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Pumpensysteme

Impo-Tauchpumpen: Auswahlratgeber – Welche Baureihe für welchen Brunnen?

Die Auswahl von Impo-Tauchpumpen erfolgt nach Brunnendurchmesser, Volumenstrom und manometrischer Förderhöhe. Baureihenklassen für 4, 6 und 8 Zoll, Sandtoleranz und gleichwertige Baureihen.

PMIngenieurteam von Pomeka Mekanik26. August 202630 min Lesezeit
Impo-Tauchpumpen: Auswahlratgeber – Welche Baureihe für welchen Brunnen?

Die Auswahl von Impo-Tauchpumpen beruht auf drei Zahlen: dem Brunneninnendurchmesser (4, 6 oder 8 Zoll), dem erforderlichen Volumenstrom (m³/h) und der manometrischen Gesamtförderhöhe (mWS). Die 4-Zoll-Baureihenklasse ist für Wohngebäude und kleine Gartenbewässerung gedacht, die 6-Zoll-Baureihenklasse für die landwirtschaftliche Bewässerung, 8 Zoll und größer für die Netzversorgung und die industrielle Versorgung. Der Markenname ändert an dieser Berechnung nichts.

Dieser Ratgeber ist eine neutrale technische Bewertung. Pomeka Mekanik liefert diese Marke nicht; die gleichwertigen Baureihen, die wir führen, sind bei Brunnentauchpumpen die Sortimente Grundfos SP und Grundfos SQ, die Sortimente Lowara 4GS und Lowara 6GS sowie die Brunnentauchpumpen-Sortimente von Wilo und Standart Pompa. Die nachfolgende Berechnungsmethode ist markenunabhängig; mit denselben Schritten erhalten Sie denselben Betriebspunkt, mit der Kennlinie welches Herstellers Sie auch arbeiten. Katalogwerte, bei denen Unsicherheit besteht, sind nicht als exakte Zahlen, sondern als Größenordnung und Bereich angegeben.

In diesem Ratgeber finden Sie:

Was Sie in diesem Ratgeber erwartet

  • Die numerische Regel für den Übergang vom Brunneninnendurchmesser zur 4-Zoll-, 6-Zoll- und 8-Zoll-Baureihenklasse
  • Die Messung von statischem Wasserspiegel, dynamischem Wasserspiegel und Brunnenergiebigkeit Schritt für Schritt
  • Die Berechnung der manometrischen Gesamtförderhöhe an einem vollständigen Zahlenbeispiel
  • Die Antwort auf die Frage, wie viel HP eine Tauchpumpe haben muss, ausgehend von der hydraulischen Leistung
  • Die Berechnung der Kühlströmungsgeschwindigkeit des Motors und die Schwelle, ab der ein Kühlmantel erforderlich ist
  • Die Kriterien für die Wahl zwischen Edelstahlgehäuse, Gussgehäuse, Technopolymer-Laufrad und Noryl-Laufrad
  • Die Sandtoleranzgrenze von Tauchpumpen und den Mechanismus des Sandschadens an Laufrad und Lager
  • Die Berechnung von Kabelquerschnitt und Spannungsfall bei Tauchpumpen sowie den Trockenlaufschutz
  • Die Entsprechungen der Impo-Baureihenklassen bei Grundfos SP, Grundfos SQ und Lowara, die 5 häufigsten Fehler und eine Checkliste

01Was ist eine Impo-Tauchpumpe und aus welchen Baureihenklassen besteht sie?

Eine Impo-Tauchpumpe ist eine Pumpenfamilie, die vollständig in den Brunnen eingetaucht arbeitet und aus einer mehrstufigen Kreiselpumpenhydraulik sowie einem direkt angekuppelten Tauchmotor besteht. Der Hersteller hat seinen Sitz in der Türkei, und das Rückgrat des Sortiments bilden Brunnentauchpumpen. Die Produktfamilie wird, wie in der gesamten Branche, nach dem Gehäusedurchmesser eingeteilt: 4 Zoll, 6 Zoll und 8 Zoll sind die Hauptklassen.

Baureihennamen und Modellcodes sind dem aktuellen Katalog des Herstellers zu entnehmen; in diesem Ratgeber werden keine erfundenen Codes verwendet. Stattdessen gehen wir von drei Unterscheidungen aus, die bei jedem Hersteller genau gleich sind. Die erste Unterscheidung ist der Gehäusedurchmesser, der den Brunnendurchmesser festlegt. Die zweite ist der Hydraulikwerkstoff: die Economy-Klasse mit Technopolymer-Laufrädern, die mittlere Klasse mit Noryl- oder Messinglaufrädern und die vollständige Edelstahlklasse. Die dritte ist der Motortyp: wassergefüllter, gekapselter Motor oder ölgefüllter, wiederwickelbarer Motor.

Die 4-Zoll-Baureihenklasse ist für Brunnen mit einem Innendurchmesser von ca. 100–110 mm gedacht. Der Pumpengehäusedurchmesser liegt typischerweise in der Größenordnung von 96–98 mm. Der Volumenstrombereich dieser Klasse beträgt ca. 0,5–16 m³/h, der Förderhöhenbereich je nach Stufenzahl 20–400 mWS. Die Motorleistung liegt in der Regel zwischen 0,37 kW und 11 kW. Wohngebäude, Villen, Gartenbewässerung und die kleinmaßstäbliche landwirtschaftliche Bewässerung lassen sich nahezu vollständig in dieser Klasse lösen.

Die 6-Zoll-Baureihenklasse ist für Brunnen mit einem Innendurchmesser von ca. 150–165 mm gedacht; der Pumpengehäusedurchmesser liegt in der Größenordnung von 140–145 mm. Der Volumenstrombereich beträgt ca. 10–90 m³/h, die Motorleistung 4–45 kW. Landwirtschaftliche Bewässerung, das Befüllen von Trinkwasserbehältern in Dörfern sowie Hotel- und Siedlungsbrunnen gehören in diese Klasse. Die 8-Zoll-Baureihenklasse wiederum richtet sich an Brunnen ab 200 mm mit einem Volumenstrom von ca. 60–220 m³/h und einer Motorleistung über 30 kW für die Netzversorgung und industrielle Prozesswasseranwendungen.

Die Klassengrenzen sind fließend. Derselbe Volumenstrom kann sowohl mit einer großen 4-Zoll-Pumpe als auch mit einer kleinen 6-Zoll-Pumpe gedeckt werden. In diesem Fall wird die Entscheidung über den Wirkungsgrad getroffen: Die 6-Zoll-Hydraulik bietet beim gleichen Volumenstrom typischerweise einen um 5–12 Prozent höheren Wirkungsgrad, weil die Kanalquerschnitte größer und die hydraulischen Verluste geringer sind. Für eine 6-Zoll-Pumpe wird jedoch ein 6-Zoll-Brunnen benötigt, und die Kosten für das Abteufen des Brunnens steigen mit dem Durchmesser. Zum Pumpensortiment und zu den Optionen bei Brunnentauchpumpen können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Pumpensysteme)

02Wie liest man den Brunnendurchmesser ab? Unterscheidung zwischen 4 Zoll, 6 Zoll und 8 Zoll

Der Brunnendurchmesser ist die erste Einschränkung bei der Auswahl und bestimmt den Pumpendurchmesser unmittelbar. Maßgeblich ist nicht der Bohrdurchmesser, sondern der Innendurchmesser des Brunnenrohrs (der Brunnenverrohrung). Bei einem 4-Zoll-Brunnenrohr beträgt der Innendurchmesser ca. 100–110 mm, bei 6 Zoll 150–165 mm, bei 8 Zoll 195–210 mm. Zwischen Pumpengehäusedurchmesser und Innendurchmesser des Brunnenrohrs müssen rundum mindestens 10–15 mm Spiel bleiben.

Die Faustregel für die Zuordnung von Durchmesser und Baureihenklasse lautet wie folgt. Beträgt der Innendurchmesser des Brunnenrohrs 100 mm und mehr, wird eine 4-Zoll-Tauchpumpe verwendet. Bei 150 mm und mehr kann eine 6-Zoll-Tauchpumpe gewählt werden; liegt der Volumenstrom jedoch unter 15 m³/h, ist es auch eine richtige Entscheidung, eine 4-Zoll-Pumpe in einen 6-Zoll-Brunnen abzusenken. Ab 195 mm kommt eine 8-Zoll-Tauchpumpe in Betracht; diese Klasse wird in der Praxis erst bei Volumenströmen über 60 m³/h wirtschaftlich.

