Funktionsweise von Hydraulikpumpen, Typen

Wie funktionieren Hydraulikpumpen?

Inhaltsübersicht

Was ist eine Hydraulikpumpe?
Eine Hydraulikpumpe wandelt mechanische Energie von einer Antriebsmaschine in hydraulische Energie um, indem sie einen Durchfluss erzeugt. Der Systemdruck entsteht durch den nachgeschalteten Widerstand; die Pumpe erzeugt keinen Druck. Enge Toleranzen ermöglichen einen selbstansaugenden und hochdruckfähigen Betrieb.

Wie es funktioniert

Das Drehelement erzeugt einen Unterdruck am Einlass, der atmosphärische Druck drückt die Flüssigkeit aus dem Reservoir in die Pumpe. Rotierende Kammern befördern die Flüssigkeit zum Auslass und versorgen den Kreislauf mit Strom. Die Blockierung des Auslasses verursacht gefährliche Druckspitzen, die die Pumpe beschädigen können.

Pumpen-Klassen

Verdrängerpumpen im Vergleich zu Nicht-Verdrängerpumpen. Verdrängerpumpen verdrängen pro Umdrehung ein nahezu festes Volumen mit minimalem Schlupf, ideal für Hochdruckhydraulik. Nicht-positive Pumpen erlauben Schlupf; der Durchfluss variiert mit der Auslassbeschränkung, geeignet für Umwälzaufgaben.

Allgemeine Typen

Zu den in der Industriehydraulik verwendeten Verdrängerpumpen gehören Getriebe, Flügelzellen- und Kolbenpumpen; für die Umwälzung werden kraftschlüssige (hydrodynamische) Pumpen verwendet. Die Verdrängung kann fest oder variabel sein; bei variablen Ausführungen ändert sich die Kammergeometrie (z. B. Taumelscheibe).

Zahnradpumpen

Außenzahnradpumpe - zwei externe Stirnradgetriebe erzeugen eine Ansaugung und transportieren die Flüssigkeit um das Gehäuse herum. Feste Verdrängung; typischer Druck 150-300 Bar (≈ 2175-4350 PSI). Einfach, robust, kostengünstig; Wirkungsgrad und Geräusch mäßig.

Innenzahnradpumpe - ein Innen-Außen-Getriebepaar in kompakter Bauweise verbessert die Ansaugung und reduziert die Geräuschentwicklung; weit verbreitet in industriellen/mobilen Systemen. Typischer Druck bis zu ~400 Bar (≈ 5800 PSI) je nach Produktserie.

Optionen: einfache, bidirektionale und doppelte (HI-LO) Zahnradsätze; standardisierte Gruppengrößen für die Integration.

Flügelzellenpumpen

Einfach- und doppeltwirkende Ausführungen; gleitende Schaufeln in einem Nockenring erzeugen ein abwechselnd größeres/kleineres Kammervolumen. Fester oder variabler Hubraum. Typischer Druck 70-200 Bar (≈ 1015-2900 PSI). Geräuscharm, gleichmäßiger Durchfluss; erfordert sauberes Öl und eine präzise Einstellung.

Geeignet für Werkzeugmaschinen und Anlagen, bei denen akustischer Komfort und gleichmäßiger Fluss im Vordergrund stehen.

Kolbenpumpen

Axialkolben (Schrägscheibe) - um einen Zylinderblock angeordnete Kolben; der Taumelscheibenwinkel bestimmt den Hubraum (fest oder variabel). Hoher Wirkungsgrad; typischer Druck 250-350 Bar+ (≈ 3625-5075 PSI). Unterstützt Druck-/Durchflusskompensation und lastabhängige Steuerung.

Radialkolben - radial angeordnete Kolben; sehr hoher Druck bei geringerem Durchfluss für Hochleistungssysteme. Spezielle Ausführungen können ~650 Bar (≈ 9427 PSI) erreichen.

Pro/ConsHöchste Effizienz und Druckfähigkeit; höhere Kosten und Anforderungen an Sauberkeit/Präzision bei der Wartung.

Handpumpen

Manuelle Verdrängerpumpen für Not- und Reservestrom oder zur Inbetriebnahme; einfach und zuverlässig mit geringem Durchfluss und vom Bediener gesteuertem Druck.

Kraftschlüssige (hydrodynamische) Pumpen

Der Durchfluss variiert mit der Auslassdrosselung aufgrund des gewollten Schlupfes; eher für Umwälz- und Kühlungsaufgaben als für Hochdruckhydraulik geeignet.

