Was ist der Unterschied zwischen Schmutzwasserpumpe und Klarwasserpumpe?

Eine Schmutzwasserpumpe ist eine Pumpe mit einem Laufrad mit großem freiem Durchgang und einer geschützten Dichtungseinheit, die dafür ausgelegt ist, Wasser mit Schwebstoffen, Fasern, Sand und groben Teilen ohne Verstopfung zu fördern. Eine Klarwasserpumpe ist dagegen eine Pumpe mit eng tolerierten geschlossenen Laufrädern, die dafür ausgelegt ist, Wasser mit niedriger Schwebstoffkonzentration und ohne abrasive Bestandteile mit dem höchsten hydraulischen Wirkungsgrad zu fördern. Beide Bauarten verfolgen nicht dasselbe Ziel: Die eine verzichtet zugunsten der Betriebssicherheit auf Wirkungsgrad, die andere zugunsten des Wirkungsgrads auf die Fähigkeit, Feststoffe zu fördern.

Die zahlenmäßige Grenze zwischen beiden ist der Schwebstoffgehalt des Fördermediums. Klarwasserpumpen werden typischerweise für eine Feststoffkonzentration unter 50 mg/L und einen Sandgehalt in der Größenordnung von 50 g/m³ angegeben. Schmutzwasserpumpen fördern dagegen häusliches Abwasser im Bereich von 200–600 mg/L, Drainage-Sickerwasser im Bereich von 100–1000 mg/L und Medien mit Teilen von 20–100 mm Größe problemlos. Für Grauwasser und Regenwasser, die zwischen diesen beiden Bereichen liegen, gibt es Pumpen einer Zwischenklasse.

Der dritte Unterschied liegt im Schutzkonzept. Bei der Klarwasserpumpe befindet sich zwischen Motor und Fördermedium nur eine einzelne Gleitringdichtung oder ein Dichtring; da das Fördermedium als sauber vorausgesetzt wird, ist keine zweite Barriere nötig. Bei der Schmutzwasserpumpe befinden sich dagegen auf der Seite des Fördermediums eine Gleitringdichtung mit Siliziumkarbid-Oberfläche, auf der Motorseite eine zweite Dichtung und dazwischen eine mit Öl gefüllte Kammer. Die Ölkammer dient sowohl der Schmierung als auch der frühzeitigen Warnung vor Leckage.

Der vierte Unterschied ist der hydraulische Wirkungsgrad, der sich unmittelbar in den Betriebskosten niederschlägt. Bei gleichem Volumenstrom und gleicher Förderhöhe erreicht eine Klarwasserpumpe mit geschlossenem Laufrad 60–75 Prozent, während eine Schmutzwasserpumpe mit Vortex-Laufrad im selben Punkt bei 35–50 Prozent bleibt. Dieser Unterschied ist der Preis für den großen Abstand zwischen Gehäuse und Laufrad, der für den Feststoffdurchgang freigehalten wird. Das gesamte Pumpensortiment und die Entsprechungen für die jeweiligen Anwendungen können Sie sich in unserer Produktgruppe ansehen. (Details: Pumpensysteme)

Das Laufrad ist das einzige Bauteil, das Feststoffdurchgang und Wirkungsgrad der Pumpe gleichzeitig bestimmt. Es gibt drei Grundgeometrien: geschlossenes Laufrad, halboffenes Laufrad und Vortex-Laufrad. Beim geschlossenen Laufrad sind die Schaufeln zwischen zwei Scheiben eingeschlossen; das halboffene Laufrad hat nur eine Scheibe, und die Schaufelenden sind frei; beim Vortex-Laufrad sind die Schaufeln dagegen vollständig aus dem Spiralraum herausgezogen, und das Wasser wird durch den vom Laufrad erzeugten freien Wirbel gefördert.

Das geschlossene Laufrad erreicht den höchsten Wirkungsgrad, weil die Strömung vollständig geführt wird und die Rückströmung minimal ist. Der radiale Spalt zwischen Laufrad und Spaltring liegt in der Größenordnung von 0,3–0,8 mm. Dieser Spalt hält den Wirkungsgrad hoch; derselbe Spalt macht jedoch jeden Feststoff über 1 mm zu einem Klemmrisiko. Das geschlossene Laufrad ist der Standard bei Anwendungen mit sauberem Fördermedium wie Druckerhöhungsanlagen, Brunnen, Umwälzung und Prozesswasser.

Das halboffene Laufrad ist der Mittelweg. Der Spalt zwischen den Schaufelenden und dem Gehäuse liegt im Bereich von 0,5–1,5 mm und lässt sich bei einigen Baureihen von außen nachstellen, wenn er durch Verschleiß größer wird. In Wasser mit Sand und kleinen faserigen Teilen ist das halboffene Laufrad deutlich widerstandsfähiger als das geschlossene; sein Wirkungsgrad liegt im Bereich von 45–60 Prozent. Der größte Teil der Entwässerungspumpen verwendet diese Geometrie.

Das Vortex-Laufrad ist die Geometrie, die das Verstopfungsrisiko praktisch auf null senkt. Feststoffe passieren das Spiralgehäuse, ohne das Laufrad zu berühren, getragen vom vom Laufrad erzeugten Wirbel. Der freie Durchgang kann Werte nahe dem Durchmesser des Druckstutzens erreichen. Der Preis ist der Wirkungsgrad: Das Vortex-Laufrad bleibt im Bereich von 35–50 Prozent und benötigt für dieselbe Aufgabe 30–60 Prozent mehr Wellenleistung. Bei Klärgrube, häuslichem Rohabwasser und faserhaltigen Fördermedien bleibt das Vortex-Laufrad dennoch die einzig richtige Wahl.

Der freie Kugeldurchgang ist der Durchmesser des größten kugelförmigen Teils, das die Pumpe vom Saugstutzen bis zum Druckstutzen ohne Verstopfung passieren lassen kann, und wird im Katalog unter der Bezeichnung freier Durchgang oder free passage angegeben. Dieser Wert ist das erste Auswahlkriterium bei der Pumpenauswahl: Ist das größte im Fördermedium erwartete Teil größer als dieser Durchmesser, verstopft die Pumpe schon am ersten Tag. Die Berechnung von Volumenstrom und Förderhöhe ist erst nach dieser Vorauswahl über den freien Kugeldurchgang sinnvoll.

