{"id":6130,"date":"2020-11-23T16:07:37","date_gmt":"2020-11-23T15:07:37","guid":{"rendered":"https:\/\/dienerprecisionpumps.com\/pump-internal-leakage\/"},"modified":"2022-11-17T11:04:31","modified_gmt":"2022-11-17T10:04:31","slug":"interne-leckage-pumpe","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/dienerprecisionpumps.com\/de\/interne-leckage-pumpe\/","title":{"rendered":"Interne Leckage der Pumpe"},"content":{"rendered":"\r\n

Was ist eine interne Leckage?<\/h2>\r\n

Wie in der \u00dcbersicht \u00fcber Verdr\u00e4ngerpumpen beschrieben, ist ein festes F\u00f6rdervolumen, unabh\u00e4ngig vom Auslassdruck, nur theoretisch. Materialflexibilit\u00e4t, interne Leckage (“Blow-by”), Verschlei\u00df und andere Variablen f\u00fchren zu einer unterschiedlich starken Druckabh\u00e4ngigkeit. Im Folgenden wird auf die Details der internen Leckage eingegangen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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\"Interne

Interne Leckage an Spitzen in einer Zahnradpumpe<\/p><\/div>\r\n


Interne Leckagen resultieren aus der unvollkommenen Passung zwischen den Komponenten in einer Pumpenbaugruppe. Unabh\u00e4ngig davon, wie gut die beiden Komponenten zueinander passen, gibt es mikroskopisch kleine L\u00fccken, durch die Fl\u00fcssigkeiten flie\u00dfen. Die interne Leckage h\u00e4ngt in der Regel linear mit der dynamischen Viskosit\u00e4t einer Fl\u00fcssigkeit zusammen und ist daher bei Fl\u00fcssigkeiten mit niedriger Viskosit\u00e4t st\u00e4rker ausgepr\u00e4gt.\r\n

Interne Leckage ist nicht immer unerw\u00fcnscht. Die Schmierung von Zahnradpumpenlagern<\/a> erfordert einen Durchfluss von Bereichen mit hohem Druck zu niedrigem Druck, um ein korrektes hydrodynamisches Lager herzustellen. Bei einigen Pumpen wird die interne Leckage zur Begrenzung des maximalen Drucks verwendet, um einen \u00dcberdruck im System zu verhindern.<\/p>\r\n

Einige Pumpenkonstruktionen eliminieren interne Leckagen durch die Verwendung von nachgiebigen Materialien mit Presspassungen (d. h. Dichtungen). Diese Strategien k\u00f6nnen fast alle internen Leckagen eliminieren. Sie f\u00fchren jedoch zu Gleitverschlei\u00df, der andere Probleme verursacht. Dieser Artikel befasst sich nicht mit gleitenden Dichtungen.<\/p>\r\n

Rotierende Verdr\u00e4ngerpumpen<\/h2>\r\n

Die beiden h\u00e4ufigsten Quellen f\u00fcr interne Leckagen in Drehkolbenpumpen sind das Spitzenspiel und das Stirnfl\u00e4chenspiel. Nicht alle Pumpen haben beide Arten, z. B. haben Fl\u00fcgelzellenpumpen kein Spitzenspiel, da die Fl\u00fcgel aktiv gegen die Wand gleiten. Interne Leckagen in rotierenden Verdr\u00e4ngerpumpen reduzieren nicht nur die F\u00f6rdermenge, sondern auch den maximalen Druck und die F\u00e4higkeit zum Ansaugen.<\/p>\r\n

Spitzenspiel<\/h3>\r\n

Das Spiel an den Zahnrad-, Rotor- oder Drehkolbenspitzen ist eine wichtige Quelle f\u00fcr interne Leckagen. Ohne Druck erreicht die Fl\u00fcssigkeit die Spitzengeschwindigkeit an der Oberfl\u00e4che der Spitze und die Geschwindigkeit Null an der Hohlraumwand, mit einer linearen Verteilung dazwischen. Wenn der Auslass jedoch einen ausreichend hohen Druck aufweist, kann die Mitte der Kurve invertieren, was dazu f\u00fchrt, dass ein Teil der Fl\u00fcssigkeit zur\u00fcckflie\u00dft. Bei blockiertem Flie\u00dfdruck (Durchflussrate gleich Null) ist das Volumen der vorw\u00e4rts flie\u00dfenden Fl\u00fcssigkeit gleich dem der r\u00fcckw\u00e4rts flie\u00dfenden Fl\u00fcssigkeit (ohne Ber\u00fccksichtigung anderer Leckagequellen).<\/p>\r\n<\/figcaption>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n

