Flügelzellenpumpe

Relevante Energieformen

Endenergieform	Nutzenergieform	Nebenenergieform(en)
Mechanische Arbeit	Druck	Thermische Energie (Reibungswärme)

Kurzbeschreibung

Prozessparameter:

Hubvolumen: 18–193 cm³/U
Nenndruck (Dauerbetriebsdruckbereich): 210–175 bar
Nenndrehzahl (Dauerbetriebs-drehzahlbereich): 2,7–2,2 bar
Leistung im Dauerbetrieb: 11–95 kW
Maschinenmasse/Leistung im Dauerbetrieb: 1–0,35 kg/kW
Wirkungsgrad: 0,75–0,85 (bis 0,9, wenn mehrhubig)
Hubring aus hochfestem Stahl

Prozessablauf:

Durch Drehung des exzentrisch zum Statur gelagerten Rotors, in dessen radialen Schlitzen die Flügel angeordnet sind, ändern die durch Flügel-, Rotor und Gehäuseflächen begrenzten Verdrängerräume ihr Volumen, sodass es auf der Zulaufseite (Saugseite) zu einer Volumenvergrößerung und Flüssigkeitsaufnahme, auf der Druckseite entsprechend zu einer Volumenabnahme und damit Abgabe von Flüssigkeit in die Druckleitung kommt. Durch Verschiebung des Hubrings senkrecht zur im Gehäuse festgelagerten Welle wird das Fördervolumen pro Umdrehung verändert.

(Dubbel 2014)

Funktionsskizze

Rainer Bielefeld, Rotary vane pump, CC BY-SA 3.0

Allgemeine volumetrische und hydraulische/mechanische Pumpenwirkungsgrade

e: Exzentrizität des Hubrings rm: mittlerer Radius des ausgefahrenen Flügels D: Hubringdurchmesser VH: Fördervolumen pro Umdrehung d: Rotordurchmesser k: Hubzahl z: Flügelzahl Az: Flügelbreite a: Flügeldicke alpha: Flügelbogen

e: Exzentrizität des Hubrings rm: mittlerer Radius des ausgefahrenen Flügels D: Hubringdurchmesser VH: Fördervolumen pro Umdrehung d: Rotordurchmesser k: Hubzahl z: Flügelzahl Az: Flügelbreite a: Flügeldicke alpha: Flügelbogen

e: Exzentrizität des Hubrings
r_m: mittlerer Radius des ausgefahrenen Flügels
D: Hubringdurchmesser
V_H: Fördervolumen pro Umdrehung
d: Rotordurchmesser
k: Hubzahl
z: Flügelzahl
A_z: Flügelbreite
a: Flügeldicke
alpha: Flügelbogen

Betriebs-Charakteristika

Bauart	Flügelzellenpumpe einhubig	Flügelzellenpumpe doppelhubig (mehrhubig)	Sperrflügelpumpe	Rollflügelpumpe
Typisches Lastprofil Energieeingang (Endenergie)	variabel	variabel	variabel	variabel
Typische Anfahrzeiten	<1 sek	<1 sek	<1 sek	<1 sek
Regelbarkeit	ja – noch nicht
Wandlungsrichtung umkehrbar?	ja
Weitere Betriebscharakteristika	rotierend, weggesteuert	rotierend, weggesteuert	rotierend, weggesteuert	rotierend, weggesteuert

Energetische Kennwerte

Bauart	Flügelzellenpumpe einhubig	Flügelzellenpumpe doppelhubig (mehrhubig)	Sperrflügelpumpe	Rollflügelpumpe
Nennleistung oder vergleichbarer Wert	von: 16 Bar / 30 cm³ bis: 290 Bar / 800 cm³	von: – Bar / 3 cm³ bis: 210 Bar / 500 cm³	von: – Bar / 4 cm³ bis: 210 Bar / 400 cm³	von: – Bar / 8 cm³ bis: 160 Bar / 1000 cm³
Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der Auslastung	Abhängigkeit vernachlässigbar
Nutzbarer Anteil an Verlustleistung vorhanden?	nein

Wirtschaftliche Kennwerte

Bauart	Flügelzellenpumpe einhubig	Flügelzellenpumpe doppelhubig (mehrhubig)	Sperrflügelpumpe	Rollflügelpumpe
Laufende Kosten p.a.	k.A.	k.A.	k.A.	k.A.
Investkosten	500–2.000 €
Typische Lebensdauer/Jahre	Kritische Komponente für die Lebensdauer ist die Lagerung; i.d.R. > 10.000 Betriebsstunden