Es gibt auch eine 3-Zoll-Klasse, und sie sollte nicht vernachlässigt werden. In engen Bohrungen mit einem Innendurchmesser von 80–90 mm werden Pumpen mit 3-Zoll-Gehäuse eingesetzt. Die Baureihe Grundfos SQ ist das gängigste Beispiel für diese Klasse; sie bietet ein 3-Zoll-Gehäuse, einen Nennvolumenstrombereich von ca. 0,7–5,4 m³/h und einen integrierten Trockenlaufschutz. Bei Wohngebäuden mit engem Brunnen ist diese Klasse eine deutlich sicherere Lösung, als eine 4-Zoll-Pumpe hineinzuzwängen. Für den Vergleich unterschiedlicher Pumpentypen finden Sie Details in unserem allgemeinen Ratgeber zur Auswahl von Tauchpumpen. (Details: Wie wählt man eine Tauchpumpe aus? Ratgeber zur Pumpenauswahl nach Brunnentiefe)

03Wie werden statischer Wasserspiegel, dynamischer Wasserspiegel und Brunnenergiebigkeit gemessen?

Der statische Wasserspiegel ist die Tiefe der Wasseroberfläche im Brunnen unter der Geländeoberkante bei stillstehender Pumpe. Der dynamische Wasserspiegel ist dagegen die Tiefe, bis zu der das Wasser absinkt, wenn die Pumpe mit dem Zielvolumenstrom läuft. Der Unterschied zwischen beiden heißt Absenkung (Drawdown) und ist die Größe, die bei der Auswahl von Tauchpumpen am häufigsten übersehen wird. Die meisten Auswahlentscheidungen, die ohne Messung der Absenkung getroffen werden, enden damit, dass die Pumpe trocken fällt oder trocken läuft.

Für die Messung wird ein Brunnenpegelmesser (Maßband mit Elektrode) verwendet. Das Vorgehen ist wie folgt. Nachdem die Pumpe mindestens 12 Stunden stillgestanden hat, wird die erste Ablesung vorgenommen; das ist der statische Wasserspiegel. Dann wird die Pumpe gestartet und der Wasserspiegel alle 15 Minuten abgelesen. Sinkt die Differenz zwischen den Ablesungen unter 0,2 Meter, gilt der Wasserspiegel als eingeschwungen; dieser Wert ist der dynamische Wasserspiegel bei diesem Volumenstrom. Das Einschwingen dauert bei den meisten Brunnen 1–4 Stunden, bei ergiebigkeitsschwachen Brunnen kann es bis zu 8 Stunden dauern.

Die Brunnenergiebigkeit ist der Volumenstrom, der je Einheit der Absenkung entnommen werden kann, und wird auch als spezifische Ergiebigkeit bezeichnet. Die Beziehung ist einfach: Die spezifische Ergiebigkeit gleich Volumenstrom geteilt durch Absenkung. Beispiel: Beträgt der statische Wasserspiegel bei einem Volumenstrom von 8 m³/h 40 m und der dynamische Wasserspiegel 52 m, ergibt sich eine Absenkung von 12 m. Die spezifische Ergiebigkeit gleich 8 geteilt durch 12 gleich 0,67 m³/h je Meter. Dieser Wert erlaubt es Ihnen, grob abzuschätzen, um wie viel der Wasserspiegel weiter absinkt, wenn Sie den Volumenstrom erhöhen.

Die Einbautiefe der Pumpe ergibt sich aus diesen drei Daten. Die Regel lautet: Der Saugstutzen der Pumpe muss mindestens 3–5 Meter unter dem dynamischen Wasserspiegel der ungünstigsten Jahreszeit liegen. Der Motor muss dagegen mindestens 1–2 Meter über der Brunnensohle bleiben; Bodenschlamm und abgesetztes Material umhüllen den Motor und unterbrechen die Kühlung. Außerdem wird die Pumpe möglichst weder auf Höhe der Filterstrecke noch darunter, sondern oberhalb des Filters platziert; eine Pumpe auf Filterhöhe wird nicht umströmt, und der Motor kann nicht abkühlen.

Jahreszeitliche Schwankungen müssen unbedingt berücksichtigt werden. In Bewässerungsgebieten kann der statische Wasserspiegel am Ende des Sommers 5–20 Meter tiefer liegen als im Frühjahr. Erfolgt die Auswahl nach der Frühjahrsmessung, fällt die Pumpe im August trocken. Der richtige Ansatz ist, auf den gemessenen ungünstigsten Wasserspiegel zusätzlich 5 Meter Sicherheitszuschlag aufzuschlagen und die Pumpe entsprechend tiefer abzusenken. Ein erheblicher Teil der Beschwerden „Tauchpumpe fördert kein Wasser“ geht auf dieses eine Versäumnis zurück. (Details: Tauchpumpe fördert kein Wasser: Die 10 häufigsten Störungen und ihre Lösung)

04Wie wird der Volumenstrom bestimmt? Für Wohngebäude, Bewässerung und Industrie

Der Volumenstrom ist die zweite Zahl bei der Auswahl von Tauchpumpen und wird je nach Anwendung mit drei unterschiedlichen Methoden ermittelt. Bei Wohngebäuden wird er über die Gleichzeitigkeit, bei der Bewässerung über den Wasserverbrauch der Pflanzen und in der Industrie über den Prozessverbrauch berechnet. Der maximal aus dem Brunnen entnehmbare Volumenstrom darf den Wert, den die Brunnenergiebigkeit zulässt, unter keinen Umständen überschreiten; übersteigt das Rechenergebnis die Brunnenkapazität, besteht die Lösung nicht in einer größeren Pumpe, sondern in der Pufferung über einen Behälter.

Bei Wohngebäuden und Villen verläuft die Berechnung über Armatureneinheiten. Beim Ansatz nach TS EN 806-3 wird jeder Armatur ein Belastungswert zugeordnet, und aus dem Gesamtwert wird der gleichzeitige Volumenstrom abgelesen. Praktische Größenordnungen sind: 1,5–2,5 m³/h für eine einzelne Wohnung, 2,5–4,0 m³/h für eine freistehende Villa, 4–6 m³/h für ein Mehrfamilienhaus mit 10 Wohnungen. Versorgt der Brunnen nicht unmittelbar die Installation, sondern füllt einen Behälter, wird der Volumenstrom völlig anders bestimmt.

Bei einer Brunnenpumpe, die einen Behälter füllt, ergibt sich der Volumenstrom aus dem täglichen Verbrauch geteilt durch die Ziellaufzeit. Beispiel: Hat eine Siedlung einen täglichen Verbrauch von 24 m³ und soll täglich 6 Stunden Wasser aus dem Brunnen entnehmen, ergibt sich ein erforderlicher Volumenstrom von 24 geteilt durch 6 gleich 4 m³/h. Eine längere Laufzeit verkleinert die Pumpe, schont den Motor und eröffnet die Möglichkeit, den Betrieb in die günstigen Stunden des Stromtarifs zu verlegen. Das ist die am einfachsten zu erzielende Einsparung bei der Auswahl von Tauchpumpen.

Bei der Bewässerung ergibt sich der Volumenstrom aus der zu bewässernden Fläche und dem täglichen Wasserverbrauch der Pflanze. Die Beziehung lautet: Q gleich Fläche mal tägliche Wassermenge geteilt durch tägliche Bewässerungsdauer. Beispiel: 20 Dekar Mais benötigen in der heißen Zeit etwa 7 mm Wasser pro Tag. 20 Dekar gleich 20.000 m²; 7 mm gleich 0,007 m. Das Tagesvolumen gleich 20.000 mal 0,007 gleich 140 m³.

Soll täglich 16 Stunden bewässert werden, ergibt sich der erforderliche Volumenstrom gleich 140 geteilt durch 16 gleich 8,75 m³/h. Wird bei der Tröpfchenbewässerung ein Verteilungswirkungsgrad von 90 Prozent angenommen, beträgt der tatsächliche Volumenstrom 8,75 geteilt durch 0,90 gleich 9,7 m³/h. Da der Wirkungsgrad bei der Beregnung auf 75 Prozent sinkt, benötigt dieselbe Fläche 11,7 m³/h. Das Bewässerungsverfahren ist eine Entscheidung, die die Pumpengröße über den Volumenstrom unmittelbar vergrößert, und sie muss vor der Auswahl feststehen.