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\"Zahnradspitze

Zahnradspitze Fl\u00fcssigkeitsstrom<\/p><\/div>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

Zahnradspitzen-Fluidstrom<\/h3>\r\n

Im Gegensatz zu anderen Formen der internen Leckage ist die Modellierung des Kopfspiels \u00e4u\u00dferst kompliziert. Die Betrachtung von experimentellen Daten und physikalischen Modellen legt nahe, dass der Leckagemechanismus eine Mischung aus laminarer Str\u00f6mung (abh\u00e4ngig von der Viskosit\u00e4t) und Fluidtr\u00e4gheit (abh\u00e4ngig von der Dichte) ist. Die Daten deuten auf eine Abh\u00e4ngigkeit der internen Leckage zwischen h\u00b2 und h\u00b3 hin, wobei h das radiale Spiel ist, und linear zum Kehrwert der Spitzenl\u00e4nge.<\/p>\r\n

Den Konstrukteuren von Innen- und Au\u00dfenzahnradpumpen, Gerotorpumpen und Drehkolbenpumpen stehen drei Methoden zur Verf\u00fcgung, um die Auswirkungen der Leckage an den Spitzen zu verringern:<\/p>\r\n

Verkleinern des Spitzenspiels. Dies erfordert eine hohe, wiederholbare Pr\u00e4zision, eine ausgezeichnete Qualit\u00e4tskontrolle und die Verwendung von Materialien mit minimaler Verformung durch Fl\u00fcssigkeitsaufnahme, Temperaturunterschiede, Eigenspannungen und Kriechen. Diese \u00dcberlegungen m\u00fcssen auf die Zahnr\u00e4der, Geh\u00e4use, Lager und Wellen angewendet werden.
Vergr\u00f6\u00dfern Sie die L\u00e4nge des Kopfspiels. Dies ist eine konstruktive Entscheidung, denn der Kompromiss ist eine Verringerung des Volumens pro Umdrehung. Die interne Leckage ist jedoch proportional und kann in vielen F\u00e4llen bis zu 75 % betragen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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\"Spitze

Spitze f\u00fcr Verdr\u00e4ngung optimiert<\/p><\/div>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

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\"Spitze

Spitze optimiert f\u00fcr geringe interne Leckage<\/p><\/div>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n<\/div>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

Spitze optimiert f\u00fcr Verdr\u00e4ngung Spitze optimiert f\u00fcr geringe interne Leckage<\/h3>\r\n

Erh\u00f6hen Sie die Anzahl der Z\u00e4hne an den Zahnr\u00e4dern. Wie bei der Vergr\u00f6\u00dferung der L\u00e4nge der Spitze f\u00fchrt eine gr\u00f6\u00dfere Anzahl von Z\u00e4hnen zu einem geringeren Volumen pro Umdrehung. Mehr Z\u00e4hne in unmittelbarer N\u00e4he des Hohlraums erzeugen mehr “Druckdichtungen”, wie in den untenstehenden Druckergebnissen aus einer Str\u00f6mungssimulation gezeigt wird. Eine Erh\u00f6hung der Anzahl der Z\u00e4hne kann zus\u00e4tzliche Vorteile wie einen gleichm\u00e4\u00dfigeren Durchfluss und eine geringere Ger\u00e4uschentwicklung mit sich bringen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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\"Computergest\u00fctzte

Computergest\u00fctzte Fluiddynamik-Simulation von Zahnradspitzenleckagen<\/p><\/div>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

Fl\u00e4chenspiel<\/h3>\r\n

Die interne Leckage an den Stirnfl\u00e4chen der rotierenden Elemente ist bei vielen rotierenden Verdr\u00e4ngerpumpen der gr\u00f6\u00dfte Faktor f\u00fcr die interne Leckage. Das Spiel in dieser Richtung ist leichter zu kontrollieren als das Spitzenspiel (weniger Komponenten im Toleranzstapel), aber die Oberfl\u00e4che ist gr\u00f6\u00dfer und die Durchflussrate ist proportional zum Kubus des Spalts (h3). Beim Durchfluss \u00fcber die Stirnfl\u00e4chen fehlt auch der Vorteil der zahlreichen Z\u00e4hne entlang des Leckagepfades und der hohen Vorw\u00e4rtsgeschwindigkeit an den Zahnspitzen. Die einzige M\u00f6glichkeit, die Leckage \u00fcber die Stirnfl\u00e4che zu verringern, besteht darin, die Pr\u00e4zision und Qualit\u00e4t der Komponenten zu erh\u00f6hen, so dass das Spiel verringert werden kann.<\/p>\r\n

