Funktionsweise und Anwendung von Innenzahnradpumpen

Prinzip der Verzahnung: So funktioniert eine Innenzahnradpumpe

Eine Innenzahnradpumpe besteht aus einem Antriebszahnrad (Außenverzahnung, innen angeordnet) und einem Abtriebszahnrad (Innenverzahnung, außen angeordnet) die beiden Zahnräder drehen sich in dieselbe Richtung; ihre Zahnspitzen berühren sich an einer Kontaktstelle und bilden so eine Dichtung, die die Saugseite von der Druckseite trennt.

Es gibt zwei Hauptbauarten von Innenzahnradpumpen. Bei der Sichelform wird eine halbmondförmige Trennplatte zwischen den Zahnspitzen eingesetzt, um Leckagen zwischen den Zahnspitzen des Antriebs- und des Abtriebszahnrads zu verhindern. Bei der formschlüssigen Bauart (ohne Sichel) erfolgt die Trennung der Saug- und Druckbereiche stattdessen durch direkten Kontakt der Zahnspitzen beider Zahnräder an einer Stelle; in der Praxis ist hierbei ein sehr geringer Spielraum vorgesehen, um ein Verklemmen zu vermeiden. .

Das design ohne Halbmond bietet einen entscheidenden Effizienzvorteil: Da das Volumen zwischen den Zähnen des treibenden und des getriebenen Zahnrads größer ist, kann die Pumpe bei identischer Zahnbreite, identischem Außendurchmesser der Zähne des treibenden Rads und identischem Außendurchmesser des getriebenen Rads eine größere theoretische Verdrängung erreichen als eine Halbmond-Pumpe. Alternativ lässt sich bei gleicher Verdrängung der Außendurchmesser des getriebenen Rads verkleinern, wodurch das Reibungsmoment durch Scherung viskosen Öls an den Gleitstellen der Zahnräder sinkt und die mechanische Effizienz steigt – ein wesentlicher Grund dafür, dass dieser Pumpentyp weit verbreitet in automatischen Getrieben für Kraftfahrzeuge, einschließlich CVT-Getrieben, eingesetzt wird. .

Verdrängungsberechnung für Einsteiger

Es gibt zwei grundlegende Ansätze zur Berechnung der Verdrängung einer Innenzahnradpumpe. Die geometrische Methode berechnet das Volumen des Raums, der durch die Zähne des treibenden und des getriebenen Zahnrads eingeschlossen wird. Die theoretische-Drehmoment-Methode berechnet zunächst das theoretische Drehmoment der Pumpe und leitet daraus die Verdrängung ab, basierend auf dem Prinzip, dass die der Ölflüssigkeit zugeführte hydraulische Energie gleich der zum Antrieb der Pumpenwelle erforderlichen Leistung ist (unter Vernachlässigung von Energieverlusten). .

Für Einsteiger lautet die praktische Durchflussberechnung:

Q = Vd × N

wobei Q die volumetrische Durchflussrate, Vd das Verdrängungsvolumen pro Umdrehung und N die Drehzahl ist. .

Die theoretische Verdrängungsmethode war historisch gesehen schwierig genau anzuwenden, da sie die Integration des Volumens zwischen den Zähnen bei jeder winzigen Änderung des Drehwinkels erfordert – was Zahnradzeichnungen für jede Drehposition notwendig macht. CAD-Werkzeuge haben dies praktikabler gemacht, doch eine genaue theoretische Drehmomentberechnung bleibt wertvoll, weil sie die Komplexität der minutengenauen Volumenintegration vermeidet .

In der Praxis korreliert die Verdrängung einer Zahnradpumpe mit dem Quadrat des Zahnradminimals. Unter der Voraussetzung eines konstanten Teilkreisdurchmessers führt ein größerer Modul zu einer höheren Pumpverdrängung .

Ansaugdruckgrenzen

Die Ansaugleistung beeinflusst direkt, ob eine Pumpe zuverlässig ohne Kavitation betrieben werden kann. Für Innenzahnradpumpen gelten folgende Grenzwerte:

Allgemeine Zahnradpumpengrenze: Die tatsächliche Ansaughöhe sollte 0,5 m nicht überschreiten.

NBL-Serien-spezifische Grenze: Die Selbstan saugtiefe darf 500 mm nicht überschreiten, was einem Einlassvakuum von maximal 0,03 MPa (0,3 bar) entspricht. Bei Verwendung einer Zwangszufuhr darf der Zuführdruck 0,5 MPa nicht überschreiten; andernfalls ist eine druckfeste Öldichtung erforderlich .

Rexroth-PGH-Serien-Referenz: Mindestdruck am Saugstutzen (lastfrei) beträgt 0,8 bar; Maximaldruck am Saugstutzen (lastfrei) beträgt 2 bar .

Das Überschreiten dieser Grenzwerte birgt das Risiko von Kavitation, die zu Gasauscheidung, Ölverdampfung, Geräuschentwicklung und beschleunigtem Verschleiß an inneren Oberflächen führt .

