Zahnradölpumpen für Hydrauliksysteme: Spezifikation und Abgleich

Ein Ersatzpumpe mit Zweiloch-Flansch passt nicht an die Maschine, wenn das Getriebe vier Schrauben vorsieht. Das Gleiche gilt für eine Welle mit falscher Keilanzahl. Eine Pumpe mit falscher Drehrichtung lässt sich zwar montieren, läuft aber innerhalb weniger Sekunden trocken. Die meisten Ausfälle von Getriebeölpumpen im Feld lassen sich auf eine dieser Spezifikationslücken zurückführen. Dieser Leitfaden zeigt Ihnen daher, wie Sie die Einheit richtig spezifizieren, mit dem Original abgleichen und mit weniger Überraschungen beschaffen.

Aufgabe einer Getriebeölpumpe im Hydraulikkreislauf

Eine hydraulische Zahnradpumpe ist eine Konstantpumpe. Sie wandelt die Wellendrehung in einen gleichmäßigen Ölstrom um, indem sie Flüssigkeit in den Räumen zwischen den Zahnflanken und dem Gehäuse transportiert. Die Pumpe erzeugt von sich aus keinen Druck. Der Druck baut sich erst auf, wenn dieser Volumenstrom auf den Widerstand von Zylindern, Motoren und Ventilen trifft.

Auf der Saugseite lösen sich die Zahnräder voneinander und öffnen einen Hohlraum, der sich mit Öl füllt. Das eingeschlossene Öl wird dann außen um jedes Zahnrad entlang der Gehäusewand befördert, bis die Zähne auf der Druckseite wieder ineinandergreifen und es herausdrücken. Das Verdrängungsvolumen ist durch die Zahnradgeometrie festgelegt, sodass jede Umdrehung dasselbe Volumen fördert. Der Volumenstrom lässt sich nur über die Wellendrehzahl verändern.

Da der Volumenstrom fest vorgegeben ist, benötigt der Kreislauf ein Druckbegrenzungsventil. Ohne ein solches Ventil steigt der Druck bei einer blockierten Leitung oder einem festgefahrenen Aktuator so lange an, bis ein Bauteil nachgibt.

Außenzahnrad- und Innenzahnradbauweisen im Vergleich

Eine Außenzahnradpumpe besteht aus zwei gleich großen Stirnrädern, die nebeneinander in einem achtförmigen Gehäuse kämmen. Eines ist angetrieben, das andere läuft als Leerlaufrad mit. Dies ist die kompakte, kostengünstige Bauweise, die in den meisten mobilen Maschinen, Traktoren und Hydraulikaggregaten zu finden ist. Sie toleriert gewisse Verunreinigungen, lässt sich einfach überholen und ist in sehr vielen Verdrängungsvolumina erhältlich.

Eine Innenzahnradpumpe arbeitet mit einem kleinen außenverzahnten Zahnrad innerhalb eines größeren Hohlrads mit Innenverzahnung, in der Regel mit einem sichelförmigen Füllstück dazwischen. Der Gerotor ist eine Variante ohne Füllstück, bei der sich ein Innenrotor mit einem Zahn weniger in einem Außenrotor dreht. Beide Bauweisen laufen leiser und pulsieren weniger. Sie werden tendenziell für speziellere Aufgaben eingesetzt, etwa in leisen Industrie-Hydraulikaggregaten sowie in Schmier- und Speisekreisläufen.

Einordnung von Zahnradpumpen gegenüber Flügelzellen- und Kolbenpumpen

Zahnradpumpen sind die richtige Wahl für Anwendungen mit konstantem Volumenstrom bei moderatem Druck, bei denen Kosten, Kompaktheit und Verschmutzungstoleranz eine Rolle spielen. Flügelzellenpumpen, etwa der Baureihen T6/T7 oder PV2R, laufen leiser und eignen sich für Industriemaschinen, die bei mittlerem Druck einen gleichmäßigen Volumenstrom benötigen. Verstellbare Kolbenpumpen, darunter die Baureihen A10VO und A4VG, kommen zum Einsatz, wenn der Kreislauf Load-Sensing, Druckkompensation oder sehr hohen Dauerdruck erfordert. Sie sind teurer und benötigen saubereres Öl.

