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In einem früheren Artikel haben wir Hydraulikpumpensysteme und ihr allgemeines Funktionsprinzip besprochen. Zur kurzen Wiederholung: Ein Hydrauliksystem ist eine Antriebstechnologie, die Energie mithilfe einer Flüssigkeit als Übertragungsmedium überträgt. Es wandelt die mechanische Energie eines Elektromotors in Flüssigkeitsenergie um, die anschließend über die Flüssigkeit zu den Arbeitskomponenten übertragen wird. Die Hauptkomponenten eines Hydrauliksystems umfassen Hydraulikpumpen, Arbeitskomponenten (Hydraulikmotoren), Ventile und Öltanks.
Dieser Artikel konzentriert sich auf Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren und erklärt, wie sie in einem Hydrauliksystem zusammenarbeiten. Wir beginnen mit der Hydraulikpumpe.
Klassifizierung von Hydraulikmotoren
Hydraulikmotoren werden im Allgemeinen in zwei große Kategorien unterteilt:
Niedrigdrehzahl-Hochmoment-(LSHT)-Hydraulikmotoren
Hochdrehzahl-Niedrigmoment-(HSLT)-Hydraulikmotoren
Die Wahl eines Niedrigdrehzahl-Hydraulikmotors ermöglicht es dem System, bei niedrigeren Drehzahlen ein höheres Drehmoment abzugeben. Innerhalb dieser beiden Kategorien können sie weiter nach ihrem Aufbau in Zahnradmotoren, Flügelzellenmotoren und Kolbenmotoren unterteilt werden. Kolbenmotoren lassen sich wiederum in axiale Kolbenmotoren und radiale Kolbenmotoren untergliedern.
Klassifizierung von Hydraulikpumpen
Zu den gängigen Arten von Hydraulikpumpen gehören:
1. Nach der Regelbarkeit des Förderstroms:
Verstellpumpen — Der Ausfluss kann je nach Bedarf eingestellt werden
Pumpen mit festem Hubraum — Der Ausfluss ist konstant
2. Nach Aufbau: Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen, Kolbenpumpen
Zahnradpumpen: Klein in der Größe, einfach im Aufbau, geringe Anforderungen an die Ölreinheit und kostengünstig; jedoch ist die Pumpenwelle starken unausgeglichenen Kräften ausgesetzt, weist starken Verschleiß auf und hat ein hohes Leckagevolumen.
Flügelzellenpumpen: Können in einwirkende und zweiwirkende Typen unterteilt werden. Sie zeichnen sich durch gleichmäßigen Durchfluss, ruhigen Betrieb, geringe Geräuschentwicklung sowie höheren Druck und besseren volumetrischen Wirkungsgrad im Vergleich zu Zahnradpumpen aus, haben aber einen komplexeren Aufbau als Zahnradpumpen.
Kolbenpumpen: Hoher volumetrischer Wirkungsgrad, geringe Leckage und Fähigkeit, unter hohem Druck zu arbeiten, wodurch sie für hydraulische Systeme mit großer Leistung geeignet sind. Allerdings haben sie einen komplexen Aufbau, hohe Anforderungen an Material und Bearbeitungsgenauigkeit, sind kostenintensiv und stellen ebenfalls hohe Anforderungen an die Ölreinheit.
Aufbau von Hydraulikpumpen
Hydraulikpumpen bestehen im Allgemeinen aus drei Hauptteilen: Kupplungen, Hydrauliköltanks und Filtern.
Kupplungen
Die Antriebswelle einer Hydraulikpumpe kann keine radialen oder axialen Kräfte aufnehmen, weshalb es nicht erlaubt ist, Riemscheiben, Zahnräder oder Kettenräder direkt am Wellenende zu installieren. Üblicherweise wird die Antriebswelle über eine Kupplung mit der Pumpenantriebswelle verbunden.
Wenn aufgrund von Fertigungsgründen die Koaxialität der Pumpe und der Kupplung über dem Standard liegt und es während der Montage zu einer Abweichung kommt, nimmt die Zentrifugalkraft mit steigender Pumpendrehzahl zu, was eine Verformung der Kupplung verursachen kann. Diese Verformung erhöht die Zentrifugalkraft weiter, wodurch ein Teufelskreis entsteht, der letztendlich zu Vibrationen und Geräuschen führt und die Lebensdauer der Pumpe beeinträchtigt. Zudem wirken sich auch Faktoren wie lose Kupplungsstifte und verschlissene Gummiringe, die nicht rechtzeitig ausgetauscht werden, auf den Betrieb der Pumpe aus.