Die Richtwerte je nach Anwendung sind eindeutig. Bei sauberem Brunnenwasser und bei Druckerhöhungsanlagen wird der Begriff des freien Durchgangs nicht verwendet; dort kommen Sandabscheider und Filter zum Einsatz. Bei Regenwasser und sauberem Pumpensumpf genügen 5–10 mm. Bei Baustellenentwässerung mit Sand und Kies sind 10–20 mm erforderlich. Bei der Grauwasserleitung, in der Dusch-, Waschbecken- und Waschmaschinenwasser gesammelt wird, werden 20–40 mm verlangt. Bei häuslichem Rohabwasser mit WC-Anschluss liegt die Untergrenze bei 50 mm, bei Pumpstationen bei 80–100 mm.

Diese Werte sind nicht willkürlich. Für Gebäudeentwässerung und Hebeanlagen wird nach TS EN 12056-4 und EN 12050-1 bei Hebeanlagen, die fäkalienhaltiges Abwasser fördern, erwartet, dass die Druckleitung mindestens DN 80 hat und ein dazu passender freier Durchgang gegeben ist. Hebeanlagen mit Zerkleinerer, die in kleinen Wohnlösungen verwendet werden, bilden außerhalb dieser Regel eine eigene Klasse und sind nur für Druckleitungen mit kurzer Strecke und kleinem Durchmesser ausgelegt.

Freier Kugeldurchgang und Durchmesser des Druckstutzens müssen zusammen betrachtet werden. Eine Pumpe mit 50 mm freiem Durchgang in eine DN-50-Leitung fördern zu lassen, ist sinnvoll; schließen Sie dieselbe Pumpe dagegen an eine mit DN-40-Verschraubungen und -Bögen verengte Leitung an, tritt die Verstopfung nicht in der Pumpe, sondern im Rohr auf, und die Pumpe wird beschuldigt, obwohl sie gar keine Schuld trägt. Die Druckleitung wird niemals kleiner gewählt als der freie Durchgang der Pumpe. Sie können sich unsere Produktgruppe für Rohre und Verbindungselemente ansehen. (Details: Installationstechnik)

Es lohnt sich, Baureihenbeispiele anzusehen. Die Baureihe Grundfos Unilift AP gibt den freien Durchgang durch die Zahl im Modellcode an; AP12 lässt Teile von ca. 12 mm, AP35 von ca. 35 mm und AP50 von ca. 50 mm passieren. Während die Baureihe Wilo Drain TS im Entwässerungsbereich in der Größenordnung von ca. 10 mm arbeitet, erreicht die Baureihe Wilo Rexa mit Vortex- und Einkanal-Laufrad-Optionen 50 mm und mehr. Die Baureihe Lowara DOC liegt für kleine Entwässerungsaufgaben im Bereich von 10 mm, die Baureihe Ebara Best One mit Vortex-Laufrad im Bereich von 35–50 mm. Die Werte hängen von Baureihe und Baugröße ab; die endgültige Bestätigung wird immer dem Kennlinienblatt des jeweiligen Modells entnommen.

Die Wellendichtung ist das Element, das die Abdichtung zwischen der rotierenden Welle und dem stehenden Gehäuse sicherstellt und die tatsächliche Lebensdauer der Pumpe bestimmt. Klarwasserpumpen haben in der Regel eine einzelne Gleitringdichtung oder einen einfachen Radialwellendichtring. Schmutzwasserpumpen haben dagegen auf der Seite des Fördermediums eine Gleitringdichtung, auf der Motorseite eine zweite Dichtung und dazwischen eine mit Öl gefüllte Zwischenkammer. Dieser dreiteilige Aufbau ist der eigentliche Grund, warum die Pumpe in Schmutzwasser über Jahre durchhält.

Die Werkstoffauswahl bestimmt die Lebensdauer. In klarem Wasser genügt die Paarung Kohle-Keramik oder Kohle-Siliziumkarbid. In Wasser mit Sand und abrasiven Bestandteilen muss die Oberfläche auf der Seite des Fördermediums dagegen Siliziumkarbid-Siliziumkarbid sein; eine Kohleoberfläche wird zwischen den Sandkörnern innerhalb weniger hundert Stunden ausgehöhlt. Ein Radialwellendichtring hält in sandhaltigem Wasser typischerweise 200–500 Stunden; eine SiC-SiC-Gleitringdichtung erreicht unter denselben Bedingungen 8.000–20.000 Stunden. Der Unterschied beträgt mehr als das Zwanzigfache.

Die Ölkammer erfüllt drei Aufgaben. Erstens schmiert sie die beiden Dichtflächen kontinuierlich und verzögert selbst bei kurzzeitigem Trockenlauf das Verbrennen der Flächen. Zweitens bildet sie zwischen Motor und Fördermedium eine zweite Barriere. Drittens ermöglicht sie die Diagnose: Ist die bei der Wartung entnommene Ölprobe milchig verfärbt, lässt die untere Dichtung bereits Wasser durch, und die Dichtung kann getauscht werden, solange die Motorwicklung noch intakt ist. Diese eine Beobachtung verhindert in den meisten Fällen eine Motorerneuerung.

Feuchtesensor und Thermoschutz ergänzen diese Kette. Bei Schmutzwasserpumpen mittlerer und großer Baugröße meldet eine in der Ölkammer angeordnete Feuchteelektrode Wassereintritt als Alarm an den Schaltschrank. In die Wicklung eingebettete Thermokontakte schalten den Motor ab, wenn die Wicklungstemperatur die Grenze von etwa 130–140 °C erreicht. Bei kleinen Entwässerungspumpen für Wohngebäude fehlt ein Teil dieser Schutzeinrichtungen; deshalb wird der Trockenlaufschutz der Schwimmereinstellung überlassen.