In der Industrie wird der Volumenstrom aus der Prozessliste zusammengetragen und mit einem Gleichzeitigkeitsfaktor multipliziert. Zusatzwasser für den Kühlturm, Kesselspeisung, Waschleitung und Prozesswasser werden jeweils einzeln aufgeführt; dauerhaft laufende Verbraucher werden voll, intermittierende mit Gleichzeitigkeit angesetzt. Details zur allgemeinen Methode der Volumenstromberechnung und zu den Gleichzeitigkeitstabellen finden Sie in unserem ausführlichen Ratgeber. (Details: Wie berechnet man den Pumpenvolumenstrom? m³/h, l/min und Druckberechnung)

05Wie wird die manometrische Gesamtförderhöhe berechnet? Schritt-für-Schritt-Beispiel

Die manometrische Gesamtförderhöhe ist die gesamte Energie, die die Pumpe aufbringen muss, um das Wasser zu heben und am Zielpunkt den geforderten Druck zu erzeugen, und wird in mWS angegeben. Sie besteht aus vier Termen: der Tiefe des dynamischen Wasserspiegels, dem Höhenunterschied zwischen Brunnenkopf und Übergabepunkt, dem Reibungsverlust in Rohr und Armaturen sowie dem am Übergabepunkt geforderten Ausgangsdruck. Verwendet wird nicht der statische, sondern der dynamische Wasserspiegel.

Gehen wir ein Beispiel an einem Brunnen durch. Die Daten sind: Zielvolumenstrom 8 m³/h, statischer Wasserspiegel 40 m, gemessene Absenkung 12 m, folglich dynamischer Wasserspiegel 52 m. Die Pumpe wird auf 65 Meter abgesenkt. Vom Brunnenkopf zum Behälter wird eine horizontale Leitung von 30 Metern verlegt, der Behältereintritt liegt 5 Meter höher als der Brunnenkopf. Der am Behältereintritt geforderte Restdruck beträgt 2,5 bar, also 25,5 mWS. Die Steig- und Förderleitung ist PE100 PN16 mit 63 mm Außendurchmesser und einem Innendurchmesser von ca. 51,4 mm.

Der erste Schritt ist die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit: v gleich Q geteilt durch A. Rohrquerschnittsfläche gleich Pi mal 0,0514 zum Quadrat geteilt durch 4 gleich 0,002075 m². Der Volumenstrom wird auf Sekunden umgerechnet: 8 geteilt durch 3600 gleich 0,002222 m³/s. Daraus ergibt sich v gleich 0,002222 geteilt durch 0,002075 gleich 1,07 m/s. Dieser Wert liegt am unteren Ende des für Förderleitungen von Tauchpumpen angestrebten Bereichs von 1,0–2,0 m/s und ist geeignet.

Der zweite Schritt ist der Reibungsverlust. Weil der Rauigkeitsbeiwert bei PE-Rohr hoch ist, ist der spezifische Verlust niedrig; bei 51,4 mm Innendurchmesser und 1,07 m/s Geschwindigkeit liegt der spezifische Verlust in der Größenordnung von ca. 2,3 mWS je 100 Meter. Die gesamte Rohrlänge beträgt 65 Meter Steigleitung plus 30 Meter horizontal gleich 95 Meter. Für Bögen, Rückschlagventile und Armaturen werden 10 Prozent äquivalente Länge hinzugerechnet: 95 mal 1,10 gleich 104,5 Meter.

Der Reibungsverlust gleich 104,5 mal 0,023 gleich 2,4 mWS. Der dritte Schritt ist die Addition der Terme: manometrische Gesamtförderhöhe gleich 52 plus 5 plus 2,4 plus 25,5 gleich 84,9 mWS. Gerundet werden 85 mWS angesetzt. Der Auswahlpunkt steht nun fest: 85 mWS bei 8 m³/h Volumenstrom. Diese beiden Zahlen führen Sie, in den Katalog welches Herstellers Sie sie auch eingeben, in dieselbe Klasse.

Der vierte Schritt ist der Sicherheitszuschlag, und hier ist in zwei Richtungen Vorsicht geboten. Ein Zuschlag von 10 Prozent ist vernünftig (85 mal 1,10 gleich 93,5 mWS); ein größerer Zuschlag vergrößert die Pumpe jedoch unnötig und verschiebt den Betriebspunkt nach rechts auf der Kennlinie, in den Bereich, in dem der Wirkungsgrad sinkt. Der richtige Ansatz ist, mit der Stufenzahl das nächsthöhere Modell zu wählen und den Überschuss nicht mit einem Ventil zu drosseln, sondern, falls erforderlich, über einen Frequenzumrichter durch Absenken der Drehzahl zu reduzieren. Zum Begriff mWS und zur Umrechnung in bar finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Was ist mWS bei Pumpen? Wie viel bar sind 10 mWS?)

06Wie viel HP muss eine Tauchpumpe haben? Berechnung der Motorleistung

Die Motorleistung wird nicht geschätzt, sondern aus der hydraulischen Leistung berechnet. Die Beziehung lautet: hydraulische Leistung gleich Dichte mal Erdbeschleunigung mal Volumenstrom mal Förderhöhe. Für Wasser beträgt die Dichte 1000 kg/m³ und die Erdbeschleunigung 9,81 m/s². Der Volumenstrom wird in m³/s, die Förderhöhe in mWS eingesetzt, und das Ergebnis ergibt sich in Watt. Dieser Wert ist die Nutzenergie, die das Wasser gewinnt; die vom Motor aufgenommene Leistung ergibt sich, indem man durch die Wirkungsgrade von Pumpe und Motor teilt.

Im Beispielbrunnen verläuft die Berechnung wie folgt. Hydraulische Leistung gleich 1000 mal 9,81 mal 0,002222 mal 85 gleich 1.853 W, also 1,85 kW. Der Wirkungsgrad einer mehrstufigen 4-Zoll-Tauchpumpenhydraulik liegt bei diesem Volumenstrom typischerweise im Bereich von 62–70 Prozent; bei 68 Prozent ergibt sich die Wellenleistung gleich 1,85 geteilt durch 0,68 gleich 2,72 kW. Der aus dem Katalog zu wählende Motor ist die nächsthöhere Standardstufe der Wellenleistung, also 3,0 kW oder 4,0 kW.

Die Umrechnung in Pferdestärke ist ein einfacher Faktor: 1 HP gleich 0,736 kW. 3,0 kW entsprechen ca. 4 HP, 4,0 kW ca. 5,5 HP, 5,5 kW ca. 7,5 HP. Vor Ort werden Pumpen noch immer in Pferdestärken angegeben, Bestellung und Schaltschrankauswahl sollten jedoch über kW erfolgen; HP-Werte weisen von Hersteller zu Hersteller Rundungsunterschiede auf. Unser Ratgeber, der Schritt für Schritt erklärt, wie viel HP eine Tauchpumpe für einen Brunnen haben muss, erweitert diese Berechnung um weitere Beispiele. (Details: Wie viele HP muss eine Brunnentauchpumpe haben? Berechnung nach Tiefe und Volumenstrom)

Die aus dem Netz aufgenommene elektrische Leistung erfordert einen weiteren Schritt. Der Wirkungsgrad von 4-Zoll-Tauchmotoren liegt typischerweise im Bereich von 74–82 Prozent; bei 80 Prozent ergibt sich die aufgenommene Leistung gleich 2,72 geteilt durch 0,80 gleich 3,4 kW. In einer Bewässerungsanlage mit 2.000 Betriebsstunden im Jahr bedeutet das 3,4 mal 2.000 gleich 6.800 kWh/Jahr. Dieselbe Aufgabe mit einer Pumpe mit 58 Prozent hydraulischem Wirkungsgrad zu erledigen, erhöht die aufgenommene Leistung auf 4,0 kW und den Jahresverbrauch auf 8.000 kWh/Jahr.

Den Motor bewusst größer zu wählen, ist eine verbreitete, aber teure Gewohnheit. Ein um eine Stufe größerer Motor als erforderlich erhöht den Jahresverbrauch wegen der Leerlaufverluste und des bei niedriger Last schlechter werdenden Leistungsfaktors typischerweise um 5–12 Prozent; zudem vergrößert er Kabelquerschnitt und Schaltschrankausrüstung. Der Motor wird so gewählt, dass er die nächste Standardstufe über der Wellenleistung ist. Zu den Ursachen, warum eine Pumpe mehr Strom als nötig verbraucht, finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Warum verbraucht eine Pumpe so viel Strom? 8 Wege, den Energieverbrauch zu senken)

07Ist die Kühlströmungsgeschwindigkeit des Motors ausreichend? Wann ist ein Kühlmantel erforderlich?

Der Tauchmotor wird durch das Brunnenwasser gekühlt, das an seinem Gehäuse vorbeiströmt. Damit die Kühlung ausreicht, muss im Ringquerschnitt zwischen Motorgehäuse und Brunnenrohr eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit überschritten werden. Je nach Herstellertyp schwankt diese Untergrenze zwischen 0,08 und 0,50 m/s; bei Grundfos MS4000 und ähnlichen wassergefüllten 4-Zoll-Motoren liegt die gängige Untergrenze in der Größenordnung von 0,15 m/s. Liegt die Geschwindigkeit unter diesem Wert, überhitzt die Motorwicklung, und ihre Lebensdauer verkürzt sich.

