Zahnradpumpe einfach erklärt: Funktion, Aufbau und Einsatzgebiete
Die Zahnradpumpe zählt zu den am häufigsten eingesetzten Verdrängerpumpen in der Hydraulik. Ihre robuste Bauweise, hohe Zuverlässigkeit und einfache Konstruktion machen sie zur ersten Wahl in zahlreichen industriellen Anwendungen. Doch wie genau funktioniert eine Zahnradpumpe, welche Komponenten sind für die Förderung verantwortlich und wo liegen ihre typischen Einsatzgebiete?
In diesem Beitrag erklären wir den technischen Aufbau einer Zahnradpumpe, die Funktionsweise sowie die wichtigsten hydraulischen Eigenschaften dieser Pumpentechnologie.
Inhalt dieses Beitrags
1. Was ist eine Zahnradpumpe?
2. Aufbau einer Zahnradpumpe
3. Zahnradpumpenfunktion im Detail
4. Hydraulische Eigenschaften von Zahnradpumpen
5. Vorteile von Zahnradpumpen
6. Grenzen und Nachteile
7. Typische Einsatzgebiete der Zahnradpumpe
8. Zum Abschluss: Die wichtigsten Infos noch einmal kurz und knapp
1. Was ist eine Zahnradpumpe?
Eine Zahnradpumpe ist eine rotierende Verdrängerpumpe, die Flüssigkeiten durch das Ineinandergreifen zweier Zahnräder fördert. Dabei wird ein definiertes Volumen des Fördermediums von der Saugseite zur Druckseite transportiert.
2. Aufbau einer Zahnradpumpe
Der grundlegende Aufbau einer Zahnradpumpe besteht aus wenigen, aber präzise gefertigten Komponenten:
- Pumpengehäuse
- Antriebszahnrad
- Mitlaufendes Zahnrad
- Wellenlagerung
- Sauganschluss
- Druckanschluss
- Dichtungen
Das Antriebszahnrad wird über einen Elektromotor oder Verbrennungsmotor angetrieben. Es setzt das zweite Zahnrad in Bewegung. Beide Zahnräder laufen innerhalb eines eng tolerierten Gehäuses, wodurch Leckageverluste minimiert werden.
Man unterscheidet grundsätzlich zwischen:
- Außenzahnradpumpen:
Bei Außenzahnradpumpen greifen zwei außenverzahnte Zahnräder ineinander. Diese Bauform ist die am weitesten verbreitete Variante in hydraulischen Anlagen.
- Innenzahnradpumpen:
Hier greift ein kleineres außenverzahntes Zahnrad (=Antriebszahnrad) in ein größeres innenverzahntes Zahnrad. Innenzahnradpumpen arbeiten häufig geräuschärmer und eignen sich besonders für viskose Medien.
3. Zahnradpumpenfunktion im Detail
Die Funktion einer Zahnradpumpe basiert physikalisch auf dem Verdrängerprinzip. Dieses Prinzip bezeichnet das Wechselspiel von Volumenvergrößerung und Volumenverkleinerung zwischen den Zahnflanken und dem Gehäuse und das daraus entstehende Druckgefüge.
Dieses Strömungsprinzip hat zur Folge, dass pro Umdrehung ein nahezu konstantes Fördervolumen bewegt wird. Dadurch eignet sich die Zahnradpumpe besonders für Anwendungen, bei denen ein gleichmäßiger Volumenstrom und hohe Drücke gefordert sind.
Der Förderprozess läuft in mehreren Schritten ab:
- Ansaugphase
Beim Drehen der Zahnräder verlassen die Zahnflanken auf der Saugseite den Eingriff. Dadurch vergrößert sich das freie Volumen zwischen Zahnrad und Gehäuse. Der daraus entstehende Unterdruck saugt das Fluid aus der Leitung oder dem Tank in die Pumpe.
- Transportphase
Das Fördermedium wird in den Zahnlücken eingeschlossen und entlang der Gehäusewand zur Druckseite transportiert. Wichtig dabei: Die Flüssigkeit strömt nicht zwischen den beiden ineinandergreifenden Zahnrädern hindurch, sondern außen um die Zahnräder herum.
- Verdrängungsphase
Auf der Druckseite greifen die Zahnflanken erneut ineinander. Das eingeschlossene Volumen wird verkleinert und das Fluid in die Druckleitung verdrängt. Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich mit jeder Umdrehung. Durch die Trennung von Saug- und Druckanschluss mittels Zahneingriff halten Zahnradpumpen hohe Betriebsdrücke aus.