Der Gehäusewerkstoff bestimmt, in welchem Fördermedium und wie viele Jahre die Pumpe hält. Bei Schmutzwasserpumpen gibt es drei Hauptklassen: Gehäuse aus grauem Gusseisen EN-GJL-250, Blechgehäuse aus Edelstahl AISI 304 oder AISI 316 und Gehäuse aus glasfaserverstärktem technischem Polymer. Bei Klarwasserpumpen ist dagegen die Kombination aus Edelstahl-Blechgehäuse und Spiralgehäuse aus Guss verbreitet. Die Werkstoffauswahl erfolgt nach pH-Wert, Chloridgehalt und abrasiver Belastung des Fördermediums.

Graues Gusseisen ist die Standardlösung für häusliches Abwasser und Entwässerung. Seine Masse dämpft Schwingungen, es verhält sich gut gegen Verschleiß, und mit einer Epoxidbeschichtung wird die Korrosionsbeständigkeit erhöht. Seine Grenze ist chemischer Natur: Bei pH-Werten unter 4 oder in stark chloridhaltigen Wässern verkürzt sich die Lebensdauer des Gusses rasch. In Pumpensümpfen von Parkflächen, in denen Oberflächenwasser gesammelt wird und Streusalz anfällt, wird ein Edelstahlgehäuse bevorzugt.

Das Blechgehäuse aus Edelstahl AISI 304 bietet in sauberem und wenig verschmutztem Wasser geringes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit. In Wässern mit hohem Chloridgehalt, zum Beispiel auf Parkflächen am Meer und im Umfeld von Schwimmbädern, ist AISI 316 erforderlich; AISI 304 ist in dieser Umgebung anfällig für Lochkorrosion. Gehäuse aus technischem Polymer bieten dagegen geringes Gewicht und chemische Beständigkeit, ihre Temperatur- und Stoßfestigkeit ist jedoch begrenzt, und im Dauerbetrieb über 40 °C werden sie in der Regel nicht empfohlen.

Der Laufradwerkstoff wird gesondert bewertet. Bei Entwässerungsaufgaben mit Sand und Kies sollte das Laufrad aus Guss oder gehärtetem Werkstoff bestehen; ein Laufrad aus technischem Polymer verschleißt bei derselben Aufgabe deutlich schneller. Der Verschleiß ist messbar: Verdoppelt sich der Spalt zwischen Laufrad und Gehäuse gegenüber dem Werkswert, sinkt der von der Pumpe geförderte Volumenstrom typischerweise um 10–20 Prozent, und die für dieselbe Aufgabe aufgewendete Energie steigt. Zu den Auswirkungen auf der Energieseite finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)

Die entscheidende Größe für den Pumpentyp ist das Fördermedium selbst. Fünf Parameter werden gemessen oder geschätzt: Schwebstoffkonzentration in mg/L, größte Teilchengröße in mm, Fasergehalt, Anteil an Sand und Abrasivstoffen sowie Temperatur und pH-Wert des Fördermediums. Eine Auswahl ohne diese fünf Angaben ist eine Schätzung; verstopft die Pumpe oder wird ihre Wellendichtung undicht, liegt die Ursache fast immer darin, dass ein Parameter dieser Liste übergangen wurde.

Die Schwebstoffbereiche ordnen die Anwendung unmittelbar ein. Bei Leitungswasser und sauberem Brunnenwasser liegt der Wert in der Regel unter 10 mg/L. Bei Regenwasser und Oberflächenentwässerung steigt er in den Bereich von 50–500 mg/L. Bei Grauwasser aus Bade-, Dusch- und Waschmaschinenwasser sind 100–400 mg/L üblich. Bei häuslichem Rohabwasser ist der Bereich von 200–600 mg/L typisch, und dazu kommen Fasern und grobe Teile. Bei industriellem Prozesswasser ist der Bereich sehr viel breiter, und ohne Probenanalyse wird keine Auswahl getroffen.

Fasern verursachen Probleme weniger durch ihre Menge als durch ihren Charakter. Feuchttücher, Haare, Stoff und Textilfasern sammeln sich selbst bei ausreichendem freiem Durchgang vor den Schaufeln geschlossener und halboffener Laufräder und verflechten sich zu einem Zopf. Diese Ansammlung senkt den Volumenstrom schrittweise, erhöht den Motorstrom und bringt die Pumpe schließlich zum Stillstand. Überall dort, wo das Fördermedium Fasern enthält, ist die Lösung ein Vortex-Laufrad oder ein Einkanal-Laufrad; eine Vergrößerung des freien Durchgangs allein genügt nicht.

Sand ist der heimtückischste Parameter, weil er mit bloßem Auge nicht zu sehen ist und die Katalogbegrenzung niedrig liegt. Der zulässige Sandgehalt bei Klarwasser-Tauchpumpen liegt typischerweise in der Größenordnung von 50 g/m³. Bei einer Brunnenpumpe, die über diesem Grenzwert betrieben wird, werden Stufengehäuse, Spaltringe und Dichtflächen rasch ausgehöhlt. Bei sandhaltigen Brunnen besteht die Lösung nicht darin, die Pumpe größer zu wählen, sondern in Brunnenentwicklung, dem richtigen Filterrohr und gegebenenfalls einem Sandabscheider. Für Lösungen zur Wasseraufbereitung und Filtration können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Wasseraufbereitung)

Temperatur- und pH-Grenzen sind die beiden am häufigsten übergangenen Zeilen des Katalogs. Bei Tauch-Entwässerungs- und Abwasserpumpen liegt die Dauerbetriebstemperatur typischerweise bei 0–40 °C, die kurzzeitige Toleranz im Bereich von 60–70 °C. Mit Standard-Elastomeren aus EPDM und NBR ist der pH-Bereich von 4–10 sicher. Das Überschreiten der Temperaturgrenze stört die Motorkühlung; das Überschreiten der pH-Grenze zerstört zuerst die Elastomere, dann das Gehäuse. Bei heißem Prozesswasser oder einem sauren Fördermedium sind Sonderwerkstoffe erforderlich.