Hydrauliköltank
Die Hauptfunktionen des Hydrauliköltanks in einem Hydrauliksystem sind: Öl speichern, Wärme abführen, in dem Öl enthaltene Luft abtrennen und Schaum vermeiden.
Bei der Auswahl eines Öltanks ist zunächst dessen Kapazität zu berücksichtigen: Bei mobilen Geräten beträgt diese im Allgemeinen das 2- bis 3-fache der maximalen Fördermenge der Pumpe, bei stationären Geräten das 3- bis 4-fache. Zweitens ist der Ölstand im Tank zu beachten: Wenn alle Hydraulikzylinder des Systems vollständig ausgefahren sind, darf der Ölstand im Tank nicht unterhalb des Mindestfüllstands liegen; wenn die Zylinder eingefahren sind, darf der Ölstand den Maximalstand nicht überschreiten. Schließlich ist die Bauweise des Öltanks zu berücksichtigen: Die Trennwände in herkömmlichen Öltanks können Schmutzpartikel nicht wirksam absetzen lassen, weshalb eine senkrechte Trennwand entlang der Längsachse des Öltanks installiert werden sollte. Zwischen dieser Trennwand und der Endplatte des Öltanks sollte ein Spalt vorhanden sein, sodass die Räume auf beiden Seiten der Trennwand miteinander verbunden sind. Die Einlass- und Auslassanschlüsse der Hydraulikpumpe werden an dem Ende der Trennwand angeordnet, das nicht verbunden ist, wodurch der Abstand zwischen Einlass- und Rücklauföl so groß wie möglich wird. Gleichzeitig kann der Öltank dadurch auch die Wärme besser abführen.
Ölfilter
Im Allgemeinen haben Verunreinigungen mit einer Partikelgröße von weniger als 10 μ m kaum Auswirkungen auf die Pumpe, aber wenn die Partikelgröße größer als 10 μ m ist, insbesondere über 40 μ m hinausgeht, beeinträchtigt dies deutlich die Lebensdauer der Pumpe. Feste Schmutzpartikel im Hydrauliköl neigen dazu, den Verschleiß an den gegeneinander bewegten Flächen innerhalb der Pumpe zu beschleunigen. Daher muss ein Ölfiltersystem eingebaut werden, um den Grad der Ölverunreinigung zu verringern. Die empfohlene Filtergenauigkeit beträgt wie folgt: 10–15 μ m für Axialkolbenpumpen, 25 μ m für Flügelzellenpumpen und 40 μ m für Zahnradpumpen. Der Einsatz von hochpräzisen Ölfiltern kann die Lebensdauer von Hydraulikpumpen erheblich verlängern.
Die Funktion von Hydraulikmotoren
Ein Hydraulikmotor ist ein Stellglied, das die Druckenergie einer Flüssigkeit in mechanische Energie umwandelt und Drehmoment sowie Drehbewegung abgibt; er nimmt eine wichtige Stellung in hydraulischen Systemen ein.
Hydraulikmotoren werden im Allgemeinen in zwei Typen unterteilt: Niederdrehmoment- und Hochdrehmomentmotoren. In den letzten Jahren, mit der kontinuierlichen Entwicklung der Hydrauliktechnologie hin zu hohem Druck und hoher Leistung sowie der zunehmenden Beachtung des Umweltschutzes, werden von hydraulischen Aktuatoren Eigenschaften wie geringes Geräuschpegel, geringe Umweltbelastung und ein gleichmäßiger Betrieb gefordert. Daher haben Hochdrehmomentmotoren einen der Entwicklungstrends dargestellt.
Aus Sicht der Energieumwandlung sind Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren reversible hydraulische Komponenten: Wenn Arbeitsflüssigkeit in eine beliebige Hydraulikpumpe eingeleitet wird, kann diese in einen arbeitenden Hydraulikmotor umgewandelt werden; umgekehrt kann, wenn die Hauptwelle des Hydraulikmotors durch ein externes Drehmoment gedreht wird, dieser Zustand in einen arbeitenden Zustand einer Hydraulikpumpe umgewandelt werden. Dies liegt daran, dass sie dieselben grundlegenden konstruktiven Elemente besitzen: einen abgeschlossenen und periodisch veränderlichen Raum sowie die entsprechende Ölzuführmechanik.
Die Rolle von Hydraulikpumpen in hydraulischen Systemen
Einfach ausgedrückt ist eine Hydraulikpumpe ein Gerät, das mechanische Energie in hydraulische Energie umwandelt. Hydraulische Übertragungssysteme verwenden verschiedene Arten von Hydraulikpumpen, um Lasten zu überwinden und Leistung bereitzustellen.
