Hydraulische Pumpen - Wie sie funktionieren

Eine Hydraulikpumpe wandelt mechanische Energie in Flüssigkeitsleistung um. Es wird in hydraulischen Systemen verwendet, um Arbeiten zu verrichten, wie z. B. das Heben schwerer Lasten in Baggern oder Wagenhebern oder in hydraulischen Spaltmaschinen. Dieser Artikel befasst sich mit der Funktionsweise von Hydraulikpumpen, den verschiedenen Arten von Hydraulikpumpen und ihren Anwendungen.

Inhaltsübersicht

• Wie funktioniert eine Hydraulikpumpe?
• Arten von Hydraulikpumpen
• Gemeinsame Anwendungen
• Auswahlkriterium
• FAQs

Wie funktioniert eine Hydraulikpumpe?

Eine Hydraulikpumpe arbeitet nach dem Verdrängungsprinzip, bei dem eine eingeschlossene Flüssigkeit durch eine hin- und hergehende oder rotierende Bewegung unter Druck gesetzt wird. Die Antriebskraft der Pumpe wird von einer Antriebsmaschine, z. B. einem Elektromotor, einem Verbrennungsmotor, menschlicher Arbeit (Abbildung 1) oder Druckluft (Abbildung 2), bereitgestellt, die das Laufrad, das Getriebe (Abbildung 3) oder den Flügel antreibt, um einen Flüssigkeitsstrom im Pumpengehäuse zu erzeugen.

Durch die mechanische Wirkung einer Hydraulikpumpe entsteht am Pumpeneinlass ein Unterdruck, durch den der atmosphärische Druck die Flüssigkeit in die Pumpe drückt. Durch die angesaugte Flüssigkeit entsteht in der Einlasskammer ein Unterdruck, durch den die Flüssigkeit dann mit hohem Druck zum Auslass gepresst wird.

Die verschiedenen Pumpentypen (z. B. Zahnrad-, Flügelrad- und Kolbenpumpen) nutzen unterschiedliche Mechanismen zur Erzeugung von Flüssigkeitsstrom und Druck.

• Zahnradpumpe: Zwei ineinander greifende Zahnräder drehen sich in entgegengesetzte Richtungen, wodurch sich Kammern bilden, die sich ausdehnen und zusammenziehen, was einen Flüssigkeitsstrom und Druck erzeugt.
• Flügelzellenpumpe: Die Schaufeln werden durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt und in den Rotor zurückgeschoben, während sie sich am Pumpeneinlass und -auslass vorbeibewegen, wodurch ein Flüssigkeitsstrom und Druck erzeugt werden.
• Kolbenpumpe: Ein Kolben wird in einem Zylinder hin- und herbewegt, wodurch Kammern unterschiedlicher Größe entstehen, die Flüssigkeit ansaugen und komprimieren und so Flüssigkeitsstrom und Druck erzeugen.

Die Leistung einer Hydraulikpumpe wird durch die Größe und Form der inneren Kammern der Pumpe, die Geschwindigkeit, mit der die Pumpe arbeitet, und die der Pumpe zugeführte Leistung bestimmt. Hydraulikpumpen verwenden eine inkompressible Flüssigkeit, in der Regel Erdöl oder eine lebensmittelechte Alternative, als Arbeitsmedium. Die Flüssigkeit muss Schmiereigenschaften haben und bei hohen Temperaturen arbeiten können. Die Art der verwendeten Flüssigkeit kann von Sicherheitsanforderungen abhängen, z. B. Feuerbeständigkeit oder Lebensmittelzubereitung.

Arten von Hydraulikpumpen

Es gibt viele Arten von Hydraulikpumpen. Sie lassen sich in die folgenden Kategorien einordnen:

• Auf der Grundlage der Stromquelle
• Pumpenwirkung basiert
• Typen mit positiver Verdrängung

Stromquelle

Je nach Energiequelle werden verschiedene Arten von Hydraulikpumpen unterschieden:

