Vom Schaumstoff bis zum Saphir

Sind Energiebilanz, Hochdruck und Lebensdauer wichtige Auswahlkriterien für den hydraulischen Antrieb von stationären Anlagen, kann die Axialkolben-Verstellpumpe in der Auswahlliste eigentlich ganz oben stehen. Dieser Pumpentyp beeinflusst vor allem durch seine geringe Verlustleistung die Energiebilanz positiv. Je nach aktuellem Ölbedarf der Verbraucher passt sich der Förderstrom der Pumpe stufenlos und schnell an. Dadurch wird immer nur so viel Drucköl erzeugt wie das Hydrauliksystem benötigt. Dieses einfache und wirkungsvolle Konstruktionsprinzip ist nicht neu, aber durch die Kombination mit modernster Reglertechnik und elektronischer Ansteuerung erschließen sich stetig neue Anwendungsgebiete. So findet man typische Anwendungen dieses Pumpentyps bereits in Kunststoffverarbeitungsmaschinen, Prüfständen, Werkzeugmaschinen oder mechanischen und hydraulischen Pressen.

Die Axialkolben-Verstellpumpen von Hawe arbeiten seit vielen Jahren zuverlässig in vielen stationären und mobilen Anwendungen weltweit. Da die Anforderungen an Hydraulikpumpen ständig wachsen, hat das Unternehmen die neuesten Erkenntnisse und Erfahrungen hinsichtlich Geräuschreduzierung, Gewichtsminderung und moderner Reglertechnik in die jüngste Pumpengeneration einfließen lassen. Entstanden ist die Pumpenfamilie V30E, die in drei Baugrößen ein maximales Verdrängungsvolumen von 95, 160 bzw. 270 cm³/U bietet. Das Fördervolumen der Pumpe ist im Bereich des Schwenkwinkels der Schrägscheibe (0 bis max. Förderstrom) stufenlos verstellbar. 350 bar Nenn- und 420 bar Spitzendruck eröffnen ein breites Einsatzspektrum. Obwohl in vielen Anwendungen der Dauerdruck niedriger liegt, sollte man die Druckspitzen, die im Betrieb im Hydrauliksystem entstehen, nicht vergessen. Hier verhindert die Auslegung auf 420 bar wirkungsvoll eine Schädigung der Pumpe.

Genau diese Eigenschaft schätzt auch die Firma Trenntek, die sich beim hydraulischen Antrieb der Hochdruck-Übersetzungspumpen in ihren Wasserstrahlschneidanlagen für die V30E entschieden hat. Mit Wasserstrahlschneiden können fast alle Materialien bearbeitet werden, angefangen beim Schaumstoff bis hin zum Saphir. Schwerpunkte sind die Bearbeitung von Kunststoff, Metall, Leder und Stein. Eine gute Möglichkeit bietet das Wasserstrahlschneiden, wenn es darum geht, einen ungleichartigen Material-Mix zu schneiden, zum Beispiel Keramik-Metallmischungen in Forschungseinrichtungen oder Verbundwerkstoffe für die Fahrzeugindustrie. Durch die Schwenkbarkeit des Schneidkopfes (3D-Bearbeitung) lassen sich mittels einer Schneidvektorsteuerung fast beliebig komplizierte Formen auch im Raum schneiden. Es lassen sich Genauigkeiten bis zu 0,005 mm/m Bearbeitungslänge erreichen. Neben dem Trennen wird das Wasserstrahlschneiden auch zum Entgraten verwendet. Die dargestellte Hochdruck-Pumpeneinheit erzeugt in der Wasserstrahlschneidanlage einen weitgehend pulsationsfreien Hochdruckwasserstrahl. Die darin eingebaute Axialkolben-Verstellpumpe V30E erzeugt einen Öldruck von etwa 200 bar. Das komprimierte Öl wird in den Hydraulikzylinder des Hochdruckübersetzers gepumpt. Dort wirkt es auf eine Kolbenstange mit einem Übersetzungsverhältnis von etwa 20:1 (Hydraulikfläche:Wasserfläche) und erzeugt so den Wasserdruck von etwa 4000 bar, der zum Schneiden erforderlich ist. Neben dem hohen Betriebsdruck trugen vor allem drei weitere Eigenschaften der V30E zur Auswahl dieses Pumpentyps bei: die sehr kurze Verstellzeit, kompakte Bauweise sowie zuverlässige und lange Lebensdauer, selbst wenn die Pumpe 24 Stunden am Tag läuft.

