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O+P Fluidtechnik 11-12/2022

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O+P Fluidtechnik 11-12/2022

SIMULATIONEN FORSCHUNG

SIMULATIONEN FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED DRUCKANREGUNGS- UND GERÄUSCHMINDERUNG ENTWICKLUNGSZEITVERKÜRZUNG DURCH DAS AUSLEGUNGSTOOL HGP-SIM FÜR INNENZAHNRADPUMPEN Innenzahnradpumpen, die in mobil- und stationär-hydraulischen Anlagen verbaut sind, tragen einen wesentlichen Teil zur Geräuschentstehung solcher Anlagen bei. Hinsichtlich der Gestaltung und Berechnung solcher Pumpen sind nur lückenhaft Auslegungsregeln bekannt. Ein gesamtheitlicher analytischer Berechnungsansatz und dessen Implementierung in das Programm HGP-SIM werden in diesem Beitrag vorgestellt. Durch dieses Programm ist es auch dem weniger erfahrenen Anwender möglich, eine Pumpe mit geräuschmindernden Maßnahmen im frühen Stadium der Entwicklungsphase zu gestalten. Dadurch werden sowohl Entwicklungszeit als auch Entwicklungskosten eingespart und damit eine effiziente Produktentwicklung geschaffen. 28 O+P Fluidtechnik 2022/11-12 www.oup-fluidtechnik.de

SIMULATIONEN 1 EINFÜHRUNG Innenzahnradpumpen werden in mobil- und stationär-hydraulischen Anlagen als Schmier- und Kühlpumpen, für das Wandeln der hydraulischen Energie oder zur Aufrechterhaltung des Regelschaltdrucks in den Steuerungssystemen eingesetzt. Dabei tragen die Innenzahnradpumpen durch die mechanische Bewegung der Zahnräder und des daraus erzeugten periodischen Strömungsvorgangs zur Förderung des jeweiligen Mediums maßgeblich mit zur Gesamt-Schallemission in den eingesetzten Anlagen bei [1, 2]. Durch die Fördervorgänge der Pumpe entstehen geometrisch bedingte Pulsationen und aus diesen wiederum mechanische Anregungen, die schließlich als Schallemission in der Umwelt wahrgenommen werden können [3]. Diese nicht vermeidbaren Pulsationen werden allerdings durch nicht optimierte geometrische Gestaltungen der Innenkonturen in den Pumpen noch verstärkt und führen zu inneren Wechselkräften und einer erhöhten Schallanregung über das Gehäuse (Bild 01). Aus diesem Grund muss eine zielgerichtete Auslegung der Geometrie der Pumpe erreicht werden, um die beschriebenen Pulsationen auf ein Mindestmaß zu senken. Da jedoch Entwicklungszeiten und -kapazitäten heutzutage immer enger verplant werden, soll diese Auslegung nicht durch aufwändige Simulationen oder Versuche im „trial- and error“ Modus stattfinden. In diesem Beitrag wird ein analytisches Berechnungsverfahren dargelegt, das geometrische Gestaltungen für Innenzahnradpumpen unter dem Aspekt der Pulsationsminderung und somit Geräuschminderung ausgibt [4]. Kinetische Aspekte bleiben in diesem Beitrag und im Berechnungsmodell unbeachtet, da sie eine untergeordnete Rolle für geradverzahnte Pumpen und die vorgestellte Modellbildung einnehmen. Das Verfahren kann vom Konstrukteur bereits als parametrisiertes System in der Vorauslegung genutzt werden, ohne dass Modelle für Simulationen oder Prototypen für Versuche erzeugt werden müssen. Die Herleitung und die Resultate werden an einer Innenzahnradpumpe ausgearbeitet und verifiziert. Dabei beschränkt sich das dargestellte Berechnungsmodell auf Niederdruckzahnradpumpen (Betriebsdruck

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