Ingenieure dimensionieren eine Zahnradpumpe anhand zweier Hauptberechnungen. Zuerst ermitteln sie das erforderliche Fördervolumen aus dem Volumenstrom (GPM) und der Drehzahl (U/min). Anschließend berechnen sie die notwendige Eingangsleistung (PS) anhand des Volumenstroms und des maximalen Drucks (PSI). Diese ersten Schritte sind unerlässlich, bevor Sieeine Zahnradpumpe kaufen.
Kerngrößenformeln:
Verdrängung (in³/Umdrehung) = (Durchflussrate (GPM) x 231) / Pumpendrehzahl (RPM)
Pferdestärken (PS) = (Durchflussrate (GPM) x Druck (PSI)) / 1714
Die richtige Größe Ihrer Getriebepumpe ermitteln: Schritt-für-Schritt-Berechnungen
Die korrekte Dimensionierung einer Zahnradpumpe erfordert ein systematisches, schrittweises Vorgehen. Ingenieure befolgen diese grundlegenden Berechnungen, um die Pumpe optimal an die spezifischen Anforderungen eines Hydrauliksystems anzupassen. Dies gewährleistet einen effizienten und zuverlässigen Betrieb der Anlage.
Ermitteln Sie die erforderliche Durchflussrate (GPM)
Der erste Schritt besteht darin, die erforderliche Durchflussrate zu ermitteln, gemessen in Gallonen pro Minute (GPMDieser Wert stellt das Flüssigkeitsvolumen dar, das die Pumpe fördern muss, um die Aktuatoren des Systems, wie z. B. Hydraulikzylinder oder Motoren, mit der vorgesehenen Drehzahl zu betreiben.
Ein Ingenieur ermittelt die notwendigenGPMdurch die Analyse der funktionalen Anforderungen des Systems. Zu den Schlüsselfaktoren gehören:
Betätigungsgeschwindigkeit: Die gewünschte Geschwindigkeit, mit der ein Zylinder aus- oder eingefahren wird.
Aktuatorgröße: Das Volumen des Zylinders (Bohrungsdurchmesser und Hublänge).
Motordrehzahl: Die angestrebte Umdrehungszahl pro Minute (Drehzahl) für einen Hydraulikmotor.
Beispielsweise benötigt ein großer Hydraulikzylinder, der sich schnell bewegen muss, eine höhere Durchflussrate als ein kleiner Zylinder, der langsam arbeitet.
Pumpenbetriebsdrehzahl (U/min) ermitteln
Als Nächstes ermittelt ein Ingenieur die Betriebsdrehzahl des Pumpenantriebs, gemessen in Umdrehungen pro Minute (DrehzahlDer Antrieb ist die Energiequelle, die die Pumpenwelle dreht. Typischerweise handelt es sich dabei um einen Elektromotor oder einen Verbrennungsmotor.
Die Geschwindigkeit des Fahrers ist eine feste Eigenschaft des Geräts.
In den Vereinigten Staaten arbeiten Elektromotoren üblicherweise mit einer Nenndrehzahl von 1800 U/min.
Benzin- oder Dieselmotoren verfügen über einen variablen Drehzahlbereich, die Pumpe wird jedoch auf Basis des optimalen oder häufigsten Betriebspunktes des Motors dimensioniert.Drehzahl.
DasDrehzahlDieser Wert ist für die Berechnung der Verschiebung entscheidend.
Berechnung des erforderlichen Pumpenfördervolumens
Sind Durchflussrate und Pumpendrehzahl bekannt, kann der Ingenieur das erforderliche Fördervolumen der Pumpe berechnen. Das Fördervolumen ist das Flüssigkeitsvolumen, das eine Pumpe in einer Umdrehung bewegt, gemessen in Kubikzoll pro Umdrehung (in³/revEs handelt sich um die theoretische Größe der Pumpe.
Formel für die Verdrängung:Verdrängung (in³/Umdrehung) = (Durchflussrate (GPM) x 231) / Pumpendrehzahl (RPM)
Beispielrechnung: Ein System benötigt 10 GPM und verwendet einen Elektromotor, der mit 1800 U/min läuft.
Verdrängung = (10 GPM x 231) / 1800 U/min Verschiebung = 2310 / 1800 Hubraum = 1,28 in³/Umdrehung
Der Ingenieur würde nach einer Zahnradpumpe mit einem Fördervolumen von ungefähr 1,28 in³/Umdrehung suchen.
