4.11.1 Einführung in die Schaufelradberechnung

Zur besseren Übersicht wird das Kapitel 4.11 Schaufelradberechnung nochmals unterteilt in die Abschnitte 4.11.1 bis 4.11.14.

Die Schaufelradauslegung für Kfz-Kühlmittelpumpen ist ein komplexer Berechnungsvorgang mit Entwurf, Berechnung und Nachrechnung und dies ggf. als sich wiederholender iterativer Rechenvorgang. Hier soll ein Überblick über Berechnungsvorschriften der Radhauptabmessungen gegeben werden. Besonders bei den vergleichsweise kleinen Kfz-Schaufelrädern ergeben sich mit den bekannten einfacheren Berechnungsmöglichkeiten für Strömungsmaschinen teils erhebliche Abweichungen zu den notwendigen Abmessungen. Deshalb wird hier auch auf Kfz-spezifische Faktoren eingegangen. Für weiterführende Betrachtungen zu den einzelnen Auslegungskriterien muss die einschlägige Fachliteratur genutzt werden.

Die bei der Schaufelradberechnung zu ermittelnden Kenngrößen sind die Schaufelradabmessungen, die Schaufelzahl sowie die Geschwindigkeitsdreiecke zur Schaufelkonstruktion. Der Pumpenhersteller erhält dazu vom Fahrzeug- bzw. Motorhersteller lediglich Angaben zu

  • Förderhöhe H bzw. Förderdruck p, ggf. spezifische Stutzenarbeit Y
  • Fördervolumenstrom \dot V
  • Drehzahl n
  • ggf. Angaben zu den Einbauverhältnissen am Motorblock

Wird der Förderdruck p bzw. der zu erreichende Pumpendifferenzdruck \Delta p angegeben, so ist zu beachten, dass dieser Druck nur für eine bestimmte Fluiddichte gilt. Deshalb muss diese Fluiddichte mit genannt  oder ggf. nochmals nachgefragt werden, um spätere Unstimmigkeiten mit dem Besteller zu vermeiden.
Weitere einzuhaltende Kenngrößen können Grenzwerte für den Wirkungsgrad oder die Antriebsleistung, Kavitationskenngrößen, möglicher Bauraum mit Angaben zu maximal möglichem Schaufelradaußendurchmesser und vorhandenem Saugdurchmesser sowie Angaben zum saug- oder druckseitigen Antrieb und Hinweise auf axialen, radialen oder tangentialen Zulauf sein.

Aus den Angaben zu Förderhöhe und Fördervolumenstrom ergibt sich der Strömungswiderstand des Kühlkreislaufes. Dabei ist allerdings zu beachten, dass sich der Strömungswiderstand des Kühlkreislaufes regelungsbedingt ändern kann. Mit regelungsbedingten  Strömungswiderstandsänderungen verschieben sich die Arbeitspunkte der Kühlmittelpumpe, so dass bei Betrieb der Kühlmittelpumpe im Kühlkreislauf wenigstens teilweise andere Betriebspunkte zu erwarten sind als bei der Pumpenauslegung vorausgesetzt wurde.

Die nachfolgend vorgestellten Berechnungsvorschriften für Schaufelrad und Spiralkanal sind im Rechenprogramm RAD 322 hinterlegt, siehe auch 4.15 Rechenprogramme zur Schaufelrad- und Spiralgehäuseauslegung.

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