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\"Interne

Interne Leckage an den Stirnseiten des Getriebes<\/p><\/div>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

Einige Pumpen legen PTFE-Dichtungen zwischen die Geh\u00e4useteile. Diese Dichtungen bilden eine Dichtung gegen externe Leckagen. Die Dicke dieser Dichtungen wirkt sich jedoch direkt auf das Planspiel aus. Im Laufe der Zeit und\/oder Temperatur kann sich die Dicke dieser Dichtungen \u00e4ndern, was die Leistung der Pumpe ver\u00e4ndern kann.<\/p>\r\n

Verdr\u00e4ngerpumpen mit Hubkolbenantrieb<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n

Hubkolben-Verdr\u00e4ngerpumpen sind ideal f\u00fcr die Dosierung oder Abgabe von pr\u00e4zisen Fl\u00fcssigkeitsmengen. Es \u00fcberrascht nicht, dass diese Pumpen die geringste interne Leckage der beiden Klassen von Verdr\u00e4ngerpumpen aufweisen. Die f\u00fcr viele Anwendungen erforderliche Pr\u00e4zision macht die interne Leckage jedoch immer noch zu einem wichtigen Aspekt der Pumpenkonstruktion und -produktion.<\/p>\r\n

R\u00fcckschlagventile<\/h3>\r\n

Die Quelle der internen Leckage, die bei fast allen Kolbenpumpen auftritt, sind die in den Ein- und Auslass integrierten R\u00fcckschlagventile. Die meisten R\u00fcckschlagventile in Pumpen sind entweder Membranr\u00fcckschlagventile (1) oder Kugelr\u00fcckschlagventile (nicht zu verwechseln mit Kugelh\u00e4hnen) (2). Eine Leckage am Einlass kann zu einem ungewollten \u00dcberdruck am Einlass f\u00fchren. Leckage am Auslass kann Fl\u00fcssigkeit aus dem Auslassanschluss leicht nach hinten ziehen. In beiden F\u00e4llen wird das effektive Dispensiervolumen reduziert.<\/p>\r\n

Beispiele f\u00fcr R\u00fcckschlagventile in einer Membranpumpe<\/h3>\r\n

Membran-R\u00fcckschlagventile verwenden ein flexibles Gummi, das \u00fcber einer Bohrung positioniert ist und im eingeschwungenen Zustand geschlossen ist. Die Abdichtung beruht auf der unbelasteten Form der Membrane in Verbindung mit dem Gegendruck, um eine R\u00fcckleckage zu verhindern. Zu den verschiedenen Formen von Membran-R\u00fcckschlagventilen geh\u00f6ren freischwingende Scheiben, biegsame Elastomere, Entenschn\u00e4bel und Regenschirme. R\u00fcckleckagen k\u00f6nnen auftreten, wenn sich die Membrane im Laufe der Zeit durchbiegt, Fremdk\u00f6rper die Dichtfl\u00e4che beeintr\u00e4chtigen oder abrasive Partikel in der Fl\u00fcssigkeit die Dicht- oder Sitzfl\u00e4chen abnutzen.<\/p>\r\n

Federbelastete Kugelh\u00e4hne dichten ab, indem sie einen festen Sitz zwischen Kugel und Sitz erzeugen. Oft ist der Sitz konisch und f\u00fchrt die Kugel in den Sitz, um eine gute Abdichtung zu gew\u00e4hrleisten. Die Konstruktion besteht typischerweise aus harten Materialien, um die Lebensdauer zu maximieren. Den starren Materialien fehlt jedoch die notwendige Nachgiebigkeit, um sich aneinander anzupassen, was zu mikroskopisch kleinen Pfaden f\u00fchrt, durch die Fl\u00fcssigkeit austreten kann.<\/p>\r\n

Viele Unternehmen haben sich auf die Konstruktion und Herstellung von Qualit\u00e4tsr\u00fcckschlagventilen spezialisiert. Die Materialien, Konstruktionen und Fertigungsmethoden sind gut entwickelt. Die oben beschriebenen inh\u00e4renten Eigenschaften lassen sich jedoch nicht vermeiden. Ventillose Kolbenpumpen bieten eine Konstruktion ohne R\u00fcckschlagventile, obwohl sie eine zus\u00e4tzliche Quelle f\u00fcr interne Leckagen haben.<\/p>\r\n

