Was ist eine hydraulische Kolbenpumpe

Was ist eine Hydraulik-Kolbenpumpe?

Eine Hydraulik-Kolbenpumpe ist eine Art Verdrängerpumpe, die mechanische Energie (von einer rotierenden Welle) in hydraulische Energie (eine Kombination aus Durchfluss und Druck) umwandelt. Dies geschieht durch den Einsatz von Kolben, die sich in Zylindern hin- und herbewegen, um Flüssigkeit anzusaugen und sie dann unter hohem Druck auszustoßen.

Sie sind bekannt für ihre hohe Effizienz und die Fähigkeit, sehr hohe Drücke zu erzeugen, was sie zur bevorzugten Wahl für die anspruchsvollsten industriellen und mobilen hydraulischen Anwendungen macht.

Kernprinzip: Funktionsweise

Der grundlegende Betrieb kann in einen einfachen Kreislauf unterteilt werden:

1. Ansaughub: Wenn sich der Kolben zurückbewegt, vergrößert er das Volumen in seiner Zylinderkammer. Dies erzeugt ein Vakuum, das ein Einlassventil (oder eine Öffnung) öffnet und es ermöglicht, Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir anzusaugen.

2. Ausstoßhub: Der Kolben bewegt sich dann vorwärts und verringert das Kammervolumen. Dadurch wird die Flüssigkeit verdichtet, wodurch ihr Druck erhöht wird. Der hohe Druck schließt das Einlassventil und öffnet das Auslassventil, wodurch die unter Druck stehende Flüssigkeit in das Hydrauliksystem gedrückt wird.

Dieser Prozess findet gleichzeitig und kontinuierlich über mehrere Kolben statt, die in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind, wodurch ein gleichmäßiger, kontinuierlicher Fluss gewährleistet wird.

Haupttypen von Hydraulik-Kolbenpumpen

Es gibt zwei primäre Designarchitekturen für Kolbenpumpen:

1. Axialkolbenpumpen

Bei diesen Pumpen sind die Kolben parallel zur Achse der Antriebswelle angeordnet. Sie sind die gebräuchlichste Art von Hochleistungs-Kolbenpumpe.

• Funktionsweise: Die Welle dreht einen Zylinderblock, der die Kolben enthält. Die Kolben selbst sind mit einer Taumelscheibe (einer geneigten Scheibe) verbunden. Wenn sich der Block dreht, werden die Kolben gezwungen, sich in ihren Bohrungen hin und her zu bewegen, während sie der abgewinkelten Oberfläche der Taumelscheibe folgen.

• Hauptmerkmal: Variable Verdrängung. Der Winkel der Taumelscheibe kann verändert werden. Ein steilerer Winkel führt zu einem längeren Kolbenhub und mehr Flüssigkeit, die pro Umdrehung bewegt wird (höhere Verdrängung). Ein kleinerer Winkel führt zu weniger bewegter Flüssigkeit. Wenn die Taumelscheibe auf Nullwinkel eingestellt ist, bewegen sich die Kolben nicht und der Fluss stoppt. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung des Durchflusses und der Ausgangsleistung, ohne die Drehzahl der Pumpe zu ändern.

• Häufige Anwendungen: Fertigungsmaschinen (Spritzguss, Metallpressen), Baugeräte (Bagger, Planierraupen) und Marineanwendungen.

2. Radialkolbenpumpen

Bei diesen Pumpen sind die Kolben senkrecht (radial) zur Antriebswelle angeordnet.

• Funktionsweise: Die Kolben sind in einem stationären Zylinderblock um die Antriebswelle untergebracht. Die Welle hat einen exzentrischen Nocken oder Rotor. Wenn sich die Welle dreht, drückt der exzentrische Nocken die Kolben nacheinander nach innen. Federn oder hydraulischer Druck drücken die Kolben oft wieder gegen den Nocken, wenn er sich dreht. Die Ventile sind typischerweise in der zentralen Nabe eingebaut.

• Hauptmerkmal: Hoher Druck. Radialkolbenpumpen sind außergewöhnlich robust und sind dafür bekannt, die höchsten Betriebsdrücke aller Pumpentypen zu erreichen (oft über 1.000 bar / 15.000 psi).

• Häufige Anwendungen: Extrem hochdruckanwendungen wie hydraulische Pressen, Prüfstände und Wagenheber.

Hauptmerkmale & Vorteile

• Hochdruckfähigkeit: Übertreffen in Systemen, die Drücke von 250 bar bis über 700 bar (3.600 bis über 10.000+ psi) erfordern.

• Hohe Effizienz: Sie haben sehr geringe interne Leckagen (hoher volumetrischer Wirkungsgrad) und geringe Reibungsverluste (hoher mechanischer Wirkungsgrad) und erreichen oft über 95 % Wirkungsgrad.

• Variable Verdrängung: Die Möglichkeit, den Ausgangsfluss im laufenden Betrieb anzupassen (ein Hauptmerkmal vieler axialer Konstruktionen), spart eine enorme Menge an Energie, da die Pumpe nur den Fluss und den Druck liefert, den das System benötigt.

• Präzise Steuerung: Hervorragend für Anwendungen, die eine präzise Geschwindigkeits- und Positionskontrolle erfordern.

• Lange Lebensdauer: Konzipiert für den Dauerbetrieb in rauen Umgebungen.

Nachteile

• Hohe Kosten: Deutlich teurer in der Anschaffung und Reparatur als Zahnrad- oder Flügelzellenpumpen.

• Komplexität: Aufwendiges Design mit engen Toleranzen macht sie anfällig für Verunreinigungen (schmutzige Flüssigkeit).

• Geräusche: Im Allgemeinen lauter als Flügelzellen- oder Innenzahnradpumpen, insbesondere bei hohen Drücken.

Anwendungen

Hydraulik-Kolbenpumpen sind die Arbeitspferde von Hochleistungs-Hydrauliksystemen. Sie finden sie in:

• Schwere Baugeräte: Bagger, Baggerlader, Kräne, Planierraupen.

• Industriemaschinen: Spritzgussmaschinen, Metallstanzpressen, Werkzeugmaschinen.

• Landmaschinen: Traktoren, Mähdrescher.

• Marine und Offshore: Winden, Lenksysteme, Deckskrane.

• Stromerzeugung: Hydrostatische Getriebe in Windturbinen.

• Bergbauausrüstung: Langstreckenbergbau, Dachstützen.