Kompakte wasserhydraulische Kolbenpumpen sind nach dem Stand der Technik als selbstgeschmierte Maschinen ausgeführt, deren zulässiger Druckbereich 210 bar aufgrund der hohen Lasten in den tribologischen Kontakten in der Praxis nicht übersteigt. Für Hochdruckanwendungen werden hingegen Plungerpumpen verwendet, deren Bauraumbedarf um eine Größenordnung über dem Bedarf von selbstgeschmierten Pumpen liegt. Daher gilt es die Lücke zu schließen und für die Wasserhydraulik kompakte Pumpen für Hochdruck zu entwickeln.
Um den Druckbereich von selbstgeschmierten wasserhydraulischen Kolbenpumpen abschätzen zu können und den Kontakt zwischen Kolbengleitschuh und Schrägscheibe der Auslegung zugänglich zu machen, wird ein Simulationsmodell zur Berechnung des Drucks im Schmiermedium anhand der Reynolds-Gleichung aufgebaut. Dieses Modell wird mit der Berechnung der Deformation der elastischen Gegenkörper kombiniert. Damit eignet sich das Modell zur Simulation von Gleitpartnern aus Kunststoff, die in der Wasserhydraulik üblich sind.
Weiterhin wird eine Radialkolbenmaschine mit innovativer Medientrennung entwickelt. Dazu wird zunächst ein geeignetes Triebwerk ausgelegt. Zur Abgrenzung der Medientrennung werden Möglichkeiten nach dem Stand der Technik aufgezeigt und die innovative Medientrennung vorgestellt. Diese wird für die Pumpe im Rahmen der Simulation untersucht und aus den Erkenntnissen ein Funktionsmuster abgeleitet.
Zur Erprobung des Funktionsmusters wird ein Komponentenprüfstand aufgebaut und die Medientrennung messtechnisch zugänglich gemacht. Die Ergebnisse fließen in ein Redesign des innovativen Funktionsprinzips ein.
Aktualisiert: 2020-12-22
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Es wird eine neuartige hydrostatische Verdrängereinheit auf Basis einer außenabgestützten Radialkolbeneinheit vorgestellt und die grundlegenden kinematischen Zusammenhänge hergeleitet.
Augenscheinlichstes Merkmal der Verdrängereinheit sind zwei gegenüberliegende sphärische Steuerplatten, die den konventionellen Steuerzapfen ersetzen. Durch die sphärische Gestalt der Steuerplatten wird der Rotor in axialer und in radialer Richtung hydrostatisch gelagert ohne die Triebwelle zu belasten. Zur Auslegung und Optimierung dieses Tribosystems wird ein analytisches Berechnungsverfahren entwickelt und die Ergebnisse bezogen auf eine 40 ccm Einheit theoretisch wie auch durch experimentelle Versuche an einem Motor- sowie an einem Pumpenprüfstand gezeigt.
Ein weiteres Merkmal ist die Drehmomenterzeugung im Rotor, dessen Mechanismus mathematisch hergleitet wird. Es wird gezeigt, dass die Kolben hierbei querkraftfrei sind, was in einem deutlich weniger belasteten Tribokontakt zwischen Kolben und Buchse resultiert. Für die Entlastung des Kontaktes Kolbenschuh und Hubring wird ein vollhydrostatisch entlasteter Gleitschuh mit vordefinierbarer Schmierspalthöhe ausgelegt. Die Ergebnisse werden zum einen mit Hilfe eines Komponentenprüfstandes als auch durch experimentelle Untersuchungen im Gesamtsystem validiert und dargestellt.
Abschließend werden Wirkungsgraduntersuchungen einer RAC-40 ccm Einheit vorgestellt und gezeigt, dass das RAC-Konzept bereits im jetzigen Entwicklungsstand die Leistungswerte heutiger Verdränger erreicht. Aufgrund der RAC-spezifischen Konstruktion ergeben sich hierbei deutliche Unterschiede der Verlustmechanismen die ebenfalls kurz diskutiert werden.
Aktualisiert: 2019-12-12
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