Zahnradpumpe

Zahnradpumpen sind in der Hydraulik weit verbreitete Verdrängerpumpen, die durch die Rotation ineinandergreifender Zahnräder einen Volumenstrom erzeugen. Sie sind essenziell für die Energieversorgung hydraulischer Systeme in einer Vielzahl von industriellen und mobilen Anwendungen. Ihre robuste Bauweise und die Fähigkeit, unter hohen Drücken zu arbeiten, machen sie zu einer bevorzugten Wahl für Ingenieure und Techniker, die zuverlässige und effiziente Lösungen für die Fluidförderung benötigen.

Funktionsweise einer Zahnradpumpe

Die grundlegende Funktion einer Zahnradpumpe basiert auf dem Prinzip der Verdrängung. Zwei oder mehr Zahnräder greifen in einem Gehäuse ineinander. Eines der Zahnräder, das sogenannte Triebzahnrad, wird von einem externen Motor angetrieben. Dieses Triebzahnrad treibt wiederum das oder die getriebenen Zahnräder an.

Ansaugvorgang

An der Saugseite der Pumpe bewegen sich die Zähne der Zahnräder aus dem Eingriff heraus. Dadurch vergrößert sich das Volumen zwischen den Zähnen und dem Gehäuse, was einen Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck saugt die Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in die entstehenden Zahnkammern.

Fördervorgang

Die eingeschlossene Flüssigkeit wird von den rotierenden Zähnen entlang der Gehäusewand zur Druckseite transportiert. Da die Zahnräder an der Druckseite wieder ineinandergreifen, wird das Volumen zwischen den Zähnen verkleinert. Die Flüssigkeit wird dabei aus den Zahnkammern verdrängt und unter Druck in das Hydrauliksystem gefördert. Ein Dichtkeil oder eine Sichel bei Innenzahnradpumpen verhindert einen hydraulischen Kurzschluss zwischen Saug- und Druckseite.

Aufbau und Komponenten

Zahnradpumpen bestehen aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten, um die Förderfunktion zu gewährleisten.

Gehäuse

Das Gehäuse umschließt die Zahnräder und bildet die Saug- und Druckkammern. Es ist robust konstruiert, um den im Betrieb entstehenden Drücken standzuhalten.

Zahnräder

Die Zahnräder sind das Herzstück der Pumpe. Bei Außenzahnradpumpen sind es zwei identische Zahnräder, während Innenzahnradpumpen ein innenverzahntes Hohlrad und ein kleineres, außenverzahntes Ritzel verwenden.

Lagerbrillen und Lager

Die Zahnräder sind in Lagern gelagert, die eine präzise Rotation ermöglichen und die radialen und axialen Kräfte aufnehmen.

Antriebswelle

Die Antriebswelle überträgt die mechanische Energie vom Motor auf das Triebzahnrad.

Arten von Zahnradpumpen

Es gibt verschiedene Bauformen von Zahnradpumpen, die sich in ihrer Konstruktion und ihren spezifischen Eigenschaften unterscheiden. Die gängigsten Typen sind Außenzahnradpumpen und Innenzahnradpumpen.

Außenzahnradpumpen

Außenzahnradpumpen sind die am häufigsten verwendeten Zahnradpumpen. Sie bestehen aus zwei außenverzahnten Zahnrädern, die ineinandergreifen. Ein Zahnrad wird angetrieben und treibt das andere an. Die Flüssigkeit wird in den Zahnlücken entlang der Gehäusewand von der Saug- zur Druckseite transportiert.

Merkmale von Außenzahnradpumpen

• Einfacher Aufbau: Robuste und kostengünstige Bauweise.
• Hohe Drücke: Können Drücke bis zu 280 bar erreichen.
• Kompakte Bauweise: Geringer Platzbedarf.
• Breites Anwendungsspektrum: Vielseitig einsetzbar in mobilen und stationären Hydraulikanlagen.

Innenzahnradpumpen

Innenzahnradpumpen bestehen aus einem außenverzahnten Ritzel, das in ein innenverzahntes Hohlrad eingreift. Zwischen den beiden Zahnrädern befindet sich ein sichelförmiger Dichtkeil, der Saug- und Druckseite voneinander trennt.

Merkmale von Innenzahnradpumpen

• Geringe Geräuschentwicklung: Besonders leiser Betrieb, ideal für geräuschsensible Anwendungen.
• Gutes Ansaugverhalten: Füllen sich langsam mit Hydraulikfluid, was zu einer hohen Laufruhe führt.
• Hohe Effizienz: Durch die kontinuierliche Volumenvergrößerung und -verkleinerung.
• Kompakte Bauweise: Trotz komplexerer Konstruktion oft platzsparend.

Vorteile und Nachteile von Zahnradpumpen

Zahnradpumpen bieten eine Reihe von Vorteilen, die sie für viele hydraulische Anwendungen attraktiv machen, haben aber auch bestimmte Einschränkungen.

Vorteile

• Robuste Bauweise: Unempfindlich gegenüber Verunreinigungen im Hydraulikfluid.
• Hohe Betriebssicherheit: Zuverlässiger Betrieb auch unter anspruchsvollen Bedingungen.
• Kompakte Bauweise: Geringer Platzbedarf, was die Integration in Maschinen erleichtert.
• Geringe Kosten: Im Vergleich zu anderen Pumpentypen oft wirtschaftlicher in der Anschaffung.
• Einfache Wartung: Relativ unkomplizierter Aufbau erleichtert Instandhaltungsarbeiten.
• Konstanter Volumenstrom: Liefern einen gleichmäßigen Förderstrom, was für viele Anwendungen wichtig ist.