Maximalen Systemdruck (PSI) bestimmen
Druck, gemessen in Pfund pro Quadratzoll (PSIDer Widerstand (Δt) beschreibt den Strömungswiderstand im Hydrauliksystem. Wichtig ist zu verstehen, dass eine Pumpe keinen Druck, sondern einen Durchfluss erzeugt. Druck entsteht erst, wenn dieser Durchfluss auf eine Last oder einen Widerstand trifft.
Der maximale Systemdruck wird durch zwei Hauptfaktoren bestimmt:
Die Last: Die Kraft, die erforderlich ist, um das Objekt zu bewegen (z. B. ein Gewicht anzuheben, ein Teil einzuklemmen).
Einstellung des Sicherheitsventils des Systems: Dieses Ventil ist eine Sicherheitskomponente, die den Druck auf ein maximal sicheres Niveau begrenzt, um die Komponenten zu schützen.
Der Ingenieur wählt eine Pumpe aus, die so ausgelegt ist, dass sie diesem maximalen Betriebsdruck dauerhaft standhält.
Erforderliche Eingangsleistung in PS berechnen
Die abschließende Primärberechnung bestimmt die Eingangsleistung in PS (HPDie benötigte Leistung zum Antrieb der Pumpe wird durch diese Berechnung ermittelt. So wird sichergestellt, dass der gewählte Elektromotor oder Verbrennungsmotor über genügend Leistung verfügt, um die maximalen Anforderungen des Systems zu erfüllen. Unzureichende Leistung führt zum Abwürgen oder Überhitzen des Motors.
Formel für die PS-Zahl:Pferdestärken (PS) = (Durchflussrate (GPM) x Druck (PSI)) / 1714
Beispielrechnung: Das gleiche System benötigt 10 GPM und arbeitet mit einem maximalen Druck von 2500 PSI.
PS = (10 GPM x 2500 PSI) / 1714 PS = 25000 / 1714 Leistung = 14,59 PS
Das System benötigt einen Motor mit einer Leistung von mindestens 14,59 PS. Der Ingenieur würde wahrscheinlich die nächstgrößere Standardgröße wählen, beispielsweise einen 15-PS-Motor.
Anpassung an Pumpenineffizienz
Die Formeln für Fördermenge und Leistung setzen einen Pumpenwirkungsgrad von 100 % voraus. In der Realität ist jedoch keine Pumpe perfekt. Ineffizienzen durch interne Leckagen (volumetrischer Wirkungsgrad) und Reibung (mechanischer Wirkungsgrad) führen dazu, dass mehr Leistung benötigt wird als berechnet.
Ingenieure müssen die Leistungsberechnung entsprechend anpassen. Der Gesamtwirkungsgrad einer Pumpe liegt typischerweise zwischen 80 % und 90 %. Um dies zu kompensieren, teilen sie die theoretische Leistung durch den geschätzten Gesamtwirkungsgrad der Pumpe.
Profi-Tipp: Eine konservative und sichere Vorgehensweise ist es, von einem Gesamtwirkungsgrad von 85 % (oder 0,85) auszugehen, wenn keine Herstellerangaben verfügbar sind.
Tatsächliche Leistung = Theoretische Leistung / Gesamtwirkungsgrad
Am vorherigen Beispiel:Tatsächliche Leistung = 14,59 PS / 0,85 Tatsächliche Leistung = 17,16 PS
Diese Anpassung zeigt den tatsächlichen Leistungsbedarf. Die folgende Tabelle verdeutlicht die Bedeutung dieses Schrittes.
| Berechnungsart | Erforderliche PS-Zahl | Empfohlener Motor |
|---|---|---|
| Theoretisch (100%) | 14,59 PS | 15 PS |
| Tatsächlich (85%) | 17,16 PS | 20 PS |
Wird die Ineffizienz nicht berücksichtigt, wählt der Ingenieur einen 15-PS-Motor, der für die Anwendung zu schwach ist. Nach entsprechender Anpassung ist ein 20-PS-Motor die richtige Wahl.