Welcher Typ hydraulischer Zahnradpumpe passt zu Ihrer Anwendung?

Die Wahl des Typs einer hydraulischen Zahnradpumpe hängt von drei Fragen ab: Wie viele unabhängige Kreisläufe betreibt die Maschine? Welchen Arbeitsdruck benötigt jeder davon? Wie wird die Pumpe angetrieben (Verbrennungsmotor, Elektromotor, Getriebe oder Nebenantrieb)? Sobald diese Fragen beantwortet sind, bleiben in der Regel ein oder zwei mögliche Konfigurationen übrig, noch bevor Sie das Verdrängungsvolumen betrachten.

Einfache Außenzahnradpumpen

Eine einflutige Außenzahnradpumpe versorgt einen Kreis und ist die Standardlösung für die meisten Anwendungen bei Ladern, Kippern, Hubvorrichtungen und kleinen Hydraulikaggregaten. Aggregate mit Aluminiumgehäuse machen den größten Teil des Ersatzteilmarkts aus. Zu den gängigen Baureihen zählen AZPF (Rexroth), ALP (Marzocchi), GHP (Marzocchis Hochdruckreihe) und PGP505/PGP511/PGP517 (Parker). Innerhalb jeder Baureihe bestimmt die Baugröße die allgemeinen Abmessungen, und die Zahnradbreite legt das Fördervolumen fest.

Die Baureihe 1PF2G ist eine Familie kompakter Zahnradpumpen im Rexroth-Stil. Sie kommt häufig dort zum Einsatz, wo wenig Platz zur Verfügung steht und der Förderstrombedarf moderat ist.

Hochdruck-, Tandem- und Mehrfachpumpen

Eine Tandem-Zahnradpumpe verbindet zwei Pumpenstufen auf einer durchgehenden Antriebswelle. Jede Stufe hat einen eigenen Auslass, sodass ein Motoranbauflansch zwei getrennte Kreise versorgen kann, zum Beispiel Lenkung und Arbeitshydraulik. Dreifach- und Vierfachpumpen fügen auf dieselbe Weise weitere Stufen hinzu. Die Einlässe können je nach Ausführung gemeinsam oder getrennt ausgeführt sein.

Jede Stufe kann ein anderes Fördervolumen haben, daher beschreibt der vollständige Typenschlüssel jede einzelne Stufe. Bestätigen Sie bei der Bestellung einer Mehrfachpumpe die Reihenfolge der Stufen, das Fördervolumen jeder Stufe und die Anordnung der Einlässe. Werden zwei Stufen vertauscht, ändert sich, welcher Kreis welchen Förderstrom erhält.

Hochdruck-Zahnradpumpen haben Gehäuse aus Gusseisen, stärkere Lagerbuchsen und druckausgeglichene Seitenplatten. Sie halten einen höheren Dauerdruck aus und vertragen die Hitze und die Stoßbelastungen, die bei schwereren Baumaschinen auftreten. Gusseisen-Baureihen wie PGP315, PGP330 und PGP365 gehören zu dieser Gruppe. Sie sind schwerer und teurer als Aluminiumpumpen mit ähnlichem Fördervolumen und sollten daher nur dann spezifiziert werden, wenn der Einsatz sie tatsächlich erfordert.

Getriebe- und Traktorhydraulikpumpen

Getriebepumpen und Traktorhydraulikpumpen sind auf ein bestimmtes Getriebegehäuse oder eine bestimmte Zapfwellenschnittstelle ausgelegt. Flanschbild, Zentrierdurchmesser, Wellenlänge, Verzahnung und teilweise ein Antriebszahnrad oder eine Kupplung sind für die jeweilige Maschine einzigartig. Bei diesen Pumpen ist die Übereinstimmung von Anbau und Antrieb wichtiger als der Förderstromwert im Katalog.

In der Regel benötigen Sie das Traktor- oder Getriebemodell und den Seriennummernbereich oder die OEM-Teilenummer. Fördervolumen und Flanschtyp allein reichen selten aus.

