Axialkolbenpumpe und Zahnradpumpe im Kurzvergleich
Beide Bauarten sind Verdrängerpumpen: Sie fördern pro Umdrehung ein bestimmtes Ölvolumen, das sogenannte Fördervolumen. Der wesentliche Unterschied liegt darin, ob sich dieses Volumen im Betrieb verändern lässt und wie viel Druck die Pumpe dauerhaft und effizient aufbauen kann. Die Tabelle fasst die wichtigsten Merkmale zusammen.
| Merkmal | Zahnradpumpe | Axialkolbenpumpe |
|---|---|---|
| Druckniveau | niedrig bis mittel, für Steuer- und Nebenkreise gut geeignet | hoch, ausgelegt für die Hauptkreise der Arbeitshydraulik |
| Wirkungsgrad | im Neuzustand gut, sinkt mit Verschleiß und steigendem Druck deutlich | hoch, auch bei hohem Druck und im Teillastbereich |
| Verstellbarkeit | konstantes Fördervolumen, Förderstrom nur über die Drehzahl | stufenlos verstellbar über den Schrägscheibenwinkel |
| Schmutzempfindlichkeit | vergleichsweise robust | empfindlich, saubere Ölführung ist Pflicht |
| Aufbau | wenige Teile: Gehäuse, zwei Zahnräder, Lagerbrillen, Dichtungen | viele Präzisionsteile: Zylindertrommel, Kolben, Gleitschuhe, Schrägscheibe, Steuerscheibe, Regler |
| Anschaffungskosten | niedrig | deutlich höher |
| Typischer Einsatz am Bagger | Vorsteuerpumpe, Hilfskreise, Arbeitshydraulik kleiner Minibagger | Hauptpumpe ab Kompaktbagger, oft als Tandempumpe |
In der Praxis ist die Frage selten „entweder oder“. Fast jeder Bagger mittlerer Größe hat eine Axialkolbenpumpe als Hauptpumpe und eine angeflanschte Zahnradpumpe für das Steueröl. Bei einem Defekt muss deshalb zuerst klar sein, welche der beiden Einheiten betroffen ist.
Zahnradpumpe: Aufbau und Einsatz am Minibagger
Die Außenzahnradpumpe, die am Bagger übliche Bauform, besteht im Kern aus zwei ineinandergreifenden Zahnrädern in einem eng tolerierten Gehäuse. Ein Zahnrad wird angetrieben und nimmt das zweite mit. Das Öl wird in den Zahnlücken an der Gehäusewand entlang von der Saug- zur Druckseite transportiert. Dort, wo die Zähne wieder ineinandergreifen, wird es verdrängt und in die Druckleitung gepresst. Seitliche Lagerbrillen oder Druckplatten dichten die Zahnräder axial ab.
Das Fördervolumen pro Umdrehung ist durch die Geometrie festgelegt. Die Zahnradpumpe ist also eine Konstantpumpe: Der Förderstrom steigt und fällt nur mit der Antriebsdrehzahl. Wird weniger Öl gebraucht, als die Pumpe liefert, fließt der Überschuss über den Umlauf oder das Druckbegrenzungsventil ab. Dabei entsteht Wärme, die den Gesamtwirkungsgrad des Systems senkt.
Bei kleinen und älteren Minibaggern übernehmen Zahnradpumpen häufig die gesamte Arbeitshydraulik. Meist sind mehrere Pumpenstufen zu einer Mehrfachpumpe zusammengebaut, sodass Ausleger, Fahrwerk und Planierschild getrennte Ölströme erhalten. An größeren Baggern sitzt die Zahnradpumpe fast immer als Vorsteuerpumpe an der Hauptpumpe und versorgt Joysticks und Steuerkreise. Weitere Einsatzorte sind Lüfterantriebe und Hilfskreise. Passende Ausführungen finden Sie unter Zahnradpumpen.
Vorteile der Zahnradpumpe:
- einfacher, kompakter Aufbau mit wenigen Teilen
- vergleichsweise unempfindlich gegen Verschmutzung
- gutes Saugverhalten
- niedrige Anschaffungskosten
- unkomplizierter Austausch, da kein Regler abgestimmt werden muss
Axialkolbenpumpe: Funktion mit Schrägscheibe und Regelung
In der Axialkolbenpumpe dreht die Antriebswelle eine Zylindertrommel, in der mehrere Kolben im Kreis angeordnet sind, parallel zur Welle, daher der Name. Jeder Kolben stützt sich über einen Gleitschuh auf der Schrägscheibe ab. Weil die Scheibe geneigt ist, fahren die Kolben bei jeder Umdrehung einmal heraus und wieder hinein. Beim Herausfahren saugen sie Öl an, beim Hineinfahren drücken sie es heraus. Die Steuerscheibe mit ihren nierenförmigen Öffnungen verbindet die Zylinderbohrungen dabei abwechselnd mit Saug- und Druckseite.