Die Klarwasserpumpe ist effizienter, weil ihr geschlossenes Laufrad die Strömung vollständig führt und der Rückströmweg zwischen Laufrad und Gehäuse eng ist. Die Schmutzwasserpumpe weitet diesen Weg bewusst auf, um Feststoffe in der Strömung zu ermöglichen; der größer werdende Spalt lässt bei jedem Umlauf eine gewisse Wassermenge von der Druckseite zurück auf die Saugseite strömen. Das ist die physikalische Erklärung des Wirkungsgradunterschieds, und er lässt sich durch eine Konstruktionsentscheidung nicht schließen.

Um den Unterschied zu beziffern, wird die Formel für die hydraulische Leistung verwendet: P gleich Rho mal g mal Q mal H geteilt durch Eta. Dabei ist Rho die Dichte des Wassers von 1000 kg/m³, g die Fallbeschleunigung von 9,81 m/s², Q der Volumenstrom in m³/s, H die Förderhöhe in m und Eta der Pumpenwirkungsgrad. Nehmen wir als gemeinsamen Betriebspunkt 10 m³/h Volumenstrom und 10 mWS Förderhöhe. Rechnen wir den Volumenstrom auf Sekunden um, ergibt sich 10 geteilt durch 3600 gleich 0,00278 m³/s.

Bestimmen wir zuerst die hydraulische Leistung: 1000 mal 9,81 mal 0,00278 mal 10 gleich ca. 273 W. Arbeitet die Klarwasserpumpe mit geschlossenem Laufrad mit einem Wirkungsgrad von 70 Prozent, beträgt die Wellenleistung 273 geteilt durch 0,70 gleich 390 W. Arbeitet die Schmutzwasserpumpe mit Vortex-Laufrad im selben Punkt mit einem Wirkungsgrad von 42 Prozent, ergibt sich eine Wellenleistung von 273 geteilt durch 0,42 gleich 650 W. Die Differenz beträgt 260 W, und diese Differenz ist kein Verlust, sondern der Preis für die Verstopfungsfreiheit.

Berechnen wir die jährliche Entsprechung. Läuft die Pumpe 4 Stunden pro Tag, also 1.460 Stunden pro Jahr, ergibt sich für die Differenz 260 mal 1.460 geteilt durch 1000 gleich ca. 380 kWh/Jahr. Berücksichtigt man auch den Motorwirkungsgrad, steigt die aus dem Netz bezogene Differenz auf 420–450 kWh/Jahr. Diese Zahl ist der jährliche Preis dafür, Klarwasser mit einer Schmutzwasserpumpe zu fördern, und hat keinerlei technische Gegenleistung; ist das Wasser ohnehin sauber, gibt es nichts, was das Vortex-Laufrad schützen müsste.

Der Fehler in umgekehrter Richtung ist dagegen sehr viel teurer. Wird eine Klarwasserpumpe mit geschlossenem Laufrad in einen Pumpensumpf mit 20-mm-Teilen gehängt, beginnt die Verstopfung in den ersten Tagen. Das verstopfte Laufrad senkt den Volumenstrom, der Motor dreht weiter mit derselben Drehzahl, aber da die Zirkulation des Fördermediums abnimmt, wird die Kühlung gestört; die Wicklungstemperatur steigt. Ohne Thermoschutz ist das Ergebnis das Durchbrennen der Wicklung, und der Schaden endet mit einem Pumpentausch. Die 400 kWh Unterschied eines Jahres sind neben einer einzigen Motorerneuerung gering.

Die folgende Liste vergleicht beide Pumpenklassen unter denselben Überschriften. Jeder Punkt nennt zuerst den Wert der Schmutzwasserpumpe, danach den der Klarwasserpumpe. Die Werte hängen von Baureihe und Baugröße ab; die Bereiche stehen für den Wohn- und kleinen Gewerbemaßstab.

• Laufradtyp — Schmutzwasserpumpe: Vortex-Laufrad, halboffenes Laufrad oder geschlossenes Einkanal-Laufrad; Klarwasserpumpe: eng toleriertes mehrstufiges geschlossenes Laufrad
• Freier Kugeldurchgang — Schmutzwasserpumpe: 10–100 mm, je nach Anwendung; Klarwasserpumpe: praktisch 1–2 mm, ein freier Durchgang wird nicht angegeben
• Schwebstoffgrenze — Schmutzwasserpumpe: 200–600 mg/L und darüber; Klarwasserpumpe: unter 50 mg/L, Sand in der Größenordnung von 50 g/m³
• Wellendichtung — Schmutzwasserpumpe: doppelte Gleitringdichtung mit Ölkammer, Seite des Fördermediums SiC-SiC; Klarwasserpumpe: einzelne Gleitringdichtung oder Radialwellendichtring
• Hydraulischer Wirkungsgrad — Schmutzwasserpumpe: Vortex 35–50 Prozent, halboffen 45–60 Prozent; Klarwasserpumpe: 60–75 Prozent
• Gehäusewerkstoff — Schmutzwasserpumpe: Gusseisen EN-GJL-250 oder Edelstahl AISI 304/316; Klarwasserpumpe: Edelstahl-Blechgehäuse, Guss oder Stufen aus technischem Polymer
• Charakter der Förderhöhe — Schmutzwasserpumpe: typisch 5–20 mWS, einstufig; Klarwasserpumpe: 30–200 mWS, mehrstufig
• Typischer Volumenstrombereich — Schmutzwasserpumpe: 5–60 m³/h; Klarwasserpumpe: 1–10 m³/h im Wohnungsmaßstab
• Temperaturgrenze — Schmutzwasserpumpe: dauerhaft 40 °C, kurzzeitig 60–70 °C; Klarwasserpumpe: dauerhaft 35–40 °C, abhängig vom Motorkühlstrom
• pH-Toleranz — Schmutzwasserpumpe: 4–10 mit Standard-Elastomeren; Klarwasserpumpe: 6–9, mit für Trinkwasser zugelassenen Werkstoffen
• Verhalten bei Trockenlauf — Schmutzwasserpumpe: dank Ölkammer Sekunden bis Minuten; Klarwasserpumpe: Die Wellendichtung wird innerhalb von 30–60 Sekunden geschädigt
• Schutzausstattung — Schmutzwasserpumpe: Schwimmer, Thermokontakt, Feuchtesensor; Klarwasserpumpe: Trockenlaufrelais, Druck- und Strömungsschalter
• Wartungsintervall — Schmutzwasserpumpe: alle 6–12 Monate Kontrolle von Öl und Laufrad; Klarwasserpumpe: einmal im Jahr Leistungs- und Strommessung
• Folge falscher Verwendung — Schmutzwasserpumpe: in klarem Wasser 380–450 kWh Mehrverbrauch pro Jahr; Klarwasserpumpe: in Schmutzwasser Verstopfung, Verschleiß der Wellendichtung, Durchbrennen der Wicklung
• Geeignet für — Schmutzwasserpumpe: Pumpensumpf, Keller, Grauwasser, Klärgrube, Regenwasser; Klarwasserpumpe: Brunnen, Behälterumförderung, Speisung von Druckerhöhungsanlagen, Prozesswasser

