Schottenpomp

Een vleugelcelpomp is een verdringerpomp waarbij radiaal verschuifbare vleugels in een ten opzichte van de rotor excentrisch geplaatste stator ronddraaien en daarbij afwisselend cellen vergroten en verkleinen. Dit principe zorgt voor het debiet dat nodig is voor hydraulische systemen bij gemiddelde werkdrukken tot ongeveer 150 bar en kenmerkt zich door geringe pulsatie en een laag geluidsniveau.

Basisprincipes en werking van de vleugelcelpomp

De vleugelcelpomp, in de vakliteratuur ook wel roterende schuifpomp genoemd, behoort tot de familie van de verdringerpompen. Het werkingsprincipe is gebaseerd op de volumeverandering van kamers die ontstaan tussen de vleugels van de rotor en de binnenwand van de stator. Door de excentrische opstelling van rotor en stator veranderen deze kamers tijdens elke omwenteling van volume, wat het verpompproces veroorzaakt.

Het verpompingsprincipe in detail

Het verpompproces van een vleugelcelpomp kan in vier fasen worden onderverdeeld. Tijdens het aanzuigen draait de rotor en worden de cellen aan de zuigzijde groter, waardoor hydraulische vloeistof via het zuigkanaal instroomt. Aan de tegenoverliggende zijde worden de cellen weer kleiner, wordt de vloeistof samengeperst en via het drukkanaal uitgestoten. Bij de overgang tussen de zuig- en drukzijde vindt de drukwisseling plaats. De vleugels worden daarbij door middel van centrifugale kracht, hydraulische druk of mechanische duwstangen tegen de behuizingswand gedrukt en vormen zo betrouwbaar afgedichte verplaatsingskamers.

Opbouw en constructieve kenmerken

De kern van een vleugelcelpomp bestaat uit een klein aantal, maar nauwkeurig op elkaar afgestemde onderdelen. De rotor neemt de radiaal verschuifbare schoepen op en draait binnenin de stator, die is uitgevoerd als een holle cilinder met een excentrische binnencontour. Zijplaten en deksels zorgen voor de axiale afdichting van de pompkamers. Bij veel industriële uitvoeringen zijn rotor, schoepen en loopring samengevoegd tot een vervangbare inzetgroep, wat onderhoud en reparatie aanzienlijk vereenvoudigt.

Uitvoeringen van vleugelcelpompen

Vleugelcelpompen worden aangeboden in verschillende uitvoeringen, die verschillen wat betreft het verpompt vermogen, de drukverdeling en de instelbaarheid. De keuze van de juiste uitvoering hangt af van de specifieke eisen van de hydraulische installatie.

Vleugelcelpomp met constant debiet

Het eenvoudigste en meest voorkomende type levert bij een constant toerental een constante volumestroom. Typische verplaatsingsvolumes bij industrieel gebruik liggen tussen 10 en 25 cm³ per omwenteling; bij nominale toerentallen rond 1500 min⁻¹ resulteren hieruit debieten in het bereik van ongeveer 60 tot 70 l/min. Dit type is geschikt voor toepassingen die een continu, pulsatiearm debiet vereisen.

Dubbele draaiende-vleugelpomp

Dubbele vleugelcelpompen combineren twee pomptrappen in één behuizing. Elke trap kan daarbij een verschillend verplaatsingsvolume hebben, zodat twee van elkaar onafhankelijke drukcircuits vanuit één enkele aandrijving kunnen worden gevoed. In de praktijk zijn er combinaties van draaivleugel- en axiaalzuigerpompen die debieten van ongeveer 62 tot 69 l/min leveren bij werkdrukken tot 150 bar. Dit type bespaart ruimte en vereenvoudigt de installatiestructuur.

Regelbare vleugelcelpomp

Met verstelbare vleugelcelpompen kan het debiet worden aangepast aan de actuele behoefte. De verstelling gebeurt via een mechanische drukcompensator, die het debiet vermindert wanneer de ingestelde streefdruk wordt bereikt. Bij gemiddeld debiet verpompt de pomp alleen de daadwerkelijk benodigde hoeveelheid, wat het energieverbruik aanzienlijk verlaagt. Series zoals de PV7-serie of de PVD-serie passen dit principe toe en zijn geschikt voor toepassingen met sterk schommelende volumestroombehoeften.

Technische kenmerken en bedrijfsgrenzen

Vleugelcelpompen werken binnen een bepaald werkingsbereik dat zich onderscheidt van andere pomptypes. Kennis van deze kenmerken is onmisbaar voor het correct ontwerpen van hydraulische systemen.

Werkdruk en debiet

De typische werkdruk van een vleugelcelpomp ligt tussen 100 en 150 bar, waarbij sommige uitvoeringen kortstondig tot 160 bar toestaan. Voor hogere drukken vanaf 200 bar zijn axiaalzuiger- of radiaalzuigerpompen de betere keuze. Het debiet hangt rechtstreeks af van het toerental en het verdringingsvolume. Bij nominale toerentallen van 1500 min⁻¹ en viscositeiten rond 24 mm²/s bereiken industriële pompen effectieve debieten van 62 tot 64 l/min bij een systeemdruk van 150 bar.