4. Hydraulische Eigenschaften von Zahnradpumpen
Zahnradpumpen zeichnen sich durch folgende hydraulische Eigenschaften aus:
Konstanter Volumenstrom
Da pro Umdrehung ein fest definiertes Fördervolumen transportiert wird, erzeugen Zahnradpumpen einen nahezu gleichmäßigen Volumenstrom.
Die theoretische Fördermenge berechnet sich vereinfacht nach:
Q = Vg × n
Dabei gilt:
- Q = Förderstrom
- Vg = geometrisches Verdrängungsvolumen
- n = Drehzahl
Eine Erhöhung der Drehzahl führt direkt zu einer höheren Fördermenge.
Hohe Druckfähigkeit
Hydraulische Zahnradpumpen halten hohen Betriebsdrücken stand.
- Standardanwendungen: bis etwa 250 bar
- Hochleistungsvarianten: bis über 300 bar
Dadurch eignen sie sich hervorragend für mobile und industrielle Hydrauliksysteme.
Selbstansaugende Eigenschaften
Zahnradpumpen können aufgrund ihres Verdrängerprinzips selbstständig Fördermedien ansaugen, ohne dass die Saugleitung vollständig gefüllt sein muss.
Gute Eignung für viskose Medien
Neben Hydraulikölen fördern Zahnradpumpen beispielsweise auch:
- Schmieröle
- Kraftstoffe
- Harze
- Klebstoffe
- Bitumen
- Chemikalien
Besonders bei höherer Viskosität arbeiten sie häufig effizienter als dynamische Pumpensysteme.
Wirkungsgrad und Leckageverluste
In der Praxis treten interne Leckageverluste auf. Diese entstehen durch geringe Spaltmaße zwischen:
- Zahnrad und Gehäuse
- Stirnflächen und Lagerplatten
- Wellen und Dichtungen
Der volumetrische Wirkungsgrad hängt daher von mehreren Faktoren ab:
- Betriebsdruck
- Temperatur
- Viskosität des Mediums
- Fertigungsgenauigkeit
- Verschleißzustand
Moderne Zahnradpumpen erreichen volumetrische Wirkungsgrade von über 90 Prozent.
5. Vorteile von Zahnradpumpen
Zahnradpumpen gehören zu den am häufigsten eingesetzten Pumpentypen in hydraulischen Anwendungen. Ihre Verbreitung ergibt sich aus mehreren technischen Vorteilen:
- einfache Konstruktion
- kompakte Bauweise
- hohe Zuverlässigkeit
- geringer Wartungsaufwand
- selbstansaugend
- hohe Druckfestigkeit
- gute Regelbarkeit über die Drehzahl
- kostengünstige Herstellung
6. Grenzen und Nachteile
- pulsationsbehafteter Förderstrom
- Geräuschentwicklung bei hohen Drehzahlen
- begrenzte Eignung für abrasive Medien
- sinkender Wirkungsgrad bei zunehmendem Verschleiß
- empfindlich gegenüber Trockenlauf
Für besonders präzise oder geräuscharme Anwendungen kommen daher häufig Kolben- oder Flügelzellenpumpen zum Einsatz.
7. Typische Einsatzgebiete der Zahnradpumpe
Die Zahnradpumpe findet sich in zahlreichen technischen Bereichen:
Mobile Hydraulik
- Baumaschinen
- Landmaschinen
- Kommunalfahrzeuge
- Hebebühnen
Industrielle Hydraulik
- Pressen
- Werkzeugmaschinen
- Spritzgießmaschinen
- Förderanlagen
Prozess- und Verfahrenstechnik
- Chemieanlagen
- Schmierstoffsysteme
- Dosieranlagen
- Kraftstoffförderung
Marine- und Energietechnik
- Schiffsantriebe
- Schmierölversorgung
- Generatoranlagen
- Turbinensysteme
8. Zum Abschluss: Die wichtigsten Infos noch einmal kurz und knapp
Die Funktionsweise einer Zahnradpumpe basiert auf einem einfachen, aber äußerst effektiven Verdrängungsprinzip. Durch das Zusammenspiel zweier Zahnräder wird ein kontinuierlicher Volumenstrom erzeugt, der sich besonders für hydraulische Anwendungen und die Förderung viskoser Medien eignet.
Dank ihrer kompakten Bauweise, hohen Druckfestigkeit und zuverlässigen Arbeitsweise gehört die Zahnradpumpe bis heute zu den wichtigsten Pumpentypen in der Industrie. Entdecken Sie eine Vielzahl von Zahnradpumpen auch bei uns im Shop.
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