Ölpumpenzahnräder sind hochpräzise Komponenten einer Ölpumpe und bestimmen deren Effektivität bei der Ölförderung im gesamten System. Diese Zahnräder arbeiten nach dem Verdrängerprinzip, und ihre Rotation sorgt für die Bewegung der Flüssigkeit innerhalb der Pumpe. Die Geometrie der Zahnräder und die Eingriffsgenauigkeit bestimmen gemeinsam den volumetrischen Wirkungsgrad, die Pulsation und die Haltbarkeit der Ölpumpe.
Wie funktioniert das Ölpumpengetriebe?
Zahnradeingriff
Die Drehung des Antriebszahnrads zwingt das Zwischenzahnrad in eine Gegenbewegung. Durch diesen Eingriff wird das Pumpmuster erzeugt, das die Flüssigkeitsbewegung unterstützt.
Öl einziehen
Sobald sich die Zähne der Zahnräder auf der Saugseite auseinander bewegen und trennen, öffnen sich Hohlräume und der Druck in diesen Räumen sinkt. Diese Niederdruckzone zieht Öl aus der Ölwanne in die offenen Räume der Zahnradkammer.
Flüssigkeitsmitnahme
Nun wird das Öl zwischen den Zahnradflanken und dem umgebenden Gehäuse eingeschlossen und außen um die Zahnräder herum zum Auslass geleitet.
Druckabgabe
Auf der Außenseite greifen die Zahnräder wieder ein und die offenen Räume verkleinern sich, wodurch das eingeschlossene Öl in Richtung der Auslassöffnung gedrückt wird. Auf diese Weise wird das Öl bei jeder Umdrehung in einer kontrollierten, dosierten Menge durch die Auslassöffnung ausgestoßen.
Druckstabilisierung
Um die nachgeschaltete Schmierung stabil zu halten und eine Überlastung zu vermeiden, ist ein Überdruckventil eingebaut. Steigt der Druck zu stark an, wird etwas Öl zum Einlass oder zur Ölwanne zurückgeleitet, um das System zu schützen.
Arten von Ölpumpengetrieben
Externer Zahnradsatz
Ein Außenzahnradsatz besteht aus zwei außenverzahnten Zahnrädern, die sich beim Ineinandergreifen der Zähne in entgegengesetzte Richtungen drehen. Diese Zahnräder rotieren in einem Gehäuse; ein Zahnrad fungiert als Antriebsrad, das andere als Zwischenrad. Die Ölpumpe, die mit diesen Zahnrädern betrieben wird, wird als Außenzahnrad bezeichnet.
Externe Ölpumpengetriebe bestehen hauptsächlich aus Überzahnrädern. Diese Getriebe mit einfacher Konstruktion werden typischerweise bei Anwendungen mit niedrigeren Drehzahlen von etwa 600 U/min eingesetzt. Ihre Einfachheit macht sie kostengünstig und zuverlässig.
Leistung von externen Ölpumpengetrieben
Ölpumpenzahnräder mit einer höheren Zähnezahl weisen im Allgemeinen geringere Leckageverluste auf und sorgen für einen gleichmäßigeren, gleichmäßigeren Durchfluss. Diese Zahnräder können hohe Betriebsdrücke erzeugen und eignen sich gut für die Förderung von Ölen und anderen viskosen Flüssigkeiten.
Innenzahnradsatz (Gerotor)
Ein Innenzahnradsatz oder Gerotor besteht aus zwei Elementen: einem kleineren Innenzahnrad (Leerrad) und einem größeren Außenzahnrad (Rotor) mit Innenverzahnung. Das Innenzahnrad wird über eine Welle angetrieben und ist leicht außermittig im Außenrotor montiert. Diese exzentrische Bewegung bewirkt bei der Rotation ein Ineinandergreifen und Entkoppeln der Zahnräder, wodurch sich auf der Einlassseite vergrößernde und auf der Auslassseite verkleinernde Hohlräume entstehen. Diese Hohlräume saugen das Öl an, transportieren es und geben es ab, wodurch eine kontinuierliche Verdrängerpumpe ermöglicht wird.