Die Berechnung erfolgt in zwei Schritten. Zuerst wird die Ringquerschnittsfläche ermittelt: Fläche gleich Pi geteilt durch 4 mal Innendurchmesser des Brunnenrohrs zum Quadrat minus Außendurchmesser des Motors zum Quadrat. Dann wird der Volumenstrom durch diese Fläche geteilt. Das Aggregat aus unserem Beispiel mit 8 m³/h Volumenstrom und 4-Zoll-Motor (Außendurchmesser ca. 98 mm) soll in einem 6-Zoll-Brunnenrohr mit 152 mm Innendurchmesser arbeiten. Fläche gleich Pi geteilt durch 4 mal (0,152 zum Quadrat minus 0,098 zum Quadrat) gleich 0,7854 mal (0,023104 minus 0,009604) gleich 0,0106 m².

Die Strömungsgeschwindigkeit gleich 0,002222 geteilt durch 0,0106 gleich 0,21 m/s. Dieser Wert liegt über der Grenze von 0,15 m/s; die Kühlung ist ausreichend, und es sind keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich. Senken wir nun dasselbe Aggregat in ein 8-Zoll-Brunnenrohr mit 200 mm Innendurchmesser ab. Die Fläche gleich 0,7854 mal (0,04 minus 0,009604) gleich 0,0239 m², und die Geschwindigkeit sinkt auf 0,002222 geteilt durch 0,0239 gleich 0,093 m/s. Sie liegt unter der Grenze.

In diesem zweiten Fall ist die Lösung der Kühlmantel. Der Mantel ist ein den Motor umschließendes Leitrohr; er zwingt das Wasser, statt durch den Brunnenquerschnitt durch einen engen Ringquerschnitt zu strömen, und hebt die Geschwindigkeit wieder über die Grenze. Würde ein Mantel mit 130 mm Innendurchmesser verwendet, ergäbe sich die Fläche gleich 0,7854 mal (0,0169 minus 0,009604) gleich 0,00573 m², die Geschwindigkeit stiege auf 0,39 m/s, und die Kühlung wäre mehr als ausreichend gewährleistet. Der Kühlmantel ist eine der günstigsten Absicherungen zwischen Pumpe und Motor.

08Edelstahlgehäuse oder Gussgehäuse? Wie wählt man den Laufradwerkstoff?

Gehäuse- und Laufradwerkstoff sind die einzige Entscheidung, die die Lebensdauer einer Tauchpumpe bestimmt. Es gibt drei Hauptklassen: die Economy-Klasse mit Technopolymer-Laufrädern und Gehäuse aus Edelstahlblech, die mittlere Klasse mit Noryl- oder Messinglaufrädern und Gussleitrad sowie die vollständige Edelstahlklasse (AISI 304 oder AISI 316). Ob eine Edelstahl-Tauchpumpe oder eine Klasse mit Kunststoffstufen erforderlich ist, ergibt sich aus diesen dreien. Die Auswahl richtet sich nach Wasserchemie, Sandgehalt und erwarteten Betriebsstunden, nicht nach der Preisliste der Anwendung.

Ein Laufrad aus Technopolymer (technischer Kunststoff) liefert wegen der hohen Formpräzision eine glatte Oberfläche und bietet im Neuzustand einen etwas höheren Wirkungsgrad als ein Gusslaufrad. In nicht abrasiven Wässern und bei geringen Betriebsstunden ist es wirtschaftlich. In sandhaltigem Wasser verschleißt es jedoch schnell, und bei Temperaturen über 60 °C beginnt es, seine Formstabilität zu verlieren. Das Technopolymer-Laufrad ist für sauberes und kaltes Brunnenwasser die richtige, für einen sandführenden Brunnen die falsche Wahl.

  • Technopolymer-Laufrad, Gehäuse aus Edelstahlblech — Geeignetes Wasser: sauberes, sandfreies, chloridfreies Brunnenwasser; Temperatur unter 30 °C; Betriebsstunden unter 1.500 Stunden pro Jahr
  • Technopolymer-Laufrad, Gehäuse aus Edelstahlblech — Schwäche: Bei einem Sandgehalt über 25 g/m³ sinkt der Wirkungsgrad bereits in der ersten Saison deutlich, das Spiel der Stufen vergrößert sich
  • Noryl- oder Messinglaufrad, Gussleitrad — Geeignetes Wasser: leicht sandhaltiges Brunnenwasser mittlerer Härte; Dauerbewässerungsbetrieb; 1.500–3.000 Stunden pro Jahr
  • Noryl- oder Messinglaufrad, Gussleitrad — Schwäche: Korrosion in Wässern mit hohem Chloridanteil und in Salzwasser, Kalkablagerungen an Gussteilen
  • Vollständig Edelstahl AISI 304 — Geeignetes Wasser: Trinkwasser, Netzversorgung, nicht aggressive, aber dauerhaft betriebene Anlagen; über 3.000 Stunden pro Jahr
  • Vollständig Edelstahl AISI 316 — Geeignetes Wasser: Wässer mit einem Chloridanteil über 500 mg/L, Brunnen in Küstenregionen, leicht salzige und sulfathaltige Wässer
  • Vollständige Edelstahlklasse — Schwäche: Die Anfangsinvestition ist deutlich höher; bei kurzzeitiger und saisonaler Nutzung verlängert sich die Amortisationszeit

Auch der Wellen- und Lagerwerkstoff gehört auf dieselbe Liste. Eine Edelstahlwelle verschleißt in sandführendem Wasser zusammen mit der Gleitlageroberfläche; Baureihen mit Keramik- oder Hartmetalllagern halten in dieser Umgebung deutlich länger. Bei Trinkwasseranwendungen wird zusätzlich ein Nachweis für Werkstoffe mit Trinkwasserkontakt verlangt. Zu Lösungen für Wasseraufbereitung und Filtration können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Wasseraufbereitung)

09Wie hoch ist die Sandtoleranz von Tauchpumpen in g/m³, und was richtet Sand an?

Die Sandtoleranz von Tauchpumpen liegt auf Katalogebene typischerweise in der Größenordnung von 50 g/m³; bei einigen Economy-Baureihen sinkt die Grenze auf 25 g/m³. Dieser Wert ist die maximale Menge an Schwebstoffen, bei der die Pumpe ohne Schaden arbeiten kann. Das Überschreiten der Grenze stoppt die Pumpe nicht sofort; stattdessen senkt es den Wirkungsgrad unbemerkt und unumkehrbar. Der Sandschaden ist bei Tauchpumpen die teuerste und am langsamsten bemerkte Störungsart.

Den Sandgehalt zu messen, ist einfach. Eine bei laufender Pumpe am Ausgang entnommene Probe von 10 Litern wird in einem durchsichtigen Gefäß 30 Minuten stehen gelassen, und der abgesetzte Feststoff wird gewogen. 0,5 Gramm Ablagerung in 10 Litern bedeuten 50 g/m³; das ist genau die Grenze. Die Messung darf nicht unmittelbar nach dem Anlaufen der Pumpe, sondern frühestens 30 Minuten danach erfolgen; in den ersten Minuten gerät die Ablagerung am Brunnengrund in Bewegung und liefert ein Ergebnis, das weit über dem tatsächlichen Wert liegt.

Wird die Sandgrenze überschritten, lautet die Reihenfolge der Lösungen wie folgt. Der erste Schritt ist die Brunnenentwicklung: Der Brunnen wird mit Luftkompressor oder Kolbenverfahren gereinigt, das Feinmaterial rund um den Filter wird herausgeholt, und die Kiesschüttung setzt sich. Bei neu abgeteuften Brunnen ist Sandführung in den ersten Wochen normal und nimmt durch die Entwicklung ab. Der zweite Schritt ist, die Pumpe über die Filterstrecke hinaus nach oben zu ziehen; ein Saugstutzen auf Höhe des Filters zieht unmittelbar Sand an.

Der dritte Schritt ist die Verringerung des Volumenstroms. Übersteigt die Eintrittsgeschwindigkeit des Wassers in den Brunnen an der Filteroberfläche die Größenordnung von 0,03 m/s, beginnt Feinmaterial mitgerissen zu werden; den Volumenstrom um 20 Prozent zu senken, halbiert den Sandgehalt in den meisten Brunnen. Der vierte Schritt ist der Einbau eines Zyklon-Sandabscheiders am Brunnenkopf; der Abscheider schützt nicht die Pumpe, aber die Installation hinter dem Brunnenkopf, die Armaturen und die Filter der Tröpfchenbewässerung. Ist die Sandlast dauerhaft, besteht der fünfte Schritt im Wechsel auf eine verschleißfeste Baureihenklasse.