Der Neigungswinkel der Schrägscheibe bestimmt den Kolbenhub und damit das Fördervolumen. Steht die Scheibe senkrecht zur Welle, fördert die Pumpe praktisch nichts, bei maximaler Neigung fördert sie das größte Volumen. Ein Stellkolben verändert den Winkel im Betrieb, angesteuert vom Pumpenregler. So wird aus der Axialkolbenpumpe eine Verstellpumpe. Ein Teil des Öls gelangt als Lecköl ins Gehäuse und fließt über eine eigene Leckölleitung zum Tank zurück. Diese Leckage schmiert und kühlt die Gleitflächen und ist konstruktiv gewollt.
Vorteile der Axialkolbenpumpe
- hoher Betriebsdruck bei gutem Wirkungsgrad
- stufenlos verstellbares Fördervolumen
- Förderstrom und Druck lassen sich an Bedarf und Motorleistung anpassen
- hohe Leistungsdichte bei kompakter Bauweise
- geringere Verluste im Teillastbetrieb, weil kein überschüssiges Öl über Ventile abfließen muss
Welche Arten von Kolbenpumpen gibt es?
- Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart: die Standardbauform für Bagger-Hauptpumpen, verstellbar über die Schrägscheibe.
- Axialkolbenpumpe in Schrägachsenbauart: Die Zylindertrommel ist gegenüber der Antriebswelle abgewinkelt. Robuste Bauform, die in der Mobilhydraulik als Pumpe und als Motor eingesetzt wird.
- Radialkolbenpumpe: Kolben sternförmig um die Welle angeordnet, für sehr hohe Drücke, am Bagger eher in Sonderanwendungen.
- Reihenkolbenpumpe: Kolben in einer Reihe, bekannt aus Einspritzpumpen und Hochdruckaggregaten, in der Baggerhydraulik kaum verbreitet.
Verstellpumpe und Load Sensing: So wird die Pumpe geregelt
Eine Verstellpumpe ist nur so gut wie ihr Regler. Er bestimmt, wann die Schrägscheibe aus- oder zurückschwenkt. Am Bagger kommen mehrere Regelprinzipien vor, oft miteinander kombiniert:
- Leistungsregelung: Die Pumpe begrenzt das Produkt aus Druck und Förderstrom auf die verfügbare Motorleistung. Steigt der Druck, schwenkt sie zurück, damit der Dieselmotor nicht abgewürgt wird.
- Druckabschneidung: Bei Erreichen des eingestellten Höchstdrucks reduziert die Pumpe das Fördervolumen, statt Öl über das Druckbegrenzungsventil abzublasen.
- Load Sensing: Eine Steuerleitung meldet den höchsten Lastdruck der Verbraucher an die Pumpe. Sie fördert nur so viel Öl, dass ein festgelegter Differenzdruck über diesem Lastdruck gehalten wird. Verbreitet bei Mini- und Kompaktbaggern.
- Negativ- und Positivsteuerung: Bei der Negativsteuerung erzeugt das ungenutzte Umlauföl am Ende des Steuerblocks ein Drucksignal, das die Pumpe zurückschwenkt. Bei der Positivsteuerung schwenkt die Pumpe proportional zu den Vorsteuerdrücken der Joysticks aus. Beide Prinzipien sind bei mittleren und großen Kettenbaggern verbreitet.
- Elektronische Regelung: Neuere Maschinen steuern den Regler über Proportionalventile und Sensoren aus dem Maschinensteuergerät an.
Für die Ersatzteilbeschaffung ist das entscheidend: Zwei äußerlich gleiche Pumpen können sich im Regler unterscheiden. Eine Pumpe mit falschem Regler passt mechanisch, arbeitet aber nicht richtig mit Steuerblock und Motorsteuerung zusammen. Die Reglerausführung ist häufig Teil der Typenbezeichnung auf dem Pumpenschild. Neue Verstellpumpen finden Sie unter Hydraulik-Kolbenpumpen.
Welche Hydraulikpumpe steckt in welcher Baggerklasse?
Die Pumpenbauart hängt von Maschinengröße, Hersteller und Baujahr ab. Die folgende Übersicht zeigt typische Konfigurationen:
| Baggerklasse | Typische Hauptpumpe | Neben- und Hilfspumpen |
|---|---|---|
| Kleine Minibagger | Zahnrad-Mehrfachpumpe oder kleine Axialkolben-Verstellpumpe, je nach Hersteller und Baujahr | Zahnradpumpe für Vorsteuerung oder Zusatzkreise |
| Kompakt- und Midibagger | Axialkolben-Verstellpumpe, häufig mit Load Sensing | angeflanschte Zahnradpumpe für Vorsteueröl, teils auch für Schwenk- oder Schildkreis |
| Mobil- und Kettenbagger mittlerer Größe | Axialkolben-Tandempumpe mit Leistungsregelung und Negativ-, Positiv- oder Load-Sensing-Steuerung | Zahnradpumpe für Vorsteuerung, oft zusätzlich für Lüfter oder Hilfskreise |
| Großbagger | mehrere Axialkolbenpumpen über ein Pumpenverteilergetriebe | eigene Pumpen für Hilfskreise wie Lüfterantrieb und Vorsteuerung |
Die Tabelle zeigt typische Lösungen, keine feste Regel. Welche Pumpe tatsächlich verbaut ist, ergibt sich aus dem Ersatzteilkatalog oder dem Pumpenschild. Übrigens arbeiten auch Schwenk- und Fahrmotoren meist nach dem Axialkolbenprinzip, nur umgekehrt: Sie wandeln Ölstrom in Drehbewegung um.
