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Pumpenkennlinie
1 Aufgabenstellung
· Messung des maximalen Volumenstroms einer Zahnradpumpe
· Aufnahme der p/Q-Pumpenkennlinie einer Zahnradpumpe
2 Schaltung
Die nebenstehende Schaltung wurde am Hydraulikstand I aufgebaut.
Als Systemdruck wurde aus Sicherheitsgründen nur etwa p1 = 70 bar verwendet, in der Praxis läge der Druck bei 200 bar.
Der maximale Volumenstrom der Pumpe wurde am Hydraulikstand II mithilfe eines Volutron-Zahnradtransmitters VHZ0 mit Qmax = 7,36 l/min bestimmt; die weiteren Messungen mittels des Schwebekörpermessers wurden prozentuell auf diesen Wert bezogen.
3 Messungen
Nach dem Einschalten der Pumpe wurde das Hydrauliköl langsam wärmer, dieser Vorgang wurde durch eine Drosselung (ca. 50% Q) mittels des Drosselventils beschleunigt.
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Messung |
Temperatur [°C]1 |
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1 |
19 |
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2 |
30 |
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3 |
41 |
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4 = 5 |
40 |
Die 4. (Stand I) und 5. (Stand II) Messung wurden parallel an beiden Ständen bei derselben Betriebstemperatur des Öls durchgeführt.
Der unterste Wert in der Tabelle gibt gleichzeitig den maximalen Druck an, der bei geschlossenem Drosselventil erreichbar war.
4 Diagramm
Die Verlustleistung, welche an der Drossel bei etwa 50% Q umgesetzt wird, ergibt sich folgendermaßen (z. B. Messung 2, Zeile 13):
Dp = 65
bar
Q = 3,24 l/min
P = Dp · Q = 65 · 105 Pa · 3,24 · 10-3 m3 · (60 s)-1 = 351 W
Die Leistung, die die Pumpe liefern muss, beträgt etwa
Dp = 70
bar
Q = 7 l/min
P = Dp · Q = 70 · 105 Pa · 7 · 10-3 m3 · (60 s)-1 = 817 W
6 Interpretation der Messergebnisse
6.1 Allgemeines zur Zahnradpumpe
Die Zahnradpumpe saugt das Öl wegen des entstehend Unterdrucks an, dies führt beim Einschalten zur Ausbildung von Luftblasen, welche am Beginn der Messung im Schwebekörpermesser deutlich zu erkennen waren.
Das Geräusch des Leerlaufs ist sehr gut von dem unter Belastung unterscheidbar.
Die Drehrichtung der Pumpe kann zwar theoretisch umgedreht werden, dies sollte jedoch vermieden werden, da die Zahnräder während des Betriebs einseitig stark belastet werden und sich (genauso wie die Lager) in einer Richtung einlaufen. Außerdem sind die Lager der Zahnradwelle meist in einer Richtung stärker dimensioniert; das Betriebsgeräusch würde bei einer Umkehrung der Drehrichtung vermutlich steigen.
6.2 Interpretation der Kennlinien
6.2.1 Stand I
Mit steigender Betriebstemperatur des Hydrauliköls verschiebt sich die gesamte Kennlinie nach unten, der maximal erreichbare Druck sinkt. Dies ist auf die sich ändernden Eigenschaften des Mediums zurückzuführen (Viskosität, etc.). Die Betriebstemperatur sollte nicht unter 40°C liegen.
Die ideale Pumpenkennlinie sollte eine Gerade parallel zur X-Achse in Höhe des ersten Q-Messwerts sein. Dass die Kurve über etwa 50 bar stark fällt, ist auf den volumetrischen Wirkungsgrad hvm und die damit verbundenen Verluste in der Pumpe sowie auf einen kleinen Teil von Q, der über das Druckbegrenzungsventil fließt, zurückzuführen. Außerdem sinkt bei Belastung die Drehzahl des Antriebsmotors ein wenig.
6.2.2 Vergleich Stand I Stand II
Anfangs pumpt die Pumpe am Stand II etwa 1 l/min mehr als die auf dem anderen, danach bricht die Q-Linie jedoch stärker ein und liegt schließlich unter der von Stand I (DBV).
Die Unterschiede zwischen den Pumpen erklären sich einerseits durch die unterschiedlichen Wirkungsgrade, Abnutzungen etc. und andererseits durch die Ungleichheit des Öls:
Aufgrund der Ableseungenauigkeit auf dem eingebauten Thermometer sowie anderer Faktoren (Viskosität, etc.) sind die Eigenschaften wahrscheinlich nicht ganz gleich.
Außerdem wurde der Stand II später eingeschaltet und lief dann ununterbrochen, während der Stand I gegen Ende der Übung ausgeschaltet wurde, um die Temperatur auf das gleiche Niveau wie am Stand II zu bringen; dies hat sicher auch eine Auswirkung auf die Kennlinie.
1 Anstieg während der Messung ca. 3°C
