4.11.2 Richtwerte, Rechenfaktoren und Faktorbeispiele

Die allgemein bekannten Auslegungsvorschriften für Schaufelräder von Kreiselpumpen beziehen sich auf Pumpen großer Abmessungen. Die spezifisch bei Betrieb in Kfz-Kühlkreisläufen anzutreffenden Bedingungen wie regelungsbedingte Kreislaufwiderstandänderungen, Pumpendrehzahländerungen über den Motordrehzahlbereich, konstruktionsbedingte ungünstige Zu- und Abströmverhältnisse, offene und geschlossene Schaufelräder usw. werden bei der rechnerischen Auslegung oft nicht oder nur unzureichend beachtet. Weitere Einflussgrößen sind die Spaltstreuungen bei maximalem und minimalem Spalt, saug- oder druckseitiger Antrieb sowie Verschleiß.

Damit ergeben sich oftmals bei dem ersten Pumpenprototyp stark vom geforderten Besteller-Auslegungspunkt abweichende Pumpenkennlinien. Diese Abweichungen vom letztendlich erforderlichen Auslegungspunkt sind verantwortlich für einen großen Zeitaufwand und hohen Kosten im Pumpenauslegungsprozess.
Um den vom Besteller geforderten Auslegungspunkt zu erreichen, sind bei der Pumpenauslegung, insbesondere bei der Schaufelradauslegung, abhängig von den im Kühlkreislauf pumpenwirksamen konstruktiven Bedingungen, geeignete Zuschläge zu Förderhöhe und Volumenstrom vorzunehmen.
Diese Zuschläge werden im Folgenden näher beschrieben.

Nachfolgende Grafik zeigt den Kühlkreislaufwiderstand des Bestellers, den Pumpenauslegungspunkt des Bestellers sowie die notwendigen Zuschläge zu Förderhöhe und Volumenstrom bei pumpenspezifischen und Kfz-kühlkreislaufspezifischen Einsatzbedingungen:

Die in der Grafik dargestellten Auslegungspunkte A1 bis A5 und die darin festgelegten Zuschläge sind folgendermaßen zu verwenden:

A1 – Auslegungspunkt Besteller:
Der Pumpenhersteller erhält vom Besteller den zu erreichenden Auslegungspunkt. Dieser Besteller – Auslegungspunkt liegt auf dem Kühlkreislaufwiderstand. Zu beachten ist, dass dieser Kühlkreislaufwiderstand nur einen Kühlkreislaufzustand beschreibt, z.B.: Sommerbetrieb, Volllast, Thermostat voll offen, Kurbelgehäuse offen, Heizung geschlossen, Getriebeölkühler offen. Für andere Kreislaufzustände wie Thermostat regelnd, Thermostat geschlossen, Kurbelgehäuse geschlossen, Heizung offen, Motorölkühler geschlossen, Getriebeölkühler geschlossen, mit/ohne Standheizung usw. ergeben sich eine Vielzahl möglicher Pumpenarbeitspunkte.

Letztendlich liegt es in der Verantwortung des Bestellers, dass die bedarfsgerechte Kühlung (bzw. Heizung im Falle des Heizungswärmetauschers) für diese Vielzahl an möglichen Kühlkreislaufzuständen mit dem ausgewählten Besteller-Auslegungspunkt abgedeckt wird. Dazu werden beim Besteller im Vorfeld der Pumpenauslegung umfangreiche strömungstechnische Berechnungen, z.B. mit FLOWMASTER, durchführt.
Bei Reklamationen des Bestellers beim Pumpenhersteller, dass die notwendigen Kühlmittelmengen nicht erreicht werden, müssen die Abweichungen des vorausberechneten Kreislaufwiderstandes vom im fertigen Kreislauf vorhandenen Gesamtwiderstand und die oben aufgezählten vielfältigen Kreislaufzustände diskutiert werden.

A2 – Auslegungspunkt Pumpenhersteller für geschlossenes Schaufelrad und axiales Zuströmen:
Zuschlag zur Förderhöhe H: 10%
Zuschlag zum Volumenstrom: 5%

A3 – Auslegungspunkt Pumpenhersteller für offenes Schaufelrad und axiales Zuströmen:
Zuschlag zur Förderhöhe H: 20%
Zuschlag zum Volumenstrom: 10%

A4 – Auslegungspunkt Pumpenhersteller für geschlossenes Schaufelrad und ungünstiges Zuströmen:
Zuschlag zur Förderhöhe H: 25%
Zuschlag zum Volumenstrom: 5%

A5 – Auslegungspunkt Pumpenhersteller für offenes Schaufelrad und ungünstiges Zuströmen:
Zuschlag zur Förderhöhe H: 35%
Zuschlag zum Volumenstrom: 10%

A‘5 – Auslegungspunkt Pumpenhersteller für offenes Schaufelrad, ungünstiges Zuströmen und weitere ungünstige Strömungsbedingungen
Zuschlag zur Förderhöhe H: bis zu 45%
Zuschlag zum Volumenstrom: bis zu 20%

 

Beispiele für Rechenfaktoren zur Schaufelradauslegung nach Dipl.-Ing. Peter Amm, Waldau:
Nachfolgend werden Beispiele für die oben ausgewiesenen Rechenfaktoren bei unterschiedlichen geometrischen Schaufelrad- und Zulaufformen gezeigt. Die Rechenfaktoren RF sind mit den Auslegungsdaten von Förderhöhe H und Volumenstrom \dot V zu multiplizieren, damit erhält man die um die Rechenfaktoren korrigierten Auslegewerte \dot V_r und H_r:

RF1 Schaufelrad geschlossen, axialer Zulauf

 

RF1 Schaufelrad geschlossen, axialer Zulauf:
\dot V_r=1.05 \cdot \dot V
H_r=1.10 \cdot H

 

RF2 Schaufelrad offen, axialer Zulauf

 

RF2 Schaufelrad offen, axialer Zulauf:
\dot V_r=1.10 \cdot \dot V
H_r=1.20 \cdot H

 

RF3 Schaufelrad geschlossen, Zulauf über GLRD-Seite

 

RF3 Schaufelrad geschlossen, Zulauf über GLRD-Seite:
\dot V_r=1.10 \cdot \dot V
H_r=1.25 \cdot H

 

RF4 Schaufelrad offen, Zulauf über GLRD-Seite

 

RF4 Schaufelrad offen, Zulauf über GLRD-Seite
\dot V_r=1.15 \cdot \dot V
H_r=1.35 \cdot H

 

 

RF5 Schaufelrad geschlossen, Zulauf über GLRDSeite, mit eingeengtem Zulaufquerschnitt

 

RF5 Schaufelrad geschlossen, Zulauf über GLRDSeite, mit eingeengtem Zulaufquerschnitt
\dot V_r=1.15 \cdot \dot V
H_r=1.40 \cdot H

 

 

RF6 Schaufelrad offen, Zulauf über GLRDSeite, mit eingeengtem Zulaufquerschnitt

 

RF6 Schaufelrad offen, Zulauf über GLRDSeite, mit eingeengtem Zulaufquerschnitt
\dot V_r=1.20 \cdot \dot V
H_r=1.45 \cdot H

 

 

Für sehr stark verwinkelte, enge und strömungstechnisch ungünstige Zuströmverhältnisse müssen für RF (Rechenfaktor) 4 bis 6 weitere 10 % auf den Auslegungsvolumenstrom aufgeschlagen werden.
Für die Auslegung der Spiralkanalquerschnitte im Pumpengehäuse oder Motorblock wird mit einem Rechenfaktor R_F=1.00 gerechnet.

 

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