Umgang mit vielseitigen Flüssigkeiten
Ein Innenzahnrad in einer Ölpumpe kann eine Vielzahl von Flüssigkeiten fördern. Beispielsweise können sie sehr viskose Produkte wie Erdöl fördern, aber auch leichtere Flüssigkeiten wie Kraftstoffe oder Schmieröle.
Operativer Vorteil
Die Konstruktion der internen Ölpumpenzahnräder ermöglicht einen bidirektionalen Betrieb, d. h. sie können in beide Richtungen pumpen. Deshalb eignen sie sich für Aufgaben wie das Befüllen und Entleeren von Behältern mit gleicher Effizienz.
Werkstoffe zur Herstellung von Ölpumpenzahnrädern
Stahl
Stahl wird für Ölpumpenzahnräder verwendet, die hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit erfordern. Wärmebehandelte legierte Stähle bieten eine lange Lebensdauer bei hohem Druck und hoher Geschwindigkeit.
Gusseisen Kochgeschirr
Ölpumpenzahnräder werden aus Gusseisen hergestellt, da es sich gut bearbeiten lässt, thermisch stabil ist und Schwingungen dämpft. Solche Zahnräder eignen sich für Anwendungen mit mittlerer Belastung und sind kostengünstiger, während sie in modernen Automobilölpumpen seltener zum Einsatz kommen.
Pulvermetallurgische Materialien
Hersteller bewerben sich pulvermetallurgische Materialien bei der Massenproduktion komplexer Zahnradformen, wodurch Kosteneffizienz und gleichbleibende Qualität erreicht werden, während die Oberflächenhärtung die Verschleiß- und Dauerfestigkeit weiter verbessert.
Anwendungen von Ölpumpengetrieben
Automotoren
Ölpumpenzahnräder werden in der Motorschmierung eingesetzt, um sicherzustellen, dass Öl von der Ölwanne zu Lagern, Nockenwellen und anderen beweglichen Teilen gelangt. Sie werden auch bei der Heizölförderung eingesetzt, insbesondere in Systemen, in denen die Pumpe verschleißfest sein und den Durchfluss bei schwankender Motordrehzahl aufrechterhalten muss.
Dieselmotor
In LKWs, Bussen und Geländemaschinen sind Ölpumpengetriebe im Dauerbetrieb, oft unter hoher Belastung und bei schwankenden Temperaturen, im Einsatz. Sie gewährleisten die Schmierung auch bei hochviskosem Öl.
Hydraulische Systeme
Ölpumpengetriebe finden auch Anwendung in Hydraulikkreisläufen mobiler und stationärer Maschinen wie Baggern, landwirtschaftlichen Traktoren, Aufzügen und Pressen. Hier erzeugen Ölpumpengetriebe hydraulische Leistung, indem sie Druck und Durchfluss für die Antriebe erzeugen.
Industrielle Schmierung
In Industrieanlagen wie Maschinen, Turbinen und Getrieben zirkulieren Ölpumpenzahnräder Schmiermittel, um Reibung zu reduzieren und Wärme abzuleiten. Ihre Zuverlässigkeit sorgt für minimale Ausfallzeiten.
Pulvermetallurgie-Ölpumpenzahnrad
Pulvermetallurgische Ölpumpenzahnräder werden durch ein kontrolliertes Press- und Sinterverfahren hergestellt. Eisenbasierte Pulver, oft mit Kupfer oder Nickel legiert, werden mit Schmiermitteln vermischt, um Fließfähigkeit und Verdichtung zu verbessern. Die Mischung wird in Präzisionsformen unter hohem Druck verdichtet, um ein grünes Zahnrad mit präziser Zahngeometrie zu formen. Diese Presslinge werden anschließend in einem Durchlaufofen unter Schutzatmosphäre gesintert, wo die Partikel durch Festkörperdiffusion verbunden werden und die erforderliche Festigkeit entwickeln.
Durch sekundäre Vorgänge wird die Leistung weiter verbessert: Durch die Dimensionierung wird die Maßgenauigkeit verbessert, durch Einsatzhärten oder Oberflächenverdichtung wird die Verschleißfestigkeit erhöht und durch Ölimprägnierung wird eine Selbstschmierung erreicht.
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