Zahnradpumpen werden nach wie vor sehr verbreitet in der Antriebstechnik sowie in Anlagensystemen zur hydraulischen Kraftübertragung verwendet. Für die industrielle Anwendbarkeit der Pumpen sind vor allem niedrige Geräuschemissionen, niedrige Herstellungskosten und hohe Leistungen zu vereinen. Werden Innenzahnradpumpe mit Außenzahnradpumpen verglichen, zeichnen sich Innenzahnradpumpen durch niedrigere Geräuschemissionen aus, sind jedoch wegen ihrer höheren Herstellungskosten weniger verbreitet und erforscht. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Optimierung der Auslegung und des Betriebsverhaltens von hohlradgetriebenen Innenzahnradpumpen. Ziel ist es, allgemeingültige Auslegungsregeln für industriell umsetzbare Innenzahnradpumpen zu entwickeln. Die erarbeiteten Gestaltungskriterien führen vornehmlich zu einer Minderung von Druckpulsationen und Druckwechselkräften. Um den Druck im Druckabbauvorgang zu reduzieren, wird mit einem neuen geometrischen Verfahren die Pumpenverzahnungsgeometrie dahingehend ausgelegt, große Druckerhöhungen in der Zahnkammer zu vermeiden. Die im Gehäuse platzierten Stege werden über das Berechnungsverfahren so angepasst, dass eine weitere Reduzierung des Spitzendrucks erfolgt. Für die Ermittlung des Druckgradienten im Druckaufbauvorgang wird ein analytisches Verfahren erstellt, das es ermöglicht den Druck in der Zahnkammer während einer Umdrehung zu berechnen. Damit können im Bereich der Sichel über Nutungen gezielte Leckströme erzeugt werden, um den Druckgradienten zu senken. Für die Verifikation des Auslegungsmodells wird der Druckverlauf in der Zahnkammer mit einem im Zahnfuß eingebauten Miniaturdruckaufnehmer gemessen. Durch das Antriebskonzept können bei hohlradgetriebenen Innenzahnradpumpen aufgrund exzentrisch angreifender Kräfte Verkippungen an den Pumpenrädern auftreten. Die Verkippungen werden unter dynamischen Bedingungen mit zwei Wirbelstromsensoren überprüft. Es wird ein Kennfeld erarbeitet, das es dem Konstrukteur ermöglicht, Verkippungen bereits unter Beachtung des Wirkungsgrads im Auslegungsstadium zu vermindern. Aus den erhaltenen Erkenntnissen wird das Programm HGP-SIM zur Auslegung von hohlradgetriebenen Innenzahnradpumpen mit optimiertem Betriebsverhalten erstellt. Über die Eingabe von Vorgabedaten werden in Unterprogrammen optimierte Auslegungsgeometrien für die einzelnen Teilbereiche ausgegeben. Nach den erarbeiteten Regeln ausgelegte hohlradgetriebene Innenzahnradpumpen zeichnen sich bei ähnlichen Herstellungskosten durch niedrigere Schallemissionen wie Außenzahnradpumpen aus. Dadurch wird das Potenzial von hohlradgetriebenen Innenzahnradpumpen zur industriellen Anwendung und Umsetzung bewiesen.
Optimierung der Auslegung und des Betriebsverhaltens von hohlradgetriebenen Innenzahnradpumpen
2013
XVI, 172 S.
Ill., graph. Darst.
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Hochschulschrift
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