In sandführenden Brunnen ändert sich auch die Werkstoffauswahl. Die Economy-Klasse mit Technopolymer-Laufrädern kann bei einer Last in der Größenordnung von 50 g/m³ bereits in der ersten Saison 10–15 Prozent Förderhöhe einbüßen. Baureihen mit Edelstahl- oder Gusslaufrädern und Keramiklagern halten bei gleicher Last deutlich länger. Zu den baulichen Unterschieden zwischen Klarwasser- und Schmutzwasserpumpen und dazu, welche Feststofflast für welchen Typ geeignet ist, finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Was ist der Unterschied zwischen Schmutzwasserpumpe und Klarwasserpumpe?)

10Motortyp: wassergefüllt gekapselt oder ölgefüllt wiederwickelbar?

Tauchmotoren werden in zwei Grundbauarten hergestellt. Bei wassergefüllten, gekapselten Motoren besteht die Wicklung aus einem Spezialleiter in einer wasserdichten Hülle, und das Motorgehäuse ist mit sauberem Wasser gefüllt; das Wasser dient zugleich als Kühl- und Schmiermittel. Bei ölgefüllten, wiederwickelbaren Motoren ist das Gehäuse dagegen mit Isolieröl gefüllt, und die Wicklung ist mit klassischem Lackdraht gewickelt. Beide Bauarten erfordern eine unterschiedliche Betriebslogik.

  • Wassergefüllter, gekapselter Motor — Aufbau: Wicklung in wasserdichter Hülle, Gehäuse mit sauberem Wasser gefüllt; die Motoren Grundfos MS4000 und MS6000 sowie Lowara 4OS und 6OS gehören zu dieser Klasse
  • Wassergefüllter, gekapselter Motor — Vorteil: Bei einer Undichtigkeit besteht keine Gefahr, dass Öl ins Trinkwasser gelangt; die Bauart wird bei Trinkwasseranwendungen bevorzugt
  • Wassergefüllter, gekapselter Motor — Einschränkung: Bei einem Wicklungsschaden kann vor Ort nicht neu gewickelt werden, der Motor wird komplett ausgetauscht; bei flachen Installationen mit Frostgefahr muss das Gehäusewasser geschützt werden
  • Ölgefüllter, wiederwickelbarer Motor — Aufbau: Gehäuse mit Isolieröl gefüllt, Wicklung mit Lackdraht gewickelt, unter Feldbedingungen neu wickelbar
  • Ölgefüllter, wiederwickelbarer Motor — Vorteil: Ein durchgebrannter Motor kann ausgebaut und neu gewickelt werden; in Regionen mit schwierigem Zugang zu Ersatzteilen und Service sichert das die Betriebskontinuität
  • Ölgefüllter, wiederwickelbarer Motor — Einschränkung: Wenn die Gleitringdichtung undicht wird, gelangt Öl in den Brunnen; bei Trinkwasserbrunnen ist dieses Risiko nicht akzeptabel
  • Beide Bauarten — Gemeinsame Regel: Trockenlauf zerstört die Lager innerhalb von Sekunden; ein Wasserstandsschutz ist unabhängig vom Motortyp zwingend erforderlich

Im Sortiment lokaler Hersteller ist der Anteil ölgefüllter, wiederwickelbarer Motoren höher als bei internationalen Herstellern, und das ist kein Zufall. Dass ein durchgebrannter Motor in Bewässerungsgebieten am selben Tag neu gewickelt und wieder in den Brunnen abgesenkt werden kann, rettet einem Erzeuger in der Erntezeit die Saison. Bei einem Trinkwasserbrunnen, der das städtische Netz speist, fällt die Wahl dagegen auf den wassergefüllten, gekapselten Motor; das Risiko eines Ölübertritts geht hier der Betriebsfreundlichkeit vor.

Die Schaltspielzahl ist der am häufigsten verletzte Katalogwert. Eine Brunnenpumpe, die in einen kleinen Druckbehälter fördert, kann bei falschem Vordruck des Druckbehälters 40–60 Mal pro Stunde anlaufen; dieser Betrieb verkürzt die Lebensdauer des Motors auf Monate. Die richtige Lösung ist entweder, das Behältervolumen zu vergrößern, oder auf einen Frequenzumrichter zu wechseln. Um Alternativen bei Marken und Sortiment zu sehen, finden Sie auf unserer Seite „Marken“ weitere Informationen. (Details: unsere Markenseite)

11Elektrische Seite: Kabelquerschnitt von Tauchpumpen, Spannungsfall und Trockenlaufschutz

Der Kabelquerschnitt von Tauchpumpen wird nicht nach der Motorleistung, sondern nach dem Motorstrom und der gesamten Kabellänge berechnet. Mit zunehmender Brunnentiefe wird das Kabel länger und der Spannungsfall größer; die sinkende Spannung führt dazu, dass der Motor dasselbe Drehmoment mit höherem Strom erzeugt, die Wicklung sich erwärmt und der Motorschutz auslöst. Als zulässige Grenze gilt, dass der Spannungsfall an den Motorklemmen 3 Prozent nicht überschreiten darf.

In einem Drehstromsystem lautet die Beziehung: Spannungsfall gleich Wurzel aus 3 mal spezifischer Widerstand mal Länge mal Strom mal Leistungsfaktor geteilt durch Querschnitt. Für Kupfer beträgt der spezifische Widerstand 0,0175 Ohm mal mm² geteilt durch Meter. Als Länge wird die einfache Kabellänge (Meter), als Strom Ampere und als Querschnitt mm² eingesetzt, und das Ergebnis ergibt sich in Volt. Der Spannungsfall in Prozent ergibt sich, indem man den ermittelten Voltwert durch die Leiterspannung teilt.

Rechnen wir ein Beispiel. Ein Drehstrom-Tauchmotor mit 7,5 kW habe einen Wirkungsgrad von 86 Prozent, einen Leistungsfaktor von 0,83 und eine Leiterspannung von 400 V. Die aufgenommene elektrische Leistung gleich 7,5 geteilt durch 0,86 gleich 8,72 kW. Der Strom gleich 8.720 geteilt durch (1,732 mal 400 mal 0,83) gleich 8.720 geteilt durch 575 gleich 15,2 A. Die Kabellänge gleich 130 Meter Steigleitung plus 20 Meter Entfernung zum Schaltschrank gleich 150 Meter.

Berechnung mit 4 mm² Querschnitt: Spannungsfall gleich 1,732 mal 0,0175 mal 150 mal 15,2 mal 0,83 geteilt durch 4 gleich 14,3 V. Der prozentuale Wert gleich 14,3 geteilt durch 400 gleich 3,58 Prozent und überschreitet die Grenze. Mit 6 mm² Querschnitt ergibt dieselbe Rechnung 9,6 V, also 2,39 Prozent, und ist akzeptabel. Ergebnis: Bei diesem Brunnen genügen 4 mm² nicht, es müssen 6 mm² verwendet werden.

Der Trockenlaufschutz ist die einzige zwingend erforderliche Sicherheitsausrüstung bei Tauchpumpen. Es gibt drei Verfahren. Das erste ist die Niveauelektrode: Eine in den Brunnen abgesenkte Elektrode stoppt die Pumpe, wenn der Wasserspiegel unter die festgelegte Höhe sinkt, und versucht nach Ablauf der eingestellten Wartezeit einen erneuten Start. Das zweite ist die Stromüberwachung: Verliert die Pumpe das Wasser, sinkt die aufgenommene Stromstärke auf 60–70 Prozent des Nennwerts, und das Relais erkennt dies. Das dritte ist die Unterdrucksperre mit Druckschalter.

Bei der Baureihe Grundfos SQ sind Trockenlaufschutz, Überspannungs- und Unterspannungsschutz sowie Sanftanlauf in den Motor integriert; ein separater Schaltschrank ist nicht erforderlich, was bei Wohnanwendungen mit engem Brunnen eine deutliche Montageerleichterung ist. Bei größeren Sortimenten wird der Schutz dagegen schaltschrankseitig aufgebaut. Die Schaltschrankausrüstung sollte mindestens einen Motorschutzschalter, ein Phasenfolge- und Phasenausfallrelais, ein Trockenlaufrelais und einen Betriebsstundenzähler umfassen. Zu Installations- und Schaltschrank-Anschlussmaterial können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Installationstechnik)

12Was bringt ein Frequenzumrichter bei Tauchpumpen?

Ein Frequenzumrichter ist ein Antrieb, der die Motordrehzahl nach Bedarf verändert und die Pumpe so statt mit konstanter Drehzahl mit variabler Drehzahl betreibt. Bei Tauchpumpen bringt er drei konkrete Vorteile: Energieeinsparung bei Teilvolumenstrom, Wegfall des Wasserschlags beim Anlaufen und Stillstand sowie konstanter Ausgangsdruck. Dagegen ist er nicht in jeder Anwendung erforderlich; bei einer Brunnenpumpe, die einen Behälter füllt, ist er meistens eine überflüssige Investition.