Ihre Auswahl verfeinern und wo Sie eine Zahnradpumpe kaufen können
Erste Berechnungen liefern eine theoretische Pumpengröße. Unter realen Betriebsbedingungen ist jedoch eine weitere Optimierung erforderlich. Ingenieure berücksichtigen Faktoren wie Fluideigenschaften und Komponentenwirkungsgrade, um die optimale Leistung der ausgewählten Pumpe sicherzustellen. Diese abschließenden Prüfungen sind unerlässlich, bevor sich ein Unternehmen für den Kauf einer Zahnradpumpe entscheidet.
Wie die Viskosität von Flüssigkeiten die Größenbestimmung beeinflusst
Die Viskosität einer Flüssigkeit beschreibt ihren Fließwiderstand, oft auch als Zähflüssigkeit bezeichnet. Diese Eigenschaft hat einen erheblichen Einfluss auf die Pumpenleistung und -dimensionierung.
Hohe Viskosität (dickflüssige Flüssigkeit): Dickflüssige Flüssigkeiten wie kaltes Hydrauliköl erhöhen den Fließwiderstand. Die Pumpe muss mehr leisten, um die Flüssigkeit zu fördern, was einen höheren Leistungsbedarf zur Folge hat. Um ein Blockieren der Pumpe zu verhindern, muss unter Umständen ein leistungsstärkerer Motor ausgewählt werden.
Niedrige Viskosität (dünnflüssiges Fluid): Ein dünnflüssiges Fluid erhöht die interne Leckage bzw. den „Schlupf“ innerhalb der Pumpe. Mehr Fluid strömt an den Zahnrädern vorbei von der Hochdruck-Ausgangsseite zur Niederdruck-Eingangsseite. Dies reduziert die tatsächliche Fördermenge der Pumpe.
Hinweis: Ein Ingenieur muss die Herstellerspezifikationen konsultieren. Das Datenblatt gibt den zulässigen Viskositätsbereich für das jeweilige Pumpenmodell an. Die Nichtbeachtung dieser Angaben kann zu vorzeitigem Verschleiß oder Systemausfällen führen. Diese Information ist bei der Anschaffung einer Zahnradpumpe unerlässlich.
Wie die Betriebstemperatur die Leistung beeinflusst
Die Betriebstemperatur beeinflusst die Viskosität des Hydrauliköls direkt. Mit zunehmender Erwärmung des Hydrauliksystems während des Betriebs wird das Öl dünnflüssiger.
Ein Ingenieur muss den gesamten Temperaturbereich der Anwendung analysieren. Ein System, das in einer kalten Klimazone betrieben wird, weist ganz andere Startbedingungen auf als eines in einer heißen Fabrik.
| Temperatur | Flüssigkeitsviskosität | Einfluss der Pumpenleistung |
|---|---|---|
| Niedrig | Hoch (dick) | Erhöhter Leistungsbedarf; Kavitationsrisiko. |
| Hoch | Niedrig (dünn) | Erhöhter innerer Schlupf; verringerter volumetrischer Wirkungsgrad. |
Die Pumpenauswahl muss die niedrigste Viskosität (höchste Temperatur) berücksichtigen, um die erforderliche Fördermenge sicherzustellen. Dies ist ein entscheidender Faktor für alle, die eine Zahnradpumpe für anspruchsvolle Umgebungen suchen.
Berücksichtigung der volumetrischen Effizienz
Die Verdrängungsformel berechnet die theoretische Fördermenge einer Pumpe. Der volumetrische Wirkungsgrad gibt die tatsächliche Fördermenge an. Er ist das Verhältnis der tatsächlich geförderten Fördermenge zur theoretischen Fördermenge.
Tatsächlicher Durchfluss (GPM) = Theoretischer Durchfluss (GPM) x Volumetrischer Wirkungsgrad
Der volumetrische Wirkungsgrad erreicht aufgrund interner Leckagen nie 100 %. Er sinkt mit steigendem Systemdruck, da mehr Flüssigkeit durch den höheren Druck an den Zahnrädern vorbeiströmt. Eine typische neue Zahnradpumpe hat bei Nenndruck einen volumetrischen Wirkungsgrad von 90–95 %.
Beispiel: Eine Pumpe hat eine theoretische Fördermenge von 10 GPM. Ihr volumetrischer Wirkungsgrad bei Betriebsdruck beträgt 93 % (0,93).