Der zweite Vergleich trennt die drei Laufradgeometrien innerhalb der Klasse der Schmutzwasserpumpen. Die Auswahl erfolgt nach dem Gleichgewicht zwischen dem Fasergehalt des Fördermediums und dem gewünschten Wirkungsgrad. Bei gleicher Baugröße sind alle drei Geometrien erhältlich; im Katalog werden sie meist durch Buchstaben wie V, S und K oder durch die Bezeichnungen vortex, semi-open und channel unterschieden.

• Freier Durchgang — Vortex-Laufrad: nahe am Druckstutzen, 35–80 mm; halboffenes Laufrad: 10–40 mm; geschlossenes Kanalrad: 80–100 mm
• Hydraulischer Wirkungsgrad — Vortex-Laufrad: 35–50 Prozent; halboffenes Laufrad: 45–60 Prozent; geschlossenes Kanalrad: 55–70 Prozent
• Verhalten bei faserhaltigem Fördermedium — Vortex-Laufrad: Fasern passieren, ohne das Laufrad zu berühren, geringstes Verstopfungsrisiko; halboffenes Laufrad: Fasern können sich an den Schaufelenden ansammeln; geschlossenes Kanalrad: lässt Fasern passieren, wenn der Kanalquerschnitt ausreicht, bei Feuchttüchern riskant
• Abrasivstoffe und Sand — Vortex-Laufrad: geringster Verschleiß, da die Teile das Laufrad nicht berühren; halboffenes Laufrad: Schaufelenden verschleißen, der Spalt wird größer; geschlossenes Kanalrad: Verschleiß im Kanal senkt mit der Zeit den Wirkungsgrad
• Förderhöhenvermögen — Vortex-Laufrad: bei gleichem Durchmesser am niedrigsten, typisch 5–15 mWS; halboffenes Laufrad: mittel, 8–20 mWS; geschlossenes Kanalrad: am höchsten, 10–40 mWS
• Wellenleistungsbedarf — Vortex-Laufrad: im selben Punkt 30–60 Prozent höher; halboffenes Laufrad: mittel; geschlossenes Kanalrad: am niedrigsten
• Verfügbarkeit — Vortex-Laufrad: ab 0,55 kW in allen Baugrößen; halboffenes Laufrad: Standard der kleinen Entwässerungsbaureihe; geschlossenes Kanalrad: in der Regel bei Pumpstationsgehäusen ab DN 80
• Geeignet für — Vortex-Laufrad: Klärgrube, häusliches Rohabwasser, Leitungen mit Feuchttuchrisiko; halboffenes Laufrad: Regenwasser, Baustellenentwässerung, sandhaltiges Sickerwasser; geschlossenes Kanalrad: große, im Dauerbetrieb laufende Pumpstationen

Das Urteil fällt klar aus: In keiner Leitung mit WC-Anschluss wird ein halboffenes Laufrad gewählt. Dagegen ist ein Vortex-Laufrad bei einer Baustellenentwässerung ohne Fasern, mit Sand und Kies, unnötiger Energieverbrauch; dort ist das halboffene Laufrad sowohl ausreichend als auch effizienter. Zum Aufbau von Mehrpumpen-Pumpstationen in gewerblichen Gebäuden finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Mechanische Systeme in Gewerbegebäuden)

Dieser Abschnitt gibt für jede von acht verbreiteten Anwendungen ein Urteil in einem Satz ab. Das Urteil beruht auf der größten Teilchengröße und der Schwebstoffkonzentration im Fördermedium. Funktionieren in einer Anwendung technisch beide Klassen, fällt die Wahl zugunsten der effizienteren aus.

• Pumpensumpf im Keller, Sicker- und Reinigungswasser — Schmutzwasserpumpe, halboffenes Laufrad, 10–20 mm freier Durchgang; mit Schwimmer und automatisch
• Antwort im Notfall auf die Frage, welche Pumpe für die Kellerentwässerung geeignet ist — Tragbare Tauch-Entwässerungspumpe, 8–10 m³/h Volumenstrom, Typ mit niedrigem Saugniveau
• Regenwasser und Oberflächenentwässerung — Schmutzwasserpumpe, halboffenes oder Vortex-Laufrad, 10–20 mm freier Durchgang, Edelstahlgehäuse wird bevorzugt
• Hebeanlage für Grauwasser, Dusch- und Waschmaschinenwasser — Schmutzwasserpumpe, Vortex-Laufrad, 20–40 mm freier Durchgang, kurzzeitige Temperaturtoleranz von 60 °C
• Klärgrube, Fäkaliengrube und häusliches Rohabwasser — Schmutzwasserpumpe, Vortex- oder Einkanal-Laufrad, mindestens 50 mm freier Durchgang, doppelte Gleitringdichtung mit Ölkammer
• Wasserhaltung in Aufzugsschacht und Traforaum — Schmutzwasserpumpe, kleine Baugröße, Niveauschalter mit Alarmausgang, Edelstahlgehäuse
• Sauberes Brunnenwasser und Bohrbrunnen — Klarwasserpumpe, mehrstufiges geschlossenes Laufrad, Sandgehalt muss unter 50 g/m³ gehalten werden
• Behälterumförderung und Speisung von Druckerhöhungsanlagen — Klarwasserpumpe, mehrstufig, drehzahlgeregelt oder mit Druckschalter
• Entleerung von Schwimmbädern und Zierteichen — Schmutzwasserpumpe, Entwässerungstyp mit niedrigem Saugniveau, wegen des Chlorids wird AISI 316 bevorzugt