Der Energiegewinn ergibt sich aus den Affinitätsgesetzen. Der Volumenstrom ist proportional zur Drehzahl, die Förderhöhe ändert sich mit dem Quadrat der Drehzahl, die Wellenleistung mit der dritten Potenz der Drehzahl. Die Drehzahl um 20 Prozent zu senken, verringert die Leistung um ca. 49 Prozent. In unserem Beispielsystem mit 3,4 kW Leistungsaufnahme sinkt die aufgenommene Leistung bei einer Drehzahlabsenkung um 20 Prozent auf ca. 1,7 kW. Dieser Gewinn stellt sich jedoch nur bei reibungsdominierten Anlagen vollständig ein.

Bei Brunnenpumpen ist das der kritische Hinweis. Stammt der größte Teil der manometrischen Gesamtförderhöhe aus der statischen Höhe, also aus der Tiefe des Wasserspiegels, schwindet der Gewinn durch Drehzahlabsenkung rasch. In unserem Beispiel sind 52 mWS der 85 mWS statisch; sinkt die Drehzahl unter eine bestimmte Schwelle, kann die Pumpe das Wasser nicht einmal mehr bis zum Brunnenkopf heben, und der Volumenstrom geht auf null. Deshalb wird der Drehzahlbereich bei Brunnenpumpen in der Regel auf 70–100 Prozent begrenzt.

Beim Einsatz eines Umrichters gelten drei Regeln. Erstens muss zwischen Motor und Umrichter ein dv/dt-Filter oder Sinusfilter eingebaut werden; Spannungsreflexionen, die im langen Brunnenkabel entstehen, durchschlagen die Wicklungsisolierung. Zweitens muss überprüft werden, dass die Kühlströmungsgeschwindigkeit bei minimaler Drehzahl noch über der Grenze liegt. Drittens muss die Taktfrequenz bei der Herstellerempfehlung gehalten werden. Zur Funktionsweise von Pumpen mit Frequenzumrichter finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Pumpe mit Frequenzumrichter: Was ist das? Spart sie wirklich Strom?)

13Impo-Baureihenklassen und ihre Entsprechungen bei Grundfos SP, Grundfos SQ und Lowara

Der folgende Vergleich ordnet auf der Ebene der Baureihenklassen zu; er erhebt keinen Anspruch auf eine Eins-zu-eins-Gleichwertigkeit auf Modellcode-Ebene. Pomeka Mekanik liefert diese Marke nicht, die folgende Liste ist daher keine Verkaufsempfehlung, sondern eine Tabelle technischer Entsprechungen. In jeder Zeile sind Brunnendurchmesser, Volumenstrombereich und die in dieser Klasse gängigen, von uns geführten Baureihen angegeben.

  • 3-Zoll-Klasse, 0,7–5,4 m³/h — Wohngebäudebrunnen mit enger Bohrung; geführte Entsprechung: Baureihe Grundfos SQ und Grundfos SQE, mit integriertem Trockenlaufschutz und Sanftanlauf
  • 4-Zoll-Economy-Klasse, Technopolymer-Laufrad, 1–10 m³/h — Gartenbewässerung und saisonale Nutzung; geführte Entsprechung: die mehrstufigen Technopolymer-Modelle des Sortiments Lowara 4GS, Sortiment Wilo-Sub TWU 4
  • 4-Zoll-Edelstahlklasse, 1–16 m³/h — Trinkwasser sowie dauerhaft betriebene Wohngebäude- und Siedlungsbrunnen; geführte Entsprechung: Sortiment Grundfos SP 1A bis SP 17, Gehäuse vollständig aus AISI 304
  • 6-Zoll-Klasse, 10–90 m³/h — Landwirtschaftliche Bewässerung und Trinkwasser für Dörfer; geführte Entsprechung: Sortiment Grundfos SP 30 bis SP 77, Sortiment Lowara 6GS und 6OS-Motoren
  • 8-Zoll-Klasse, 60–220 m³/h — Netzversorgung und industrielle Prozesse; geführte Entsprechung: Sortiment Grundfos SP 95, SP 125, SP 160 und SP 215, mit Motoren der Baureihe MMS
  • Motorseite — Im lokalen Sortiment ist der Anteil ölgefüllter, wiederwickelbarer Motoren hoch; die geführte Entsprechung ist der wassergefüllte, gekapselte Motor: Grundfos MS4000 und MS6000, Lowara 4OS und 6OS
  • Regelungsseite — Im lokalen Sortiment befindet sich die Regelung in der Regel in einem externen Schaltschrank; bei der geführten Entsprechung gibt es mit Grundfos CU 301 die Konstantdruckregelung und mit Grundfos MP 204 Optionen für den Motorschutz

Der technische Kern des Vergleichs ist folgender. Das Unterscheidungsmerkmal der Grundfos-SP-Familie ist die vollständige Edelstahlbauweise über das gesamte Sortiment und die feine Stufenabstufung; weil es beim gleichen Nenn-Volumenstrom zahlreiche Stufenoptionen gibt, lässt sich der Betriebspunkt in den Bereich der Kennlinie mit dem höchsten Wirkungsgrad legen. Die Sortimente Lowara 4GS und Lowara 6GS bieten mit ihren Werkstoffklassenoptionen dagegen Zwischenstufen zwischen Budget und Wasserchemie.

Bei der Auswahl müssen unbedingt zwei Kennlinien angefordert werden: die Q-H-Kennlinie und die Wirkungsgradkennlinie. Allein anhand von maximalem Volumenstrom und maximaler Förderhöhe zu entscheiden, ist der häufigste Fehler, denn diese beiden Werte sind die beiden Enden der Kennlinie und lassen sich niemals gleichzeitig erreichen. Details zu den Modellsortimenten je Marke und zum Lesen von Kennlinien finden Sie in unserem Vergleichsratgeber. (Details: Die besten Tauchpumpen-Marken im Vergleich: Grundfos, Lowara, Impo, Vansan und Sumak)

14Welche Lösung passt zu wem? Das klare Urteil je nach Anwendung

Dieser Abschnitt übersetzt das Ergebnis der Auswahlberechnungen unmittelbar in ein Urteil. Jeder Punkt enthält ein Nutzerprofil, die für dieses Profil richtige Baureihenklasse und die Begründung der Entscheidung. In Grenzfällen wird die Entscheidung unter Betrachtung der Schnittmenge aus Betriebsstunden und Wasserchemie getroffen.

  • Einfamilienhaus, 80–120 m Brunnen, 2,5–4 m³/h, 800–1.500 Stunden pro Jahr — Geeignet: 4-Zoll-Edelstahlklasse, wassergefüllter Motor; bei einem 3-Zoll-Brunnen die Klasse Grundfos SQ; Begründung: Trinkwasserkontakt und geringe Schaltspielzahl
  • Garten- und Obstgartenbewässerung, 40–70 m Brunnen, 5–8 m³/h, saisonal — Geeignet: 4-Zoll-Economy-Klasse, Technopolymer-Laufrad; Begründung: geringe Sandlast und jährliche Betriebsstunden unter 1.500 Stunden
  • Feldbewässerung, 60–120 m Brunnen, 15–40 m³/h, 1.500–3.000 Stunden pro Jahr — Geeignet: 6-Zoll-Klasse, Noryl oder mehrstufig mit Gussteilen, ölgefüllter, wiederwickelbarer Motor; Begründung: Service vor Ort und hohe Betriebsstunden
  • Trinkwasserbehälter einer Siedlung oder eines Hotels, 60–100 m Brunnen, 8–20 m³/h, über 2.500 Stunden pro Jahr — Geeignet: vollständige 4- oder 6-Zoll-Edelstahlklasse, wassergefüllter Motor; Begründung: Trinkwasser und Dauerbetrieb
  • Industrieprozess und Kühlturmversorgung, 50–150 m Brunnen, über 60 m³/h — Geeignet: 8-Zoll-Klasse, vollständig Edelstahl, mit Frequenzumrichter; Begründung: Der Wirkungsgradgewinn ist in jährlichen kWh deutlich spürbar
  • Sandführender Brunnen, gemessener Sandgehalt über 50 g/m³ — Geeignet: verschleißfeste mehrstufige Klasse mit Guss- oder Edelstahlteilen, Keramiklager; Begründung: Das Technopolymer-Laufrad verliert in der ersten Saison an Wirkungsgrad
  • Brunnen in Küstenregion mit Chlorid über 250 mg/L — Geeignet: vollständige Edelstahlklasse AISI 316; Begründung: AISI 304 erleidet bei diesem Chloridgehalt Lochkorrosion
  • Brunnen, der einen Behälter füllt und täglich 4–8 Stunden läuft — Geeignet: drehzahlkonstante Klasse, Schaltschrank mit Niveauelektrode; Begründung: Der Gewinn durch einen Frequenzumrichter bleibt in diesem von der statischen Höhe dominierten Betrieb begrenzt

15Montage, Inbetriebnahme und Wartungspositionen

Montagefehler sind die tatsächliche Ursache für einen erheblichen Teil der Ausfälle von Tauchpumpen. Die richtige Montagereihenfolge lautet: Die Kupplung zwischen Pumpe und Motor wird geprüft, das Rückschlagventil montiert, die Steigleitung angeschlossen, das Kabel an der Leitung festgeklemmt, das Sicherungsseil befestigt, und das Aggregat wird kontrolliert abgesenkt. Beim Absenken darf das Kabel niemals gespannt bleiben; zwischen Leitung und Kabel wird ein Spielraum von 1–2 Prozent gelassen.

