Themen:
- Einführung
- Zahnradpumpe
- Flügelzellenpumpe
- Kolbenpumpe
- Einführung in Beispiele für die Berechnung von Hydropumpen
- Berechnen Sie den Volumenstrom der Hydropumpe
- Berechnen Sie die erforderliche Wasserpumpenleistung
- Berechnen Sie die erforderliche Leistung des Antriebsmotors
Einführung:
Die Hydropumpe (1) saugt Öl aus dem Behälter (2) an und pumpt das Öl in das System. Nachdem das Öl über das Steuerventil, das Druckbegrenzungsventil oder den Zylinder in die Rücklaufleitung gelangt ist, fließt das Öl drucklos zum Behälter zurück.
Die Hydropumpe im Bild wird von einem Elektromotor angetrieben, der die mechanische Leistung in Form von Drehmoment und Geschwindigkeit regelt. Die Hydropumpe wandelt diese in hydraulische Leistung um. Die Pumpenleistung/Volumenstrom hängt von der Drehzahl und dem Hubvolumen der Hydropumpe ab.
Hydropumpen arbeiten fast alle nach dem Verdrängerprinzip. Die Versionen können unterteilt werden in:
- Zahnradpumpen;
- Flügelzellenpumpen;
- Kolbenpumpen.
In den folgenden Abschnitten wird darauf näher eingegangen.
Zahnradpumpe:
Die Zahnradpumpe wird in Hydrauliksystemen mit niedrigem Betriebsdruck von maximal 140 bis 180 bar eingesetzt. Aufgrund ihrer Einfachheit, ihres niedrigen Anschaffungspreises und ihrer zuverlässigen Eigenschaften ist die Zahnradpumpe eine der am häufigsten verwendeten Hydropumpen, die wir in hydraulischen Anwendungen finden.
Bei der Zahnradpumpe mit Außenzahnrädern gibt es zwei Zahnräder, die sich gegenläufig zueinander bewegen. Eines der Zahnräder wird von außen angetrieben und nimmt das andere Zahnrad mit.
- Saugseite: Die Zähne drehen sich auf der linken Seite auseinander. Durch die Volumenvergrößerung in den Hohlräumen entsteht ein Unterdruck von ca. 0,1 bis 0,2 bar, der zum Ansaugen von Öl führt. Die Zahnräder transportieren das Öl über ihren Außenumfang zur Druckseite;
- Druckseite: Hier drehen sich die Zähne gemeinsam. Das Öl in der Druckleitung wird in das System verdrängt.
Der Druck auf der Druckseite hängt vom Widerstand ab, den das Öl im Hydraulikkreislauf erfährt.
Die Zahnradpumpe mit Innenverzahnung enthält einen sichelförmigen Aufsatz. Das innere (blaue) Zahnrad wird von außen angetrieben und trägt den äußeren (lila) Ring mit Innenverzahnung in der angegebenen Drehrichtung. Wie bei der Pumpe mit Außenverzahnung entsteht ein Vakuum, sobald sich der Zahnzwischenraum vergrößert. Die Pumpe saugt somit Öl aus dem Vorratsbehälter an. Wenn die Zahnräder gemeinsam gedreht werden, wird das Öl in das System verdrängt. Der sichelförmige Aufsatz sorgt für die Trennung von Saug- und Druckseite.
Mit diesem Hydropumpentyp kann ein Druck von bis zu 300 bar erreicht werden. Die Pumpe hat eine gleichmäßige Leistung und erzeugt sehr wenig Lärm.
Zahnradpumpen haben immer ein festes Hubvolumen. Bei konstanter Antriebsgeschwindigkeit ist die Leistung konstant. Am Außenumfang der Zahnräder verlaufen die Zahnköpfe dicht am Pumpengehäuse und sorgen für die radiale Abdichtung. In der Mitte der Pumpe, wo die Zahnräder kämmen, findet zudem eine gewisse Abdichtung zwischen den Zahnflanken und dem Lagerschild statt. Zwischen den Dichtflächen tritt immer eine kleine Menge Öl aus.
Wir finden die Zahnradpumpe in folgenden Anwendungsbereichen:
- Fahrzeugtechnik (einschließlich Automatikgetriebe);
- Maschinenbau;
- landwirtschaftliche Hydraulik;
- Flugzeughydraulik.
Flügelzellenpumpe:
Die Flügelzellenpumpe hat einen Rotor mit radial angeordneten Flügeln. Auf der Saugseite (blau) vergrößert sich das Volumen, es entsteht ein Unterdruck und Öl wird angesaugt. Auf der Druckseite (rot) verkleinert sich das Volumen, es entsteht ein Überdruck und das Öl wird in das Rohr gedrückt.
Der Rotor ist exzentrisch zum Schlagring positioniert, wodurch die Leistung einstellbar ist:
- Im Bild unten sehen wir links die Pumpe, deren Förderleistung 0 cm³ pro Umdrehung beträgt. Die Pumpe fördert dann kein Öl mehr;
- Das rechte Bild zeigt den angepassten Schlagring, der die maximale Leistung erzielt.
