Fördermenge und Förderhöhe einfach erklärt: Was ist eine Pumpenkennlinie und wie lese ich sie?
Förderhöhe und Fördermenge entscheiden darüber, ob eine Pumpe wirklich zur Anlage passt. Der Beitrag erklärt die wichtigsten Grundlagen, zeigt den Zusammenhang von Druck und Durchfluss und führt Schritt für Schritt durch eine Pumpenkennlinie.
Warum Förderhöhe und Fördermenge zusammengehören
Bei der Auswahl einer Pumpe reicht es nicht aus, nur auf die Motorleistung oder einzelne Maximalwerte im Datenblatt zu achten. Entscheidend ist, welche Wassermenge die Pumpe bei welcher Förderhöhe tatsächlich liefern kann.
Im Alltag werden häufig die Begriffe Druck und Durchfluss verwendet. In Pumpendaten und Kennlinien spricht man jedoch meistens von Förderhöhe und Fördermenge. Die Fördermenge beschreibt, wie viel Wasser pro Zeit gefördert wird. Der gebräuchliche Praxisbegriff dafür ist Durchfluss. Die Förderhöhe beschreibt wie hoch die Pumpe das Wasser pumpen kann. Beide Werte gehören immer zusammen. Eine Pumpe kann nicht gleichzeitig ihre maximale Förderhöhe und ihre maximale Fördermenge erreichen. Die Förderhöhe reduziert sich bei steigender Fördrmenge. Deshalb ist für die Auswahl nicht ein einzelner Spitzenwert entscheidend, sondern die Kombination aus benötigter Fördermenge und erforderlicher Förderhöhe.
Fördermenge: Wie viel Wasser wird gefördert?
Die Fördermenge gibt an, welche Wassermenge eine Pumpe in einer bestimmten Zeit bewegt. Typische Einheiten sind Kubikmeter pro Stunde, Liter pro Stunde oder Liter pro Minute.
Ein Beispiel: 10 m³/h entsprechen 10.000 l/h. Umgerechnet auf eine Minute sind das ungefähr 167 l/min.
Gerade in der Bewässerungstechnik ist die Fördermenge ein zentraler Wert. Regner, Tropfleitungen, Filter, Ventile oder ganze Bewässerungszonen benötigen eine bestimmte Wassermenge, damit sie richtig funktionieren. Wenn eine Zone beispielsweise 10 m³/h benötigt, muss die Pumpe diese Fördermenge unter den tatsächlichen Bedingungen der Anlage bereitstellen können.
Die maximale Fördermenge einer Pumpe ist dafür nur bedingt aussagekräftig. Sie wird meist bei sehr geringer Förderhöhe erreicht. In einer realen Anlage muss die Pumpe aber zusätzlich Druck aufbauen, Höhenunterschiede überwinden und Druckverluste ausgleichen. Deshalb sollte immer geprüft werden, welche Fördermenge bei der benötigten Förderhöhe verfügbar ist.
Förderhöhe: Welchen Widerstand muss die Pumpe überwinden?
Die Förderhöhe beschreibt den gesamten Widerstand, gegen den die Pumpe arbeiten kann. Sie wird bei Pumpen meist in Metern angegeben, häufig auch als Meter Wassersäule oder mWS. Zur Förderhöhe gehört nicht nur der sichtbare Höhenunterschied zwischen Wasserquelle und Verbraucher. Auch Druckverluste in Rohrleitungen, Filtern, Armaturen, Ventilen und Verteilern zählen dazu. Zusätzlich benötigt der Verbraucher oft einen bestimmten Betriebsdruck. Ein Regner braucht zum Beispiel einen definierten Druck, um gleichmäßig zu beregnen. Eine Tropfbewässerung arbeitet dagegen meist mit deutlich geringerem Druck. Für Wasser gilt als einfache Näherung:
1 bar entspricht etwa 10 m Förderhöhe. Wenn am Verbraucher 3 bar benötigt werden, entspricht das ungefähr 30 m Förderhöhe. Kommen zusätzlich Höhenunterschiede und Druckverluste hinzu, muss die Pumpe entsprechend mehr Förderhöhe bereitstellen.