Das Sicherungsseil darf nicht vernachlässigt werden. Ein Seil aus Edelstahl oder Polypropylen wird so gewählt, dass es mindestens das Doppelte des Gewichts des Aggregats trägt, und an den Seilösen des Pumpengehäuses befestigt. Lockert sich die Verbindung der Steigleitung mit der Zeit oder reißt das PE-Rohr, ist dieses Seil das einzige Element, das das Aggregat im Brunnen hält. Fällt ein ohne Seil abgesenktes Aggregat auf die Brunnensohle, bedeutet das in den meisten Fällen den Verlust des Brunnens.

Bei der Inbetriebnahme werden sechs Messungen durchgeführt und dokumentiert. Die erste ist der Isolationswiderstand; er wird vor und nach dem Absenken in den Brunnen mit einem Megger gemessen, bei einem neuen Motor werden über 100 Megaohm erwartet. Die zweite ist die Drehrichtung; bei Drehstrommotoren werden zwei Phasen getauscht und gemessen, in welcher Richtung ein höherer Druck erreicht wird, und die Richtung mit dem höheren Druck ist die richtige. Die dritte ist der Strom der drei Phasen; die Differenz zwischen den Phasen darf 5 Prozent nicht überschreiten.

Die Wartungspositionen sind begrenzt, weil eine Tauchpumpe ein unzugängliches Gerät ist. Die jährliche Checkliste umfasst Folgendes: Vergleich des aufgenommenen Stroms mit dem Wert bei der Inbetriebnahme, Vergleich des Ausgangsdrucks bei gleichem Volumenstrom, Messung des Isolationswiderstands, Nachziehen der Schaltschrankanschlüsse und Ablesen des Brunnenwasserstands. Ist der Druck bei gleichem Volumenstrom um 10 Prozent gesunken, hat der Stufenverschleiß begonnen. Zur Planung der regelmäßigen Wartung können Sie sich unseren Ratgeber ansehen. (Details: Pumpenwartung)

Kavitation ist bei Brunnenpumpen selten, aber nicht ausgeschlossen. Wird die Pumpe mit sehr hohem Volumenstrom betrieben und nähert sich der dynamische Wasserspiegel dem Saugstutzen, bilden sich am Eintritt der ersten Stufe Dampfblasen; Anzeichen sind ein Kiesgeräusch und ein sich beschleunigender Wirkungsgradverlust. Die Lösung besteht darin, die Pumpe tiefer abzusenken oder den Volumenstrom zu senken. Zum Mechanismus und zu den Schwellen der Kavitation finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Was ist Pumpenkavitation? Das Problem, das Pumpen leise zerstört)

16Die 5 häufigsten Fehler

Die folgenden fünf Fehler sind die Fehler, die wir bei Brunnenpumpenprojekten am häufigsten antreffen und die sich am leichtesten vermeiden lassen. Alle fünf entstehen dadurch, dass ohne Messung oder ohne Ablesen des Katalogwerts entschieden wird.

  • Fehler 1 — Pumpe nach dem statischen Wasserspiegel auswählen: Die manometrische Gesamtförderhöhe wird mit dem dynamischen Wasserspiegel berechnet. Eine nach 40 Metern statischem Wasserspiegel gewählte Pumpe bleibt bei einer Absenkung von 12 Metern um 12 mWS zu niedrig und kann den Zielvolumenstrom nicht liefern. Richtig ist, die Pumpe zu starten und so lange zu messen, bis sich der Wasserspiegel eingeschwungen hat.
  • Fehler 2 — Den Motor eine Stufe zu groß wählen: Ein unnötig großer Motor erhöht den Jahresverbrauch wegen des bei niedriger Last schlechter werdenden Leistungsfaktors typischerweise um 5–12 Prozent und vergrößert Kabelquerschnitt und Schaltschrankausrüstung. Der Motor wird als die nächste Standardstufe über der Wellenleistung gewählt.
  • Fehler 3 — Die Kühlströmungsgeschwindigkeit nicht berechnen: In Brunnen mit weitem Brunnenrohr oder bei Installationen im Behälter sinkt die Strömungsgeschwindigkeit im Ringquerschnitt unter 0,15 m/s, und der Motor überhitzt. Die Berechnung umfasst zwei Zeilen, und ein Kühlmantel ist, falls erforderlich, eine weit günstigere Lösung als ein Motorwechsel.
  • Fehler 4 — Den Kabelquerschnitt nach der Leistung statt nach der Länge wählen: Bei 150 Metern Kabel ergibt ein Querschnitt von 4 mm² für 15,2 A Strom einen Spannungsfall von 3,58 Prozent und überschreitet die Grenze. Der Querschnitt wird immer aus Strom und gesamter Kabellänge gemeinsam berechnet; mit zunehmender Brunnentiefe wird der Querschnitt größer.
  • Fehler 5 — Die Technopolymer-Klasse ohne Sandmessung wählen: Bei einem Sandgehalt über 50 g/m³ verliert das Technopolymer-Laufrad in der ersten Saison 10–15 Prozent Förderhöhe. Die Probe von 10 Litern 30 Minuten stehen zu lassen und die Ablagerung zu wiegen, macht diese Entscheidung in fünf Minuten sicher.

17Checkliste: vor dem Absenken in den Brunnen

Wenn Sie die folgende Liste von Anfang bis Ende ausfüllen, haben Sie alle für die Auswahl erforderlichen Daten zur Hand. Wenn Sie die Antworten schriftlich festhalten, erleichtert das auch eine spätere Störungsdiagnose und die Bestellung von Ersatzteilen.

  • Wie viel mm beträgt der gemessene Innendurchmesser des Brunnenrohrs? Bleibt zwischen ihm und dem Pumpengehäuse rundum mindestens 10–15 mm Spiel?
  • Liegt das Brunnenprofil (Bohrprotokoll) vor? Sind Filterstrecken, Kiesschüttung und Gesamttiefe bekannt?
  • Wurde der statische Wasserspiegel abgelesen, nachdem die Pumpe mindestens 12 Stunden stillgestanden hat? Wie viel Meter?
  • Wurde der dynamische Wasserspiegel beim Zielvolumenstrom gemessen, bis die Differenz zwischen den Ablesungen unter 0,2 Meter sank?
  • Wurde die spezifische Ergiebigkeit berechnet? Wie viel m³/h je Meter ergeben sich aus Volumenstrom geteilt durch Absenkung?
  • Ist der jahreszeitlich ungünstigste Wasserspiegel bekannt? Wurde darauf ein Sicherheitszuschlag von 5 Metern aufgeschlagen?
  • Mit welcher Methode wurde der Zielvolumenstrom ermittelt? Wurde bei Wohngebäuden die Gleichzeitigkeit, bei der Bewässerung Fläche mal Wasserbedarf, in der Industrie die Prozessliste verwendet?
  • Wurde die manometrische Gesamtförderhöhe mit vier Termen berechnet? Wurden dynamischer Wasserspiegel, Höhenunterschied, Reibungsverlust und Ausgangsdruck einzeln aufgeführt?
  • Liegt die Strömungsgeschwindigkeit in der Förderleitung im Bereich von 1,0–2,0 m/s? Sind Rohrinnendurchmesser und Querschnittsfläche in die Berechnung eingegangen?
  • Wurde die hydraulische Leistung berechnet und durch die Wirkungsgrade von Pumpe und Motor geteilt, um die Wellenleistung zu erhalten?
  • Wurde die Kühlströmungsgeschwindigkeit des Motors berechnet? Liegt der Wert über 0,15 m/s, und wenn nicht, wurde ein Kühlmantel eingeplant?
  • Wurde die Temperatur des Brunnenwassers gemessen? Wurde bei Werten über 30 °C die Derating-Tabelle des Motors herangezogen?
  • Wurde der Sandgehalt mit einer Probe von 10 Litern gemessen? Liegt das Ergebnis unter der Grenze von 50 g/m³?
  • Wurde eine Wasseranalyse durchgeführt? Sind die Werte für Chlorid, Härte, Eisen und pH in die Entscheidung über die Werkstoffklasse eingeflossen?
  • Wurde der Motortyp festgelegt? Wassergefüllt gekapselt oder ölgefüllt wiederwickelbar, und wie lautet die Begründung?
  • Wurde der Kabelquerschnitt mit Strom und gesamter Kabellänge berechnet? Liegt der Spannungsfall unter 3 Prozent?
  • Wurde der Trockenlaufschutz gewählt? Welcher wird verwendet: Niveauelektrode, Stromüberwachung oder Unterdrucksperre?
  • Wurde die Anordnung der Rückschlagventile geplant? Gibt es bei einer Steigleitung über 60 Meter Zwischen-Rückschlagventile?
  • Wurde das Sicherungsseil für mindestens das Doppelte des Aggregatgewichts ausgewählt?
  • Liegt das Formular für die Messungen bei der Inbetriebnahme bereit? Werden Isolationswiderstand, Drehrichtung, Phasenströme, Nullförderdruck und Betriebspunkt aufgezeichnet?

