Axialkolbenpumpe: Übersicht über Aufbau und Leistungsmerkmale

Es gibt einen Moment in den meisten Karrieren im Bereich des hydraulischen Ingenieurwesens, in dem Axialkolbenpumpen aufhören, einschüchternd zu wirken, und plötzlich vollkommen logisch erscheinen. Die Geometrie ist tatsächlich elegant, sobald man sie in Aktion sieht – mehrere Kolben, die sich abwechselnd zum Fördern der Flüssigkeit bewegen, eine geneigte Scheibe, die steuert, wie stark sie drücken, und die gesamte Baugruppe dreht sich hunderte Male pro Minute innerhalb eines Gehäuses, das Sie bequem mit beiden Händen halten können.

Diese Eleganz ist auch der Grund dafür, dass die Axialkolbenpumpe anspruchsvolle hydraulische Anwendungen dominiert, während einfachere Zahnrad- und Schaufelpumpen die weniger anspruchsvollen Aufgaben übernehmen. Druckstufen über 400 bar, volumetrische Wirkungsgrade, die unter Nennbedingungen über 95 % bleiben, sowie echte stufenlose Verstellbarkeit des Fördervermögens – all das ergibt sich nicht aus Zahnrädern oder gleitenden Schaufeln, sondern aus einer präzise gesteuerten Kolbenhublänge.

Das mechanische Bild

Ein Zylinderrohr dreht sich um eine Antriebswelle. Darin sitzen typischerweise sieben, neun oder elf Kolben in Bohrungen, die parallel zur Welleachse verlaufen. Jeder Kolben besitzt an seinem äußeren Ende eine Gleitplatte – einen kleinen, flachen Schuh, der auf der Oberfläche der Schrägscheibe aufliegt. Die Schrägscheibe ist in einem festen Winkel zur Drehachse des Zylinderrohrs angeordnet. Während sich das Zylinderrohr dreht, zwingt dieser Winkel jeden Kolben dazu, nacheinander in seine Bohrung hinein- und wieder herauszufahren – bei der ersten Hälfte der Umdrehung auszufahren, bei der zweiten Hälfte einzufahren.

An der Rückseite des Zylinderrohrs befindet sich die Ventilplatte, eine präzisionsgefertigte Scheibe mit zwei nierenförmigen Öffnungen. Eine Öffnung führt zum Sauganschluss, die andere zum Druckanschluss. Während jeder Kolbenzylinder bei seinem Ausfahrhub über die Saugnierenöffnung fährt, saugt er Fluid ein. Während er bei seinem Einfahrhub über die Drucknierenöffnung fährt, presst er Fluid unter Druck aus. Die Steuerzeiten sind rein mechanisch bestimmt – die Geometrie der Ventilplatte übernimmt diese Aufgabe.

Variable Verdrängung: die Funktion, die die Berechnung verändert

Festverdrängungspumpen fördern den Durchfluss, den Drehzahl und Geometrie vorgeben. Nützlich, aber unflexibel. Die Schrägscheibe einer axialen Kolbenpumpe mit variabler Verdrängung kann durch eine externe Steuerung – hydraulisch, mechanisch oder elektrohydraulisch – geneigt werden. Je steiler die Scheibe geneigt wird, desto größer wird der Kolbenhub; die Verdrängung steigt entsprechend. Wird die Scheibe in Richtung senkrecht gestellt, verkürzt sich der Hub; bei einem Neigungswinkel von null bewegen sich die Kolben kaum noch und der Durchfluss stoppt praktisch, ohne dass die Welle zum Stillstand kommt.

Dies ist das Herzstück von lastgeregelten Systemen und elektrohydraulischen Pumpenschaltungen. Die Pumpe passt kontinuierlich ihre eigene Förderleistung an das tatsächlich vom Kreislauf benötigte Volumen an, anstatt mit voller Hubvolumen-Leistung zu laufen und überschüssigen Durchfluss über ein Sicherheitsventil abzuleiten. Bei realen industriellen Betriebszyklen – etwa Spritzgießen, Pressformen oder jegliche Prozesse mit Haltephasen – ist der Energieunterschied zwischen einer variablen Axialkolbenpumpe und einer Alternative mit festem Hubvolumen so erheblich, dass er sich deutlich in den monatlichen Stromrechnungen niederschlägt.

Warum ungerade Kolbenzahlen wichtig sind

Sieben, neun, elf – niemals acht oder zehn. Die ungerade Zählweise stellt sicher, dass niemals zwei Kolben gleichzeitig die Druckgrenze zwischen Hoch- und Niederdruckbereich der Ventilplatte überschreiten. Bei geraden Zahlen erreichen sich gegenüberliegende Kolben den Übergangspunkt genau im selben Moment, wodurch eine Druckschwingung entsteht, deren Amplitude etwa doppelt so hoch ist wie bei Konstruktionen mit ungerader Zählweise. Eine geringere Schwingungsamplitude bedeutet leisere Betriebsgeräusche, weniger an die Maschinenstruktur übertragene Vibration sowie eine längere Ermüdungslebensdauer der Auslassrohrleitung. Es handelt sich um ein kleines Konstruktionsdetail mit Auswirkungen, die sich über Tausende Betriebsstunden hinweg kumulieren.

Standardkonfigurationen

Die meisten Hersteller — Rexroth mit seinen Baureihen A10V und A4V als Referenzbeispiele — bieten Standard-Flanschpumpen an, die nach den SAE-Montagemustern A, B oder C gefertigt sind. Standard-Welle-Pumpen sind je nach Antriebsanordnung mit verzahnten oder parallel genuteten Abtrieben erhältlich. Diese standardisierten Schnittstellen bedeuten, dass Ersatzpumpen verschiedener Lieferanten ohne spezielle Adapter in bestehende Anlagen eingebaut werden können – ein entscheidender Vorteil, wenn eine Pumpe während der Produktion ausfällt und der Ersatz rasch geliefert und installiert werden muss.

Dichtungen und die Präzision, die sie schützen

Die Leistungsdaten, mit denen eine Axialkolbenpumpe ausgeliefert wird, hängen vollständig davon ab, dass Toleranzen im Mikrometerbereich eingehalten werden. Der Abstand zwischen Schuhplatten und Schrägscheibe, zwischen Kolben und Bohrung sowie zwischen Ventilplattenoberfläche und Gegenfläche sind keine justierbaren Spalte. Sie werden bei der Fertigung eingestellt und durch Ausschluss von Verunreinigungen sowie durch intakte Dichtungen aufrechterhalten.

Eine verschlechterte Wellendichtung bewirkt zwei Dinge gleichzeitig: Sie ermöglicht ein Austreten von Hydraulikflüssigkeit nach außen und lässt Luft auf der Saugseite in das Gehäuse eindringen. Diese Luft löst sich unter Druck in der Flüssigkeit auf und kollabiert dann explosionsartig an der Ventilplatte, sobald der Druck abfällt – eine Kavitationserosion, die innerhalb weniger Betriebsstunden bereits eine gehärtete Ventilplattenoberfläche beschädigen kann. Die Wellendichtung ist tatsächlich die kostengünstigste Versicherungspolice für die gesamte Pumpe.

HOVOO / HOUFU führt Dichtungssätze für Axialkolbenpumpen der wichtigsten Pumpenfamilien von Rexroth, Parker und Kawasaki. Die mit der Marke HOUFU gekennzeichneten Sätze sind dimensionsgerecht geprüft und sowohl in NBR- als auch in FKM-Ausführung erhältlich. Finden Sie den passenden Satz für Ihre Pumpe unter hovooseal.com.

Quelle: www.hovooseal.com