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Kolbenpumpe

Kolbenpumpen lassen sich auf zwei verschiedene Arten konstruieren. Ihnen gemein ist, dass darin Kolben auf der Saugseite Flüssigkeit ansaugen und auf der Druckseite wieder ausstoßen. Prinzipiell lässt sich bei beiden Konstruktionsweisen die Förderrichtung umkehren. Bei der Axialbauweise durch Umkehren der Laufrichtung der Antriebswelle oder Schwenken der Kolbentrommel, bei der Radialbauweise nur durch Umkehren der Laufrichtung des Zylindersterns. Bei der Axialkolbenpumpe werden die Zylinder parallel zu dieser um eine zentrale Achse in einer Trommel angeordnet. Der Abschluss zum Flüssigkeitssystem hin geschieht durch eine feststehende Steuerscheibe, die die Verbindung zwischen Zylinder und Saugseite bzw. Zylinder und Druckseite je nach Position des Zylinders während einer Umdrehung der Trommel herstellt. Am anderen Ende der Trommel sind die Kolben an einer schräg stehenden Scheibe befestigt, die an einer Antriebswelle montiert ist. Während einer Umdrehung der Antriebswelle, wird jeder Kolben aus dem Zylinder herausgezogen, während durch die Steuerscheibe eine Verbindung zur Saugseite besteht. Dabei füllt sich der Zylinder mit der zu fördernden Flüssigkeit. Dreht sich die Antriebswelle weiter, so wird der Kolben wieder in den Zylinder gedrückt, während die Steuerscheibe eine Verbindung zwischen Zylinder und Druckseite herstellt. Durch Änderung des Winkels zwischen Antriebs- und Trommelachse kann der Kolbenhub und damit die Fördermenge reguliert werden. Durch Wechsel der Kipprichtung kann die Förderrichtung auch umgekehrt werden. Radialkolbenpumpen besitzen eine andere Anordnung der Förderzylinder: Hier sind sie senkrecht zur Antriebsachse (in radialer Richtung) angeordnet und bilden einen sogenannten Zylinderstern. Die zu fördernde Flüssigkeit wird dabei über einen feststehenden Steuerzapfen zu- und abgeführt, um den der Zylinderstern rotiert. Ein Hubring sorgt dabei durch exzentrische Lagerung für die Bewegung der Kolben aus dem Zylinder heraus (Saugseite) bzw. in den Zylinder hinein (Druckseite).

Kolbenlöten

Kolbenlöten gehört zu den Lötverfahren, bei denen die notwendige Wärmeenergie für den Lötvorgang durch einen Festkörper (in diesem Fall den Lötkolben mit entsprechender Lötspitze) auf die Lötstelle und das Lot übertragen wird. Der Kolben selbst wird dabei meist elektrisch, seltener durch einen Gasbrenner aufgeheizt. Bei den elektrischen Lötkolben gibt es unterschiedliche Verfahren, um einen gewünschten Temperaturbereich der Lötspitze (spezifisch für Werkstoff und Lot) genau einzuhalten, beispielsweise durch einen Bimetallstreifen oder ein Thermomesselement dessen Messwerte von einer Lötstation ausgewertet werden und zur Regulierung der Temperatur, durch Ein- und Ausschalten des Heizelementes genutzt werden. Die technische Konstruktion des Lötkolbens selbst ist simpel: Ein rohrartiger Grundkörper, in dem am einen Ende das Heizelement liegt, in das entweder die Lötspitze eingespannt wird oder auf das die hohle Lötspitze direkt aufgesteckt wird, mit einem wärmeisolierenden Handgriff am anderen Ende und ggf. der ebenfalls dort angebrachten elektrischen Zuleitung (bei elektrischen Lötkolben). Bei gasbetriebenen Lötkolben enthält das hintere Ende des Lötkolbens in der Regel auch einen kleinen Gastank, aus dem der Brenner gespeist wird, der hier das Heizelement darstellt. Lötkolben eignen sich durch die Verwendung von Kupferspitzen nur für Weichlötungen.

Kolbenkräfte (Berechnung)

Um die für die Auslegung von Maschinen und Konstruktionen relevante, sogenannte wirksame Kolbenkraft berechnen zu können, muss zuerst die theoretische Kolbenkraft ermittelt werden. Diese ist das Produkt aus dem auf die Kolbenfläche ausgeübten Druck und der Kolbenfläche. Da beim Betrieb des Kolbens Verluste durch Reibungskräfte auftreten, fasst man diese als Wirkungsgrad des Kolben zusammen. Die wirksame Kolbenkraft kann dann entweder als Differenz von theoretischer Kolbenkraft und auftretenden Reibungskräften oder als Produkt von theoretischer Kolbenkraft und Wirkungsgrad dargestellt werden. Bei Kolben mit einseitiger Kolbenstange ist außerdem zu beachten, dass beim Einfahren die wirksame (effektive) Kolbenkraft geringer als beim Ausfahren ist, da hier von der Kolbenfläche die Fläche die von der Kolbenstange eingenommen wird, abgezogen werden muss. Dazu wird einfach die relevante Querschnittsfläche der Kolbenstange von der Kolbenfläche abgezogen, und das Ergebnis in obigen Berechnungen an Stelle der Kolbenfläche verwendet.

Kolbengeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Hydrokolben bewegt, hängt von zwei Faktoren ab: Der aktiven Kolbenfläche und dem zugeführten Volumenstrom. Dabei bezeichnet der Volumenstrom die Flüssigkeitsmenge, die pro angegebener Zeiteinheit, beispielsweise in einer Minute, einen gegebenen Querschnitt, im Falle des Hydrozylinders also zum Beispiel dessen Anschlussleitung, durchfließt. Die aktive Kolbenfläche ist die Fläche, auf die die in den Hydrokolben gepumpte Flüssigkeit Kraft ausüben kann. Bei konstantem Volumenstrom ist daher das Ausfahren des Zylinders langsamer als das Einfahren, da hier mehr Volumen gefüllt werden muss (auf dieser Seite steht die gesamte Kolbenfläche zur Verfügung), dadurch kann der Kolben aber auch in dieser Richtung mehr Kraft ausüben. Beim Einfahren muss von der gesamten Kolbenfläche die Fläche abgezogen werden, die von der Kolbenstange eingenommen wird, bei gleichem Volumenstrom bewegt sich der Kolben also schneller zurück, kann dabei aber weniger Kraft ausüben.