Definition Was ist eigentlich eine Axialkolbenpumpe?

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Axialkolbenpumpen sind für Anwendungen bzw. Maschinen prädestiniert, in denen sehr hohe hydraulische Drücke benötigt werden. Wir erklären, wie die Pumpen aufgebaut sind, wie sie funktionieren, wo sie eingesetzt werden, welche Varianten es gibt und wo Vor- und Nachteile liegen.

Axialkolbenpumpen dienen zur Umwandlung von mechanischer in hydraulischer Energie. Ein wesentliches Merkmal solcher Pumpen ist, dass sie besonders hohe Drücke aufbauen können. Daher werden sie in vielen industriellen Applikationen und mobilen Arbeitsmaschinen für entsprechend anspruchsvolle Aufgaben genutzt, bei denen für den Kraftschluss zwischen Antrieb und Arbeitsmechanik viel Schwerstarbeit zu leisten ist.

Axialkolbenpumpen im Einsatz

Axialkolbenpumpen sind beispielsweise in hydrostatischen Getrieben von Baufahrzeugen wie Bagger, Raupen, Radlader etc., in hydraulischen Pressen, in Spritzgusswerkzeugen in der Kunststoffindustrie oder in vielen Bereichen des Sondermaschinenbaus zu finden, um nur einen kleinen Querschnitt zu den breitgefächerten Einsatzgebieten zu nennen.

Neben ihrer extrem hohen Leistungsstärke mit Arbeitsdrücken bis zu rund 500 bar und einem Volumenstrom bis zu 800 l/min überzeugen Axialkolbenpumpen in der Regel durch eine weitestgehend robuste wie kompakte Bauweise, verbunden mit einer einfachen Handhabung.

Aufbau und Funktionsweise von Axialkolbenpumpen

Axialkolbenpumpen erzeugen unter Einsatz von Öl als Hydraulikflüssigkeit mithilfe von in Zylinderbohrungen angeordneten Kolben einen hydraulischen Druck. Die Kolben sind hierzu über eine frei gelagerte Pleuelstange mit einer sogenannten Gleitscheibe (auch Schrägscheibe oder Taumelscheibe genannt) verbunden. Der Anstellwinkel der Gleitscheibe beeinflusst, wie tief die Kolben in die Zylinderbohrungen eindringen können. Die Bezeichnung Axialkolbenpumpe rührt daher, dass die Kolben parallel zur Drehachse der Antriebswelle (also axial) angeordnet sind.

Varianten: Schrägachsen- und Schrägscheibenpumpen

Generell kann bei Axialkolbenpumpen zwischen Schrägachsenpumpen und Schrägscheibenpumpen unterschieden werden. Schrägachsenpumpen (Axialkolben-Konstantpumpen) habe ein konstantes Fördervolumen, während sich bei Schrägscheibenpumpen (Axialkolben-Verstellpumpen) das Fördervolumen regulieren lässt. Im Folgenden soll die Funktionsweise dieser beiden Varianten konkreter beschrieben werden.

So funktionieren Schrägachsenpumpen

Im Inneren von Schrägachsenpumpen befinden sich mehrere kreisförmig angeordnete Zylinderbohrungen, in denen Kolben sitzen, die über ein Kugellager mit einer Gleitscheibe verbunden sind, wie bereits weiter oben beschrieben. Die Achse des Pumpengehäuses steht in einem flexiblen und zumeist schrägen Winkel zur Gleitscheibe, daher die Bezeichnung Schrägachsenpumpe.

Bei solchen Pumpen wird der Zylinderblock durch einen mit der Antriebswelle verbundenen Triebflansch über die Kolbenstangen in Drehung versetzt. Die Führung des Zylinderblocks erfolgt hierbei über eine Führungswelle mittig im Triebflansch. Durch die Rotation der Axialkolbenpumpe, werden die Kolben unterschiedlich tief in die Zylinderbohrungen gedrückt. Die Hubbewegung der in dem rotierenden Zylinderblock angeordneten Kolben ist also vom Schwenkwinkel der Antriebs- und Pumpenachse abhängig.

Weil Axialkolbenpumpen nach dem Saug-Druck-Prinzip arbeiten, erzeugen die Kolben an der Austrittsseite eine Saugkraft, während an der Eintrittsseite eine Druckkraft entsteht. Der flexible Winkel der Pumpe (durch Schrägstellung der Zylinderblockachse) reguliert den Volumenstrom. Bei einem Winkel von 0° liegt dieser bei 0. Das Fördervolumen steigt, je weiter der Winkel wird.

