Axialkolbenpumpen sind unverzichtbare Bestandteile moderner Hydraulikanlagen und das Herzstück vieler Anwendungen, von Baumaschinen und Schiffen bis hin zu Industrieanlagen.
In diesem Blogbeitrag tauchen wir in die Welt der Axialkolbenpumpen ein, erkunden ihre Funktionen, Anwendungsgebiete und Vorzüge. Dabei werden wir auch auf die verschiedenen Typen von Axialkolbenpumpen eingehen und ihre Unterschiede erläutern.
Grundlagen der Hydraulik
Die Kraft des Drucks
Bevor wir uns auf die Axialkolbenpumpe konzentrieren, ist es wichtig, die Grundlagen der Hydraulik zu verstehen. Hydraulik ist ein Fachgebiet der Fluidmechanik, das sich mit der Übertragung von Kräften und Bewegungen durch Flüssigkeiten beschäftigt.
Die Hydraulik nutzt die Eigenschaften von Flüssigkeiten, insbesondere ihre Inkompressibilität, um Kräfte und Bewegungen übertragen und verstärken zu können. Durch die Anwendung von Druck auf eine Flüssigkeit in einem geschlossenen System kann eine Kraft an einem anderen Ort im System erzeugt und vergrößert werden.
Komponenten hydraulischer Systeme
Hydraulische Systeme bestehen aus mehreren Hauptkomponenten, darunter:
- Eine Pumpe: Sie erzeugt den nötigen Druck, um die Flüssigkeit durch das System zu bewegen.
- Ventile: Sie steuern den Flüssigkeitsfluss und ermöglichen präzise Bewegungen.
- Zylinder und Motoren: Sie wandeln die hydraulische Energie in mechanische Arbeit um, um Bewegungen oder Kräfte auszuführen.
- Leitungen: Sie verbinden die verschiedenen Komponenten und leiten die Flüssigkeit durch das System.
In diesem Beitrag konzentrieren wir uns auf die Axialkolbenpumpe, eine der wichtigsten Pumpenarten in der Hydraulik.
Funktionsweise der Axialkolbenpumpe
Das Prinzip der Axialkolbenpumpe
Die Axialkolbenpumpe ist eine Verdrängerpumpe, die hydraulische Flüssigkeit unter Druck setzt und in ein geschlossenes System fördert. Das Herzstück der Axialkolbenpumpe ist der Kolben, der axial, also in Richtung der Drehachse, bewegt wird. Diese Bewegung wird durch eine Antriebswelle und ein schräges Zahnrad oder eine Taumelscheibe ermöglicht.
Die Antriebswelle rotiert und überträgt die Rotationsbewegung auf das schräge Zahnrad oder die Taumelscheibe. Dadurch entsteht eine oszillierende Bewegung der Kolben, die das Fördervolumen verändert und somit die Flüssigkeit durch das System pumpt.
Hauptbestandteile einer Axialkolbenpumpe
Die Hauptkomponenten einer Axialkolbenpumpe sind:
- Antriebswelle: Sie überträgt die Antriebskraft von der Antriebsquelle auf die Pumpe.
- Zylinderblock: Er beherbergt die Kolben und ihre Zylinderbohrungen.
- Kolben: Sie sind axial im Zylinderblock angeordnet und bewegen sich in den Zylinderbohrungen hin und her.
- Schräges Zahnrad oder Taumelscheibe: Es überträgt die Drehbewegung der Antriebswelle auf die Kolben, um die oszillierende Bewegung zu erzeugen.
- Saug- und Druckanschlüsse: Sie ermöglichen den Flüssigkeitsaustausch zwischen der Pumpe und dem hydraulischen System.
Typen von Axialkolbenpumpen: Schrägachsen- und Schrägscheibenpumpen
Bei der Untersuchung von Axialkolbenpumpen stößt man auf zwei Hauptvarianten: Schrägachsenpumpen und Schrägscheibenpumpen. Während Schrägachsenpumpen, auch als Axialkolben-Konstantpumpen bekannt, ein konstantes Fördervolumen aufweisen, lassen sich bei Schrägscheibenpumpen (Axialkolben-Verstellpumpen) das Fördervolumen und der Volumenstrom anpassen.
Im Folgenden werden die Funktionsweise und die Unterschiede dieser beiden Pumpentypen näher erläutert.
Schrägachsenpumpen: Stabile Leistung und Flexibilität
Im Inneren von Schrägachsenpumpen befinden sich mehrere kreisförmig angeordnete Zylinderbohrungen, in denen Kolben sitzen. Diese Kolben sind über ein Kugellager mit einer Gleitscheibe verbunden. Die Achse des Pumpengehäuses steht in einem flexiblen und meist schrägen Winkel zur Gleitscheibe, was der Pumpe ihren Namen verleiht.
