In einer Kreiselpumpe wird die Flüssigkeit zur Laufradnabe geleitet und durch die Fliehkraft Richtung Laufrad-Außenkante beschleunigt. Dieses Förderprinzip funktioniert wie in der Kaffeetasse: Rührt man mit einem Löffel, so sinkt der Druck im Zentrum. Am Rand der Tasse herrscht dagegen wegen der Zentrifugalkraft ein höherer Druck, die Flüssigkeit steigt nach oben. Je schneller man rührt, desto höher steigt der Kaffee, bis er schließlich mit Druck die „Pumpe“ verlässt. Der Löffel ist in diesem Beispiel mit dem Laufrad der Kreiselpumpe, die Tasse mit dem Laufradgehäuse zu vergleichen.
Erfunden wurde die Kreiselpumpe bereits im Jahr 1689 vom Physiker Denis Papin. Heute ist sie die weltweit meistverwendete Pumpenbauart. Eine moderne Kreiselpumpe besteht im Wesentlichen aus dem Laufrad mit Schaufeln, dem Laufradgehäuse, einer Antriebswelle und einem Motor. Charakterisiert wird ihre Arbeitsweise durch verschiedene Kennlinien: Förderhöhe, Leistungsaufnahme, Wirkungsgrad und Haltedruckhöhe (NPSH) sind abhängig vom Förderstrom. Diese Kennlinien beziehen sich üblicherweise nur auf die Pumpe selbst, der Wirkungsgrad des Motors bleibt unberücksichtigt.
Wie groß der maximal zu erreichende Wirkungsgrad ist, hängt wiederum von konstruktiven Faktoren der Pumpe ab. Dazu zählen in erster Linie die Bauweise des Laufrads, die Ausführung des Laufradgehäuses und die Rauheit der überströmten Oberflächen. Hier gilt: Je glatter die Oberflächen, desto höher der Wirkungsgrad. Und je kleiner die Drehzahl der Pumpe, umso geringer der Einfluss der Reibungsverluste. Beim Laufrad werden geschlossene, halboffene und offene Bauformen unterschieden, beziehungsweise Formen mit und ohne Deck- und Tragscheibe. Beim geschlossenen Laufrad ist die Schaufel auf beiden Seiten mit je einer Scheibe verbunden, was das Rad stabilisiert und den hydraulischen Wirkungsgrad deutlich erhöht. Ganz wesentlichen Einfluss hat zudem der konstruktiv nicht vermeidbare umlaufende Spalt zwischen Laufrad und Gehäuse: Je größer dieser Spalt, umso mehr Flüssigkeit strömt von der Druck- zur Saugseite zurück und reduziert so den Wirkungsgrad. Diese Spaltverluste machen sich vor allem bei größeren Förderhöhen bemerkbar.
Effizienz allein reicht manchmal nicht aus
Prinzipbedingt sind damit die Parameter weitestgehend abgesteckt, um eine möglichst effiziente Pumpe zu konstruieren. Pumpen in der Brau- und Getränkeindustrie, in Milch verarbeitenden Betrieben sowie in chemischen, pharmazeutischen und kosmetischen Prozessanlagen müssen aber weit mehr als nur effizient sein: Sie müssen gleichzeitig hohe hygienische Anforderungen erfüllen, das Produkt schonend fördern und nicht zuletzt leise arbeiten. Diese Vorgaben sind sehr schwer miteinander zu vereinbaren. So galten geschlossene Laufräder als zu wenig produktschonend und nicht effizient genug zu reinigen, um in sensiblen Einsatzfeldern wie der Getränkeindustrie arbeiten zu können. Und um leise Pumpen zu bauen, arbeiten einige Anbieter sogar gezielt mit großen Spaltmaßen, nehmen also höhere Rückströmverluste und damit schlechtere Wirkungsgrade bewusst in Kauf.
Bei der Pumpenbaureihe HRN konnten nun die Parameter Wirkungsgrad, Reinigbarkeit, Schonförderung und niedrige Laufgeräusche zweckmäßig zusammengeführt werden. Sichtbares Zeichen: Die Pumpe ist nicht nur nach EHEDG-Vorgaben entwickelt und gebaut, sondern als Typ HRN-E auch zertifiziert. Die EHEDG-Testverfahren wurden entwickelt, um die hygienischen Eigenschaften von Anlagenteilen zu überprüfen. Die aktuellen Tests beinhalten: Prüfung der CIP-Reinigbarkeit im eingebauten Zustand, Prüfung auf Dampf-Sterilisierbarkeit sowie auf Bakteriendichtigkeit.
Strömungsoptimierte Kombination
Einzigartig ist bei der Baureihe HRN das Konzept eines geschlossenen Laufrads mit beidseitigen Laufradsegmenten, was die Rückströmverluste senkt und damit den Wirkungsgrad steigert. Das geschlossene Laufrad erlaubt eine bessere Führung der Flüssigkeiten, wodurch mit engeren Spaltmaßen gearbeitet werden kann. So ergibt sich gleichzeitig eine hohe Produktschonung und eine gute Reinigbarkeit. Ein Spiralgehäuse als Leitvorrichtung verbessert den Wirkungsgrad zusätzlich, führt das geförderte Produkt sanft in Strömungsrichtung ab und schont es somit besonders. Die strömungsoptimierte Kombination von Laufrad und Gehäuse arbeitet zudem sehr leise.
Die Pumpe gibt es bis zu einer Motorleistung von 75 kW und Volumenströmen bis 200 m3/h sowie Förderhöhen von maximal 130 m WS, einsetzbar für Flüssigkeiten mit einer Viskosität von maximal 500 mPa s. Die verbauten Dichtungsmaterialien entsprechen wie die Oberflächenrauigkeiten den EHEDG-Vorgaben, alle medienberührten Bauteile sind aus Edelstahl DIN 1.4404/316L, die nicht medienberührten Bauteile werden aus Edelstahl 1.4301 bzw. 304 gefertigt. Die sehr robuste Konstruktion gewährleistet auch in harten Einsatzgebieten wie der Versorgung einer Bierfiltration lange Lebenszeiten. Unter der Bezeichnung HP wird die Pumpe alternativ mit offenem Laufrad angeboten, sie ist ebenfalls als EHEDG-zertifiziertes Modell erhältlich.
Das durchdachte Design der Pumpe ermöglicht Wirkungsgrade bis zu 80 Prozent. Deshalb können kleinere Motoren verbaut werden, wodurch der Strombedarf bei vergleichbarer Leistung sinkt. Ein Beispiel: Bei einem Fördervolumen von 70 m3/h und einer Förderhöhe von 35 m WS erreicht eine Standard-Prozesspumpe mit offenem Laufrad einen Wirkungsgrad von 60 Prozent, was einer Antriebsleistung von 11,25 kW entspricht. Eine HRN-Pumpe mit geschlossenem Laufrad hat dagegen in der Beispielrechnung einen Wirkungsgrad von 75 Prozent, die notwendige Antriebsleistung reduziert sich auf 9 kW. Die Antriebsleistung vermindert sich also um 2,25 kW bei gleicher Pumpenleistung. Daraus errechnet sich eine jährliche Einsparung von 7.000 h x 2,25 kW x 0,07 Euro pro kW/h = 1.100 Euro. Der überschlägige Return on Investment liegt damit allein durch die eingesparte elektrische Energie im Bereich von zwei Jahren. Zudem ist ein sinkender Stromverbrauch vor dem Hintergrund der Carbon-Footprint-Diskussion, die sowohl die Kaufentscheidungen als auch die politischen Rahmenbedingungen immer stärker beeinflusst, ein positives, nachhaltiges Signal.
