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Beim Austausch des Elektromotors einer mehrstufigen Hochdruckpumpe sind drei Punkte besonders kritisch: Die Drehzahl des neuen Antriebs muss sehr nahe an der des alten liegen, denn mit zunehmender Stufenzahl führt schon ein kleiner Drehzahlunterschied zu einem deutlichen Druckunterschied; Flansch und Welle des Elektromotors müssen exakt zur Pumpenlaterne und zur Kupplung passen; und bei vertikalen Pumpen muss bekannt sein, ob die hydraulische Axialkraft entlang der Wellenachse auf das Motorlager wirkt. Werden diese drei Punkte richtig geprüft, lässt sich der Elektromotor bei den meisten mehrstufigen Pumpen mit Standardflansch problemlos tauschen.
Was unterscheidet die mehrstufige Pumpe?
Bei einer einstufigen Kreiselpumpe überträgt ein einziges Laufrad Energie auf das Wasser. Eine mehrstufige Pumpe hat dagegen mehrere hintereinander auf derselben Welle angeordnete Laufräder, von denen jedes dem Austrittsdruck des vorherigen weiteren Druck hinzufügt. So lässt sich hoher Druck in einem kompakten Gehäuse erzeugen; deshalb ist diese Bauart bei Kesselspeisung, Umkehrosmose, Hochdruckreinigung, Druckerhöhung in Hochhäusern und Bewässerungsleitungen verbreitet.
Für den Elektromotor hat diese Bauart drei Folgen. Die Pumpe wird in der Regel mit einem 2-poligen Elektromotor, also mit etwa 3000 U/min Synchrondrehzahl, betrieben. Da sich der Druck mit dem Quadrat der Drehzahl ändert, wirkt eine Drehzahlabweichung auf alle Stufen gleichzeitig. Bei vertikalen Bauarten kann die von den Laufrädern erzeugte Axialkraft je nach Pumpenkonstruktion auf das Lager des Elektromotors übertragen werden.
Drehzahl: Warum ein paar Umdrehungen beim Druck zählen
Bei Kreiselpumpen gelten näherungsweise folgende Beziehungen: Der Volumenstrom ändert sich proportional zur Drehzahl, der Druck mit ihrem Quadrat und die Wellenleistung mit ihrer dritten Potenz. Da der Druck bei der mehrstufigen Pumpe ohnehin hoch ist, wird schon eine kleine prozentuale Abweichung in bar spürbar.
Die folgende Rechnung ist hypothetisch und zeigt nur das Vorgehen. Auf dem Typenschild des alten Elektromotors stehen 2850 U/min; als neuer Antrieb wird der 4-kW-Elektromotor 112M-2 mit 2905 U/min Nenndrehzahl eingebaut:
| Größe | Verhältnis | Ungefähre Änderung |
|---|---|---|
| Drehzahl | 2905 / 2850 | 1,9 % höher |
| Druck (Förderhöhe) | (2905 / 2850)² | 3,9 % höher |
| Wellenleistung | (2905 / 2850)³ | 5,9 % höher |
Fördert die Pumpe mit 16 bar, entspricht diese Differenz etwa 0,6 bar. Gibt es in der Anlage ein Sicherheitsventil, membranbestückte Komponenten oder ein Umkehrosmosemodul, ist dieser Anstieg relevant. Der Leistungsanstieg von 5,9 % kann zudem auch den neuen Elektromotor an seine Grenze bringen, wenn der alte bereits grenzwertig lief. Vergleichen Sie beim Austausch daher nicht nur die Polzahl, sondern auch die Typenschilddrehzahl, und messen Sie bei der ersten Inbetriebnahme Druck und Strom.
Das Umgekehrte gilt ebenso: Ist die Drehzahl des neuen Elektromotors niedriger als die des alten, sinkt der Druck. Anwender bemerken das oft mit dem Satz „Die Pumpe fördert nicht mehr wie früher“ und suchen den Fehler an der Pumpe.
Leistung: am Ende der Pumpenkennlinie prüfen
Die Wellenleistung mehrstufiger Pumpen steigt mit dem Volumenstrom. Am stärksten belastet wird der Elektromotor also, wenn die Anlage am meisten Wasser abnimmt: zur Stunde, in der alle Zapfstellen offen sind, bei einem Leck mit sinkendem Leitungsdruck oder beim Befüllen eines leeren Tanks.
- Hat der alte Elektromotor störungsfrei gearbeitet, behalten Sie dieselbe Leistung bei.
- Ist der alte Elektromotor häufig durchgebrannt, ermitteln Sie zuerst, in welchem Bereich der Kennlinie die Anlage die Pumpe betreibt. Oft arbeitet die Pumpe gegen einen niedrigeren Druck als erwartet, also bei hohem Volumenstrom.
- Wurden der Pumpe Stufen hinzugefügt oder die Laufräder getauscht, gilt das alte Typenschild möglicherweise nicht mehr; ziehen Sie den Leistungswert auf dem Pumpenschild und die Daten des Pumpenherstellers heran.
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Flansch, Welle und Kupplungseinstellung
Bei den meisten mehrstufigen Pumpen wird der Elektromotor über eine Laterne (Adapter) per Flansch mit dem Pumpengehäuse verbunden, und die Welle wird über eine Kupplung angeschlossen. Beim Austausch ist zu prüfen:
- Flanschtyp und -maß: Ob der Flansch an der Laterne B5 (groß) oder B14 (klein) ist; Zentrierdurchmesser und Lochkreis müssen mit dem alten Elektromotor übereinstimmen.
- Wellendurchmesser, -länge und Passfeder: Die Kupplungsnabe muss vollständig auf der neuen Welle sitzen. Ist die Wellenlänge anders, verschiebt sich auch die Position der Kupplung.
- Kupplung und Einstellung der Wellenachse: Bei manchen vertikalen mehrstufigen Pumpen wird die Höhe des Laufradpakets beim Anschließen der Kupplung eingestellt. Wird diese Einstellung übersprungen, können die Laufräder am Gehäuse schleifen oder die Gleitringdichtung falsch vorgespannt werden. Sie ist nach der Montageanleitung des Pumpenherstellers vorzunehmen.
- Drehrichtung: Die Pfeilrichtung am Pumpengehäuse wird beim ersten Einschalten durch einen kurzen Impuls geprüft. Eine mehrstufige Pumpe kann auch in falscher Drehrichtung etwas Druck aufbauen; ein niedriger Druck kann daher ein Hinweis auf eine falsche Drehrichtung sein.
Bei HEM Motor werden die Bauformen B3, B5, B14, B34, B35 und senkrecht V1/V3/V5/V6/V15 je nach Baugröße angeboten; das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt. Einzelheiten zur senkrechten Montage mit Welle nach unten finden Sie in unserem Beitrag zur senkrechten Montage, die Maße in den technischen 2D-Zeichnungen.