Fördervolumen, Druck- und Drehzahlangaben im Datenblatt einer Zahnradpumpe richtig lesen

Das Fördervolumen einer Zahnradpumpe in cc/U, multipliziert mit der Wellendrehzahl in min⁻¹ und geteilt durch 1.000, ergibt den theoretischen Förderstrom in L/min. Eine Pumpe mit 16 cc/U bei 1.500 min⁻¹ fördert demnach theoretisch 24 L/min. Druck-, Drehzahl- und Sauggrenzen bestimmen dann, wie viel von diesem Förderstrom im realen Betrieb tatsächlich ankommt.

Verdrängungsvolumen und tatsächlicher Förderstrom

Der tatsächlich geförderte Volumenstrom liegt stets unter dem theoretischen Förderstrom, da Öl intern über die Zahnflanken, Zahnköpfe und Lagerbuchsen leckt. Dieser Verlust wird als volumetrischer Wirkungsgrad bezeichnet. Eine neue Außenzahnradpumpe liegt unter Nennbedingungen typischerweise im niedrigen bis mittleren 90-Prozent-Bereich. Dieser Wert sinkt jedoch, wenn der Druck steigt, das Öl durch Wärme dünnflüssiger wird und sich die Spaltmaße durch Verschleiß vergrößern.

Dimensionieren Sie die Pumpe unter Berücksichtigung dieses Effekts. Benötigt ein Kreislauf bei Arbeitsdruck und voller Betriebstemperatur einen bestimmten Förderstrom, reicht eine Pumpe, die genau auf den theoretischen Wert ausgelegt ist, nicht aus. Prüfen Sie im Datenblatt die Förderstromkennlinien bei Druck und nicht nur das nominale Verdrängungsvolumen.

Auch Drehzahlgrenzen sind zu beachten. Datenblätter geben eine Mindestdrehzahl an, unterhalb derer die interne Leckage überwiegt und der Förderstrom unzuverlässig wird. Ebenso wird eine Höchstdrehzahl angegeben, oberhalb derer der Einlass die Zahnlücken nicht mehr vollständig füllen kann und Kavitation einsetzt. Größere Verdrängungsvolumina innerhalb derselben Baugröße haben in der Regel niedrigere Höchstdrehzahlen.

Dauerdruck, Intervalldruck und Spitzendruck

Die meisten Datenblätter für Zahnradpumpen enthalten drei Druckangaben:

• Dauerdruck: der Auslegungswert, den die Pumpe über ihre Nennlebensdauer halten kann. Richten Sie die Einstellung des Druckbegrenzungsventils im System an diesem Wert aus.
• Intervalldruck: ein höherer Wert, der nur für einen begrenzten Anteil jedes Arbeitszyklus zulässig ist und vom Hersteller üblicherweise als maximale Dauer pro Ereignis definiert wird.
• Spitzendruck: eine Grenze für kurzzeitige Druckspitzen bei Ventilschaltungen und Stoßbelastungen. Er ist kein Arbeitspunkt.

Bei der größten Verdrängung einer Baugröße sind die Nennwerte häufig niedriger, da breitere Zahnräder die Lagerbuchsen stärker belasten. Eine insgesamt für hohe Drücke ausgelegte Baureihe kann für ihre größten Baugrößen einen niedrigeren Wert angeben.

Viskosität des Fluids, Temperatur und Einlassbedingungen

Zahnradpumpen werden für einen Betriebsviskositätsbereich und eine maximale Viskosität beim Kaltstart spezifiziert. Ist das Öl bei Wärme zu dünnflüssig, nehmen die interne Leckage und der Verschleiß an den Lagerbuchsenflächen zu. Ist das Öl beim Anlaufen zu zähflüssig, kann es die Zahnräder nicht füllen und verursacht Kavitation. Dabei bilden sich am Einlass Dampfblasen, die unter Druck implodieren und die Metalloberflächen erodieren.

Die Eintrittsbedingung wird üblicherweise als minimaler absoluter Eintrittsdruck angegeben. Eine zu kleine oder zu lange Saugleitung oder ein verstopftes Sieb drückt den Eintrittsdruck unter diesen Grenzwert. Die Folgen sind ein heulendes Geräusch, schäumendes Öl und Lochfraß auf der Niederdruckseite des Gehäuses. Auch die Sauberkeit spielt eine Rolle. Datenblätter geben häufig eine erforderliche Ölreinheit nach ISO 4406 an, der Norm, die Partikelverunreinigungen nach Größe und Anzahl klassifiziert.

