Entwicklung einer selbstgeschmierten Hochdruckpumpe für den Betrieb mit Klarwasser

 

Der Druckbereich wasserhydraulischer Systeme ist begrenzt durch die Beanspruchung der tribologischen Kontakte in den Komponenten. Pumpen nach dem Stand der Technik erreichen 160 bis 210 bar. Das Ziel dieses Forschungsprojekts war deshalb die Kontakte einer wasserhydraulischen Pumpe für höhere Belastungen auszulegen.

 

Nutzen	Vorgehen
Größerer Druckbereich wasserhydraulischer Systeme	Bewertung von Pumpenkonzepten für die Wasserhydraulik
Höheres Leistungsgewicht der Komponenten	Aufbau eines Simulationsmodells für den Druck im Schmierspalt von Kolbenschuhen
Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit wasserhydraulischer Antriebslösungen	Auslegung eines tribologischen Kontakts für die Schmierung mit dem Medium Wasser

 

Hochdruck in Wasserhydraulikanwendungen

Wasserhydraulik findet heutzutage Anwendung sowohl in Pressen und dem Bergbau als auch in der Nahrungsmittelindustrie und der Pharmazie. Diese Anwendungen berufen sich auf die Vorteile, dass das Medium nicht entflammbar und nicht toxisch ist. Im Vergleich mit der Ölhydraulik ist das Druckniveau auf 160 bis 210 bar limitiert. Dies resultiert aus der Schmierung der tribologischen Kontakte mit Wasser.

Das Ziel dieses Projekts war die Entwicklung einer wasserhydraulischen Hochdruckpumpe, um somit den Druckbereich für Anwendungen mit dem Medium Klarwasser zu steigern. Weiterhin war das Ziel, dadurch die Leistungsdichte wasserhydraulischer Antriebe zu vergrößern und die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber der klassischen Ölhydraulik zu stärken.

 

Schmierung mit Klarwasser

Deformation eines Kolbenschuhs (Ansys FEM)

Im Rahmen der Entwicklung wurde der Kontakt zwischen Kolbengleitschuh und Schrägscheibe von Axialkolbenmaschinen bei Wasserschmierung betrachtet. Für die Materialpaarungen werden häufig Kunststoffe verwendet, deren Deformation unter Druck eine Limitierung für das Druckniveau darstellt. Beispielhaft ist im Bild die Deformation eines Kolbenschuhs bei 100 bar dargestellt. Die Größe der Deformation ist in der gleichen Größenordnung wie die eigentliche Spalthöhe.

  Spalthöhe (links) und Leckage (rechts) eines Kolbenschuhs

Weiterhin führt die Deformation bei höheren Drücken zu einer Vergrößerung der Spalthöhe, da die Lasttragfähigkeit steigt. Somit vergrößert sich auch die Leckage aus dem Gleitschuh-Kontakt, in dem gewählten Beispiel um den Faktor 5 zwischen 200 und 300 bar. Damit ist eine Limitierung des maximalen Drucks durch die Leckage gegeben.

 

Danksagung

Das Forschungsvorhaben wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit dem Kennzeichen ZF4199603KO6 als Kooperationsprojekt zwischen dem Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme (ifas) der RWTH Aachen University und der Fa. Hauhinco Maschinenfabrik GmbH & Co.KG gefördert. Die Autoren bedanken sich für die Förderung.

  Urheberrecht: © ZIM   Urheberrecht: © BMWK  

Veröffentlichungen

Titel	Autor(en)
Piston Slippers for Robust Water Hydraulic Pumps Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2018)	Schoemacker, Florian (Corresponding author) Murrenhoff, Hubertus