichnet. Schöpfwerke zählen mit zu den ältesten technischen Anlagen, die von Menschen geschaffen wurde. Hauptsächlich finden Schöpfwerke ihren Einsatz in der Bewässerung der Landwirtschaft – zum Beispiel wenn die Felder höher liegen als das Wasser oder zur Entwässerung von Sümpfen und zur Landgewinnung durch das Entwässern von Marschen am Meer. Schöpfwerke heben das Wasser an und bewässern damit die Felder oder sorgen dafür, dass das Wasser von selbst in einem Gefälle zurück in die Flüsse oder Meer befördert wird. Früher kam zum Heben des Wassers oft ein Schöpfrad zum Einsatz, das von einer vorhandenen Energiequelle, wie Windräder, Zugtiere oder durch Wasserkraft angetrieben wurde. Heute werden motorbetriebene Wasserpumpen für diese Zwecke eingesetzt.

Die Aufgaben der Schöpfwerke werden heutzutage von Pumpstationen übernommen – dabei werden von einer Pumpstation das Wasser oder die Flüssigkeiten durch Rohrleitungen über weite Entfernungen transportiert. Ein Schöpfwerk dagegen hat lediglich die Aufgabe, das Wasser auf ein bestimmtes Niveau anzuheben, damit dieses von dort über ein natürliches Gefälle selbständig weiter fließt.

Schmutzwasserpumpen

Mit Schmutzwasserpumpen ist es möglich, selbst grob verunreinigtes Wasser oder Flüssigkeiten mit hohem Feststoffanteil zu befördern. Sogar Steine und Geröll können von den Schmutzwasserpumpen problemlos transportiert werden. Normalerweise arbeiten Schmutzwasserpumpen nicht im Vakuumprinzip, sondern über ein Schaufelrad, nachdem die gesamte Pumpe in das Wasser oder die Flüssigkeit eingetaucht wird.

Für diese Pumpe werden verschiedene Laufradformen verwendet. Dies kann ein Freistromrad, ein Einkanalrad oder ein Mehrkanalrad sein. Diagonalräder, Propellerräder oder auch Schraubenräder können ebenfalls in Schmutzwasserpumpen eingebaut sein. Gerade kleinere Pumpen sind meist mit einem Freistromrad ausgerüstet. Dieses ist am wenigsten anfällig für Störungen und hat für die Feststoffe in der Flüssigkeit einen großen freien Durchgang.

Allerdings ist deren Wirkungsgrad nicht so hoch und große Förderhöhen können durch eine Pumpe mit Freistromrad kaum erreicht werden. Daher werden in größeren Pumpen andere Laufräder gewählt.

Angetrieben werden Schmutzwasserpumpen entweder von Elektromotoren oder Benzinmotoren, die einen netzunabhängigen Betrieb ermöglichen. Einsatzgebiete für Schmutzwasserpumpen sind Baugruben, die auspumpt werden müssen, der Hochwasserschutz oder die Katastrophenhilfe. Im Gartenbau und in der Landwirtschaft werden diese zur Bewässerung eingesetzt oder in der Landschaftsarchitektur, um künstliche Wasseranlagen zu befüllen.

solarbetriebene Wasserpumpen

Solarbetriebene Wasserpumpen gibt es in vielen verschiedenen Größen, für die unterschiedlichsten Aufgaben. Sie eignen sich für den Einsatz in Aquarien ebenso gut, wie für den Antrieb in Gartenteichen, um die Sauerstoffzufuhr zu sichern. Mini-Photovoltaikanlagen speisen beispielsweise winzigen Motoren, die dafür sorgen, dass Wasser stetig in die Höhe gepumpt wird. So lassen sich kostengünstig kleine Springbrunnen oder auch Bewässerungssysteme für Topfpflanzen im Urlaub betreiben.

Größere Anlagen finden in Gärtnereien und Gewächshäusern ihren Einsatz. Eine wesentlich bedeutendere Funktion für die Zukunft können die solarbetriebenen Wasserpumpen in den Ländern erfüllen, wo das Wasser knapp ist und die Anzahl der Tagesstunden mit kontinuierlicher Sonneneinstrahlung hoch ist. In Entwicklungsländern beispielsweise werden die solarbetriebenen Wasserpumpen zur Beförderung von Wasser aus tiefen Brunnen oder abgelegenen Flüssen eingesetzt.

Der kostspielige und aufwendige Anschluss der Pumpen an eine zentrale Energieversorgung entfällt, da die Stromversorgung der Anlagen direkt vor Ort stattfindet. Mit dem Einsatz der Pumpen können mehr Menschen mit sauberem Wasser versorgt werden. Lebensqualität und Gesundheit der Menschen ärmerer Länder lassen sich mit solarbetriebenen Wasserpumpen enorm verbessern. Ein großer Vorteil ist, dass diese Anlagen fast ohne Wartung auskommen und ihre Installation keine zusätzlichen Montagen für ihren Einsatz benötigen.