Wie ordnet man eine Ersatz-Zahnradpumpe dem ursprünglichen Modellschlüssel zu?

Die Auswahl einer Ersatz-Zahnradpumpe beginnt mit dem vollständigen Baugruppenschlüssel auf dem Typenschild des Originals, nicht mit dem Baureihennamen. Zwei Pumpen derselben Baureihe können dasselbe Verdrängungsvolumen haben und sich dennoch in Flansch, Welle, Anschlüssen und Drehrichtung unterscheiden. Jede einzelne dieser Abweichungen verhindert, dass das Aggregat passt oder an der Maschine funktioniert.

Baureihennamen dienen nur zur Identifikation

Bezeichnungen wie AZPF, PGP511 oder GHP2 geben die Pumpenfamilie und die Baugröße an. Sie sagen nichts über die Ausführung aus. Ein vollständiger Schlüssel enthält üblicherweise das Verdrängungsvolumen, die Drehrichtung, den Flanschtyp, den Wellentyp, die Anschlussart und -position, den Dichtungswerkstoff sowie eventuell integrierte Ventile. Markennamen und Modellnummern dienen ausschließlich dazu, das Ersatzteil zu identifizieren. Die Kompatibilität hängt vom vollständigen Baugruppenschlüssel ab, daher ist eine Anfrage, die nur auf dem Baureihennamen basiert, unvollständig.

Flansch, Welle, Anschlüsse und Drehrichtung

Diese vier Merkmale verursachen die meisten Passungsfehler:

• Befestigungsflansch: SAE-Zweiloch- und -Vierlochflansche, europäische Vierlochflansche und verschiedene OEM-spezifische Flansche unterscheiden sich in Zentrierdurchmesser, Lochabstand und Zentriertiefe. ISO 3019 deckt viele der Standardabmessungen für Flansche und Wellen sowohl in der SAE- als auch in der metrischen Reihe ab.
• Welle: Keilwelle (SAE oder DIN, mit festgelegter Zähnezahl und Teilung), Kegelwelle mit Passfeder und Mutter oder zylindrische Welle mit Passfeder. Wellenlänge und Eingriff der Verzahnung müssen zur Antriebskupplung passen.
• Anschlüsse: Splitflansch, Gewindeanschlüsse nach BSPP, metrische oder UNF-O-Ring-Anschlüsse, entweder seitlich oder hinten angeordnet. Anschlussgröße und -position entscheiden darüber, ob vorhandene Schläuche ohne Adapter angeschlossen werden können.
• Drehrichtung: rechts- oder linksdrehend, normalerweise mit Blick auf das Wellenende. Viele Zahnradpumpen sind aufgrund ihrer Lager- und Dichtungsanordnung nur für eine Drehrichtung ausgelegt. Läuft die Pumpe rückwärts, kann dies den Einlass aushungern oder die Wellendichtung zerstören.

Bei Mehrfachpumpen sollten Sie außerdem die Wellenkupplung zwischen den Sektionen prüfen und klären, ob die hintere Sektion einen eigenen Einlass hat.

Was Sie senden sollten, wenn das Typenschild fehlt

Abgenutzte, überlackierte oder fehlende Typenschilder sind im Instandhaltungsmarkt keine Seltenheit. Ein Lieferant kann die Spezifikation dennoch rekonstruieren, wenn Sie Folgendes übermitteln:

1. Den ursprünglichen Produktcode oder die OEM-Teilenummer, auch wenn sie nur teilweise lesbar ist.
2. Hersteller, Modell und Seriennummernbereich der Maschine sowie den Einbauort der Pumpe (Haupthydraulik, Lenkung, Lüfterantrieb, Getriebe).
3. Gemessene Angaben: Lochabstand der Flanschschrauben und Zentrierdurchmesser, Wellendurchmesser und Keilverzahnungszahl, Anschlussgrößen und -positionen, Gesamtlänge.
4. Drehrichtung sowie, sofern bekannt, Arbeitsdruck und Motordrehzahl.
5. Gut erkennbare Fotos der Flanschfläche, des Wellenendes, beider Anschlussseiten sowie aller Gussmarkierungen am Gehäuse.