Die kurze Antwort auf die Frage, wie man eine Klärgrubenpumpe auswählt, besteht aus drei Schritten: Wählen Sie zuerst ein Vortex- oder Einkanal-Laufrad mit einem freien Durchgang von 50 mm und mehr, prüfen Sie dann Pumpenvolumenstrom und Anzahl der Anläufe pro Stunde anhand des Zulaufvolumenstroms des Sumpfes, und dimensionieren Sie zuletzt den Durchmesser der Druckleitung, ohne ihn unter den freien Durchgang abzusenken. Bevor diese drei Schritte abgeschlossen sind, wird über Marke und Modell nicht gesprochen.

Die Auswahl einer Regenwasser-Entwässerungspumpe funktioniert etwas anders, denn hier ist nicht der Feststoff entscheidend, sondern der plötzliche Volumenstromspitzenwert. Der Spitzenvolumenstrom ergibt sich aus der Multiplikation von Dach- und Flächengröße mit der Niederschlagsintensität der Region; die Pumpe wird nach diesem Spitzenvolumenstrom ausgewählt, nicht nach dem mittleren Volumenstrom. Für Istanbul wird die Niederschlagsintensität für 15 Minuten typischerweise in der Größenordnung von 60–90 mm/h angesetzt, und bei 200 m² Fläche bedeutet das einen Spitzenvolumenstrom von ca. 12–18 m³/h.

Die Antwort auf die Frage, was eine Grauwasserpumpe ist, lautet: eine Zwischenklasse. Es ist eine Schmutzwasserpumpe mit 20–40 mm freiem Durchgang und erhöhter Temperaturtoleranz, die Wasser ohne Fäkalien, aber mit Seife, Haaren, Fasern und Waschmittel fördert. Dass Grauwasser mit einer Temperatur von 40–45 °C ankommt, ist üblich und reizt die Dauertemperaturgrenze einer Standard-Entwässerungspumpe aus. Zu den detaillierten Auswahlschritten auf der Entwässerungsseite finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Auswahl von Entwässerungspumpen)

Die Folgen einer falschen Pumpenwahl zeigen sich nacheinander an drei Bauteilen: zuerst an der Gleitringdichtung, dann am Laufrad, zuletzt an der Motorwicklung. Diese Reihenfolge ändert sich fast nie, und jede Stufe hat ein eigenes Symptom. Das Symptom früh zu erkennen, ermöglicht es, mit dem Austausch von Teilen davonzukommen, statt die Pumpe erneuern zu müssen.

Die erste Stufe ist die Wellendichtung. Die Kohle-Dichtfläche einer Klarwasserpumpe, die in Wasser mit Sand und Abrasivstoffen betrieben wird, wird typischerweise innerhalb von 200–500 Stunden ausgehöhlt. Das Symptom ist Tropfen rund um die Welle bei stehender Pumpe und ein sinkender Isolationswiderstand. Wird in dieser Stufe eingegriffen, bestehen die Kosten nur aus dem Dichtungssatz und der Arbeitszeit.

Die zweite Stufe ist Laufradverschleiß und Verstopfung. Je mehr die Schaufelenden des Laufrads verschleißen, desto größer wird der Gehäusespalt, die Rückströmung nimmt zu, und die Pumpe fördert bei gleicher Drehzahl weniger Wasser. Der messbare Indikator ist: Bei gleichem Niveauunterschied liegt der Volumenstrom 10–20 Prozent unter der Werkskennlinie, und der aufgenommene Strom ist um 5–15 Prozent unter den Nennwert gesunken oder, bei Verstopfung, darüber gestiegen. Der Rückgang des Volumenstroms fällt den meisten Nutzern nicht auf, da der Pumpensumpf weiterhin leerläuft, nur eben in längerer Zeit.

Die dritte Stufe ist der Motor, und hier liegt die Antwort auf die Frage, warum eine Schmutzwasserpumpe durchbrennt. Tauchmotoren beziehen ihre Kühlung aus dem sie umgebenden Wasser. Verstopft das Laufrad oder fällt die Pumpe trocken, bricht diese Kühlung weg; die Wicklungstemperatur erreicht innerhalb von Minuten die Grenze der Isolierstoffklasse. Wird bei einer Wicklung der Isolierstoffklasse F die Dauergrenze von 155 °C überschritten, halbiert sich die Lebensdauer der Isolierung ungefähr mit jeweils 10 °C Anstieg. Fehlt der Thermokontakt oder wurde er außer Betrieb genommen, ist das Ergebnis das Durchbrennen der Wicklung.

Eine vierte Folge ist die Kavitation, die vor allem bei Installationen mit ungünstigen Saugbedingungen auftritt. Bleibt auf der Saugseite nicht genügend NPSH-Wert übrig, entstehen am Laufradeintritt Dampfblasen, die beim Zusammenfallen die Laufradoberfläche aushöhlen. Das Symptom ist ein Geräusch wie von Kies und eine schwammartige Verschleißspur an den Schaufelenden. Zu Mechanismus, Schwellenwerten und Vorbeugungsmethoden können Sie sich unseren Ratgeber ansehen. (Details: Was ist Pumpenkavitation und wie lässt sie sich vermeiden?)

Die fünfte Folge ist hydraulisch: Schließen Sie eine Pumpe mit großem freiem Durchgang an eine verengte Druckleitung an, passiert das Teil die Pumpe, bleibt aber im Rohr hängen. Die Auswahl von Armaturen, Rückschlagventil und Verschraubungen ist deshalb ein untrennbarer Bestandteil der Pumpenauswahl. (Details: Ventile & Armaturen)

Bei der Auswahl einer Schmutzwasserpumpe werden Volumenstrom und Förderhöhe nach der Vorauswahl über den freien Kugeldurchgang berechnet. Der Volumenstrom darf nicht kleiner sein als der höchste Zulaufvolumenstrom zum Sumpf; die Förderhöhe ist die Summe aus statischer Höhe und Rohrreibungsverlust. Die dritte Berechnung betrifft das Nutzvolumen des Sumpfes und bestimmt, wie oft der Motor pro Stunde anläuft.