Tatsächlicher Durchfluss = 10 GPM x 0,93 Tatsächlicher Durchfluss = 9,3 GPM
Das System erhält nur 9,3 GPM, nicht die vollen 10 GPM. Ein Ingenieur muss eine Pumpe mit etwas größerem Fördervolumen auswählen, um diesen Verlust auszugleichen und die angestrebte Fördermenge zu erreichen. Diese Anpassung ist ein zwingender Schritt vor dem Kauf einer Zahnradpumpe.
Erstklassige Hersteller und Lieferanten
Die Wahl einer Pumpe eines renommierten Herstellers gewährleistet Qualität, Zuverlässigkeit und Zugriff auf detaillierte technische Daten. Ingenieure vertrauen diesen Marken aufgrund ihrer robusten Leistung und ihres umfassenden Supports. Wenn Sie eine Zahnradpumpe kaufen möchten, ist es ratsam, mit diesen Herstellern zu beginnen.
Führende Hersteller von Zahnradpumpen:
• Parker Hannifin: Bietet eine breite Palette von Zahnradpumpen aus Gusseisen und Aluminium, die für ihre Langlebigkeit bekannt sind.
• Eaton: Bietet hocheffiziente Zahnradpumpen, darunter Modelle, die für anspruchsvolle mobile und industrielle Anwendungen entwickelt wurden.
• Bosch Rexroth: Bekannt für präzisionsgefertigte Außenzahnradpumpen, die hohe Leistung und lange Lebensdauer bieten.
• HONYTA: Ein Lieferant, der eine Vielzahl von Zahnradpumpen anbietet, die Leistung und Wirtschaftlichkeit in Einklang bringen.
• Permco: Spezialisiert auf Hochdruck-Hydraulikzahnradpumpen und -motoren.
Diese Hersteller liefern ausführliche Datenblätter mit Leistungskurven, Wirkungsgradangaben und Maßzeichnungen.
Wichtigste Kaufkriterien
Die endgültige Kaufentscheidung erfordert mehr als nur die Abstimmung von Hubraum und Leistung. Ein Ingenieur muss mehrere wichtige Kriterien überprüfen, um Kompatibilität und langfristigen Erfolg zu gewährleisten. Eine gründliche Prüfung dieser Details ist der letzte Schritt vor dem Kauf einer Zahnradpumpe.
Leistungskennzahlen bestätigen: Überprüfen Sie, ob die maximale Dauerdruckangabe der Pumpe den erforderlichen Systemdruck übersteigt.
Physikalische Spezifikationen prüfen: Stellen Sie sicher, dass der Montageflansch der Pumpe, der Wellentyp (z. B. Keilwellen- oder Keilwellenprofil) und die Anschlussgrößen mit der Systemkonstruktion übereinstimmen.
Flüssigkeitskompatibilität prüfen: Vergewissern Sie sich, dass die Dichtungsmaterialien der Pumpe (z. B. Buna-N, Viton) mit der verwendeten Hydraulikflüssigkeit kompatibel sind.
Prüfen Sie die Herstellerdatenblätter: Analysieren Sie die Leistungskurven. Diese Diagramme zeigen, wie sich Fördermenge und Wirkungsgrad mit Drehzahl und Druck verändern und liefern so ein realistisches Bild der Leistungsfähigkeit der Pumpe.
Berücksichtigen Sie den Betriebszyklus: Eine Pumpe für den kontinuierlichen 24/7-Betrieb muss möglicherweise robuster sein als eine, die für intermittierende Aufgaben verwendet wird.
Eine sorgfältige Prüfung dieser Punkte gewährleistet die Auswahl der richtigen Komponente. Diese Sorgfalt beugt kostspieligen Fehlern und Systemausfallzeiten nach dem Kauf einer Zahnradpumpe vor.
Die korrekte Dimensionierung einer Zahnradpumpe ist entscheidend für die optimale Leistung und Lebensdauer des Hydrauliksystems. Ein Ingenieur befolgt hierfür ein klar definiertes Verfahren.
Zuerst berechnen sie den benötigten Hubraum und die erforderliche PS-Zahl.
Anschließend verfeinern sie diese Berechnungen hinsichtlich Effizienz, Viskosität und Temperatur.
Schließlich kaufen sie eine Pumpe von einem seriösen Lieferanten wie HONYTA oder Parker, die genau den Spezifikationen entspricht.
Veröffentlichungsdatum: 29. Oktober 2025