• Lufthydraulische Pumpe: Diese Pumpen haben eine kompakte Bauweise und benötigen keine externe Stromquelle. Allerdings ist eine zuverlässige Druckluftquelle erforderlich, die durch den Versorgungsdruck der Druckluft begrenzt ist.
• Elektrische Hydraulikpumpe: Sie verfügen über eine zuverlässige und effiziente Stromquelle und lassen sich problemlos in bestehende Systeme integrieren. Diese Pumpen benötigen jedoch eine konstante Stromquelle, können durch Stromausfälle beeinträchtigt werden und erfordern zusätzliche elektrische Sicherheitsmaßnahmen. Außerdem sind die Anschaffungskosten höher als bei anderen Pumpentypen.
• Gasbetriebene Hydraulikpumpe: Gasbetriebene Pumpen sind tragbare Hydraulikpumpen, die leicht im Freien und in abgelegenen Umgebungen eingesetzt werden können. Sie sind jedoch durch die Kraftstoffzufuhr begrenzt, haben im Vergleich zu anderen Hydraulikpumpen höhere Emissionen, und die Kraftstoffsysteme müssen regelmäßig gewartet werden.
• Manuelle Hydraulikpumpe: Sie sind leicht zu transportieren und benötigen keine Stromquelle. Sie sind jedoch durch die körperlichen Fähigkeiten des Bedieners begrenzt, haben einen geringeren Durchfluss als andere Hydraulikpumpentypen und benötigen unter Umständen mehr Zeit, um Aufgaben zu erledigen.
  • Hydraulische Handpumpe: Hydraulische Handpumpen eignen sich für kleine Anwendungen mit niedrigem Druck und kosten in der Regel weniger als hydraulische Fußpumpen.
  • Hydraulische Fußpumpe: Hydraulische Fußpumpen eignen sich für Schwerlast- und Hochdruckanwendungen und erfordern weniger Kraftaufwand als hydraulische Handpumpen.

Pumpenwirkung basiert

Hydraulikpumpen können einfach- oder doppeltwirkend sein. Einfachwirkende Pumpen haben einen einzigen Anschluss, in den die Hydraulikflüssigkeit eintritt, um den Pumpenzylinder auszufahren. Doppeltwirkende Pumpen haben zwei Anschlüsse, einen zum Ausfahren des Zylinders und einen zum Einfahren des Zylinders.

Arbeitsgrundsätze

• Einfachwirkend: Bei einfachwirkenden Hydraulikpumpen fährt der Zylinder aus, wenn Hydraulikflüssigkeit in ihn eintritt. Der Zylinder wird durch eine Feder, durch die Schwerkraft oder durch die Last eingezogen.
• Doppeltwirkend: Bei doppeltwirkenden Hydraulikpumpen fährt der Zylinder ein, wenn die Hydraulikflüssigkeit in den oberen Anschluss eintritt. Der Zylinder fährt in seine Ausgangsposition zurück.

Anwendungen

• Einfachwirkend: Einfachwirkende Hydraulikpumpen eignen sich für einfache Anwendungen, die nur eine lineare Bewegung in eine Richtung erfordern. Zum Beispiel beim Heben eines Gegenstandes oder beim Drücken einer Last.
• Doppeltwirkend: Doppeltwirkende Hydraulikpumpen eignen sich für Anwendungen, die eine präzise lineare Bewegung in zwei Richtungen erfordern, wie z. B. Aufzüge und Gabelstapler.

Typen mit positiver Verdrängung

Die drei Arten von Verdrängungsmechanismen sind Getriebe, Flügelzellen und Kolben.

• Druck Hydraulische Zahnradpumpen und hydraulische Flügelzellenpumpen sind für Niederdruckanwendungen geeignet, hydraulische Kolbenpumpen für Hochdruckanwendungen.
• Kosten: Zahnradpumpen sind in der Anschaffung und im Unterhalt am günstigsten, während Kolbenpumpen am teuersten sind. Vane-Pumpen liegen preislich irgendwo zwischen den beiden anderen.
• Effizienz: Zahnradpumpen sind am wenigsten effizient. Sie haben in der Regel einen Wirkungsgrad von 80 %, d. h. 10 mechanische Pferdestärken werden zu 8 hydraulischen Pferdestärken. Flügelzellenpumpen sind effizienter als Zahnradpumpen, und Kolbenpumpen sind mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95 % am effizientesten.

Gemeinsame Anwendungen

Hydraulikpumpen haben ein breites Anwendungsspektrum in verschiedenen Branchen.

• Automobilbranche: In der Automobilindustrie werden Hydraulikpumpen mit Wagenhebern und Motorhebern zum Heben von Fahrzeugen, Plattformen, schweren Lasten und zum Ziehen von Motoren kombiniert.
• Mechanische Werkstätten: In mechanischen Werkstätten treiben Hydraulikpumpen Werkzeuge für Anwendungen wie Schneiden, Bohren, Pressen und Ziehen an.
• Holzwerkstätten: In Holzwerkstätten werden hydraulische Wagenheber in Spaltern verwendet.
• Verfahren und Herstellung: Hochleistungs-Hydraulikpumpen werden für Antriebs- und Gewindebohranwendungen, zum Drehen schwerer Ventile, zum Anziehen und für Expansionsanwendungen eingesetzt.
• Schwere Maschinen: Hydraulikpumpen werden in schweren Maschinen wie Baggern, Kränen, Ladern und Traktoren eingesetzt.
• Produktionsanlagen: Hydraulikpumpen werden auch in Förderanlagen, Mischern und Gabelstaplern eingesetzt.

