Entwicklung einer Hochdrehzahl-Innenzahnradpumpe für die Elektrifizierung mobiler Anwendungen am Beispiel einer autarken dezentralen elektro-hydraulischen Achse

  • Design of an high speed internal gear pump for mobile applikations

Pietrzyk, Tobias; Schmitz, Katharina (Thesis advisor); Jacobs, Georg (Thesis advisor)

Düren : Shaker (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Reihe Fluidtechnik. D 109
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Vor dem Hintergrund der Elektrifizierung im Bereich mobiler Arbeitsmaschinen gilt es die Leistungsdichte von elektro-hydraulischen Antrieben zu steigern und dadurch den baulichen Restriktionen in der Mobilhydraulik gerecht zu werden. Die Nutzung von High-Speed Komponenten mit Drehzahlen oberhalb von 10000 U/min trägt wesentlich zur Verbesserung der Leistungsdichte bei, scheitert jedoch an der Drehzahlgrenze aktueller Pumpen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Hochdrehzahltauglichkeit am Beispiel einer spaltkompensierten Innenzahnradpumpe, für eine Antriebsdrehzahl von 10000 U/min mit einem Fördervolumen von ca. 4 cm³, untersucht. Dazu werden die kinematischen, mechanischen und hydraulischen Vorgänge innerhalb der Pumpe betrachtet. In der Berechnung des Triebwerks werden die in einer Innenzahnradpumpe wirkenden Kräfte und Momente beleuchtet sowie der kinematische Förderprozess diskutiert. Weiter wird der Einfluss der geometrischen Abmessungen des Triebwerks auf die Drehzahlgrenze mit Hilfe von numerischen Strömungssimulationen betrachtet. Für die Berechnung der radialen Spaltkompensation wird der Druckaufbau unter Verwendung verschiedener Druckausgleichskerben untersucht sowie der radiale Kompensationsgrad bei unterschiedlichen Drehzahlen berechnet. Zur Auslegung der axialen Spaltkompensation wird in MATLAB ein Simulationsmodell zum Lösen der Reynolds-Gleichung im Schmierspalt aufgebaut. Die Ergebnisse der Berechnungen fließen in die konstruktive Umsetzung einer High-Speed Innenzahnradpumpe ein. In der messtechnischen Komponentenerprobung wird die Hochdrehzahltauglichkeit experimentell nachgewiesen und die Teil- und Gesamtwirkungsgrade diskutiert. Als eine mögliche Anwendung wird die High-Speed Innenzahnradpumpe in einer dezentralen elektrohydraulischen Achse (EHA), welche den Stielzylinder eines Kompaktbaggers ersetzt, messtechnisch erprobt. Dazu wird eine hydraulische Systemarchitektur mit entsprechendem Steuerungs- und Regelungskonzept im 4-Quandrantenbetrieb vorgestellt. Anschließend wird die konstruktive Umsetzung der EHA erläutert und die Resultate der Messreihen gezeigt.

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