Olive Branch Hydraulics ordnet Ersatzteile anhand des ursprünglichen Produktcodes, des Maschinenmodells und der Gerätedaten zu. Wenn Sie alle drei Angaben bereits in der ersten Anfrage senden, sparen Sie sich eine Rückfragerunde.

Was unterscheidet einen zuverlässigen Zahnradpumpen-Lieferanten bei Bauqualität und Qualitätssicherung?

Ein zuverlässiger Zahnradpumpen-Lieferant kann Gehäusewerkstoff, Buchsenkonstruktion, Dichtungsmaterial und Zahnradoberfläche der angebotenen Pumpe erläutern. Er gibt außerdem an, wie jede Pumpe vor dem Versand geprüft wird. Zwei Pumpen mit demselben Code und ähnlichem Preis können sich in der Lebensdauer erheblich unterscheiden – abhängig von diesen internen Konstruktionsentscheidungen und der zugrunde liegenden Prüfung.

Werkstoffe und Bearbeitung: Worauf Sie achten sollten

Klären Sie diese Punkte, bevor Sie ein Muster freigeben:

• Gehäusematerial: Gehäuse aus stranggepresstem oder gegossenem Aluminium halten Gewicht und Kosten bei mittleren Drücken niedrig. Gehäuse aus Gusseisen behalten ihre Form unter hohem Druck und hoher Temperatur besser, weshalb Heavy-Duty- und Hochdruck-Baureihen sie verwenden.
• Buchsen und Seitenplatten: Druckausgeglichene Buchsen drücken proportional zum Systemdruck gegen die Zahnradstirnflächen, wodurch die interne Leckage bei steigendem Druck begrenzt wird. Fragen Sie nach, welche Lagerfläche oder Beschichtung verwendet wird.
• Zahnräder: Einsatzgehärtete Stahlzahnräder mit geschliffenen Zahnflanken und geläppten Stirnflächen halten enge Spaltmaße länger ein. Die Ebenheit und Parallelität der Zahnradstirnflächen wirken sich direkt auf den volumetrischen Wirkungsgrad aus.
• Dichtungen: NBR (Nitrilkautschuk) eignet sich für Standard-Mineralöle im normalen Temperaturbereich. FKM (Fluorkautschuk) verträgt höhere Temperaturen sowie einige schwer entflammbare oder synthetische Flüssigkeiten. Bestätigen Sie die Werkstoffmischung anhand Ihrer Flüssigkeit und der höchsten zu erwartenden Öltemperatur.

Die Bearbeitungsgenauigkeit der Gehäusebohrung sowie die Ausrichtung zwischen Bohrung und Zentrierung beeinflussen ebenfalls Geräusche und Buchsenverschleiß. Eine Überholung einer bestehenden Baugruppe kann diese Probleme nicht beheben.

Prüfungen und Dokumente, die im Angebot vereinbart werden sollten

Halten Sie den Prüfumfang schriftlich fest, bevor die Bestellung bestätigt wird. Typische Punkte sind Maßprüfungen anhand der Zeichnung oder des Originalmusters, Dichtheitsprüfungen an der Wellendichtung und den Verbindungsflächen sowie Druck- und Durchflussprüfungen, sofern zutreffend. ISO 4409 beschreibt allgemeine Verfahren zur Messung des stationären Betriebsverhaltens von Verdrängerpumpen und ist eine sinnvolle Referenz, wenn Sie eine Prüfgrundlage benennen möchten.

Führen Sie auch die benötigten Dokumente auf, etwa Prüfprotokolle, eine Materialerklärung, eine Packliste oder ein Ursprungszeugnis. Verweist ein Lieferant auf ein Dokument eines Dritten, prüfen Sie, auf wen es ausgestellt ist. Diese Dokumente gehören ihren Inhabern und sind keine eigenen Zertifizierungen des Lieferanten.

Olive Branch Hydraulics führt vor dem Verpacken eine 100-%-Endprüfung durch. Qualitätsprüfungen und erforderliche Dokumente werden im Angebot vereinbart, sodass der Prüfumfang für jede Bestellung festgelegt werden kann.