Die benötigte Förderhöhe setzt sich also vereinfacht aus drei Bestandteilen zusammen: Höhendifferenz, Druckverluste und erforderlicher Druck am Verbraucher. Druckverluste entstehen, wenn Wasser durch Rohrleitungen und Bauteile strömt. Lange Leitungen, kleine Rohrdurchmesser, hohe Fördermengen, Filter, Bögen, Ventile oder Rückschlagklappen erhöhen den Widerstand der Anlage. Für eine genaue Auslegung werden diese Verluste berechnet oder über Tabellen und Herstellerangaben ermittelt. Für das Grundverständnis reicht zunächst: Je mehr Widerstand die Anlage erzeugt, desto mehr Förderhöhe muss die Pumpe liefern.
Was ist der Betriebspunkt?
Der Betriebspunkt beschreibt die Kombination aus Fördermenge und Förderhöhe, bei der die Pumpe in der Anlage tatsächlich arbeiten soll. Er ergibt sich aus dem Wasserbedarf der Anlage und dem Widerstand, den die Pumpe überwinden muss.
Ein Beispiel: Eine Anlage benötigt 50 m³/h Fördermenge. Gleichzeitig muss die Pumpe etwa 47 m Förderhöhe bereitstellen. Dieser Punkt liegt dann bei 50 m³/h und 47 m. Genau diese Kombination muss in der Pumpenkennlinie geprüft werden.
Der Betriebspunkt ist deshalb wichtiger als einzelne Maximalwerte. Eine Pumpe mit hoher maximaler Fördermenge ist nicht automatisch geeignet, wenn sie diese Menge bei der benötigten Förderhöhe nicht mehr liefern kann. Umgekehrt reicht eine hohe maximale Förderhöhe allein nicht aus, wenn bei dieser Förderhöhe kaum noch Wasser gefördert wird.
Was ist eine Pumpenkennlinie und wie lese ich sie?
Die Pumpenkennlinie zeigt, welche Fördermenge eine Pumpe bei welcher Förderhöhe liefern kann. Auf der waagerechten Achse steht die Fördermenge. Auf der senkrechten Achse steht die Förderhöhe. Häufig wird zusätzlich eine Druckskala in bar dargestellt.
Bei Kreiselpumpen fällt die Kennlinie typischerweise von links oben nach rechts unten. Das bedeutet: Bei geringer Fördermenge kann die Pumpe eine hohe Förderhöhe erreichen. Steigt die Fördermenge, sinkt die verfügbare Förderhöhe.
Die Kennlinie zeigt damit wesentlich genauer als ein einzelner Datenblattwert, wie sich eine Pumpe im Betrieb verhält. Sie macht sichtbar, ob die Pumpe die gewünschte Wassermenge bei der erforderlichen Förderhöhe liefern kann.
Um eine Pumpenkennlinie zu lesen, geht man von der benötigten Fördermenge aus. Dieser Wert wird auf der waagerechten Achse gesucht. Von dort geht man senkrecht nach oben bis zur Kennlinie. Anschließend wird auf der senkrechten Achse abgelesen, welche Förderhöhe die Pumpe an diesem Punkt erreicht. In der Beispielgrafik liegt der Betriebspunkt bei etwa 50 m³/h und 47 m Förderhöhe. Das bedeutet: Die Pumpe kann an diesem Punkt ungefähr 50 m³/h fördern und dabei eine Förderhöhe von rund 47 m bereitstellen. Über die Näherung 1 bar ≈ 10 m Förderhöhe entspricht das ungefähr 4,7 bar. Dieser Wert ist jedoch nicht automatisch der Druck am Verbraucher. Höhenunterschiede und Druckverluste innerhalb der Anlage müssen dabei mit berücksichtigt werden. Liegt der benötigte Betriebspunkt auf oder nahe an der Kennlinie und innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs, passt die Pumpe grundsätzlich zur Aufgabe. Liegt der gewünschte Punkt oberhalb der Kennlinie, ist die Pumpe für diese Anforderung zu klein. Liegt der Punkt deutlich außerhalb des empfohlenen Bereichs, sollte die Auswahl ebenfalls kritisch geprüft werden.
