Pumpe für geschlossene Kühlsysteme

[Holger]

Bau einer Pumpe für geschlossene Kühlsysteme


Situation
Ein ölgekühlter Dieselmotor soll als Antriebsmaschine eines Bootes dienen. Das Bootsbaumaterial ist Aluminium. Für den primären Kühlkreislauf dient das Motoröl als Kühl-und Schmiermittel. Das heiße Öl wird durch eine motorintegrierte Pumpe durch den Motor und einen über geeignete Schläuche angeschlossenen externe Wärmetauscher (Ölkühler) zurück in den Motor gefördert. Die Kühlung des Öls erfolgt durch den Ölkühler und einen sekundären Kühlkreislauf. Im sekundären Kühlkreislauf wird eine geeignete Kühlflüssigkeit (Wasser / Glykolgemisch) durch den Ölkühler gepumpt und über Kühltaschen in der Aussenhaut des Bootsrumpfes im Gegenlauf rückgekühlt. Das sekundäre Kühlsystem ist ein geschlossenes System, drucklos mit Ausgleichsbehälter und Belüftung.

Aufgabe
Es ist ein geeigneter Pumpentyp auszuwählen und zu realisieren. Der Pumpentyp soll wartungsfrei und wenig störanfällig sein. Die Antriebsleistung soll gering sein. Wenn möglich sollen kostengünstige Großserienteile verwendet werden. Im Defektfall soll eine Reparatur oder ein Ersatz mit geringstmöglichen Bordmitteln möglich sein

Pumpenauswahl
Grundsätzlich können Impellerpumpen als auch Kreiselpumpen verwendet werden. Bei der Auswahl sind die Eigenschaften zu berücksichtigen.

Impellerpumpen
Impellerpumpen arbeiten nach dem Verdrängerprinzip. Die Förderung erfolgt durch einen Impeller aus Elastomer, welcher bei der Rotation über einen exzentrisch angebrachten Kamm so verformt wird, das sich ein wechselndes Kammervolumen ergibt. Hierdurch wird das Kühlmedium gefördert.
Vorteile: Impellerpumpen sind selbstansaugend. Das Lieferprogramm umfasst ein weites Förderspektrum
Nachteile: Impellerpumpen sind als klassische Bootspumpen im entsprechenden Vertriebsweg Hochpreisartikel. Die Verformung des Impellers erfordert eine gewisse Leistung, es findet Reibung statt. Die Lebensdauer des Impellers ist daher begrenzt. Trockenlauf zerstört den Impeller. Ersatzimpeller sind kostenintensiv. Zum Wechsel des Impellers ist ein Spezialwerkzeug nötig.


Kreiselpumpen
Kreiselpumpen arbeiten nach dem Strömungsprinzip. Das Kühlmedium wird durch radiale Schaufeln beschleunigt und durch ein entsprechend geformtes Spiralgehäuse gefördert.
Vorteile: Das Pumpenlaufrad rotiert berührungslos im Pumpengehäuse. Der Leistungsbedarf ist geringer, die Pumpe ist drehzahlfest und trockenlauffest. Es sind keine Verschleißteile vorhanden. Pumpenkomponenten sind in entsprechenden Leistungsklassen als Großserienteile der Kfz-Industrie kostengünstig erhältlich.
Nachteile: Kreiselpumpen sind in offenen Systemen nicht selbstansaugend wenn das Pumpengehäuse über dem Flüssigkeitsspiegel liegt. Pumpenkomponenten aus dem Kfz-Bereich müssen in der Regel adaptiert werden.


Entscheidung
Nach sorgfältigem Abwägen der Eigenschaften fiel die Entscheidung bei gegebener Ausgangssituation eindeutig zugunsten der Kreiselpumpe.

Realisierung
Es wurden zwei Kühlwasserpumpen aus der Großserie verwendet. Für den Motorkühlkreislauf wurde eine Kühlwasserpumpe des Deutz Industriediesels 1211 (6zyl.) verwendet, für die Fussbodenheizkörper eine Kühlwasserpumpe der BMW- 7er-Serie. Die Pumpen sind als Kühlwasserpumpen für Temperaturen bis 130 OC und Dauerbetrieb geeignet und bewährt.
Die Originalteile bestehen aus Pumpengehäuse mit Laufrad, Antriebslager und Dichtungssatz. Die Kosten für die Deutz-Pumpe lagen bei ca. 230 €, für die BMW-Pumpe bei ca. 130 €. Von gebrauchten Pumpen (Autofriedhof) ist abzuraten, weil die Wellendichtringe durch ausgetrocknete Ablagerungen meist defekt sind.

Grundsätzlich kann jede andere Pumpe verwendet werden, welche über ein entsprechendes Gehäuse verfügt. Die beiden genannten Pumpen wurden deshalb gewählt, weil der rückwärtige Gehäusedecken durch eine einfache ebene Platte mit eingeschweißtem Anschlußrohrstutzen gebildet werden kann.
Am Beispiel der Deutz-Pumpe soll die Realisierung gezeigt werden:

Bild 1 + 2
Komponenten der Pumpe: Gehäuse, Dichtung, Riemenscheibe, Kunststoff-Übergangsadapter mit 2 O-Ringen. Flansch mit Ansaugstutzen und Flansch mit Auslaßstutzen sind selbstgemacht. Der Ansaugstutzen besteht aus Rohrabschnitten.

Bild 3
Rückwärtige Gehäuseplatte (= Montageflansch) aus 10 mm Alu mit aufgelegter Dichtung und montiertem Auslassstutzen. Die Oberfläche ist im Bereich der Pumpe feingeschliffen (Körnung 600).

[Holger]

Bild 4 + 5
Pumpe montiert, Übergangsadapter (noch ohne O-Ringe) eingesetzt, daneben Ansaugstutzen (noch nicht montiert). der Übergangsadapter dient bei Originalverwendung als Dehnungsausgleich. Er wurde beim Umbau trotzdem verwendet, um den Durchmesser des Pumpenstutzens an das Bootssystem anzupassen. Im Bild 5 fertig montiert.

Bild 6
Die Pumpe ist fertig montiert. (das Winkelstück dient der Befestigung am Motor). Die Pumpe rotiert mit Kurbelwellendrehzahl. Sollte das in der Praxis nicht ausreichen werden andere Riemenscheiben verwendet. Es besteht die Möglichkeit, diese Pumpen je nach Größe mit 4000...7000 U/min zu betreiben.



Hinweis: Die Eignung der Kfz-Pumpen für Seewasser ist möglicherweise nicht gegeben!

Holger

[TageDieb]

Hallo Holger,

wenn Du sowieso Aussenhautkühlung hast, wozu dient dann der Sekundärkreislauf? Könntest Du nicht das Öl direkt durch die Taschen führen?

Gruß
Mario

[Holger]

hallo mario,
im prinzip: ja. thermisch gesehen wäre das sogar die beste lösung. dagegen spricht allerdings folgendes:

1. statt der "normalen" ölmenge des motors von 10 litern würde ich zusätzlich 30 liter brauchen (das ist das kühltaschen / schlauchvolumen)

2. wie man beim ölwechsel des autos sieht ist das altöl schwarz vor lauter oxidationsprodukten. diesen "dreck" hätte ich dann in den kühltaschen und das wäre bei einem ölwechsel sehr schlecht zu reinigen.

3. sollte mal eine kühltasche ein leck bekommen wäre das reinigen von ölresten aus der bilge oder das säubern der tasche vor dem nachschweißen sehr aufwendig.

aus oben genannten gründen also leider doch ein zweikreisiges kühlsystem.

holger