Wenn Sie diese zwanzig Punkte ausgefüllt haben, ist die Auswahl keine Präferenz mehr, sondern das Ergebnis einer Berechnung. Fehlen Daten, sind die drei am häufigsten übersehenen Positionen: dynamischer Wasserspiegel, Sandgehalt und Kabellänge. Alle drei lassen sich vor Ort an einem Tag messen, und alle drei führen, wenn sie falsch angenommen werden, dazu, dass die Pumpe wieder aus dem Brunnen gezogen werden muss. Für weitere Fragen finden Sie Antworten auf unserer Seite „Häufig gestellte Fragen“. (Details: häufig gestellte Fragen)

18Häufig gestellte Fragen

Führt Pomeka Mekanik Impo-Tauchpumpen?
Pomeka Mekanik liefert diese Marke nicht. Die gleichwertigen Baureihen, die wir bei Brunnentauchpumpen führen, sind die Sortimente Grundfos SP und Grundfos SQ, die Sortimente Lowara 4GS und Lowara 6GS sowie die Brunnentauchpumpen-Sortimente von Wilo und Standart Pompa. Die Berechnungsschritte in diesem Ratgeber funktionieren markenunabhängig; mit denselben Werten für Volumenstrom und manometrische Förderhöhe gelangen Sie, mit der Kennlinie welches Herstellers Sie auch arbeiten, in dieselbe Klasse.
Mein Brunnen hat 6 Zoll – kann ich eine 4-Zoll-Tauchpumpe absenken?
Ja, das können Sie, und liegt der Volumenstrom unter 15 m³/h, ist das meistens auch die richtige Entscheidung. Zu beachten ist nur die Motorkühlung: Im weiten Brunnenrohr wird der Ringquerschnitt größer, sodass die Strömungsgeschwindigkeit unter die Grenze von 0,15 m/s sinken kann. Die Berechnung wird durchgeführt, und ist die Geschwindigkeit unzureichend, wird am Motor ein Kühlmantel angebracht. Der Mantel ist eine deutlich günstigere Position als ein Motorwechsel.
Wie tief wird eine Tauchpumpe abgesenkt?
Der Saugstutzen der Pumpe muss 3–5 Meter unter dem dynamischen Wasserspiegel der ungünstigsten Jahreszeit liegen. Der Motor bleibt dagegen mindestens 1–2 Meter über der Brunnensohle; Bodenschlamm umhüllt den Motor und unterbricht die Kühlung. Außerdem wird die Pumpe oberhalb der Filterstrecke des Brunnens platziert. Eine Pumpe auf Filterhöhe zieht sowohl Sand an als auch den Motor auf, weil kein Kühlstrom an ihm vorbeiströmt.
Wie viel HP muss eine Tauchpumpe haben, und wie findet man das heraus?
Man beginnt mit der Beziehung hydraulische Leistung gleich 1000 mal 9,81 mal Volumenstrom (m³/s) mal Förderhöhe (mWS). Das Ergebnis wird durch den Pumpenwirkungsgrad geteilt, um die Wellenleistung zu erhalten, und durch den Motorwirkungsgrad, um die aufgenommene Leistung zu erhalten. Für 8 m³/h und 85 mWS ergeben sich eine hydraulische Leistung von 1,85 kW und eine Wellenleistung von ca. 2,72 kW, und es wird ein Motor mit 3,0–4,0 kW gewählt. 1 HP gleich 0,736 kW.
Wie hoch ist die Sandtoleranz von Tauchpumpen?
Die typische Grenze auf Katalogebene liegt in der Größenordnung von 50 g/m³; bei einigen Economy-Baureihen sinkt sie auf 25 g/m³. Für die Messung wird, nachdem die Pumpe 30 Minuten gelaufen ist, am Ausgang eine Probe von 10 Litern entnommen, 30 Minuten stehen gelassen und der abgesetzte Feststoff gewogen. 0,5 Gramm Ablagerung in 10 Litern bedeuten genau die Grenze. Wird die Grenze überschritten, wird zuerst der Brunnen entwickelt, danach die Pumpe über den Filter hinaus nach oben gezogen.
Ist ein Technopolymer-Laufrad oder ein Edelstahllaufrad besser?
Das Technopolymer-Laufrad ist in sauberem, sandfreiem Wasser bei geringen Betriebsstunden wirtschaftlich und liefert im Neuzustand dank seiner glatten Oberfläche einen guten Wirkungsgrad. Das Edelstahllaufrad ist in sandführenden, chloridhaltigen oder dauerhaft betriebenen Anlagen dagegen mit deutlichem Abstand überlegen. Das Entscheidungskriterium lautet: In jedem Brunnen, der mehr als 2.000 Stunden pro Jahr läuft oder dessen Sandgehalt über 50 g/m³ liegt, wird eine mehrstufige Klasse aus Edelstahl oder Guss gewählt.
Wie wird der Kabelquerschnitt bei Tauchpumpen berechnet?
Bei Drehstrom wird die Beziehung Spannungsfall gleich Wurzel aus 3 mal 0,0175 mal Länge mal Strom mal Leistungsfaktor geteilt durch Querschnitt verwendet, und das Ergebnis wird durch die Leiterspannung geteilt, um den Prozentwert zu erhalten. Die Grenze beträgt 3 Prozent. Bei 150 Metern Kabel und 15,2 A überschreiten 4 mm² mit 3,58 Prozent die Grenze, während 6 mm² mit 2,39 Prozent akzeptabel sind. Der Querschnitt wird nicht nach der Leistung, sondern nach Strom und Länge gewählt.
Ist ein Frequenzumrichter bei Tauchpumpen zwingend erforderlich?
Zwingend ist er nicht. Bei einer Brunnenpumpe, die einen Behälter füllt und täglich 4–8 Stunden läuft, ist der Gewinn begrenzt, weil der größte Teil der Gesamtlast aus der statischen Höhe stammt und die Drehzahlabsenkung den Volumenstrom rasch auf null bringt. Dagegen bringt er bei Netzversorgungen, in denen konstanter Druck gewünscht wird, und bei Industrieanlagen über 60 m³/h sowohl bei der Energie als auch beim Wasserschlag einen konkreten Gewinn.
Was ist der Unterschied zwischen Grundfos SP und Grundfos SQ?
Grundfos SQ ist die Wohngebäudeklasse mit 3-Zoll-Gehäuse, die in einem Nennvolumenstrombereich von ca. 0,7–5,4 m³/h arbeitet und bei der Trockenlaufschutz, Sanftanlauf und Spannungsschutz in den Motor integriert sind. Grundfos SP dagegen ist eine breite Familie mit vollständiger Edelstahlbauweise, die mit 4-, 6- und 8-Zoll-Gehäusen von 1 m³/h bis in die Größenordnung von 215 m³/h reicht. SQ ist für Wohngebäude mit engem Brunnen, SP für Bewässerung, Netz und Industrie.

Wenn Sie uns für Ihr Brunnenprojekt die Daten zu Volumenstrom, dynamischem Wasserspiegel und manometrischer Förderhöhe mitteilen, führt unser Ingenieurteam die Auswahlberechnung gemeinsam mit Ihnen durch und zeigt Ihnen unter den von uns geführten Baureihen die geeignete Klasse. Liegen Ihnen Brunnenprofil, Wasseranalyse und Angaben zur Kabellänge vor, ist die Bewertung in einem einzigen Gespräch abgeschlossen. (Details: unsere Kontaktseite)

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