Pumpen

Hydraulikpumpen - Klassifizierung, Funktionsweise

Unterscheidung Pumpen

Hydraulikpumpe Funktion

Die Hydropumpen haben die Aufgabe, Flüssigkeit (zumeist Öl) in den Arbeitskreis zu drücken. Kriterien zur Auswahl einer Pumpe sind hierbei vor allem:

- Notwendiger Betriebsdruck

- Förderstrom bei Nenndrehzahl

- Konstant oder regelbar, evtl. mit zwei Förderrichtungen

- Geräuschpegel

Die Hydraulikpumpe – ein zentrales Element in der Hydraulik-Anlage. Ihre Aufgabe, eine Auswahl zu treffen!

Hydraulikpumpen kann man grob klassifiziert werden in:

Leistungsbetrachtung

Pumpen wandeln in der Regel elektrische Energie in hydraulische Energie um. Eine Energieumwandlung findet natürlich nie verlustfrei statt.

Theoretischer Volumenstrom Q_th

Die Konstruktionsmerkmale Kolbendurchmesser, Kolbenhub und Kolbenzahl legen das theoretische Fördervolumen V_th bei einer Umdrehung fest. Durch die Drehfrequenz des Antriebsmotors wird der berechnete Volumenstrom Q_th einer Pumpe als Kenngröße bestimmt. Q_th = n * V_th

Leckverluste

Ein Teil des Volumenstromes Q_th strömt innerhalb der Pumpe durch das vorhandene Kolbenspiel, als Quetschöl durch die Zahnlücken einer Zahnradpumpe in den Saugraum zurück.

Dieser Verlust bezeichnet als Leckölstrom Q_L ist abhängig vom Spiel der Pumpe und nimmt mit zunehmenden Druck im System zu. Ein großes Passungsspiel bewirkt zwar eine geringe Reibung aber die Leckverluste sind hierbei größer.

Man definiert den volumetrischen Wirkungsgrad:

η_Vol = Q_e mit Q_e = Q_th - Q_L

Q_th

V_th = theoretisches Fördervolumen bei einer Pumpenumdrehung

Q_e = effektiver Volumenstrom

Q_L = interner Leckölstrom der Pumpe

Q_th = berechneter (theoretischer) Volumenstrom

η _Vol = volumetrischer Wirkungsgrad

Mechanische Verluste

Da eine Pumpe ein mechanisches Bauteil ist, treten auch mechanische Reibungsverluste auf. Daher muss das tatsächlich notwendige Drehmoment entsprechend grösser sein als das theoretisch berechnete Drehmoment, um die Hydraulikpumpe anzutreiben: M _zu = M _th + M _V

Man definiert einen mechanisch-hydraulischer Wirkungsgrad:

η_mh = M _th M _zu = Drehmoment des Antriebsmoment in Nm

M _zuM _th = berechnetes Drehmoment in Nm

M _V= Verlustmoment durch Reibung in Nm

Leistung der Pumpe

Die Pumpe wird angetrieben mit einen (elektrischen) Antriebsmotor Durch die Leckverluste und die mechanischen Verluste der Pumpe muss die an das System abgegebene Leistung (Nutzleistung) P_n geringer sein.

P _zu = (M _zu * n) sowie P _e = Q _e * p_e

9550 600

P_zu = vom Antriebsmotor zugeführte Leistung in kW

Pe = an das System abgeführte Nutzleistung in kW (Index `e`für `effective`)

P_V = Verlustleistung der Pumpe in kW

M = Drehmoment in Nm

n = Drehzahl in min ^-1

Q_e = effektiver Förderstrom in l/min

p_e = Förderdruck in bar

Daraus resultiert der Gesamtwirkungsgrad η_tder Pumpe

η _t = P e Verhältnis abgegebene Leistung zu zugeführter Leistung

P _zu

oder als Produkt der Einzelwirkungsgrade:

η _t = η _mh * η _vol (Index t steht für `total`)

Die verschiedenen Wirkungsgrade einer Pumpe lassen sich in einem Wirkungsgradkennlinienfeld darstellen. Aufgezeigt wird der volumetrische Wirkungsgrad η_Vol, der mechanisch-hydraulischer Wirkungsgrad η_mh und der Gesamtwirkungsgrad η_tin Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsdrücken:

Das Leistungsflussbild (Sankeydiagramm) verdeutlicht die Verluste einer Hydraulikanlage folgenderweise: