Hydraulische pomp

Een hydraulische pomp is het centrale aandrijfelement van een hydraulisch systeem. Deze zet mechanische energie – meestal afkomstig van een elektromotor of een verbrandingsmotor – om in hydraulische energie door hydraulische vloeistof te verpompen en onder druk te zetten. Het resulterende debiet en de druk voorzien de aangesloten actuatoren, zoals cilinders en motoren, van het benodigde vermogen.

Basisprincipes en werking van een hydraulische pomp

Elke hydraulische pomp werkt volgens het principe van positieve verplaatsing. Bij dit proces vergroot een mechanisch aangedreven onderdeel het volume van een werkruimte, waardoor een vacuüm ontstaat dat vloeistof uit het reservoir aanzuigt. Vervolgens krimpt de werkruimte weer, waardoor de vloeistof wordt verplaatst en onder druk in de leiding wordt geperst. Deze cyclus herhaalt zich continu, wat een constante of pulserende stroming oplevert, afhankelijk van het ontwerp.

Pompen met vast en variabel verdringingsvolume

Er wordt een fundamenteel onderscheid gemaakt tussen pompen met een vast verplaatsingsvolume en pompen met een variabel verplaatsingsvolume. Pompen met een vast verplaatsingsvolume leveren altijd dezelfde hoeveelheid hydraulische olie per omwenteling. Het debiet kan alleen worden aangepast door het toerental van de aandrijfmotor te wijzigen. Pompen met variabel verplaatsingsvolume passen daarentegen hun verplaatsingsvolume tijdens het bedrijf aan, waardoor het debiet en de druk continu kunnen worden aangepast aan de actuele behoefte. Dit vermindert smoorverliezen en bespaart energie, met name bij toepassingen met sterk fluctuerende vermogensbehoeften.

Verplaatsingsvolume en rendement

Het verplaatsingsvolume beschrijft de hoeveelheid olie die een hydraulische pomp per omwenteling verplaatst. Het is de belangrijkste parameter voor het debiet. Het volumetrisch rendement geeft aan hoeveel van het theoretisch geleverde volume daadwerkelijk de drukpoort bereikt, aangezien interne lekkageverliezen de bruikbare doorstroming verminderen. Moderne axiale zuigerpompen bereiken een volumetrisch rendement van meer dan 95 procent, terwijl dat bij eenvoudige tandwielpompen tussen de 80 en 90 procent ligt. Bij het totale mechanisch-hydraulische rendement wordt ook rekening gehouden met wrijvingsverliezen en dit is bepalend voor de energiebalans van het systeem.

Soorten hydraulische pompen

De keuze van het ontwerp hangt af van het drukniveau, het debiet, de geluidsvereisten en de kosten. De vier hoofdtypen verschillen aanzienlijk in hun kenmerken en toepassingen.

Tandwielpompen

Tandwielpompen zijn het eenvoudigste en meest kosteneffectieve ontwerp. Twee in elkaar grijpende tandwielen draaien in een behuizing en verplaatsen de hydraulische olie via de ruimtes tussen de tanden van de zuigzijde naar de perszijde. Varianten met uitwendige vertanding domineren de markt, terwijl varianten met inwendige vertanding stiller werken en minder pulsaties vertonen.

De typische werkdrukken variëren van 63 tot 300 bar; bij speciale uitvoeringen kunnen ze oplopen tot 350 bar. Het volumetrisch rendement ligt tussen 80 en 90 procent. Tandwielpompen zijn robuust, bestand tegen verontreiniging en geschikt voor toepassingen waarbij een constante doorstroming vereist is, zoals smeersystemen, koelcircuits of eenvoudige regelcircuits in mobiele machines. Nadelen zijn onder meer de pulserende doorstroming en een beperkt drukbereik.

Schottenpompen

Schottenpompen, ook wel roterende schottenpompen genoemd, maken gebruik van een excentrisch gemonteerde rotor met radiaal beweegbare schotten. Door de draaiende beweging zetten de kamers tussen de schotten uit en trekken ze samen, waardoor olie wordt aangezogen en verplaatst. Het resultaat is een vrijwel pulsatievrije stroming met een laag geluidsniveau.

De werkdruk varieert doorgaans van 70 tot 175 bar, soms tot 200 bar. Het volumetrisch rendement ligt tussen 85 en 95 procent. Schottenpompen worden voornamelijk gebruikt in werktuigmachines, persen en stuursystemen, waar een stille werking en een constante stroming vereist zijn. Met modellen met variabel debiet kan het debiet worden aangepast aan specifieke behoeften.

Axiale zuigerpompen

Axiale zuigerpompen zijn het meest veelzijdige en krachtige ontwerp. Meerdere zuigers – doorgaans vijf tot elf – zijn parallel aan de aandrijfas geplaatst en bewegen binnen een roterend cilinderblok. Bij het ontwerp met schuine schijf glijden de zuigers over een schuine schijf; bij het ontwerp met schuine as staat het cilinderblok zelf onder een hoek ten opzichte van de aandrijfas.

Deze pompen bestrijken werkdrukken van 160 tot 700 bar; hogedrukversies kunnen zelfs tot 1000 bar bereiken. Het volumetrisch rendement varieert van 90 tot 98 procent. Hun kracht ligt in de combinatie van hoge druk, variabel debiet en uitstekende regelbaarheid. Axiale zuigerpompen met variabel debiet en load-sensing-regeling passen de druk en het debiet aan de behoeften van de belasting aan en verminderen het energieverbruik aanzienlijk. Typische toepassingen zijn onder meer graafmachines, kranen, spuitgietmachines en windturbines.

Radiale zuigerpompen

Bij radiale zuigerpompen zijn de zuigers in een stervormig patroon rond een excentrische as gerangschikt. Elke zuiger zuigt vloeistof van binnenuit aan en voert deze naar buiten af. Dit ontwerp wordt gekenmerkt door extreem hoge drukken, die ook 700 bar en meer kunnen bereiken. Het volumetrisch rendement varieert van 90 tot 95 procent.

Radiale zuigerpompen zijn bijzonder geschikt voor toepassingen die hoge drukken bij lage toerentallen vereisen, zoals gieterijpersen, offshore-apparatuur of testbanken. Dankzij hun compacte ontwerp en hoge drukbestendigheid zijn ze de eerste keuze bij extreme belastingen.

Vergelijking van constructietypen

Kenmerk	Tandwielpomp	Schottenpomp	Axiale zuigerpomp	Radiale zuigerpomp
Werkdruk	63 tot 350 bar	70 tot 200 bar	160 tot 700 bar	160 tot meer dan 700 bar
Rendement	80 tot 90%	85 tot 95%	90 tot 98%	90 tot 95%
Instelbaarheid	Niet verstelbaar	Gedeeltelijk verstelbaar	Traploos verstelbaar	Gedeeltelijk verstelbaar
Geluidsniveau	Gemiddeld tot hoog	laag	gemiddeld	Gemiddeld
Tolerantie voor verontreiniging	hoog	gemiddeld	laag	laag
Kosten	laag	gemiddeld	hoog	hoog

Selectiecriteria voor de juiste hydraulische pomp

Bij het selecteren van een hydraulische pomp is een systematische evaluatie van de eisen van het totale systeem vereist. Verschillende factoren werken op elkaar in en beïnvloeden elkaar.

Druk en debiet

De vereiste werkdruk bepaalt het basisontwerp. Tandwielpompen en schottenpompen zijn geschikt voor drukken tot 200 bar; boven 400 bar zijn zuigerpompen de voorkeurskeuze. Het debiet moet voldoen aan de maximale vraag van alle verbruikers; bij pompen met variabel debiet hoeft echter alleen aan de werkelijke momentane vraag te worden voldaan. Dit verlaagt het geïnstalleerde vermogen en vermindert verliezen.

Vloeistof en bedrijfsomstandigheden

De viscositeit, temperatuur en zuiverheid van de hydraulische olie hebben een aanzienlijke invloed op de keuze van de pomp. Hoge temperaturen verlagen de viscositeit en vergroten de interne lekkageverliezen, terwijl lage temperaturen de olie dikker maken en het aanzuigproces bemoeilijken. In veeleisende omgevingen met stof, vocht of explosiegevaar (ATEX-zones) zijn speciaal beveiligde pompen vereist. Het toerental moet op de pomp worden afgestemd, aangezien te hoge toerentallen cavitatie veroorzaken en te lage toerentallen tot een onvoldoende debiet leiden.