Wir finden die Flügelzellenpumpe in folgenden Anwendungsbereichen:
- Land- und Straßenbaumaschinen;
- Werkzeugmaschinen;
- Luftfahrthydraulik;
- Mobilhydraulik.
Kolbenpumpe:
Die Axialkolbenpumpe findet man in Systemen, in denen höhere Drücke auftreten (>250 bar) und größere Leistungen übertragen werden, da der Wirkungsgrad dieser Hydropumpenart hoch ist. Wir unterscheiden Plungerpumpen in Radial- und Axialplungerpumpen.
Axialkolbenpumpe:
Die Eingangswelle der Axialkolbenpumpe treibt eine Kippplatte an. Die Kippplatte steht in einem bestimmten Winkel und wandelt die Drehbewegung der Eingangswelle in eine Hin- und Herbewegung der Kolben um. Die Pumpe ist mit Sauganschlüssen und Auslassventilen ausgestattet, so dass die Drehrichtung der Eingangswelle keinen Einfluss auf die Fließrichtung des Hydrauliköls hat.
Durch die Einstellung des Neigungswinkels der Kippplatte kann der Hub der Stößel beeinflusst werden. Je stärker die Kippplatte geneigt ist, desto größer ist der Hub der Kolben und desto mehr Öl wird verdrängt. Wir begegnen dieser Technik in der Klimakompressoren.
Die Bilder unten zeigen die Axialkolbenpumpe.
Radialkolbenpumpe:
Radialkolbenpumpen werden hauptsächlich in schweren Antrieben auf Schiffen, wie Baggeranlagen, Windenantrieben und Rührwerken sowie im Maschinenbau eingesetzt. Diese Pumpen haben eine kurze Einbaulänge, sind für hohe Betriebsdrücke (700 bar) geeignet und liefern ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl.
Die Radialkolbenpumpe in der folgenden Abbildung enthält fünf Kolben, die radial sternförmig zur Antriebswelle angeordnet sind. Da der Ring exzentrisch gestaltet ist, entsteht eine radiale Stößelbewegung. Eine mit der Antriebswelle rotierende Verteilerscheibe sorgt dafür, dass jeder Zylinder zum richtigen Zeitpunkt an die Saug- oder Druckleitung angeschlossen wird.
Einführung in die Berechnungsbeispiele für Hydropumpen:
Damit sich der Kolben mit der richtigen Kraft und Geschwindigkeit bewegt, muss die Hydropumpe ausreichend Druck und einen ausreichend großen Flüssigkeitsfluss bereitstellen. Je größer die Belastung ist, die der Zylinder bedienen muss, desto höher sind die Anforderungen an die Hydraulikpumpe.
Nachfolgend finden Sie drei Absätze, in denen wir im beigefügten Diagramm den Volumenstrom, den erforderlichen Druck und die erforderliche Leistung unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Hydropumpe berechnen.
- Pumpenhubvolumen (V) = 15 cm³/U;
- Pumpendrehzahl (n) = 1200 U/min;
- Systemdruck: 50 bar.
Berechnen Sie den Volumenstrom der Hydropumpe:
Die Menge an Hydrauliköl, die eine Hydraulikpumpe fördert, hängt von der Drehzahl und dem Hubvolumen der Pumpe ab. Die Einzelheiten sind im obigen Absatz aufgeführt.
In der Formel rechnen wir die Umdrehungen pro Minute in Sekunden um, indem wir die Zahl durch 60 teilen. Im letzten Schritt rechnen wir Kubikmeter pro Sekunde in Liter pro Minute um, indem wir das Ergebnis mit 60.000 multiplizieren.
Berechnen Sie die erforderliche Leistung der Wasserpumpe:
Die Hydropumpe muss hydraulische Energie bereitstellen, um Flüssigkeit zum Zylinder zu transportieren und den Kolben zu bewegen.
Mit den Daten aus dem Abschnitt „Einführung in die Berechnungsbeispiele für Hydropumpen“ und der Antwort aus dem vorherigen Abschnitt können wir die erforderliche Leistung der Hydropumpe berechnen. Der Übersichtlichkeit halber werden sie hier noch einmal aufgeführt:
- Pumpenhubvolumen (V) = 15 cm³/U;
- Pumpendrehzahl (n) = 1200 U/min;
- Systemdruck: 50 bar;
- Volumenstrom: 18 Liter pro Minute.
Wir rechnen den Systemdruck von 50 bar in Pascal und den Volumenstrom in Kubikmeter pro Sekunde um. Wir halten dies in wissenschaftlicher Notation fest.
Erforderliche Antriebsmotorleistung berechnen:
Die Pumpenwelle (Eingangswelle) liefert die mechanische Leistung, die häufig von einem Elektromotor oder Verbrennungsmotor stammt. Der Hydraulikmotor wandelt die mechanische Leistung in hydraulische Leistung um. Bei der Umwandlung von Energie entstehen immer Verluste. Der Antriebsmotor muss daher mehr Leistung bereitstellen, damit die Hydropumpe die erforderliche Leistung liefern kann.
In diesem Beispiel gehen wir von einer Rendite von 90 % aus.
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