Was bestimmt Preis, Mindestbestellmenge und Lieferzeit bei Zahnradpumpen-Bestellungen?

Preis, Mindestbestellmenge und Lieferzeit bei Zahnradpumpen-Bestellungen hängen vor allem davon ab, wie standardisiert die Konfiguration ist. Ein gängiges Fördervolumen mit Standardflansch, Standardwelle und Standardanschlüssen wird am schnellsten geliefert und ist am günstigsten. Individuelle Anschlussanordnungen, Mehrfachpumpen und zusätzliche Musterschleifen erhöhen den Aufwand für Werkzeuge, Rüstung und Freigabe.

Gehäuse aus Gusseisen kosten mehr als solche aus Aluminium. Jede zusätzliche Sektion einer Tandem- oder Dreifachpumpe erfordert weitere Zahnradsätze, Buchsen und Bearbeitungen. Sonderwellen, integrierte Überdruck- oder Prioritätsventile sowie nicht standardmäßige Dichtungswerkstoffe verursachen zusätzliche Kosten. Die Bestellmenge ist bei kundenspezifischen Ausführungen am wichtigsten, da sich die Rüstkosten auf die Charge verteilen. Bei Standardcodes ist der Effekt geringer.

Geben Sie bei einer Anfrage (RFQ) den vollständigen Modellcode, die Menge und den Bestimmungshafen an. Olive Branch Hydraulics beantwortet Angebotsanfragen innerhalb von 24 Stunden, wenn diese drei Angaben vorliegen. Fragen Sie nach, ob das Angebot FOB oder CIF gilt, und stellen Sie sicher, dass der vereinbarte Prüfumfang im Preis berücksichtigt ist.

Kundenspezifische Konfigurationen und der Weg zur Bemusterung

Kundenspezifische Hydraulik-Zahnradpumpen, ob für OEM-Programme oder als Ersatz im Aftermarket, folgen einem festen Ablauf. Olive Branch Hydraulics arbeitet beispielsweise nach dieser Abfolge:

1. Anfrage mit Modell, Anwendung und Zielspezifikation.
2. Konstruktionsentwürfe und 3D-Renderings werden Ihnen zur Freigabe zugesandt.
3. Bemusterung auf Basis des freigegebenen Entwurfs.
4. Produktion mit prozessbegleitender Qualitätskontrolle.
5. 100-%-Endprüfung.
6. Verpackung und weltweiter Versand.

Kundenspezifische P-/T-Anschlusskonfigurationen, also Position, Größe und Gewinde der Druck- und Tankanschlüsse, werden häufig von Händlern nachgefragt, die ein Gehäuse für mehrere Maschinenlayouts verwenden möchten. Prüfen Sie das Rendering sorgfältig. Fehler in der Anschlussausrichtung fallen erst auf, nachdem die Schläuche zugeschnitten wurden.

Häufige Beschaffungsfehler, die es zu vermeiden gilt

• Angebot allein anhand der Baureihenbezeichnung: Der Lieferant füllt die Lücken mit Standardoptionen, und die gelieferte Pumpe weicht beim Wellenende, beim Flansch oder bei der Drehrichtung vom Original ab.
• Verzicht auf ein bestätigtes Muster: Wer bei einem neuen Code oder einem neuen Lieferanten direkt in die Serienfertigung geht, nimmt sich die einzige Möglichkeit, die Passgenauigkeit an der tatsächlichen Maschine zu prüfen.
• Prüfkriterien fehlen im Vertrag: Ohne vereinbarte Prüfungen von Maßhaltigkeit, Dichtheit sowie Druck und Durchfluss haben Sie keine klare Grundlage, eine nicht konforme Charge zurückzuweisen.

Jeder dieser Fehler kann dazu führen, dass Sie eine ganze Charge Pumpen erhalten, die nicht passen und sich nur schwer zurückgeben lassen. Die Lösung ist in jedem Fall dieselbe: Halten Sie den vollständigen Baugruppencode, das freigegebene Muster und den Prüfumfang schriftlich fest, bevor die Produktion beginnt.