Beispielsweise sorgt die Hydraulikpumpe in hydraulischen Antriebssystemen wie Baggern für den Druck, der benötigt wird, um Fahrzeuge oder schwere Gegenstände anzuheben. Die meisten schweren Baumaschinen sind mit Hydraulikpumpen ausgestattet, die Kernkomponenten der hydraulischen Systeme darstellen.
Neben großen Geräten gibt es auch kleinere Hydraulikpumpen, die dazu dienen, verschiedene hydraulische Werkzeuge anzutreiben, wie Schneidwerkzeuge, Pressen, Hydrauliksägen usw. Alle diese Werkzeuge sind auf Hydraulikpumpen angewiesen, um effizient zu arbeiten.
Unterschiede zwischen Hydraulikpumpen und gewöhnlichen Pumpen
Der größte Unterschied zwischen Hydraulikpumpen und gewöhnlichen Pumpen liegt in ihrer Arbeitsweise. Gewöhnliche Pumpen halten typischerweise einen konstanten Flüssigkeitsfluss aufrecht, während die Durchflussmenge von Hydraulikpumpen eng mit dem Lastdruck verknüpft ist.
Darüber hinaus unterscheiden sie sich in ihren Funktionen: Hydraulikpumpen müssen den durch die Systemlast erzeugten Druck überwinden, während gewöhnliche Pumpen lediglich dafür verantwortlich sind, Flüssigkeit kontinuierlich zu fördern oder umzuleiten.
Die Funktion eines Hydraulikmotors
Ein Hydraulikmotor ist ein rotierendes Stellglied, auch als Drehaktuator bezeichnet. Seine Hauptfunktion besteht darin, hydraulische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, um die Last in Bewegung zu setzen.
Die Ausgangsleistung eines Hydraulikmotors wird durch den Druckabfall und die Durchflussmenge des Hydrauliköls bestimmt. Mit anderen Worten ist die Ausgangsleistung eines Hydraulikmotors direkt proportional zu seiner Drehzahl.
Das Zusammenwirken von Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren
Nachdem wir die Funktionen von Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren verstanden haben, betrachten wir nun, wie sie in einem System zusammenarbeiten:
Zunächst wandelt die Hydraulikpumpe mechanische Energie einer Antriebsmaschine (wie beispielsweise eines Elektromotors oder Dieselmotors) in hydraulische Energie um, die in Form von strömendem Hydrauliköl vorliegt.
Anschließend nimmt der Hydraulikmotor die von der Hydraulikpumpe erzeugte hydraulische Energie auf und wandelt sie zurück in mechanische Energie um, die dazu dient, die Last anzutreiben und Arbeit zu verrichten.
Nachdem dieser Umwandlungsprozess durch den Hydraulikmotor abgeschlossen ist, verfügt das gesamte System über die erforderliche mechanische Energie, um Aufgaben auszuführen. Hydrauliksysteme sind im täglichen Leben weit verbreitet; beispielsweise Aufzüge, Zapfsäulen und Unterhaltungsanlagen nutzen alle die gemeinsame Wirkung von Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren.
Frequently Asked Questions (FAQ)
1. Was ist der Unterschied zwischen einer Hydraulikpumpe und einem Hydraulikmotor?
Antwort: Eine Hydraulikpumpe wandelt mechanische Energie in hydraulische Energie (Druckflüssigkeit) um, während ein Hydraulikmotor hydraulische Energie wieder in mechanische Energie (Drehmoment und Drehbewegung) umwandelt.
2. Welche sind die Haupttypen von Hydraulikmotoren?
Antwort: Hydraulikmotoren werden hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt:
Niedrigdrehzahl-Hochmoment-Motoren (LSHT)
Hochdrehzahl-Niedrigmoment-Motoren (HSLT)
Zusätzlich gibt es sie je nach Bauart als Zahnradmotoren, Flügelzellenmotoren und Kolbenmotoren (einschließlich axialer und radialer Kolbentypen).
3. Welche sind die gebräuchlichen Typen von Hydraulikpumpen und ihre Klassifizierungsmethoden?
Antwort: Hydraulikpumpen werden üblicherweise auf folgende zwei Arten klassifiziert:
Durchflussregelbarkeit: Verstellpumpen (justierbar) und Festpumpen (konstanter Durchfluss)
Bauart: Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen, Kolbenpumpen.
Zahnradpumpen: Geringe Größe, einfache Struktur, niedrige Kosten, jedoch hoher Verschleiß und Leckage.