Technologische Kennwerte

Bauart	Flügelzellenpumpe einhubig	Flügelzellenpumpe doppelhubig (mehrhubig)	Sperrflügelpumpe	Rollflügelpumpe
Negative Aspekte der Ökobilanz (alle Lebensphasen)	zwei der oben genannten Aspekte	zwei der oben genannten Aspekte	zwei der oben genannten Aspekte	zwei der oben genannten Aspekte
Gefährdungspotential (niedrige Drücke und Temperaturen, keine giftigen oder explosiven Stoffe)	geringes Gefährdungspotential	geringes Gefährdungspotential	geringes Gefährdungspotential	geringes Gefährdungspotential
Systemkomplexität	robuste Bauweise, einfach durch Laien zu bedienen	robuste Bauweise, einfach durch Laien zu bedienen	robuste Bauweise, einfach durch Laien zu bedienen	robuste Bauweise, einfach durch Laien zu bedienen

Subjektive Technologie-Portfolio-Analyse

Technologieattratktivität	Industrielle Umsetzbarkeit	Umsetzbarkeit	Ist es technisch denkbar, diese Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität einzusetzen? (Grün = Ja, Gelb = Ggf., Rot =Nein)
		Komplexität	Wie komplex wäre der Einsatz dieser Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität? (Grün = einfach, Gelb = eher komplex, Rot = sehr komplex oder nicht möglich)
		Anwendbarkeit bei Industriepartnern	Wäre eine Flexibilisierung solcher Anlagen bei Industriepartnern direkt möglich? (Grün = Ja, Gelb=Nur mit größeren Umbaumaßnahmen, Rot = Nein)
	Einsatzhäufigkeit und Verbreitung	Energetischer Impact	Hat die Technologie typischerweise einen bedeutenden Anteil am Strombedarf eines Fabrikbetriebes? (Grün = Tendenziell ja, Gelb = eher nicht, Rot = Nein (weil z.b. andere Energieträger))
	Einsatzhäufigkeit und Verbreitung	Verbreitung in Deutschland	Wie ist der Verbreitungsgrad der Technologie in Deutschland einzuschätzen? (Grün = hoch, Gelb = mittel, Grün = niedrig)
	Umrüstaufwand und Integration	Technology Readiness Level	Wie weit ist die Technologie entwickelt? (Grün = TRL 7-9 Gelb = TRL 4-6, Rot = 1-3)
		Grad der Prozessentkopplung	Wie stark beeinflusst die Anlage in der Regel den Hauptprozess? (Grün = Zwischen der Anlage und dem Hauptprozess befindet sich i.d.R. ein Speicher oder Netz, Gelb = Anlage ist tendentiell nahe am Prozess verbaut, Rot = Anlage hat i.d.R. direkt Einfluss auf den Prozess)
		Möglichkeit des Energieträgerwechsels	Ist ein Energieträgerwechsel möglich? (Grün = Ja in der gleichen Anlage, Gelb = Mit einer zweiten Anlage, Rot = Nein)
		Umrüstaufwand	Wie wird der Aufwand zur Befähigung der Anlage eingeschätzt? (Grün = niedrig, Gelb = mittel, Grün = noch)
Ressourcenstärke	Übertragbarkeit	Übertragbarkeit	Wie gut lässt sich eine Lösung zur Flexibilisierung dieser Anlage auf andere Anlagen übertragen? (Grün = Technologien sind immer ähnlich aufgebaut, Lösungen sind also übertragbar, Gelb = Keine Aussage möglich, Rot = Sehr Prozessspezifisch bzw. standortspezifisch)
	Wirtschaftlichkeit	Erschließungskosten der Maßnahme	Wie hoch sind die spezifischen Investitionshöhen (Grün = niedrig (z.B. nur andere Regelungsart), Gelb = mittel, Rot = hoch (z.B. teure zweite Anlage muss installiert werden)
		Spezifische Wandlerkosten	Wie hoch sind die spezifischen Speicherkosten (Grün = niedrig, Gelb = mittel, Rot = hoch)
		Abrufkosten der Maßnahme	Wie groß ist die Verlustleistung über die Zeit? (Standverluste, Grün = Langzeitspeicher Gelb = Stundenspeicher, Rot = Kurzzeitspeicher)	sehr stark fallabhängig

Entwicklungstendenz

Forschungsprojekt: Untersuchung und Weiterentwicklung von Antriebsstrangkonzepten mobiler Arbeitsmaschinen

Anwendungsbeispiele

Vakuumpumpe für den Grob- und Feinvakuumbereich (1–0,001 mbar, bei Förderleistungen von ca. 20–500 m³/h)
Hydarulikpumpe (z.B. Servolenkung, Aktivsitze von Automobilen)
Dampfmotor
Kompressoren

Literaturverzeichnis

Grote, Karl-Heinrich; Feldhusen, Jörg (eds.) (2014): Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau. Verlag Springer Vieweg, Wiesbaden
Will, Dieter; Gebhardt, Norbert (eds.) (2014): Hydraulik – Grundlagen, Komponenten, Systeme. Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden
Hochschule Trier, Hydraulikformeln (Download PDF), zuletzt geprüft am 26.07.2019