Wie man eine Pumpe dimensioniert

  1. Definieren Sie den maximalen Betriebsdruck am Antrieb (Bar/PSI).
  2. Ermitteln Sie den erforderlichen Durchfluss für die Zielgeschwindigkeit (LPM/GPM) und berechnen Sie dann gegebenenfalls die Verdrängung.
  3. Flüssigkeitstyp, Viskosität und Temperaturbereich prüfen; Ansaugung so gestalten, dass Kavitation vermieden wird.
  4. Abstimmung von Antriebsmaschine und Einschaltdauer (IEC 60034-1, S3/S4) auf das thermische Verhalten.
  5. Wählen Sie Verdrängung (fest oder variabel), Steuerung (Druck/Durchfluss/Lastabhängigkeit), Anschlüsse/Verteiler und Filterklasse.

Schnelle Konvertierungen

  • 1 GPM ≈ 3,785 L/min
  • 1 Bar ≈ 14,5038 PSI

Getriebe vs. Flügelrad vs. Kolben: Technischer Vergleich

MerkmalGetriebeSchaufelKolben
Typischer Druck150-300 Bar70-200 Bar250-350 Bar+
EffizienzMäßigMäßig-hochHoch
LärmMäßigGering-MäßigMäßig
KostenGering-MäßigMäßigHöher
WartungNiedrigMäßigHöher
KontrollmöglichkeitenMeistens feste VerschiebungFeste/variable OptionenFest/variabel (Taumelscheibe)
Typische VerwendungIndustrie/Mobil allgemeiner DienstGeräuscharme, sanft fließende SystemeHoher Druck und variable Steuerung

Schlussfolgerung: Wählen Sie ein Getriebe für robuste allgemeine Aufgaben, ein Flügelrad für geringeren Lärm und gleichmäßigen Durchfluss oder einen Kolben für hohen Druck und variable Steuerung.

Detaillierte Vergleichstabellen

Außen- vs. Innenzahnradpumpen

AttributExternes GetriebeInnenverzahnung
LayoutZwei externe StirnräderInnen-Außen-Zahnradpaar
Typischer Druck150-300 BarBis zu ~400 Bar (serienabhängig)
LärmMäßigUnter
AnsaugleistungStandardVerbessert
VerdrängungFestgelegtFestgelegt
KostenUnterMäßig
AnwendungenAllgemeine Industrie/MobileIndustrielle/mobile, kompakte Grundrisse

Einfachwirkende vs. doppeltwirkende Flügelzellenpumpen

AttributSingle-ActionDouble-Action
Zyklen pro UmdrehungEine Ansaugung + eine EntleerungZwei Ansaug- + zwei Auslassöffnungen
StrömungswelligkeitHöherUnter
LärmGering-MäßigUnter
Druckbereich~70-200 Bar~70-200 Bar
KontrollmöglichkeitenFest oder variabelFest oder variabel
WartungMäßig (Schaufelverschleiß)Mäßig (mehr Teile)

Axial- vs. Radialkolbenpumpen

AttributAxial (Taumelscheibe)Radial
Druckfähigkeit250-350 Bar+Sehr hoch (spezialisiert auf bis zu ~650 Bar)
FließeigenschaftenHöhere Durchflüsse, kompaktGeringerer Durchfluss, sehr hoher Druck
VerdrängungskontrolleFest oder variabel (Taumelwinkel)In der Regel feststehend; spezielle Kontrollen
EffizienzHochHoch
Kosten und WartungHöher; PräzisionsteileHöher; Präzisionsteile
Typische AnwendungenHochdrucksysteme mit variabler SteuerungSchwerlastsysteme, die extremen Druck benötigen

Variable vs. feste Verdrängung

AttributVariabelFestgelegt
Energie-EffizienzHöher bei wechselnden BelastungenGut bei konstanter Belastung
KomplexitätHöher (Kontrollen, Ausgleich)Unter
Anforderung an die SauberkeitEngerMäßig
Anfängliche KostenHöherUnter
KontrollmöglichkeitenLoad-sense, Druck-/DurchflusskompensationEin/Aus, geschwindigkeitsabhängiger Durchfluss
Beste AnwendungsfälleFluktuierender Dienst, Priorität EffizienzVereinfachung, Kostenvorrang

Variable vs. feste Verdrängung

Profis (variabel): Bessere Energieeffizienz bei wechselnden Lasten; unterstützt Load-Sense und Proportionalsteuerung.

Nachteile (variabel): Höhere Komplexität und Kosten; strengere Anforderungen an Sauberkeit und Einrichtung.

Anwendungs-Mapping

  • Mobile Geräte (Ladebordwände, Scherenbühnen): Gleichstrompumpen, kompakt Verteiler, vibrationsfeste Anschlüsse.
  • Industriemaschinen (Werkzeugmaschinen, Pressen): höhere Druckkontrolle, Filtrationsklasse pro empfindliches Bauteil.
  • Systeme für die Schifffahrt: korrosionsbeständige Materialien, abgedichtete Verbindungen, möglichst wenig externe Rohrleitungen.
 
 
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