Typische Fehlerdiagnose

Unzureichende oder keine Saugwirkung

Häufige Ursachen sind: innerer Rotor dreht sich nicht (Prüfen Sie das Antriebssystem – Schneckenrad, Schnecke oder Zahnrad, Befestigungsschrauben oder Positionierstifte des inneren Rotors auf Lockerung); Drehrichtung stimmt nicht mit der des Antriebsmotors überein, wodurch Einlass- und Auslassanschlüsse vertauscht werden; Verstopfung der Druckleitung; Verstopfung des Einlassfiltersiebs; starker Verschleiß an innerem und äußerem Rotor, wodurch keine geschlossene Kammer gebildet werden kann; Endfläche der Einlassleitung berührt den Boden des Öltanks; Luftzutritt am Sauganschluss der Pumpe; oder Ölstand zu niedrig .

Starke Druckschwankungen

Dies resultiert häufig aus: zu großem Exzentrizitätsfehler oder zu großem Spiel zwischen äußerem Rotor und Pumpengehäuse (Exzentrizitätsfehler sollte innerhalb von ±0,02 mm liegen; Spiel zwischen äußerem Rotor und Pumpengehäuse zwischen 0,04–0,06 mm); ungenauer Zahnprofilgenauigkeit der inneren und äußeren Rotoren (tritt häufig bei pulvermetallurgisch geformten Rotoren auf); zu großer radialer und axialer Laufungenauigkeit; zu großem Zahnflankenspiel (sollte innerhalb von 0,07 mm liegen); oder Luft im Pumpensystem .

Druck steigt nicht an

Prüfen Sie: Luftzutritt am Pumpeneinlass; zu niedrige Drehzahl des inneren Rotors (Überprüfung der Kraftübertragungsverbindung von der Hauptwelle zum inneren Rotor auf Lockerung oder Schlupf); teilweise Verstopfung des Sauganschlusses; oder unzureichendes Eingriffspiel zwischen Schneckenrad und Schnecke bzw. zwischen Zahnrädern, was zu Schwankungen der Drehzahl des inneren Rotors führt .

Übermäßige Geräusche

Ursachen sind unter anderem: zu niedriger Ölstand mit Luftansaugung oder teilweise Verstopfung des Filtergitters mit unzureichender Saugleistung; starker Verschleiß von Komponenten; oder eine Veränderung der Position des Kraftübertragungseingriffpunkts an der Pumpe .

Ölleckage nach außen

Prüfen Sie: lose Befestigungsschrauben oder Anschlüsse des Pumpengehäuses; beschädigte Dichtungen; mangelhafte Dichtung am Druckanschlussflansch; oder verformtes bzw. beschädigtes Pumpengehäuse oder -deckel .

Hinweise zur Auswahl der NBL-Serie

Die NBL-Serie ist eine Stirnverzahnungs-Pumpe mit konjugiertem Innenzahnrad, die für zuverlässige Selbstansaugleistung ausgelegt ist. Wichtige Auswahlkriterien für Einsteiger:

Hubraum und Drehzahl: Passen Sie den Hubraum der Pumpe an die Systemströmungsanforderungen bei der vorgesehenen Betriebsdrehzahl an. Innenzahnradpumpen liefern im Allgemeinen eine gleichmäßige Förderstromstärke mit geringer Pulsation und eignen sich daher für Anwendungen mit stabiler Ausgangsleistung.

Ansaugkonfiguration: Die NBL-Baureihe erfordert eine Selbstansaughöhe von ≤ 500 mm (Einlassvakuum ≤ 0,03 MPa). Bei Zwangszufuhr darf der Druck ohne Aufrüstung auf eine druckfeste Öldichtung 0,5 MPa nicht überschreiten. .

Montage und Welle: Stellen Sie sicher, dass Typ der Flanschverbindung (SAE- oder ISO-Norm) sowie die Wellenspezifikation (mit Keilnut oder Verzahnung) zu Ihrem System passen. Standardmäßige SAE- und ISO-Montageschnittstellen sind bei QT-Baureihen und ähnlichen Innenzahnradpumpen verfügbar. .

Einsatztauglichkeit: Innenzahnradpumpen bieten Vorteile hinsichtlich Hochgeschwindigkeitsleistung, geringem Geräuschpegel und kleiner Förderstrompulsation, weisen jedoch komplexe Zahnprofile sowie höhere Herstellungskosten als Außenzahnradpumpen auf. sie werden bevorzugt, wo ein ruhiger und gleichmäßiger Betrieb erforderlich ist.

Wichtige Erkenntnisse für Einsteiger

Innere Zahnradschmutzpumpen liefern einen gleichmäßigen, pulsationsarmen Förderstrom, indem sie die Saug- und Druckseite an einer Kontaktstelle zwischen den Zahnspitzen des treibenden und des getriebenen Rades abdichten. Die Verdrängung wird am genauesten über theoretische Drehmomentprinzipien berechnet; der praktische Förderstrom ergibt sich aus Q = Vd × N. Die Saugbedingungen sind streng begrenzt – typischerweise beträgt die Selbstansaughöhe 0,5 m und das Saugvakuum am Einlass 0,03 MPa bei Pumpen der NBL-Baureihe. Die meisten Feldausfälle gehen auf Luftzutritt, falsche Drehrichtung, verunreinigte Einlasssiebe oder übermäßigen Verschleiß der Rotorspielweiten zurück. Bei der Auswahl von Pumpen der QT- oder NBL-Baureihe ist zu prüfen, ob Verdrängung, Druckklasse, Drehzahlbereich, Saugkonfiguration und Montageinterface den Anforderungen Ihres Systems entsprechen.