Constante verplaatsingsmotor

Een motor met constant slagvolume is een hydraulische motor met een vast, niet-veranderbaar slagvolume. Deze zet hydraulische energie om in mechanische rotatie-energie bij een constante verplaatsing per omwenteling. Het toerental en het koppel worden uitsluitend bepaald door de toegevoerde volumestroom en de systeemdruk, niet door een interne verstelling.

Basisprincipes en werking van de constante motor

Constante motoren behoren tot de familie van verdringingsmachines en behoren tot de meest gebruikte hydraulische motoren in de industrie. Hun kenmerkende eigenschap is het vaste slagvolume: elke omwenteling van de motoras verplaatst precies hetzelfde volume aan hydraulische vloeistof. Deze eigenschap maakt de constante motor voorspelbaar en robuust, maar beperkt tegelijkertijd de flexibiliteit bij schommelende belastingseisen.

De werking is gebaseerd op het principe van drukkrachtoverbrenging. Hydraulische vloeistof onder hoge druk stroomt via de drukaansluiting in de verdringingskamers van de motor. Daar werkt de druk in op bewegende elementen zoals zuigers, tandwielen of schoepen en wekt een draaiende beweging van de uitgaande as op. De gebruikte vloeistof verlaat de motor via de retouraansluiting en keert terug naar het hydraulische circuit. Aangezien het verplaatsingsvolume vastligt, stijgt het toerental evenredig met de toegevoerde volumestroom, terwijl het koppel in belangrijke mate afhankelijk is van de aangelegde druk.

Toerental- en koppelverloop

Het vaste slagvolume leidt tot een direct verband tussen de volumestroom en het toerental: als er meer liter per minuut wordt toegevoerd, draait de motor sneller. Het koppel neemt op zijn beurt toe met de druk. Ontwerpers maken gebruik van dit voorspelbare gedrag om aandrijvingen te ontwerpen voor bedrijfsomstandigheden die bij continu gebruik constant blijven of slechts geringe schommelingen vertonen. Bij toepassingen met sterk variërende belastingsprofielen stuit de constante motor echter op zijn grenzen, omdat hij het koppel niet door interne aanpassing kan verhogen.

Uitvoeringen van constantmotoren

Constante motoren worden in verschillende uitvoeringen geproduceerd, die verschillen in vermogensdichtheid, toerentalbereik, rendement en toepassingsgebied. De keuze van de uitvoering hangt af van de concrete eisen aan koppel, toerental, inbouwruimte en bedrijfsdruk.

Tandwielmotoren

Tandwielmotoren zijn het eenvoudigste en voordeligste type. Twee in elkaar grijpende tandwielen worden door de druk van de hydraulische vloeistof in rotatie gebracht. Het ene tandwiel drijft het andere via de vertanding aan. Tandwielmotoren onderscheiden zich door hun compacte opbouw, lage gewicht en hoge robuustheid. Ze zijn geschikt voor gemiddelde toerentallen en bedrijfsdrukken tot ongeveer 250 bar. Hun rendement ligt tussen 80 en 85 procent. Nadelen zijn het relatief hoge geluidsniveau en het beperkte aanloopkoppel.

Vleugelcelmotoren

Vleugelcelmotoren maken gebruik van een rotor met axiaal of radiaal geplaatste vleugels, die in groeven worden geleid en door middel van centrifugale kracht tegen de behuizingswand worden gedrukt. De hydraulische vloeistof verplaatst het volume tussen de vleugels en wekt zo de draaiende beweging op. Vleugelcelmotoren lopen zeer gelijkmatig en stil, zijn omkeerbaar en bieden een goed aanloopgedrag. Ze worden ingezet bij gemiddelde drukken tot ongeveer 210 bar en overtuigen door hun compacte bouw.

Axiale zuigermotoren met constant vermogen

Axiale zuigermotoren met een vast slagvolume behoren tot de krachtigste constantmotoren. De zuigers zijn axiaal ten opzichte van de aandrijfas geplaatst en drukken tegen een schuine schijf of een schuine as. De vaste hellingshoek bepaalt de zuigerslag en daarmee het onveranderlijke slagvolume.

Constante motoren met schuine as

Constante motoren met schuine as zijn een veelgebruikte variant. De aandrijfas staat ten opzichte van het cilinderblok onder een vaste hoek, waardoor de zuigerslag ontstaat. Dit type bereikt werkdrukken van 400 bar en meer, biedt een hoog rendement van meer dan 90 procent en onderscheidt zich door uitstekende start- en langzaamloopkarakteristieken. Fabrikanten zoals Bosch Rexroth of Linde Hydraulics bieden motoren met schuine as en constant slag aan in talrijke bouwgroottes voor open en gesloten circuits.

Constante-verplaatsingsmotoren met schuine schijven

Bij schuine-schijfmotoren drukken de zuigers tegen een vaststaande, schuine schijf. Ook hier is de hellingshoek vastgelegd, zodat het slagvolume niet kan worden gewijzigd. Schuine-schijfmotoren zijn compacter dan schuine-asmotoren en zijn geschikt voor toepassingen met beperkte inbouwruimte.

Radiale zuigermotoren en orbitale motoren

Bij radiale zuigermotoren zijn de zuigers stervormig rond de aandrijfas gerangschikt. Ze leveren zeer hoge koppels bij lage toerentallen en worden bij voorkeur ingezet in zware toepassingen. Orbitale motoren, ook wel gerotormotoren genoemd, maken gebruik van een excentrisch ronddraaiend rotorsysteem en bieden eveneens hoge koppels bij compacte afmetingen. Beide typen werken als constantmotoren en bestrijken toerentalbereiken onder 1000 tpm.