Bei Schrägachsenpumpen kann außerdem zwischen verschiedenen Bautypen mit Kardanwelle oder Kegelradantrieb unterschieden werden. Beim ersten Typ wird die Zylindertrommel über eine Kardanwelle mit den Kardangelenken synchronisiert und ermöglicht somit eine Drehmomentübertragung bei einem angewinkeltem Wellenstrang. Beim Bautyp mit Kegelradantrieb wird die Zylindertrommel über Kegelräder mit der Antriebswelle synchronisiert.

So funktionieren Schrägscheibenpumpen

Schrägscheibenpumpen sind Axialkolbenpumpen mit rotierendem Zylinderblock, bei denen die Kolbenhübe durch eine feststehende Schrägscheibe mit zumeist veränderlichem Triebwinkel erzeugt werden. Solche Pumpen funktionieren demnach ähnlich wie Schrägachsenpumpen, wobei die Antriebswelle und das Zylindergehäuse jedoch fest und nicht in einem flexibel veränderbaren Winkel zueinanderstehen.

Die Hubbewegung der im rotierenden Zylinder angeordneten Kolben ist somit vom Schwenkwinkel der Gleitscheibe abhängig. Aus kinematischen Gründen gibt es bestimmte Begrenzungen, was den Schwenkwinkel anbetrifft. Dies führt wiederum zu kurzen Verstellzeiten.

Einsatz im offenen oder geschlossenen Kreislauf

Für die Ausführung einer Axialkolbenpumpe ist nicht allein das Funktionsprinzip relevant, sondern auch, ob die Pumpe in einem offenen und geschlossenen Kreislauf betrieben werden soll.

Schrägachsenpumpen werden größtenteils im offenen Kreislauf betrieben. Hierbei saugt die Pumpe die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter an und fördert sie in das Hydrauliksystem. Das unter Druck stehende Öl wird über Leitungen, Schläuche und Ventile zum Verbraucher und nach der Arbeitsleistung wieder in den Behälter zurückgeführt.

Schrägscheibenpumpen werden indes sowohl im offenen als auch geschlossenen Kreislauf eingesetzt. Im geschlossenen Kreislauf erfolgt der Umlauf der Hydraulikflüssigkeit von der Pumpe zum Aktor und von dort zurück in die Saugleitung der Pumpe. Der entscheidende Unterschied zum offenen Kreislauf besteht somit darin, dass die Hydraulikpumpe unmittelbar mit der aus dem Aktor zurückkommenden Hydraulikflüssigkeit und nicht aus einem Tank oder Behälter gespeist wird.

Vor- und Nachteile von Axialkolbenpumpen

Im Zusammenhang mit den wesentlichen Vor- und Nachteilen von Axialkolbenpumpen soll unter anderem auch konkreter auf die einzelnen Varianten eingegangen werden.

Vorteile von Axialkolbenpumpen:

• Erzeugung hoher Drücke wenn erforderlich

• Stufenlose Druckeinstellung von 0 bis Maximaldruck

• Temperaturunempfindlich

• Besonders robust

Schrägachsenpumpen

• Schmutzunempfindlicher als Schrägscheibenpumpen

• Lebensdauer abhängig vom mittleren Druck und der Einschaltdauer und nicht vom Schwenkwinkel

• Geeignet für wechselnde Drucklasten

• Überwiegender Einsatz im offenen Kreislauf

• Selbstansaugend und leicht anfahrbar

• Zumeist geringere Geräuschentwicklung als bei Schrägscheibenpumpen

Schrägscheibenpumpen

• Besonders für konstante, hohe Drücke geeignet

• Aufgrund durchgehender Welle ideal für den Anbau von Hilfsaggregaten

Nachteile von Axialkolbenpumpen:

• Komplexer Aufbau, zumeist erschwerte Wartung und Instandhaltung

• Hoher Überwachungsbedarf aufgrund hoher Drücke

• Unter Volllast nur verzögerte Druckänderung möglich

• Hoher Energiebedarf

Schrägachsenpumpen

• Schwingungsneigung

• Nur langsam verstellbar

Schrägscheibenpumpen

• Ungünstiges Anfahrverhalten aufgrund Gleitreibung

• Schlechtes Ansaugverhalten

Anbieter von Axialkolbenpumpen

• Beckmann-Fleige Hydraulik

• Bosch Rexroth

• Diener Precision Pumps

• Flowserve

• Hawe Hydraulik

• HK Hydraulik-Kontor

• Hydrobar

• Hydropar

• IST Pumpen & Dosiertechnik

• Liebherr

• Lippold

• Moog

• Nachi Europe

• Parker Hannifin

• Schmachtl

• Vickers

• Werthenbach

Bei der Aufzählung handelt es sich um einen Auszug ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Pneumatik

Pneumatikzylinder – Aufbau, Funktion, Anwendung

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