Auswahlkriterium

Trotz der verschiedenen Arten von Pumpenmechanismen bei Hydraulikpumpen werden diese nach Größe (Druckleistung) und Antriebskraft (manuell, luft-, elektrisch und kraftstoffbetrieben) eingeteilt. Bei der Auswahl der richtigen Hydraulikpumpe für eine Anwendung sind mehrere Parameter zu berücksichtigen. Die wichtigsten Parameter werden im Folgenden beschrieben:

• Betriebsdruck Berücksichtigen Sie den maximalen Betriebsdruck des Systems und den Mindestdruck, um die erforderliche Kraft gegen die Last zu erzeugen.
• Quelle der treibenden Kraft: Soll sie manuell (mit der Hand oder dem Fuß), mit Luft aus einem Kompressor, mit elektrischer Energie oder mit einem Benzinmotor als Antriebsmotor betrieben werden? Andere Faktoren, die sich auf die Art der Antriebskraft auswirken können, sind, ob sie ferngesteuert werden soll oder nicht, die Betriebsgeschwindigkeit und die Lastanforderungen.
• Schnelligkeit der Bedienung: Wenn es sich um eine manuelle Hydraulikpumpe handelt, sollte es eine Pumpe mit einer oder zwei Geschwindigkeiten sein? Wie groß ist das Flüssigkeitsvolumen pro Griffhub? Wie groß ist das Volumen pro Minute bei Verwendung einer angetriebenen Hydraulikpumpe? Luft-, gas- und elektrobetriebene Hydraulikpumpen sind für große Volumenströme geeignet.
• Tragbarkeit: Manuelle Handhydraulikpumpen sind in der Regel tragbar, haben aber eine geringere Leistung, während Kraftstoffpumpen einen hohen Ausgangsdruck haben, aber stationär für abgelegene Einsätze an Orten ohne Stromanschluss sind. Elektrische Hydraulikpumpen können sowohl mobil als auch stationär sein, ebenso wie Lufthydraulikpumpen. Lufthydraulische Pumpen benötigen Druckluft am Einsatzort.
• Betriebstemperatur: Die Betriebstemperatur der Anwendung kann die Größe des erforderlichen Ölbehälters, die Art der Flüssigkeit und die für die Pumpenkomponenten verwendeten Materialien beeinflussen. Das Öl ist die Betriebsflüssigkeit, dient aber auch als Kühlflüssigkeit in Schwerlasthydraulikpumpen.
• Verdrängung der Last: Die Größe des Ölbehälters und die Anzahl der Zylinder in der Hydraulikpumpe hängen davon ab, wie viel Verfahrweg die Last benötigt.
• Betriebsgeräusch: Überlegen Sie, ob die Umgebung Lärmschutzanforderungen stellt. Eine Hydraulikpumpe mit Kraftstoffmotor erzeugt ein höheres Geräusch als eine elektrische Hydraulikpumpe der gleichen Größe.
• Funkenfrei: Sollte die Hydraulikpumpe aufgrund einer möglichen explosiven Umgebung funkenfrei sein? Denken Sie daran, dass die meisten Betriebsflüssigkeiten Derivate von Erdöl sind, aber es gibt auch funkenfreie Optionen.

FAQs

Was ist eine Hydraulikpumpe?

Eine Hydraulikpumpe wandelt mechanische Energie in Flüssigkeitsenergie um. Eine relativ geringe Eingangsleistung kann sich in eine große Ausgangsleistung zum Heben schwerer Lasten verwandeln.

Wie funktioniert eine Hydraulikpumpe?

Eine Hydraulikpumpe arbeitet mit mechanischer Energie, um eine Flüssigkeit in einem geschlossenen System unter Druck zu setzen. Diese unter Druck stehende Flüssigkeit wird dann zum Antrieb von Maschinen wie Baggern, Pressen und Aufzügen verwendet.

Was ist eine hydraulische Widderpumpe?

Eine hydraulische Widderpumpe nutzt die Energie des fallenden Wassers, um das Wasser ohne externe Energiezufuhr in eine größere Höhe zu befördern. Es besteht aus einem Ventil, einer Druckkammer sowie Ein- und Auslassleitungen.

Was ist der Unterschied zwischen einer Wasserpumpe und einer Hydraulikpumpe?

Eine Wasserpumpe fördert Wasser von einem Bereich in einen anderen, während eine Hydraulikpumpe dazu dient, einen Druck zu überwinden, der von einer Last abhängt, z. B. von einem schweren Auto.