In der Technik fahrzeugmontierter Hydrauliksysteme ist der erste Punkt, an dem mechanische Energie in hydraulische Energie umgewandelt wird, die Baugruppe aus Nebenabtrieb (PTO — Power Take-Off) und Hydraulikpumpe. Die vollständige Abstimmung dieser beiden Komponenten hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment und Leistungscharakteristik ist ein wesentliches Kriterium für die Gesamteffizienz und die mechanische Lebensdauer des Systems. Eine falsche Berechnung des Zusammenhangs zwischen PTO-Drehzahl und Pumpenverdrängung kann zu Überhitzung, unzureichender Hubgeschwindigkeit oder vorzeitigem Pumpenschaden durch Überschreitung der Auslegungsgrenzen führen.

Grundprinzip der Volumenstromberechnung

Die von der Hydraulikpumpe pro Minute geförderte Ölmenge — der Volumenstrom — ist eine lineare Funktion des Verdrängungsvolumens der Pumpe und ihrer Antriebsdrehzahl. Die grundlegende technische Formel lautet:

Q = V × ηᵥ × n × 10⁻³

Dabei gilt:

• Q: Systemvolumenstrom (L/min)
• V: Pumpenverdrängung (cm³/U)
• ηᵥ: Volumetrischer Wirkungsgrad (bei Zahnradpumpen etwa 0,98)
• n: Betriebsdrehzahl der Pumpe (U/min)

Mit dieser mathematischen Beziehung lässt sich der Förderstrom der Pumpe aus Motordrehzahl und PTO-Übersetzungsverhältnis präzise bestimmen. Eine Zahnradpumpe der Gruppe 30 mit 65 cm³/U liefert beispielsweise bei 1.500 U/min über den Nebenabtrieb und einem angenommenen ηᵥ ≈ 0,98 etwa 95,5 L/min. Dieser Volumenstrom ist eine zentrale Eingangsgröße für die Auslegung des Wegeventils und die Hubgeschwindigkeit des Teleskopzylinders.

Drehzahlgrenzen: Bedeutung von Maximal- und Minimalwerten

Jedes Pumpenmodell besitzt aufgrund seiner inneren Kinematik festgelegte Betriebsdrehzahlgrenzen. Diese Werte sind in den HMLIFT-Pumpenkatalogen eindeutig angegeben:

• Maximale Drehzahl: Je nach Pumpengruppe — Gruppen 25, 30, 35 und 40 oder Axialkolbenbaureihe PEX7 — liegen die maximalen Dauerdrehzahlen zwischen 1.400 und 2.200 U/min. Steigt die Motordrehzahl und führt das PTO-Verhältnis zu einer Überschreitung der maximalen Pumpendrehzahl, können sich das Hydrauliköl überhitzen, die innere Reibung erhöhen und mechanische Schäden entstehen. Im Normalbetrieb darf die im Katalog angegebene Maximaldrehzahl nicht überschritten werden.
• Minimale Drehzahl: Dieser Wert ist mindestens ebenso kritisch wie die Maximalgrenze, wird jedoch gelegentlich übersehen. Damit die inneren Komponenten korrekt geschmiert werden und sich ein stabiler Hydraulikfilm bildet, darf die für alle Gruppen geltende minimale intermittierende Drehzahl von 300 U/min nicht unterschritten werden. Besondere Aufmerksamkeit ist beim PTO-Betrieb mit Motorleerlauf erforderlich.

Abstimmung von Drehmoment- und Leistungsbedarf auf den Fahrzeugmotor

Die Pumpe erzeugt nicht nur Volumenstrom; abhängig vom Systemdruck fordert sie außerdem ein bestimmtes Drehmoment und eine bestimmte Leistung vom Fahrzeugmotor.

• Drehmomentbedarf (M): Mit steigendem Systemdruck (Δp) und zunehmendem Verdrängungsvolumen (V) erhöht sich auch das vom PTO-Schaft aufgenommene Drehmoment in Nm. Berechnung: M = Δp × V / (62,83 × ηₘ), wobei ηₘ der mechanische Wirkungsgrad ist (≈ 0,90).
• Leistungsbedarf (P): Die vom System benötigte Gesamtleistung in kW ist eine Funktion von Volumenstrom und Druck: P = Δp × V × n / (600 × 1000 × ηₜ), wobei ηₜ der Gesamtwirkungsgrad ist (≈ 0,88). Fahrzeugmotor und gewählte PTO-Einheit müssen diese Drehmoment- und Leistungsanforderungen mechanisch erfüllen können, um den Antriebsstrang zu schützen.

Typische Szenarien und Reihenfolge der Systemauslegung

Zu den typischen Einsatzsituationen und ihren Auswirkungen gehören:

• 1. Unzureichender Volumenstrom / Langsame Bewegung: Werden PTO-Drehzahl oder Pumpenverdrängung zu niedrig gewählt, bewegt sich der Zylinder langsam. Der Versuch, dies durch eine übermäßige Erhöhung der Motordrehzahl auszugleichen, bringt die Pumpe nahe an ihre Drehzahlgrenze und erhöht die thermische Belastung.
• 2. Ventil als Engstelle: Übersteigt der Pumpenvolumenstrom die maximale Durchflusskapazität des ausgewählten Wegeventils (Tipping Valve), entsteht im Ventil ein hoher Strömungswiderstand. Dieser wird unmittelbar in Wärme umgewandelt und verringert die Systemleistung.

Richtige Reihenfolge der Auslegung

Zunächst sind die mechanischen Eigenschaften von Fahrzeugchassis und PTO — Übersetzung, Drehmoment und Drehrichtung — festzulegen. Anschließend werden erforderlicher Volumenstrom und Druck berechnet und das HMLIFT-Pumpenmodell ausgewählt, das diese Parameter innerhalb seines optimalen Drehzahlbereichs erfüllt.