Häufige Schäden an Axialkolbenpumpe und Zahnradpumpe
Zahnradpumpe
- Verschleiß an Zahnradstirnflächen, Lagerbrillen und Gehäuse: Die innere Leckage steigt, Förderstrom und Druck sinken, die Bewegungen werden langsam.
- Einlaufspuren im Gehäuse durch Schmutzpartikel im Öl
- undichter Wellendichtring, oft durch Fluchtungsfehler oder verschlissene Antriebsverzahnung
- Kavitation durch verstopften Saugfilter, zu wenig Öl oder zähes Öl bei Kälte, hörbar als Rasseln oder Heulen
- Lagerschäden mit spürbarem Spiel an der Welle
Axialkolbenpumpe
- Verschleiß an Steuerscheibe und Zylindertrommel: erhöhte Leckölmenge, Leistungsverlust, Erwärmung
- beschädigte Gleitschuhe oder Schrägscheibe, häufig als Folge von Schmutz oder Schmierungsmangel
- Kavitationsschäden an Kolben und Steuerscheibe durch Probleme auf der Saugseite
- Reglerstörungen: Die Pumpe schwenkt nicht oder nur träge aus, der Motor wird gedrückt oder die Maschine ist zu langsam
- Lagerschäden an der Antriebswelle, oft als Laufgeräusch hörbar
- Folgeschäden durch Trockenlauf, wenn das Pumpengehäuse nach dem Einbau nicht mit Öl befüllt wurde
Vor dem Pumpentausch: Ursache sauber klären
Eine neue Pumpe hilft wenig, wenn die Ursache im System bleibt. Bewährt hat sich folgende Reihenfolge, die eine Fachwerkstatt mit passender Messtechnik durchführt:
- Sichern: Maschine auf ebenem Grund abstellen, Arbeitsausrüstung ablassen, Motor abstellen, gegen Wiederanlauf sichern und die Hydraulik drucklos machen. Den Tank nach Herstellerangabe entlüften.
- Öl und Filter prüfen: Ölstand, Ölzustand und Filter kontrollieren. Metallabrieb oder Späne im Filter deuten auf mechanischen Verschleiß hin.
- Druck und Förderstrom messen: Systemdruck, Vorsteuerdruck und Förderstrom nach den Vorgaben im Werkstatthandbuch messen. Die verbindlichen Sollwerte stehen dort.
- Lecköl messen: Bei Kolbenpumpen gibt die Leckölmenge aus der Leckölleitung Auskunft über den inneren Verschleiß. Den zulässigen Wert nennt der Hersteller.
- Regler und Ansteuerung prüfen: Bevor die Pumpe als defekt gilt, Regler, Steuersignale und gegebenenfalls Sensoren ausschließen.
- Nach dem Tausch: Bei Schäden mit Metallabrieb das System spülen, Filter erneuern, das Gehäuse einer Kolbenpumpe vor dem ersten Start mit Öl füllen und die Pumpe nach Herstellerangabe entlüften.
Pumpe identifizieren und die passende Hydraulikpumpe finden
Hydraulikpumpen gibt es in sehr vielen Varianten. Bauart, Fördervolumen, Drehrichtung, Wellenprofil, Flansch, Anschlusslage und Regler müssen exakt zur Maschine passen. Für eine sichere Zuordnung helfen uns diese Angaben:
- Hersteller und Modell der Maschine
- Seriennummer der Maschine vom Typenschild
- Teilenummer der Pumpe aus dem Ersatzteilkatalog, falls vorhanden
- Typenbezeichnung vom Pumpenschild
- Fotos vom Typenschild der Maschine, vom Pumpenschild und von der eingebauten Pumpe mit ihren Anschlüssen
Wo Typenschild und Teilenummern zu finden sind, zeigt unser Ratgeber Teilenummer und Seriennummer finden. Senden Sie die Angaben über das Formular Teil anfragen. Wir prüfen die Zuordnung und melden uns mit einem Angebot für eine neue Pumpe. Einen Überblick über das Sortiment finden Sie unter Hydraulikpumpen.
Mehr dazu: Hydraulikpumpen
