Hydraulische Systeme kommen in Baumaschinen, Landmaschinen, Industriemaschinen sowie in zahlreichen technischen Geräten zum Einsatz. Eine der grundlegenden Komponenten eines solchen Systems ist die Pumpe. Daher stellt sich die Frage, wie funktioniert eine Hydraulikpumpe? Ihre Aufgabe besteht darin, die vom Motor bereitgestellte mechanische Energie in hydraulische Energie der Arbeitsflüssigkeit umzuwandeln. Die Pumpe setzt das Hydrauliköl in Bewegung und sorgt für den erforderlichen Volumenstrom zur Versorgung von Hydraulikzylindern, Hydraulikmotoren und anderen Verbrauchern.
Eine Hydraulikpumpe erzeugt einen Volumenstrom und nicht direkt Druck
In der Praxis wird häufig gesagt, dass eine Hydraulikpumpe „Druck erzeugt“. Dabei handelt es sich um eine Vereinfachung. Die grundlegende Funktion der Pumpe besteht darin, den Volumenstrom der Arbeitsflüssigkeit zu erzeugen. Der Druck entsteht hingegen durch den Widerstand, auf den die strömende Flüssigkeit im Hydrauliksystem trifft, beispielsweise beim Bewegen des Kolbens eines belasteten Hydraulikzylinders.
Die Pumpe saugt das Öl über die Saugleitung aus dem Tank an und fördert es anschließend in die Druckleitung. Von dort gelangt die Flüssigkeit über Steuerelemente zu den Verbrauchern. Die Höhe des Drucks hängt von der Belastung des Systems ab, während sein maximaler Wert unter anderem durch ein Druckbegrenzungsventil begrenzt wird.
Vom Tank zum Hydraulikzylinder - der Weg des Öls im Hydrauliksystem
Der Betrieb eines typischen Hydrauliksystems erfolgt in mehreren Schritten:
- Ein Verbrennungs- oder Elektromotor treibt die Pumpenwelle an,
- die Pumpe saugt Hydrauliköl aus dem Tank an,
- die Flüssigkeit wird in die Druckleitung gefördert,
- ein Wegeventil leitet den Ölstrom zum ausgewählten Verbraucher,
- die Energie der Flüssigkeit setzt beispielsweise den Kolben eines Hydraulikzylinders oder die Welle eines Hydraulikmotors in Bewegung,
- das Öl fließt über die Rücklaufleitung zurück in den Tank.
Dieser Kreislauf wiederholt sich während des Betriebs der Maschine. Entsprechende Ventile und Steuerelemente ermöglichen die Kontrolle der Strömungsrichtung, des Drucks sowie - abhängig von der Konstruktion des Systems - des Volumenstroms.
Zahnrad-, Flügelzellen- und Kolbenpumpen arbeiten nach dem Verdrängerprinzip
In der Leistungshydraulik kommen häufig Verdrängerpumpen zum Einsatz. Während des Betriebs vergrößern und verkleinern sie zyklisch das Volumen ihrer Arbeitsräume. Dadurch können sie eine bestimmte Flüssigkeitsmenge ansaugen, transportieren und verdrängen.
Zahnradpumpen arbeiten mit ineinandergreifenden Zahnrädern und zeichnen sich durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau aus. Flügelzellenpumpen besitzen einen Rotor mit beweglichen Flügeln, die Kammern mit variablem Volumen bilden. Bei Kolbenpumpen wird die Flüssigkeit durch die Bewegung von Kolben in Zylindern gefördert. Die einzelnen Bauarten unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich des zulässigen Betriebsdrucks, des Wirkungsgrads, der Förderleistung, der Lebensdauer sowie der Anforderungen an die Reinheit des Hydrauliköls.
Die Förderleistung der Pumpe hängt vom geometrischen Verdrängungsvolumen und von der Drehzahl ab
Zu den grundlegenden Kenngrößen einer Hydraulikpumpe gehört das geometrische Verdrängungsvolumen, das üblicherweise in cm³/U angegeben wird. Es beschreibt das theoretische Flüssigkeitsvolumen, das bei einer Umdrehung der Pumpenwelle verdrängt wird. Zusammen mit der Drehzahl lässt sich daraus der theoretische Volumenstrom bestimmen.
Die tatsächliche Förderleistung fällt aufgrund interner Leckagen und weiterer Verluste während des Betriebs geringer aus. Eine wichtige Rolle spielen außerdem die Viskosität und Temperatur des Öls, der technische Zustand der Pumpe, die Drehzahl sowie die Bedingungen auf der Saugseite.
Wie funktioniert eine Hydraulikpumpe bei steigender Belastung?
Trifft der Verbraucher auf einen größeren Widerstand, beispielsweise wenn ein Hydraulikzylinder ein schwereres Bauteil anheben muss, steigt der für die Arbeit erforderliche Druck. Die Pumpe erzeugt weiterhin den Volumenstrom, während das System unter höherer Belastung arbeitet. Erreicht der Druck den eingestellten Wert des Druckbegrenzungsventils, öffnet das Ventil einen entsprechenden Strömungsweg und schützt die Anlage dadurch vor einem übermäßigen Druckanstieg.
Für einen störungsfreien Betrieb der Pumpe ist eine ordnungsgemäße Ölversorgung erforderlich. Ein zu niedriger Flüssigkeitsstand, Verunreinigungen, eine ungeeignete Viskosität oder Einschränkungen des Volumenstroms auf der Saugseite können zu beschleunigtem Verschleiß, Überhitzung und Kavitation führen.
FAQ - häufig gestellte Fragen
Erzeugt eine Hydraulikpumpe selbst Druck?
Die Pumpe erzeugt in erster Linie einen Volumenstrom des Hydrauliköls. Der Druck steigt, wenn die Flüssigkeit im Hydrauliksystem auf einen Widerstand trifft.
Was treibt eine Hydraulikpumpe an?
Als Antriebsquelle können unter anderem ein Elektromotor, ein Verbrennungsmotor oder der mechanische Nebenantrieb einer Maschine dienen.
Welche grundlegenden Arten von Hydraulikpumpen gibt es?
Zu den häufig eingesetzten Bauarten gehören Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen und Kolbenpumpen. Die Wahl der geeigneten Konstruktion hängt von den erforderlichen Parametern und den Betriebsbedingungen des Hydrauliksystems ab.
Welche Anzeichen können auf Probleme mit einer Hydraulikpumpe hindeuten?
Zu den möglichen Warnzeichen gehören eine nachlassende Leistung des Hydrauliksystems, ungewöhnliche Geräusche, eine übermäßige Erwärmung des Öls, Pulsationen des Volumenstroms oder Schwierigkeiten beim Erreichen der erforderlichen Betriebsparameter.