Verbesserung der Druckumsteuerung von Außenzahnradpumpen mit Hilfe der numerischen Strömungsberechnung (CFD)

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Siegfried Helduser
• Subject Area: Engineering Design, Machine Elements, Product Development
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 56358749

Außenzahnradpumpen zählen aufgrund ihres vergleichsweise einfachen Aufbaus zu den weitest verbreiteten Verdrängereinheiten in der Fluidtechnik. Den zahlreichen Vorteilen dieser Pumpenbauart steht aber der Nachteil einer hohen Geräuschabstrahlung gegenüber. Um das Pulsationsverhalten von Außenzahnradpumpen zu verbessern, wurden den theoretischen Überlegungen von Molly /33/ folgend, Zahnradpumpen mit Zweiflankendichtung entwickelt. Diese heute fertigungstechnisch beherrschbare Bauart weist aber immer noch im Vergleich zu anderen Verdrängerprinzipien, wie beispielsweise Innenzahnrad- oder Flügelzellenpumpen, eine unerwünscht hohe Geräuschemissionen auf. Vor allem beim Umsteuervorgang von der Hoch- zur Saugdruckseite treten hohe Druckabbaugradienten auf, die maßgebend für die Geräuschemission von Außenzahnradpumpen sind. Eine weitere Ursache für erhöhte Geräuschabstrahlung stellt das Auftreten von Kavitation im Saug- und Umsteuerbereich dar.Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuen Methodik, um auf Basis der numerischen Strömungsberechnung (CFD) die komplexen instationären Strömungszustände in Außenzahnradpumpen unter Berücksichtigung von Kavitation zu berechnen und daraus ableitend das Umsteuer- und Füllungsverhaltens zu verbessern, so dass die Geräuschemission von Zahnradpumpen sinkt. Dies schließt die weitere Reduzierung der Saug- und Hochdruckpulsation ein. Eine der wichtigsten Primärmaßnahmen der Geräuschminderung ist die Verzögerung des Druckabbaus; dies vermeidet die hohen Anregungsfrequenzen. Hierzu wird der Einsatz eines Ölvolumens als Umsteuerkapazität favorisiert. Die Verringerung der Druckänderungsgeschwindigkeit wird zu Geräuschminderungen führen, wie bei Untersuchungen an der Forschungsstelle bei anderen Pumpenbauarten bereits gezeigt werden konnte. An zwei typischen Außenzahnradpumpen sollen die erarbeiteten Maßnahmen beispielhaft umgesetzt und überprüft werden. Die Arbeit soll zu wissenschaftlich begründeten, allgemein gültigen Auslegungshinweisen für die Umsteuergeometrie von Zahnradpumpen führen.

• DFG Programme: Research Grants