Die Beziehung für die Förderhöhe lautet: H gleich H statisch plus H Reibung plus H lokal. Nehmen wir ein Beispiel: Der senkrechte Höhenunterschied zwischen Pumpenkote und Auslaufpunkt betrage 8,0 m, die Druckleitung sei DN 50 und 25 m lang, der Volumenstrom 12 m³/h. In einem DN-50-Rohr liegt der spezifische Reibungsverlust bei 12 m³/h in der Größenordnung von ca. 45 mmWS/m; für 25 m ergibt das 25 mal 0,045 gleich 1,13 mWS. Für Bogen und Rückschlagventil werden die örtlichen Verluste mit ca. 0,8 mWS angesetzt.

Ergebnis: H gleich 8,0 plus 1,13 plus 0,8 gleich ca. 9,9 mWS. Die Auswahl erfolgt anhand einer Kennlinie, die bei 12 m³/h Volumenstrom mindestens 10 mWS liefert. Der kritische Punkt ist hier die Strömungsgeschwindigkeit: Der Innenquerschnitt eines DN-50-Rohrs beträgt ca. 0,00203 m², und bei 12 m³/h, also 0,00333 m³/s Volumenstrom, ergibt sich eine Geschwindigkeit von 1,64 m/s. In Abwasserleitungen liegt der Zielbereich bei 0,7–2,3 m/s; unter 0,7 m/s setzen sich Feststoffe ab, über 2,3 m/s nehmen Verschleiß und Geräusch zu. 1,64 m/s liegt in der Mitte dieses Bereichs und ist geeignet.

Das Nutzvolumen des Sumpfes wird aus der Anlaufgrenze des Motors pro Stunde abgeleitet. Die Beziehung lautet: V nutzbar gleich Q geteilt durch 4 mal z. Dabei ist Q der Pumpenvolumenstrom in m³/h und z die zulässige Anzahl der Anläufe des Motors pro Stunde. Bei kleinen Entwässerungsmotoren wird z typischerweise mit 20 angesetzt, bei Abwassermotoren mittlerer Baugröße mit 15, bei großen Baugrößen mit 10. Bei einem Pumpenvolumenstrom von 12 m³/h und z gleich 15 ergibt sich für V nutzbar gleich 12 geteilt durch 60 gleich 0,20 m³, also 200 Liter.

Diese 200 Liter sind das Volumen zwischen Einschalt- und Ausschaltniveau des Schwimmers; es ist nicht das Gesamtvolumen des Sumpfes. Das Gesamtvolumen ergibt sich, indem zu diesem Nutzvolumen die Gehäusehöhe der Pumpe, die minimale Wasserüberdeckung und der Zuschlag für das Alarmniveau addiert werden. Wird das Nutzvolumen klein gehalten, läuft der Motor 30–40 Mal pro Stunde an; bei jedem Anlauf wird das 4–7-Fache des Nennstroms als Anlaufstrom aufgenommen, und die Wicklung erwärmt sich. Die Begrenzung der Anläufe ist der günstigste Weg, die Lebensdauer des Motors zu verlängern.

Trockenlauf ist der schnellste Killer sowohl der Schmutzwasserpumpe als auch der Klarwasserpumpe. Bei einer trockengefallenen Gleitringdichtung steigt die Oberflächentemperatur innerhalb von Sekunden, und die Kohlefläche sowie der Elastomerbalg werden innerhalb von 30–60 Sekunden dauerhaft geschädigt. Die Ölkammer der Schmutzwasserpumpen verlängert diese Zeit etwas, bietet aber keinen unbegrenzten Schutz.

Bei der Schwimmereinstellung werden zwei Niveaus festgelegt. Das Ausschaltniveau wird so gewählt, dass der Motorteil des Pumpengehäuses sicher unter Wasser bleibt; bei Führungsrohr-Montagen gibt der Hersteller in der Regel den Wert der minimalen Wasserüberdeckung an, und dieser Wert wird nicht unterschritten. Das Einschaltniveau ergibt sich aus der Berechnung des Nutzvolumens. Die Differenz zwischen beiden Niveaus wird so eingestellt, dass sich 200 Liter ergeben.

Bei kritischen Anwendungen genügt ein einzelner Schwimmer nicht. In Aufzugsschächten, Traforäumen und Serverräumen werden drei Niveaus vorgesehen: Ausschalten, Einschalten und Hochwasseralarm. Das Alarmniveau wird mit einem Sicherheitsabstand unter dem Überlaufniveau des Sumpfes angeordnet und liefert am Schaltschrank einen akustischen oder fernmeldenden Ausgang. Bei Doppelpumpenanlagen schaltet ein viertes Niveau die zweite Pumpe zu, und der abwechselnde Betrieb der beiden Pumpen sorgt für gleichmäßigen Verschleiß.

Auf der Klarwasserseite funktioniert der Trockenlaufschutz anders. Bei Brunnen- und Behälteranwendungen werden Niveauelektrode, Druckschalter oder Strömungsschalter verwendet; bei Druckerhöhungsanlagen stoppt dagegen eine elektronische Steuerplatine die Pumpe, indem sie die Bedingung niedriger Druck und niedriger Strom gemeinsam auswertet. Zur Schutz- und Einstelllogik bei Druckerhöhungsanlagen finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Druckerhöhungsanlage läuft ständig und schaltet nicht ab: 10 mögliche Ursachen und Lösungen)

Die Markenwahl erfolgt, nachdem freier Kugeldurchgang und Laufradtyp festgelegt sind. Die folgenden Zuordnungen zeigen, auf welche Anwendungsklasse die Baureihen zielen; die endgültige Modellentscheidung wird immer getroffen, indem das Trio aus Volumenstrom, Förderhöhe und freiem Durchgang auf der Kennlinie bestätigt wird. Die Werte hängen von Baureihe und Baugröße ab.

