Wirkungsgrad Formeln für hydraulische Systeme

Die Wirkungsgrad Formel wird als der Quotient zwischen der Energie, die man in eine hydraulische Anlage einbringt, und der Energie, die man aus ihr herausholt bzw. die es in sinnvolle Arbeit umsetzt, berechnet. Bei hydraulischen Systemen ist der Wirkungsgrad aufgrund der Physik sehr hoch. Da die Hydraulik auf der Inkompressibilität seines Mediums beruht, kann es bis zu 90 % Wirkungsgrad erreichen. Pneumatische Systeme, die große Kompressionsverluste hinnehmen müssen, erreichen nur einen niedrigen Wirkungsgrad.

Energieverluste in hydraulischen Systemen mit der Wirkungsgrad Formel berechnen

Der Druck wird in einem hydraulischen System theoretisch ohne Verluste vom Erzeuger zum Abnehmer weitergereicht. In der Praxis treten jedoch viele Störfaktoren auf, welche die nutzbare Energie aus dem System reduzieren. Diese können sein:

  • Abzweige, Bögen und Rohrverengungen
  • Rauheiten an der Innenwand
  • Filter mit hohem Widerstand
  • Dehnungen
  • Leckagen

Bögen und Abzweige lenken den Volumenstrom um. Dabei wird ein Teil der Energie in Wärme umgesetzt. Das Gleiche geschieht bei Rauheiten an der inneren Wandung der Hydraulikleitungen. Die erforderlichen Filter setzen dem Volumenstrom einen hohen Widerstand entgegen. Geschwächte Flexleitungen können ebenfalls zur Druckminderung beitragen. Schließlich senkt entweichendes Hydrauliköl unweigerlich den Wirkungsgrad des Gesamtsystems bis zum völligen Stillstand.

Alle Energieverluste außer den Leckagen werden in Wärme umgesetzt. Das führt dazu, dass sich ein hydraulisches System schnell aufheizt. Bei großen Anlagen sind deshalb entsprechende Kühleinrichtungen erforderlich. Das Hydrauliköl würde sonst zu kochen beginnen und sich mit kompressiblen Gasen anreichern. Die gesamte Funktionsweise der Anlage wäre damit gestört.

Formeln für den hydraulischen Wirkungsgrad

Das Symbol für den Wirkungsgrad ist das n "eta". Die allgemeine Formel ist E(ab) (für Nutzenergie) geteilt durch E(zu) (für zugeführte Energie). Alternativ kann auch die Leistung P als Grundlage zur Berechnung des Wirkungsgrades verwendet werden. Der daraus resultierende Wert ist immer zwischen 0 und 1. Die 1 wird jedoch nie erreicht, da es kein System gibt, welches einen Wirkungsgrad von 100 % erreichen kann.

Wirkungsgrad Formel für das gesamte System oder Einzelkomponenten

Der Gesamtwirkungsgrad einer Pumpe ist der volumetrische Wirkungsgrad multipliziert mit dem hydromechanischen Wirkungsgrad. Für Pumpen und Motoren gibt es zudem Tabellen, die als Bemessungsgrundlage für den Wirkungsgrad herangezogen werden können. Übliche Werte sind folgende:

Hydraulikpumpen

Außenverzahnte Zahnradpumpe 0,5 - 0,9
Innenverzahnte Zahnringpumpe 0,6 - 0,9
Schraubenpumpe 0,6 - 0,8
Flügelzellenpumpe 0,65 - 0,85
Axialkolbenpumpe 0,8 - 0,9
Radialkolbenpumpe 0,8 - 0,9

Radiale Hydraulikmotoren

Axialkolbenmotor 0,90
Radialkolbenmotor 0,90

Radiale Linearmotoren

Hydraulikzylinder: 0,85 - 0,90

Wirkungsgrad Formeln in der Praxis

Die theoretische Vorausberechnung des Wirkungsgrads ist eine wichtige Grundlage für die Auslegung eines hydraulischen Systems. Allerdings weiß man auch, dass man sich dem errechneten Wert nur ungefähr annähern kann. Deshalb wird bei komplexen hydraulischen Anlagen der Wirkungsgrad nach der Fertigstellung empirisch ermittelt. Man misst dazu Druckverluste und die Temperaturentwicklung und vergleicht diese mit dem errechneten Wert.

Maßnahmen zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades

Eine Möglichkeit, den Gesamtwirkungsgrad eines hydraulischen Systems zu steigern, ist die sinnvolle Nutzung der entstehenden Abwärme. Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung von freier Bewegungsenergie zum Antrieb der Hydraulikpumpe. Wenn beispielsweise in einer Anlage Dampfdruck anfällt, kann dieser über eine Turbine für die Pumprotation verwendet werden.