Nachteile

• Pulsation: Der Förderstrom kann leichte Pulsationen aufweisen, insbesondere bei Außenzahnradpumpen.
• Geräuschentwicklung: Außenzahnradpumpen können unter Umständen lauter sein als andere Pumpentypen. Innenzahnradpumpen sind hier jedoch deutlich leiser.
• Begrenzte Druckbereiche: Obwohl sie hohe Drücke erreichen, sind sie in extremen Hochdruckanwendungen oft Axialkolbenpumpen unterlegen.
• Wirkungsgrad: Der volumetrische Wirkungsgrad kann bei niedrigen Drehzahlen und hohen Drücken abnehmen.

Anwendungen von Zahnradpumpen in der Hydraulik

Zahnradpumpen finden aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Robustheit in zahlreichen Bereichen der Hydraulik Anwendung.

Mobile Arbeitsmaschinen

In Baumaschinen wie Baggern, Radladern und Kränen sind Zahnradpumpen unverzichtbar. Sie versorgen die Hydraulikzylinder und -motoren, die für die Bewegung der Arbeitsausrüstung zuständig sind. Auch in Landmaschinen wie Traktoren und Erntemaschinen kommen sie zum Einsatz.

Industrielle Anlagen

In der Fertigungsindustrie werden Zahnradpumpen in Werkzeugmaschinen, Pressen, Spritzgießmaschinen und anderen Produktionsanlagen eingesetzt. Sie steuern Bewegungen, erzeugen Spannkräfte und ermöglichen präzise Positionierungen.

Fördertechnik

In der Fördertechnik, beispielsweise in Gabelstaplern, Hebebühnen und Aufzügen, sorgen Zahnradpumpen für die notwendige Hubkraft und Bewegung.

Fahrzeugtechnik

Auch in Nutzfahrzeugen wie Lastwagen und Kommunalfahrzeugen werden Zahnradpumpen für Lenkhilfen, Kippvorrichtungen und andere hydraulische Funktionen verwendet.

Normen und Richtlinien für Zahnradpumpen

Die Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Zahnradpumpen in hydraulischen Systemen wird durch eine Reihe von Normen und Richtlinien gewährleistet. Diese Standards sind entscheidend für die Konstruktion, den Betrieb und die Wartung.

DIN EN ISO 4413

Diese Norm ist zentral für hydraulische Antriebssysteme und legt allgemeine Regeln für die Konstruktion und den sicheren Betrieb fest. Sie behandelt Aspekte wie Druckbegrenzung, Schlauchleitungen und die Dokumentation von Hydraulikanlagen.

DIN EN ISO 12100

Diese Norm befasst sich mit der Sicherheit von Maschinen und liefert allgemeine Gestaltungsleitsätze, die auch für hydraulische Steuerungen relevant sind.

DIN EN ISO 13849 (Teil 1 und 2)

Diese Normenreihe behandelt sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen und ergänzt die Anforderungen an hydraulische Systeme, um die funktionale Sicherheit zu gewährleisten.

Befestigungsnormen (SAE, DIN, UNI)

Für die Kompatibilität und den Austausch von Zahnradpumpen sind internationale Befestigungsstandards wie SAE, DIN und UNI von großer Bedeutung. Diese Normen definieren die Abmessungen von Flanschen, Wellenzapfen und Anschlüssen.

Hydraulikflüssigkeiten

Die Auswahl der richtigen Hydraulikflüssigkeit ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistung einer Zahnradpumpe. Normen wie DIN 51 524 (Teil 2–3) und ISO VG 10–68 nach DIN ISO 3448 legen die Anforderungen an Hydrauliköle fest, einschließlich Viskositätsbereichen und Temperaturbeständigkeit.

Wartung und Instandhaltung

Eine regelmäßige Wartung ist entscheidend für die Langlebigkeit und den zuverlässigen Betrieb von Zahnradpumpen.

Fluidmanagement

Die Sauberkeit des Hydraulikfluids ist von größter Bedeutung. Verunreinigungen können zu Verschleiß und Ausfällen führen. Regelmäßige Filterwechsel und Fluidanalysen sind daher unerlässlich.

Dichtheitsprüfung

Regelmäßige Überprüfungen auf Leckagen an Dichtungen und Anschlüssen helfen, Druckverluste zu vermeiden und die Effizienz der Pumpe zu erhalten.

Verschleißkontrolle

Die Überwachung von Geräuschentwicklung, Vibrationen und der Förderleistung kann frühzeitig auf Verschleißerscheinungen hinweisen. Bei Bedarf sollten verschlissene Komponenten wie Lager oder Zahnräder ausgetauscht werden.

Temperaturüberwachung

Eine Überhitzung des Hydraulikfluids kann die Lebensdauer der Pumpe und anderer Komponenten erheblich verkürzen. Die Überwachung der Betriebstemperatur ist daher wichtig.

Fazit

Zahnradpumpen sind unverzichtbare Komponenten in der modernen Hydraulik. Ihre robuste Bauweise, die Fähigkeit, hohe Drücke zu erzeugen, und ihre Vielseitigkeit machen sie zur ersten Wahl für eine breite Palette von Anwendungen in der Industrie und im mobilen Bereich. Durch die Einhaltung relevanter Normen und eine sorgfältige Wartung gewährleisten sie einen zuverlässigen und effizienten Betrieb hydraulischer Systeme. Die kontinuierliche Weiterentwicklung, insbesondere im Bereich der Innenzahnradpumpen, trägt dazu bei, ihre Leistungsfähigkeit und ihren Einsatzbereich stetig zu erweitern.