Bei Schrägachsenpumpen wird der Zylinderblock durch einen mit der Antriebswelle verbundenen Triebflansch über die Kolbenstangen in Drehung versetzt. Die Führung des Zylinderblocks erfolgt über eine Führungswelle in der Mitte des Triebflanschs.
Durch die Rotation der Axialkolbenpumpe werden die Kolben unterschiedlich tief in die Zylinderbohrungen gedrückt. Die Hubbewegung der Kolben im rotierenden Zylinderblock hängt vom Schwenkwinkel zwischen der Antriebs- und Pumpenachse ab.
Schrägachsenpumpen arbeiten nach dem Saug-Druck-Prinzip, bei dem die Kolben an der Austrittsseite eine Saugkraft erzeugen, während an der Eintrittsseite eine Druckkraft entsteht. Der flexible Winkel der Pumpe reguliert den Volumenstrom. Bei einem Winkel von 0° liegt dieser bei 0, und das Fördervolumen steigt mit zunehmendem Winkel.
Unterschiedliche Bauarten der Schrägachsenpumpe:
Bautyp mit Kardanwelle
- Zylinder-Trommel synchronisiert über Kardanwelle und Kardangelenke
- Ermöglicht Drehmoment-Übertragung bei geknicktem Wellenstrang
Bautyp mit Kegelradantrieb
- Zylindertrommel synchronisiert mittels Kegelräder und Antriebswelle
- Geeignet für kompaktere und robuster Konstruktionen
Schrägscheibenpumpen: Verstellbarkeit und Präzision
Schrägscheibenpumpen sind Axialkolbenpumpen, bei denen die Kolbenhübe durch eine feststehende Schrägscheibe mit veränderlichem Triebwinkel erzeugt werden. Sie ähneln in ihrer Funktionsweise den Schrägachsenpumpen, allerdings stehen bei Schrägscheibenpumpen die Antriebswelle und das Zylindergehäuse fest und nicht in einem flexibel veränderbaren Winkel zueinander.
Die Hubbewegung der im rotierenden Zylinder angeordneten Kolben hängt somit vom Schwenkwinkel der Gleitscheibe ab. Aufgrund kinematischer Gegebenheiten gibt es bestimmte Begrenzungen hinsichtlich des Schwenkwinkels, was zu kurzen Verstellzeiten führt.
Die Schrägscheibenpumpen bieten einen entscheidenden Vorteil: Sie ermöglichen eine präzise Anpassung des Fördervolumens an die jeweiligen Anforderungen. Dies macht sie besonders geeignet für Anwendungen, bei denen eine genaue Steuerung des Volumenstroms erforderlich ist.
Vergleich: Schrägachsen- vs. Schrägscheibenpumpen im offenen und geschlossenen Kreislauf
Sowohl Schrägachsen- als auch Schrägscheibenpumpen sind für den Einsatz in Hydrauliksystemen konzipiert. Jedoch unterscheiden sie sich hinsichtlich der bevorzugten Kreislaufart.
Schrägachsenpumpen:
- Hauptsächlich im offenen Kreislauf betrieben
- Saugen Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter und fördern sie ins Hydrauliksystem
- Druckbehaftetes Öl kehrt nach Arbeitsleistung in den Behälter zurück
Schrägscheibenpumpen:
- Einsatz sowohl im offenen als auch geschlossenen Kreislauf
- Im geschlossenen Kreislauf: Umlauf der Hydraulikflüssigkeit von der Pumpe zum Aktor und zurück in die Saugleitung der Pumpe
- Im offenen Kreislauf: Funktion ähnlich wie Schrägachsenpumpen
Der Hauptunterschied besteht darin, dass Schrägscheibenpumpen in geschlossenen Kreisläufen direkt mit der aus dem Aktor zurückkommenden Hydraulikflüssigkeit gespeist werden, während Schrägachsenpumpen meist aus einem Tank oder Behälter gespeist werden.
Anwendungsgebiete von Axialkolbenpumpen
Axialkolbenpumpen sind für anspruchsvolle hydraulische Anwendungen konzipiert, bei denen hohe Drücke erforderlich sind. Durch ihre Fähigkeit, auf 0 bar herunterzuregulieren, gestaltet sich das Anfahren mit diesen Pumpen äußerst einfach und schonend für die Antriebsmaschine.
Im Folgenden werden einige typische Einsatzgebiete von Axialkolbenpumpen vorgestellt:
Mobile Maschinen und Fahrzeuge
Axialkolbenpumpen sind in vielen mobilen Anwendungen zu finden, wie beispielsweise in Baumaschinen, Landmaschinen und Fahrzeugen mit hydrostatischem Antrieb. Sie ermöglichen präzise Bewegungen und hohe Kräfte, die für diese Anwendungen erforderlich sind.
Industrieanlagen
In Industrieanlagen werden Axialkolbenpumpen häufig eingesetzt, um komplexe Bewegungsabläufe und präzise Positionierungen zu ermöglichen. Beispiele hierfür sind Werkzeugmaschinen, Pressen und Spritzgießmaschinen.