Constante motor versus verstelbare motor

De afweging tussen een motor met constant toerental en een regelbare motor is een van de belangrijkste beslissingen bij het ontwerpen van hydraulische aandrijfsystemen. Beide typen hebben hun nut, maar verschillen fundamenteel in flexibiliteit, complexiteit en kosten.

De motor met constant toerental blinkt uit wanneer de eisen aan de aandrijving constant zijn of wanneer de toerentalregeling via de pomp plaatsvindt. Verstelbare motoren komen het best tot hun recht wanneer het toerental of het koppel tijdens het bedrijf moet worden aangepast zonder de pomp te hoeven aanpassen.

Toepassingsgebieden voor motoren met constant toerental

Constante motoren zijn te vinden in vrijwel alle sectoren van de industriële en mobiele hydraulica. Hun sterke punten komen vooral tot hun recht wanneer er constante bedrijfsomstandigheden heersen of wanneer de toerentalregeling via een verstelbare pomp wordt gerealiseerd.

Mobiele hydraulica

In bouwmachines zoals graafmachines, wielladers en kranen worden constantmotoren ingezet als rijmotoren, zwenkaandrijvingen en liermotoren. Ook in de land- en bosbouw drijven ze maaimachines, transportbanden en kabellieren aan. In de scheepvaart en offshore-sector worden corrosiebestendige en volgens DNV gecertificeerde varianten ingezet.

Industriële hydraulica

Stationaire toepassingen omvatten transportinstallaties, mengers, persen, hefinstallaties en werktuigmachines. Waar een aandrijving continu met hetzelfde toerental en hetzelfde koppel moet werken, is de motor met constant toerental vaak de meest economische oplossing. Ook in spuitgietmachines en windturbines worden axiale zuiger-constantmotoren gebruikt.

Selectiecriteria voor constantmotoren

De keuze van de juiste constante motor vereist een zorgvuldige afstemming van verschillende parameters op de specifieke toepassing.

• Koppelvereiste: het vereiste koppel aan de uitgang bepaalt de minimale grootte van het slagvolume en de benodigde werkdruk.
• Toerentalbereik: Het minimum- en maximumtoerental bepalen welk type geschikt is. Voor zeer lage toerentallen bij een hoog koppel zijn radiale zuiger- of orbitale motoren geschikt, voor hogere toerentallen axiale zuigermotoren.
• Werkdruk: De nominale drukklasse van de motor moet overeenkomen met de systeemdruk. Axiale zuigermotoren met constant vermogen zijn geschikt voor drukken tot 400 bar en hoger, tandwielmotoren werken in het bereik tot 250 bar.
• Type circuit: Motoren met constant toerental zijn verkrijgbaar voor open en gesloten circuits. De keuze beïnvloedt de aansluitconfiguratie en de afwatering van de behuizing.
• Inbouwsituatie: flensafmetingen volgens ISO, SAE of DIN; asvormen en aansluitmaten moeten passen bij de machineopbouw.
• Omgevingsomstandigheden: temperatuur, vochtigheid, corrosiebelasting en mogelijke certificeringseisen (CE, DNV, ATEX) beperken de keuze.

Onderhoud en service

Motoren met constant toerental vergen vanwege hun eenvoudige opbouw minder onderhoud dan regelbare motoren. Toch vereisen ze regelmatige aandacht om storingen te voorkomen en de levensduur te maximaliseren.

Oliekwaliteit en filtering

De zuiverheid van de hydraulische vloeistof heeft een doorslaggevende invloed op de levensduur van een motor met constant toerental. Volgens ISO 4406 moet de olereinheidsklasse minimaal 18/16/13 bedragen. Verontreinigingen leiden tot verhoogde slijtage aan zuigers, cilinderloopbanen, tandwielen en stuurwielen. Regelmatige filtercontroles en tijdige filtervervanging zijn daarom onontbeerlijk. De viscositeit van de olie moet binnen het bereik van ISO VG 32 tot 68 liggen, waarbij VG 46 de meest gangbare standaard is.

Typische slijtageverschijnselen

Tot de meest voorkomende slijtageverschijnselen behoren groeven in glijvlakken, pitting op tandwielen, brosheid van afdichtingen en toegenomen lagerspeling. Een toenemende lekkage of een afnemend koppel bij gelijke druk zijn praktische indicatoren voor slijtage. Door regelmatig de druk, temperatuur en geluidsontwikkeling te controleren, kan schade in een vroeg stadium worden opgespoord.

Normen en standaarden

Voor constantmotoren gelden verschillende normen en standaarden die veiligheid, compatibiliteit en kwaliteit regelen. DIN ISO 4413 legt de algemene veiligheidstechnische eisen voor hydraulische installaties vast en heeft daarmee ook betrekking op de inbouw en het gebruik van constantmotoren. De zuiverheid van de olie wordt geclassificeerd volgens ISO 4406; flensafmetingen en aansluitnormen zijn gebaseerd op ISO-, SAE- en DIN-normen. De CE-markering is verplicht voor de Europese markt; voor maritieme toepassingen gelden aanvullende certificeringen zoals DNV. Naleving van deze normen zorgt ervoor dat constantmotoren betrouwbaar en veilig in complete hydraulische systemen kunnen worden gebruikt.