Rendement en geluidsniveau

Vleugelcelpompen bereiken een goed volumetrisch en mechanisch rendement, omdat de vleugels door middel van centrifugale kracht en hydraulische druk tegen de statorwand aanliggen en zich zo zelf bijstellen. Slijtage wordt gedeeltelijk gecompenseerd door dit zelfinstellende effect, waardoor het rendement gedurende de hele levensduur stabiel blijft. Een ander voordeel is het lage geluidsniveau, waardoor vleugelcelpompen bij uitstek geschikt zijn voor gebruik in geluidsgevoelige omgevingen.

Vleugelcelpomp in vergelijking met andere pomptypes

De keuze voor of tegen een vleugelcelpomp wordt in de praktijk vaak gemaakt in vergelijking met tandwiel- en zuigerpompen. Elk type heeft zijn sterke en zwakke punten.

In vergelijking met tandwielpompen biedt de vleugelcelpomp betere aanzuigeigenschappen en een lagere pulsatie. Ten opzichte van zuigerpompen scoort deze pomp met een compactere constructie, een lager geluidsniveau en een gunstiger prijsniveau bij gemiddelde drukvereisten. Voor abrasieve of zeer viskeuze media verdienen zuigerpompen echter de voorkeur.

Toepassingsgebieden in de industriële hydraulica

Vleugelcelpompen worden gebruikt in talrijke industriële toepassingen die een pulsatiearme verplaatsingshoeveelheid bij gemiddelde drukken vereisen. Tot de typische toepassingsgebieden behoren werktuigmachines, spuitgietmachines, persen en testbanken. In de mobiele hydraulica worden ze gebruikt in systemen waar een laag geluidsniveau en een compacte constructie vereist zijn, bijvoorbeeld in hefbruggen of kleine wielladers. De geschiktheid voor minerale oliën van de viscositeitsklassen ISO VG 32, 46 en 68 en voor moeilijk ontvlambare vloeistoffen van de klassen HFC en HFD breidt het toepassingsgebied uit naar veiligheidsrelevante installaties.

Normen en standaarden voor vleugelcelpompen

Het ontwerp en de keuring van vleugelcelpompen zijn gebaseerd op verschillende normen en standaarden. DIN 51389 definieert de keuring van het slijtagegedrag van hydraulische vloeistoffen in vleugelcelpompen. DIN EN ISO 20763 regelt de keuring van hydraulische vloeistoffen met betrekking tot hun slijtagebescherming. De veiligheidstechnische eisen voor hydraulische installaties met vleugelcelpompen vallen onder DIN EN ISO 4413. Hydraulische oliën moeten voldoen aan de eisen van DIN 51524 en de filtreerbaarheid van smeermiddelen wordt beoordeeld volgens DIN ISO 13357-2. De symbolen voor pompen in schakelschema’s zijn gebaseerd op DIN ISO 1219.

Onderhoud en service

Regelmatig onderhoud van een vleugelcelpomp zorgt ervoor dat deze goed blijft werken en verlengt de levensduur. Aangezien de belangrijkste slijtageonderdelen, namelijk de vleugels, de loopring, de rotor, de zijbussen en de stuurplaten, zijn samengevoegd tot een vervangbare inzetmodule, kunnen slijtageverschijnselen worden verholpen door de gehele eenheid te vervangen. De slijtage wordt tijdens testbedrijf gedurende 250 uur onder gedefinieerde omstandigheden bepaald, waarbij massaverlies aan schoepen en loopring en de afname van het debiet als beoordelingscriteria dienen.

Belang van de oliekwaliteit en filtering

De zuiverheid van de hydraulische vloeistof heeft een doorslaggevende invloed op de levensduur van een vleugelcelpomp. Filters met een nominale maaswijdte van 25 µm of fijner, met een filtratieverhouding ß10 ≥ 100, zijn vereist om te voldoen aan de zuiverheidsklasse volgens ISO 4406. Het naleven van de door de fabrikant voorgeschreven olieverversingsintervallen en de regelmatige controle van de oliekwaliteit volgens DIN 51524 voorkomen voortijdige slijtage aan de glijvlakken.

Typische slijtageverschijnselen

Slijtage aan de schoepen uit zich in een afnemend debiet en toenemende lekkage. Groeven of putjes op de loopring duiden op onvoldoende smering of vervuilde olie. Schade aan lagers en afdichtingen is merkbaar door verhoogd geluidsniveau, temperatuurstijging of zichtbare lekkages. Door deze symptomen vroegtijdig te herkennen, is het mogelijk om gepland onderhoud uit te voeren en ongeplande stilstand te voorkomen.

Toekomstige ontwikkelingen

De ontwikkeling van draaivleugelpompen richt zich op hogere drukniveaus, verbeterde energie-efficiëntie en de integratie van intelligente besturingssystemen. Fabrikanten werken aan series die drukken tot SAE 3000 PSI bestrijken en tegelijkertijd de compacte bouw en het lage geluidsniveau behouden. De integratie van sensoren voor het meten van druk, temperatuur en debiet direct op de pomp maakt conditiegebaseerde onderhoudsconcepten en een adaptieve regeling van het debiet mogelijk. Vooruitgang in de materiaalkunde draagt bij aan slijtvastere coatings en langere onderhoudsintervallen. Het toenemende belang van energie-efficiënte hydraulische systemen zal de vraag naar verstelbare draaivleugelpompen verder doen stijgen, aangezien deze het energieverbruik bij deellastbedrijf merkbaar verminderen.