Kolbenspiele<\/h3>\r\n

Kolbenpumpen und ventillose Kolbenpumpen haben einen Kolben, der im Inneren eines Zylinders gleitet. Abweichungen in der Geradheit, Gr\u00f6\u00dfe, Rundheit und Zylindrizit\u00e4t f\u00fchren zu L\u00fccken, durch die die Fl\u00fcssigkeit flie\u00dfen kann. Die Menge der Leckage ist linear vom Auslassdruck abh\u00e4ngig und wird vom abgegebenen Volumen abgezogen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n

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\"Interne

Interne Leckage in einer Kolbenpumpe<\/p><\/div>\r\n

Die Leckage, als Funktion des Drucks, zwischen einem Kolben und einem Zylinder ist , wobei:<\/p>\r\n

P = Ausgangsdruck
\u00b5 = dynamische Viskosit\u00e4t
D = Kolbendurchmesser
h = Radialspiel
L = L\u00e4nge<\/p>\r\n

Normalerweise ist die einzige Variable, die dem Pumpenkonstrukteur zur Verf\u00fcgung steht, das Spiel. Der Durchfluss ist proportional zu h3, daher erfordert eine leistungsstarke Kolbenpumpe ein sehr enges Spiel. Zur Veranschaulichung ist unten eine \u00fcbliche Pumpenanwendung mit Wasser dargestellt, bei der das Spiel von 0 bis 20 \u00b5m variiert. F\u00fcr Pr\u00e4zisionsanwendungen muss die Leckage deutlich weniger als 1% des gew\u00fcnschten Hubraums betragen.<\/p>\r\n

 <\/p>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n

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\"Interne

Interne Leckage der Kolbenpumpe als Funktion des Durchflusses<\/p><\/div>\r\n

Interne Leckage von Kolbenpumpen als Funktion des Spiels<\/h3>\r\n

Das Erreichen von Spielr\u00e4umen im einstelligen Mikrometerbereich ist nicht einfach. Variablen wie Form, Gr\u00f6\u00dfe, Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit, W\u00e4rmeausdehnung und Bearbeitungstechniken m\u00fcssen genau bewertet werden. Keramische Werkstoffe haben Eigenschaften, die sich perfekt f\u00fcr diese Anwendung eignen:<\/p>\r\n

Geringe thermische Ausdehnung
F\u00e4higkeit, pr\u00e4zise geschliffen zu werden
Kleine Korngr\u00f6\u00dfe
Keine Ma\u00dfver\u00e4nderungen bei einer gro\u00dfen Bandbreite von Fl\u00fcssigkeiten<\/p>\r\n

Die Wahl des richtigen Materials ist nur der Anfang der L\u00f6sung. Als N\u00e4chstes muss man hochgradig kontrollierte Pr\u00e4zisionsbearbeitungs- und Qualit\u00e4tskontrollpraktiken implementieren. Dies geht \u00fcber die typischen ISO 9001-Praktiken hinaus und erfordert tiefgreifende Kenntnisse und Erfahrungen mit der Lieferung von hoher Qualit\u00e4t auf mikroskopischer Ebene.<\/p>\r\n

 <\/p>\r\n

Zusammenfassung<\/h2>\r\n

Interne Leckage ist eine Realit\u00e4t, die bei Verdr\u00e4ngerpumpen nicht ignoriert werden kann, es sei denn, der Anwender akzeptiert Verschlei\u00dfteile mit begrenzter Lebensdauer, die als Gleitdichtungen verwendet werden. Der Schl\u00fcssel zu einer hydraulisch effizienten und wiederholbaren Konstruktion liegt in der Verwendung geeigneter Materialien, einer hochpr\u00e4zisen Bearbeitung, einer 100%igen Pr\u00fcfung der Pumpe und einem disziplinierten Qualit\u00e4tssicherungsprozess. Wenn eine Anwendung Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Zuverl\u00e4ssigkeit erfordert, ist die Kommunikation von Ingenieur zu Ingenieur entscheidend, um \u00dcberraschungen bis weit in den Entwicklungs- oder Produktionszyklus hinein zu vermeiden.<\/p>\r\n<\/figure>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Was ist eine interne Leckage? Wie in der \u00dcbersicht \u00fcber Verdr\u00e4ngerpumpen beschrieben, ist ein festes F\u00f6rdervolumen, unabh\u00e4ngig vom Auslassdruck, nur theoretisch. Materialflexibilit\u00e4t, interne Leckage (“Blow-by”), Verschlei\u00df und andere Variablen f\u00fchren zu einer unterschiedlich starken Druckabh\u00e4ngigkeit. Im Folgenden wird auf die Details der internen Leckage eingegangen. 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