Schiffbau
Axialkolbenpumpen finden auch im Schiffbau Verwendung, beispielsweise zur Steuerung von Ruder- und Stabilisierungssystemen sowie zur Betätigung von Winden und Kränen.
Vorteile von Axialkolbenpumpen
Hohe Leistungsdichte
Axialkolbenpumpen bieten eine hohe Leistungsdichte, was bedeutet, dass sie große Leistungen bei vergleichsweise kleinem Bauraum liefern können. Dies ist besonders in mobilen Anwendungen von Vorteil, wo Platz und Gewicht eine wichtige Rolle spielen.
Effizienz
Dank ihrer Verdrängertechnik und der Möglichkeit, das Fördervolumen zu variieren, sind Axialkolbenpumpen sehr effizient. Dies führt zu geringerem Energieverbrauch und geringeren Betriebskosten, was besonders in Industrieanwendungen und bei hohen Energiepreisen von Bedeutung ist.
Präzise Steuerung
Axialkolbenpumpen ermöglichen eine präzise Steuerung der Flüssigkeitsmenge und -richtung, was zu hoher Genauigkeit und Kontrolle in hydraulischen Systemen führt. Dies ist in vielen Anwendungen von entscheidender Bedeutung, beispielsweise in der Fertigung oder bei der Steuerung von Maschinen.
Zuverlässigkeit und Langlebigkeit
Axialkolbenpumpen sind aufgrund ihrer robusten Bauweise und hochwertigen Materialien sehr zuverlässig und langlebig. Sie haben einen guten Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer, was die Wartungskosten und die Ausfallzeiten reduziert.
Wie man die richtige Axialkolbenpumpe wählt
Die Auswahl der passenden Axialkolbenpumpe ist entscheidend für die Effizienz und Langlebigkeit des Systems. Hier sind die wichtigsten Faktoren, die bei der Wahl einer Axialkolbenpumpe zu berücksichtigen sind:
- Viskosität der Hydraulikflüssigkeit: Achten Sie darauf, dass die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit für die Pumpe geeignet ist, um maximale Effizienz und minimalen Verschleiß zu gewährleisten.
- Hydraulikflüssigkeit: Stellen Sie sicher, dass die Pumpe mit der für Ihr System erforderlichen Hydraulikflüssigkeit kompatibel ist, ob es sich um Standard-Hydrauliköl, biologisch abbaubare Öle oder andere Flüssigkeiten handelt.
- Förderleistung: Die Förderleistung, gemessen in Litern pro Minute, sollte ausreichend sein, um die Systemanforderungen Ihrer Anlage zu erfüllen.
- Motorleistung: Die erforderliche Antriebsleistung der Pumpe basiert auf Motorleistung und Fördermenge, wodurch Parameter wie maximaler Betriebsdruck, maximale Betriebsdrehzahl und erforderliche Temperaturbereiche ermittelt werden können.
- Leistung: Das Drehmoment ist entscheidend für die Leistung einer Axialkolbenpumpe. Leistungskurven helfen Ihnen, die Leistung Ihrer Pumpe im Zusammenhang mit anderen Eigenschaften und Förderströmen zu verstehen.
- Betriebsdruck: Wählen Sie eine Axialkolbenpumpe mit einem passenden maximalen Betriebsdruck, um Lecks, Schäden und eine verkürzte Lebensdauer zu vermeiden.
- Kosten & Wartung: Berücksichtigen Sie den Wartungsaufwand und die Kosten, die mit verschiedenen Pumpentypen verbunden sind, und wiegen Sie diese gegen Leistungssteigerungen und andere Vorteile ab.
Fazit
Axialkolbenpumpen sind vielseitige und leistungsstarke Komponenten in hydraulischen Systemen, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Sie bieten hohe Effizienz, Präzision und Leistungsdichte, wodurch sie für viele Industriezweige unverzichtbar sind.
Die richtige Auswahl einer Axialkolbenpumpe hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Art der Hydraulikflüssigkeit, der Viskosität, der Förderleistung, der Motorleistung und dem maximalen Betriebsdruck. Es ist entscheidend, diese Faktoren sorgfältig zu berücksichtigen, um eine effiziente und langlebige Lösung für Ihr hydraulisches System zu gewährleisten.
Bei Busch Hydraulik sind wir uns der Bedeutung dieser Faktoren bewusst und engagieren uns dafür, unsere Kunden bei der Auswahl der passenden Axialkolbenpumpe für ihre individuellen Anforderungen zu unterstützen.
Unser Expertenteam bietet Ihnen umfassende Beratung und technische Unterstützung zu allen wichtigen Themen rund um Axialkolbenpumpen, um sicherzustellen, dass Ihre Investition in unsere Produkte eine langfristig zufriedenstellende Lösung für Ihre hydraulischen Systeme darstellt.