4.3 Auslegungskriterien und Auslegungspunkte von Kfz-KMP

Der Auslegungspunkt einer Kühlmittelpumpe wird durch folgende Kennwerte definiert:

  • Pumpendrehzahl n_p in min^{-1} , s^{-1}
  • Pumpendifferenzdruck \Delta p in bar, kPa, mbar, gültig bei Kühlmitteldichte \varrho
    oder: Pumpendifferenzdruck \Delta p in bar, kPa, mbar, gültig bei Kühlmitteltemperatur T und Kühlmittelzusammensetzung (Frostschutzanteil)
    oder: Förderhöhe H in m
    oder: spezifische Stutzenarbeit Y (spezifische Förderenergie) in Nm/kg, J/kg, m²/s²
  • Fördermenge \dot V in l/min, m³/s

Die Angabe des Pumpendifferenzdruckes ist nur mit Angabe der dabei gültigen Kühlmitteldichte oder mit Temperatur und prozentualem Frostschutzanteil gültig, mehr dazu bei den Besonderheiten zur Pumpenbestellung in Kap. 4.24. Förderhöhe und spezifische Stutzenarbeit sind dem Pumpendifferenzdruck vorzuziehen, da beide temperatur- und zusammensetzungsunabhängig sind, d.h. sie gelten für alle Kühlmittelzustände zumindest im voll turbulenten Strömungsbereich.

Dabei berechnet sich die Förderhöhe aus

    \[\boldsymbol {H=\frac{Y}{g}=\frac{\Delta p_{ges}}{\varrho \cdot g}}}\]

und sie spezifische Stutzenarbeit (spezifische Förderenergie) aus

    \[\boldsymbol {Y=H \cdot g=\frac{\Delta p_{ges}}{\varrho}}.\]

Im  Bild ganz oben  wird schematisch der Auslegungspunkt einer Kühlmittelpumpe im Pumpenkennfeld unter Berücksichtigung kreislaufregelungsbedingter Änderungen des Kühlkreislaufwiderstandes dargestellt. Regelungsbedingte Änderungen des Kreislaufwiderstandes treten z.B. bei offenem und geschlossenem Thermostat auf. Dabei sollte die Regelfläche (R_{max} , R_{min}) möglichst klein sein, damit die Pumpe stets mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Oft wird der Auslegungspunkt der Kühlmittelpumpe wie im Bild darunter auf einen Kreislaufzustand mit der höchsten notwendigen Kühlleisung gelegt.

Die erforderliche Drehzahl der Pumpe für den gewünschten Auslegungspunkt wird meist vom Motorenhersteller nach den möglichen Übersetzungsverhältnissen des Antriebes bzw. des vorhandenen Bauraumes am Motor für den Schaufelraddurchmesser festgelegt. Bei der Schaufelradgestaltung und -auslegung sind dabei die für die Schaufelradform wirkungsgradoptimalen spezifischen Drehzahlen, die durch endliche Schaufelzahl eintretende Minderleistung, die Verluste durch Reibung, Richtungs- und Querschnittsänderungen sowie die Stoßverluste beim Ein- und Austritt des Fluids am Schaufelrad zu berücksichtigen (mehr dazu im nächsten Kapitel 4.4).

In der Regel werden durch die vom Motorenhersteller gestellten Vorgaben die Spielräume für die Pumpengestaltung eingeschränkt. Diese Einschränkungen können so weit gehen, dass mehr oder weniger gravierende Abstriche an einer strömungstechnisch idealen Formgebung hingenommen werden müssen. Dennoch sollten die Ergebnisse im Laufe der Konstruktion hinsichtlich einer anforderungsgerechten Gestaltung und Auslegung akzeptabel sein. Um dies zu erreichen, wurden verschiedene Korrekturfaktoren und Erfahrungswerte speziell bei der Schaufelradberechnung und -auslegung einbezogen, worauf in den folgenden Abschnitten noch genauer eingegangen wird.

 

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