Energie-efficiëntie en levenscycluskosten

De aanschafkosten van een hydraulische pomp vormen slechts een deel van de totale kosten. Energieverbruik, onderhoudskosten en levensduur spelen allemaal een rol bij de levenscycluskosten. Een pomp met variabel debiet en load-sensing-regeling is duurder in aanschaf dan een pomp met vast debiet, maar verdient zichzelf vaak binnen enkele jaren terug dankzij het lagere energieverbruik. Dit effect is vooral uitgesproken in systemen met lange stilstandtijden of bij bedrijf onder deellast.

Oorzaken van storingen en onderhoud

Hydraulische pompen zijn robuuste machines, maar ze zijn gevoelig voor bepaalde bedrijfsomstandigheden. De meest voorkomende oorzaken van storingen zijn terug te voeren op een aantal kernproblemen.

Verontreiniging van de hydraulische olie

Vaste deeltjes zoals metaaldeeltjes, stof of resten van afdichtingen veroorzaken het merendeel van alle pompschade. Ze slijten glijvlakken af, beschadigen afdichtingen en vergroten interne lekkageverliezen. Water in de olie leidt tot corrosie en emulsievorming, wat de smering belemmert. Het naleven van de in ISO 4406 gespecificeerde reinheidsklasse en het regelmatig vervangen van filters zijn de meest effectieve preventieve maatregelen.

Cavitatie

Cavitatie treedt op wanneer de druk aan de zuigzijde daalt tot onder de dampdruk van de olie. Er vormen zich gasbellen die in de drukzone abrupt instorten, wat leidt tot materiaalerodie aan de oppervlakken. Oorzaken zijn onder meer een te laag oliepeil, verstopte zuigfilters, te kleine zuigleidingen of een onjuiste olieviscositeit. Een metaalachtig piepend geluid uit de pomp is een typisch waarschuwingssignaal.

Overdruk en oververhitting

Continu bedrijf bij de drukgrens belast afdichtingen, lagers en de behuizing overmatig. De daaruit voortvloeiende wrijvingswarmte verhoogt de olietemperatuur, waardoor de viscositeit daalt en de oxidatie van de olie versnelt. Elke temperatuurstijging boven 55 graden Celsius verdubbelt de snelheid waarmee hydraulische olie degradeert. Betrouwbare overdrukbeveiliging en voldoende koeling zijn daarom essentieel.

Normen

EN ISO 4413 specificeert de algemene veiligheidseisen voor hydraulische systemen en hun componenten, waaronder pompen. De norm definieert eisen voor ontwerp, installatie, bediening en onderhoud en is als geharmoniseerde norm opgenomen in de Machinerichtlijn 2006/42/EG. ISO 8426 specificeert testmethoden en afmetingen voor verdringerpompen en -motoren. ISO 4406 classificeert deeltjesverontreiniging in hydraulische olie en biedt daarmee een belangrijke referentiewaarde voor de bedrijfszekerheid van de pomp.

Trends en ontwikkelingen

Hydraulische pompen blijven zich ontwikkelen, gedreven door eisen op het gebied van energie-efficiëntie en digitalisering. Pompen met variabel verdringingsvolume, voorzien van aandrijvingen met variabel toerental en load-sensing-regeling, verlagen het energieverbruik met 50 tot 80 procent in vergelijking met conventionele systemen met smoorklepregeling. Conditiebewakingssystemen meten druk, temperatuur en trillingen in realtime, waardoor preventief onderhoud mogelijk is voordat er een storing optreedt. Door sensoren rechtstreeks in de pomp te integreren, wordt een passief onderdeel omgevormd tot een intelligent systeem dat zijn eigen toestand bewaakt en rapporteert. Elektrohydraulische ontwerpen combineren elektrische aandrijvingen met hydraulische krachtoverbrenging, wat de weg vrijmaakt voor compactere, efficiëntere en schonere systemen.

Wat is een hydraulische pomp, eenvoudig uitgelegd?

Een hydraulische pomp zet mechanische energie om in hydraulische energie. Deze pompt hydraulische vloeistof vanuit het reservoir het systeem in, waardoor het debiet wordt gegenereerd dat, samen met de druk, de aangesloten actuatoren zoals cilinders of hydraulische motoren van vloeistof voorziet. [/accordeon][accordeon titel=”Wekt een hydraulische pomp druk op in het systeem? “]De hydraulische pomp genereert in de eerste plaats het debiet. Druk ontstaat wanneer dit debiet weerstand ondervindt, bijvoorbeeld door belastingen, kleppen of smalle leidingdoorsneden. Daarom zijn druk en debiet altijd afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden van het gehele systeem.
Hoe werkt een hydraulische pomp?