Mindestabnahme, Höchstabnahme und zulässiger Betriebsbereich
Eine Pumpe sollte nicht dauerhaft an jedem Punkt ihrer Kennlinie betrieben werden. Besonders die Randbereiche sind wichtig.
Bei sehr geringer Fördermenge wird nur wenig Wasser durch die Pumpe bewegt. Die Pumpe liefert dann einen hohen Druck, es findet aber kaum Wasser gefördert. Je nach Pumpentyp kann das zu Erwärmung, unruhigem Lauf oder erhöhter Belastung führen. Dieser Bereich liegt unterhalb der Mindestabnahme und ist nicht für den Dauerbetrieb gedacht.
Auch am rechten Ende der Kennlinie gibt es eine Grenze. Wird die Pumpe mit einer zu hoher Fördermenge betrieben, kann sie außerhalb ihres zulässigen Bereichs laufen. Dann können Motorleistung, Wirkungsgrad, NPSH-Bedingungen oder hydraulische Belastungen kritisch werden. Dieser Bereich wird durch die Höchstabnahme begrenzt.
Der sinnvolle Arbeitsbereich liegt zwischen Mindestabnahme und Höchstabnahme. In diesem zulässigen Betriebsbereich passen Fördermenge, Förderhöhe und Belastung der Pumpe besser zusammen.
Warum die Anlage zur Pumpe passen muss
Eine Pumpe arbeitet immer im Zusammenspiel mit der gesamten Anlage. Rohrdurchmesser, Leitungslänge, Höhenunterschiede, Filter, Armaturen, Ventile und Verbraucher bestimmen, welche Förderhöhe bei welcher Fördermenge erforderlich ist.
Deshalb sollte eine Pumpe nicht nur nach einem einzelnen Datenblattwert ausgewählt werden. Entscheidend ist, ob der Betriebspunkt der Anlage im passenden Bereich der Pumpenkennlinie liegt.
Bei Bewässerungsanlagen ist das besonders wichtig. Unterschiedliche Zonen können unterschiedliche Fördermengen benötigen. Gleichzeitig verändern lange Leitungen, Filterverschmutzung oder mehrere geöffnete Ventile den Anlagenwiderstand. Je besser diese Werte bekannt sind, desto sicherer lässt sich beurteilen, ob die Pumpe zur Anwendung passt.
Fazit: Die Kennlinie zeigt, ob Pumpe und Anlage zusammenpassen
Fördermenge und Förderhöhe sind die wichtigsten Grundlagen, um Pumpen richtig zu verstehen. Die Fördermenge beschreibt, wie viel Wasser pro Zeit gefördert wird. Die Förderhöhe beschreibt, welchen Druck beziehungsweise welchen Widerstand die Pumpe überwinden kann.
Druck und Durchfluss sind gebräuchliche Begriffe aus der Praxis. Für die Pumpenauswahl ist es jedoch sinnvoll, mit Förderhöhe und Fördermenge zu arbeiten, weil diese Werte direkt in der Pumpenkennlinie dargestellt werden.
Die Pumpenkennlinie verbindet beide Größen miteinander. Sie zeigt, welche Fördermenge bei welcher Förderhöhe möglich ist und ob der gewünschte Betriebspunkt im zulässigen Bereich liegt. Für die Auswahl ist deshalb nicht der größte Maximalwert entscheidend, sondern die Frage, ob die Pumpe die benötigte Fördermenge bei der erforderlichen Förderhöhe zuverlässig liefern kann.