Die Baureihe Grundfos Unilift AP ist die verbreitete Lösung für Entwässerung im Wohn- und kleinen Gewerbebereich sowie leichte Abwasseraufgaben; die Zahl im Modellcode gibt den freien Kugeldurchgang ungefähr an, und die Baureihe reicht von 12 mm bis 50 mm. Die Baureihen SL und SE desselben Herstellers sprechen mit Einkanal- und Vortex-Laufrad-Optionen den Maßstab von Pumpstationen an. Auf der Klarwasserseite ist die Baureihe Grundfos SQ eine Tauchpumpe mit mehrstufigen geschlossenen Laufrädern für 3-Zoll-Bohrbrunnen, deren Sandgehaltsgrenze in der Größenordnung von 50 g/m³ liegt.

Die Baureihe Wilo Drain TS ist eine Lösung mit halboffenem Laufrad für Entwässerung und wenig verschmutztes Wasser, ihr freier Durchgang liegt im Bereich von ca. 10 mm. Die Baureihe Wilo Rexa ist dagegen mit Vortex- und Einkanal-Laufrad-Optionen für häusliches Rohabwasser ausgelegt; der freie Durchgang reicht bis 50 mm und darüber. Die Baureihe Lowara DOC ist die wirtschaftliche Lösung für kleine Entwässerungsaufgaben; die Baureihe DOMO desselben Herstellers deckt mit Vortex-Laufrad die Abwasserseite ab.

Die Baureihe Ebara Best One ist eine Abwasserpumpe im Wohnungsmaßstab mit Vortex-Laufrad, Gussgehäuse und Schwimmer; sie wird häufig in Grauwasser- und Klärgrubenanwendungen eingesetzt. Die Abwasser-Tauchbaureihe von Standart Pompa bietet bei heimischer Fertigung Lösungen mit Gussgehäuse, und der Zugang zu Ersatzteilen ist hinsichtlich der Wartungsplanung ein Vorteil. Eine vollständige Liste der von uns geführten Marken finden Sie auf unserer Seite „Marken“. (Details: unsere Markenseite)

Auf der Klarwasserseite ändert sich die Auswahllogik: Entscheidend ist nicht der freie Durchgang, sondern die Nähe des Betriebspunkts zum Wirkungsgradmaximum und die Stufenzahl. Zu Baureihen für Druckerhöhungsanlagen und den Auswahlkriterien können Sie sich unseren Ratgeber ansehen. (Details: Grundfos Druckerhöhungsanlagen: Unterschiede zwischen SCALA1, SCALA2, CMBE und Hydro-Baureihen)

Das Wartungsintervall einer Schmutzwasserpumpe ist deutlich kürzer als das einer Klarwasserpumpe. Bei Schmutzwasserpumpen werden alle 6–12 Monate die Ölkammer kontrolliert, Laufrad und Gehäuse gereinigt sowie Kabel und Dichtungen geprüft. Bei Klarwasserpumpen genügt dagegen oft eine Leistungs- und Strommessung einmal im Jahr. Der Unterschied rührt von der mechanischen und chemischen Belastung her, die das Fördermedium der Pumpe auferlegt.

Die Ölprobe ist das wertvollste Diagnosewerkzeug. Ist das Öl klar, ist die untere Dichtung intakt. Ist das Öl milchig verfärbt, ist Wasser eingedrungen, und der Dichtungssatz muss getauscht werden; der Motor ist noch intakt. Enthält das Öl Metallspäne, hat der Lagerverschleiß begonnen. Die Unterscheidung dieser drei Fälle bestimmt unmittelbar den Kostenunterschied zwischen Motorerneuerung und Dichtungstausch.

Die zweite Kontrolle ist der Isolationswiderstand. Der Isolationswiderstand zwischen Motorwicklung und Erde wird mit einem 500-V-Isolationsmessgerät gemessen; bei einem gesunden Tauchmotor liegt der Wert typischerweise über 10 Megaohm. Fällt der Wert unter 1 Megaohm, wird die Pumpe nicht in Betrieb genommen, sondern ausgebaut, getrocknet und die Feuchtigkeitsquelle gesucht. Diese eine Messung verhindert viele Wicklungsschäden, bevor sie beginnen.

Die dritte Kontrolle ist die Volumenstromprüfung und erfordert keine teure Ausrüstung. Ein bekanntes Volumen des Sumpfes wird markiert, der Zulauf geschlossen und die Zeit gemessen, in der die Pumpe dieses Volumen entleert. Eine Pumpe, die 200 Liter in 60 Sekunden entleert, fördert 12 m³/h. Ist der Wert gegenüber dem Wert im Inbetriebnahmeprotokoll um 15 Prozent gesunken, liegen Laufradverschleiß oder teilweise Verstopfung vor.

Die Kostenpositionen lassen sich in vier Bereiche gliedern: Energieverbrauch, Arbeitsaufwand und Verbrauchsmaterial der regelmäßigen Wartung, Ersatzteile sowie die indirekten Kosten eines Ausfallstillstands. Auf der Schmutzwasserseite ist die vierte Position oft größer als die Summe der ersten drei; die Reinigung eines überlaufenden Kellersumpfes und der Wert beschädigter Gegenstände fallen neben den Kosten der Pumpenwartung groß aus. Zu den Einzelheiten der Kostenpositionen der regelmäßigen Wartung finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Pumpenwartung)

Eine Doppelpumpenanlage ist bei kritischen Anwendungen keine Kostenposition, sondern eine Versicherung. Werden die beiden Pumpen im Wechsel betrieben, läuft jede die Hälfte der Zeit, der Verschleiß gleicht sich aus, und fällt eine aus, bleibt die Anlage nicht stehen. In Aufzugsschächten, Krankenhauskellern und Rechenzentren wird eine Einzelpumpe nicht akzeptiert. Zum Aufbau von Abwasser- und Aufbereitungsanlagen im industriellen Maßstab können Sie sich unseren Ratgeber ansehen. (Details: Wie wählt man eine industrielle Wasseraufbereitungsanlage aus? Einstiegsratgeber für Fabriken)