Schiebepumpen: Gleichmäßiger Fluss, ruhiger Betrieb, geringes Geräuschpegel, höhere Effizienz als Zahnradpumpen, aber komplexere Bauweise.
Kolbenpumpen: Hohe volumetrische Effizienz, geringe Leckage, können bei hohem Druck betrieben werden, geeignet für leistungsstarke Systeme, jedoch hohe Kosten und hohe Anforderungen an die Ölreinheit.
4. Welche Komponenten umfasst ein Hydraulikpumpensystem?
Antwort: Ein Hydraulikpumpensystem umfasst in der Regel:
Kupplung (verbindet die Antriebswelle und die Pumpenwelle)
Hydrauliköltank (zum Speichern von Öl, Wärmeabfuhr, Abscheiden von Luft und zur Entfernung von Schaum)
Filter (zur Verringerung fester Schmutzpartikel im Öl)
Um die Zuverlässigkeit des Systems sicherzustellen, ist es notwendig, eine korrekte Ausrichtung der Kupplung, eine angemessene Kapazität und Bauweise des Öltanks sowie die Auswahl von Filtern mit der richtigen Feinheit zu gewährleisten.
5. Welche Rolle spielt ein Hydraulikmotor im System?
Antwort: Ein Hydraulikmotor erhält unter Druck stehende Flüssigkeit, wandelt hydraulische Energie in mechanische Energie um und gibt Drehmoment und Rotationsbewegung ab. Seine Abgabeleistung hängt von dem Druckabfall der Flüssigkeit und der Durchflussmenge ab, sodass sich die Motorleistung entsprechend ändert, wenn sich Durchflussmenge oder Druck ändern.
6. Wie arbeiten Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren zusammen?
Antwort: In einem Hydrauliksystem:
Die Hydraulikpumpe wandelt die von der Antriebsmaschine (wie einem Elektromotor oder Dieselmotor) bereitgestellte mechanische Energie in Flüssigkeitsenergie um.
Der Hydraulikmotor nimmt diese unter Druck stehende Flüssigkeit auf und wandelt sie wieder in mechanische Energie um, um die Last anzutreiben.
Durch diese Energieumwandlung kann das System die erforderliche mechanische Leistung bereitstellen.
7. Warum ist die Sauberkeit des Öls und die Filtration in Hydrauliksystemen so entscheidend?
Antwort: Feste Partikel im Hydrauliköl (insbesondere solche größer als 10 μ m, besonders größer als 40 μ m) kann die Abnutzung der internen Bauteile von Pumpen und Motoren verschärfen, wodurch die Effizienz und Lebensdauer verringert wird. Die Installation von Filtern mit geeigneter Präzision (z. B. 10-15 μ m für Axialkolbenpumpen, 25 μ m für Flügelzellenpumpen, 40 μ m für Zahnradpumpen) kann die Zuverlässigkeit des Systems wirksam sicherstellen.
8. Wenn meine Hydraulikpumpe Geräusche macht oder vibriert, was sollte ich überprüfen?
Antwort: Häufige Ursachen sind:
- Fehlausrichtung zwischen Pumpe und Kupplung/Welle
- Drehzahl oder Last über den Nennwerten
- Luftansaugung oder Kavitation in der Saugleitung
- Unzureichende Ölreinheit oder falsche Ölmenge/Ölsorte
- Abnutzung oder Beschädigung der Kupplung oder internen Pumpenbauteile
Die Behebung dieser Probleme trägt dazu bei, Geräusche und Vibrationen zu reduzieren und die Lebensdauer der Pumpe zu verlängern.
9. Erzeugt eine Hydraulikpumpe Druck im System?
Antwort: Eigentlich nicht ganz. Die Hauptfunktion einer Hydraulikpumpe besteht darin, Durchfluss zu erzeugen; Druck entsteht erst, wenn dieser Durchfluss auf Widerstand im System trifft (wie Last, Ventile oder Aktuatoren). Daher ist es ungenau, die Druckerzeugung allein der Pumpe zuzuschreiben.
10. Welche Effizienzkennzahlen gibt es für Hydraulikpumpen und -motoren?
Antwort: Zu den wichtigsten Effizienzkennzahlen gehören:
- Volumetrische Effizienz: Tatsächlicher Durchfluss ÷ Theoretischer Volumenstrom
- Mechanische/Hydraulische Effizienz: Theoretisches Drehmoment ÷ Tatsächliches Drehmoment (oder bezogen auf mechanische Verluste)
- Gesamtwirkungsgrad: Volumetrische Effizienz × Mechanische/Hydraulische Effizienz