Diese Eigenschaften, die teils über den Markt-Standard hinausgehen, werden durch verschiedene technologische Fortschritte im Design und in der Herstellung dieser Pumpengeneration generiert. Die vorgestellte Verstellpumpe V30E arbeitet nach dem Schrägscheibenprinzip: Neun mittels Gleitschuh und Rückholplatte auf der Ebene der Schrägscheibe geführte Kolben führen pro Trommelumdrehung je einen Saug- und Druckhub aus. Der hydrostatisch entlastete Kolbengleitschuh ist aus Stahl gefertigt und mit einer Bronze-Lauffläche versehen. Die Stahl/Stahl-Paarung von Gleitschuh und Kolben ist einzigartig auf dem Markt und gewährleistet auch unter der permanent wechselnden Zug- und Druckbelastung in der Verstellpumpe eine robuste Arbeitweise und lange Lebensdauer der Kolben. Ein weiteres Bauteil, das die Lebensdauer der Axialkolben-Verstellpumpe wesentlich bestimmt, ist das Schwenklager. Dieses ist in der V30E Hochdruck geschmiert, minimiert über diese hydrostatische Entlastung die Reibung und stabilisiert das Regelverhalten. Auch das Wellenlager wurde in der V30E großzügig dimensioniert und gewährleistet unter Standardeinsatzbedingungen eine errechnete Lebensdauer der Wellenlagerung zum Beispiel bei 250 bar, 1450 min-1 und max. Verstellwinkel von 20 000 Stunden. Erfahrungsgemäß werden diese Werte in der Praxis deutlich übertroffen. Die Verstellzeit wurde durch mehrere Maßnahmen und umfangreiche Tests bei der Entwicklung der Pumpenfamilie erreicht. Beispielhaft seien die kleinen Stellzylinder und das damit verminderte Ölvolumen zum Verstellen der Schrägscheibe genannt. Weiterhin sind bei der V30E alle Bauteile, die bei der Verstellung mitwirken, gewichtsoptimiert und optimal ausgerichtet. So erreicht zum Beispiel die Baugröße 160 (max. Förderstrom von 160 l/min) bei 200 bar Betriebsdruck eine Aufregelzeit von 100 ms. Das heißt, die Schwenkscheibe schwenkt in 100 ms von 0 auf 90 %, wenn das Hydrauliksystem nach mehr Öl verlangt. Das schnelle Schwenken wird zusätzlich durch den sehr geringen unteren Absolutdruck der Pumpe von 0,85 bar unterstützt.

Darüber hinaus ermöglicht die Konstruktion in Schrägscheibenbauart eine durchgehende Welle und damit auch Tandem- oder Mehrfach-Kombinationen von Pumpen. Dadurch können Verbraucher mit unterschiedlichem Last/Druckniveau, individuellen Kreisen zugeordnet und deren Wirkungsgrad optimiert werden. Als Regler stehen Druckregler, Load-Sensing-Regler mit Druckabschneidung und Leistungsregler jeweils mit integrierten Dämpfungsmöglichkeiten zur Auswahl. Die elektro-hydraulische Pumpenverstellung verstellt das Hubvolumen der Pumpe zwischen „Null“ und „Maximalwert” proportional zu einem elektrischen Eingangssignal.

Zusammen mit einer großen Auswahl an Ventilen und angepasster elektronischer Steuerung liefert Hawe ein System, das auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten ist und den Anforderungen moderner Industrie- und Mobil-Hydrauliksystemen gerecht wird.

Axialkolben-Verstellpumpe V30E KEM 435

Hydrauliklösungen für die Industrie KEM 436