Hydraulische pompen werken volgens het verdringingsprincipe. Een werkruimte zet uit, zuigt olie aan en trekt zich vervolgens weer samen, waardoor de vloeistof in de drukleiding wordt geperst. Dit proces herhaalt zich continu en resulteert, afhankelijk van het ontwerp, in een constante of pulserende stroomsnelheid.
Welke soorten hydraulische pompen zijn er?

De belangrijkste soorten zijn tandwielpompen, schottenpompen, axiale zuigerpompen en radiale zuigerpompen. Ze verschillen voornamelijk in drukbereik, rendement, instelbaarheid, geluidsniveau, tolerantie voor verontreiniging en kosten.
Wat is het verschil tussen een pomp met vast verdringingsvolume en een pomp met variabel verdringingsvolume?

Een pomp met vast verdringingsvolume levert altijd hetzelfde verdringingsvolume per omwenteling. Een pomp met variabel slagvolume kan haar slagvolume tijdens het bedrijf aanpassen, waardoor het debiet en het energieverbruik naar behoefte worden geregeld. Dit is met name efficiënt bij wisselende belastingen.
Welke hydraulische pomp is geschikt voor hoge drukken?

Axiale zuigerpompen en radiale zuigerpompen worden voornamelijk gebruikt voor hoge drukken. Axiale zuigerpompen bestrijken vaak drukbereiken tot 700 bar en hoger en bieden bovendien een uitstekende regelbaarheid. Radiale zuigerpompen zijn bijzonder geschikt wanneer extreme drukken vereist zijn bij relatief lage toerentallen.
Welke hydraulische pomp is bijzonder robuust en kosteneffectief?

Tandwielpompen worden beschouwd als bijzonder robuust, eenvoudig van opbouw en zuinig. Ze zijn minder gevoelig voor verontreiniging dan veel andere uitvoeringen en zijn zeer geschikt voor toepassingen met constante debietvereisten, maar ze bereiken hun grenzen wat betreft rendement, geluidsniveaus en zeer hoge drukken.
Wat betekent 'verplaatsingsvolume' bij een hydraulische pomp?

Het verplaatsingsvolume beschrijft de hoeveelheid olie die een hydraulische pomp per omwenteling aanzuigt of afvoert. Het is een belangrijke parameter voor het bepalen van de doorstroomcapaciteit en helpt bij het ontwerpen van het debiet, het aandrijfvermogen en het systeemgedrag.
Welke factoren beïnvloeden het rendement van een hydraulische pomp?

Het rendement wordt beïnvloed door factoren zoals het ontwerp, het drukniveau, het toerental, de viscositeit van de olie, de temperatuur, interne lekkage en mechanische wrijvingsverliezen. Naast het volumetrisch rendement is ook het totale mechanisch-hydraulische rendement van belang als het gaat om energie-efficiëntie en bedrijfskosten.
Waarom gaat een hydraulische pomp kapot?

Veelvoorkomende oorzaken zijn vervuilde hydraulische olie, cavitatie, overdruk, oververhitting en ongeschikte bedrijfsomstandigheden. Deeltjes in de olie zijn bijzonder schadelijk omdat ze glijvlakken en afdichtingen beschadigen en interne lekkageverliezen vergroten. Een onjuiste viscositeit of verstopte aanzuigfilters kunnen ook tot ernstige schade leiden.
Hoe kan de levensduur van een hydraulische pomp worden verlengd?

Belangrijke factoren zijn onder meer schone hydraulische olie, regelmatige filtervervanging, het aanhouden van de aanbevolen viscositeit, een aanzuigleiding met voldoende doorsnede en het vermijden van continu bedrijf bij de drukgrens. Conditiebewaking, temperatuurregeling en de juiste pompkeuze voor de specifieke toepassing zijn eveneens nuttig.
Welke rol speelt energie-efficiëntie bij hydraulische pompen?

Energie-efficiëntie is een belangrijke selectiefactor, omdat de aanschafkosten vaak slechts een deel van de totale kosten uitmaken. Pompen met variabel debiet en lastafhankelijke regeling of aandrijvingen met variabel toerental kunnen het energieverbruik aanzienlijk verminderen en zo de levenscycluskosten van een systeem duurzaam verlagen.