Veranderlijke verdringerpomp

Een regelbare pomp is een speciaal type hydraulische pomp waarvan het debiet per omwenteling, d. w. z. het verdringingsvolume, variabel kan worden aangepast aan de behoefte van het hydraulische systeem. In tegenstelling tot constante pompen, die een vast debiet hebben, maakt de regelbare pomp een nauwkeurige regeling van het debiet en daarmee van de snelheid van actuatoren zoals hydraulische cilinders of hydraulische motoren mogelijk. Deze aanpasbaarheid leidt tot een aanzienlijke verhoging van de energie-efficiëntie, omdat alleen het daadwerkelijk benodigde vermogen wordt geleverd.

Werking en constructietypes van regelbare pompen

Variabele pompen zijn essentiële componenten in moderne hydraulische systemen die een nauwkeurige regeling en hoge energie-efficiëntie vereisen. Hun werking is gebaseerd op de verandering van het verdringingsvolume, wat wordt gerealiseerd door verschillende mechanische principes.

Axiale zuigerpompen met zwenkbare wieg

De axiale zuigerpomp met zwenkbare wieg is een van de meest gebruikte constructietypes van regelbare pompen. Bij dit type zijn de zuigers axiaal ten opzichte van de aandrijfas geplaatst. De regeling van het transportvolume gebeurt door het zwenken van een zogenaamde zwenkbare wieg of zwenkbare schijf.

Wanneer de zwenkbare wieg onder een hoek ten opzichte van de aandrijfas staat, bewegen de zuigers tijdens een omwenteling van de cilindertrommel in en uit hun boringen. De lengte van de zuigerslag en daarmee het verplaatste volume zijn rechtstreeks afhankelijk van de zwenkhoek. Een grotere zwenkhoek leidt tot een langere zuigerslag en dus tot een hoger transportvolume. Als de zwenkwiege loodrecht op de aandrijfas staat, is er geen zuigerslag en transporteert de pomp geen volume.

Radiale zuigerpompen met excentrische verstelling

Radiale zuigerpompen zijn een andere belangrijke categorie regelbare pompen, waarbij de zuigers radiaal ten opzichte van de aandrijfas zijn geplaatst. De regeling van het transportvolume wordt hier vaak bereikt door een excentrische verstelling.

Bij dit type bewegen de zuigers in een vaste behuizing en worden ze aangedreven door een excentrisch gelagerde as of een excentrische ring. Door de excentriciteit, d. w. z. de afstand tussen het draaipunt van de as en het middelpunt van de zuigerster, te veranderen, kan de zuigerslag worden gevarieerd. Een grotere excentrische afstand zorgt voor een langere slag en dus een hoger debiet.

Vleugelcelpompen met verstelbare statorring

Vleugelcelpompen staan bekend om hun pulsatiearme transport en worden ook in verstelbare uitvoering aangeboden. Bij deze pompen wordt het transportvolume beïnvloed door de verstelling van een statorring.

De statorring omvat de rotor waarin de vleugels glijden. Door een excentrische plaatsing van de statorring ten opzichte van de rotor ontstaan kamers van verschillende grootte. De vleugels worden door middel van centrifugale kracht of veerkracht tegen de binnenwand van de statorring gedrukt. Wanneer de statorring wordt verschoven, verandert de excentriciteit ten opzichte van de rotor, waardoor het volume van de transportkamers en daarmee het transportvolume van de pomp wordt aangepast.

Regelingswijzen van regelbare pompen

De efficiëntie en precisie van regelbare pompen worden in belangrijke mate bepaald door hun regelsystemen. Deze systemen passen het transportvolume van de pomp dynamisch aan de betreffende eisen van het hydraulische systeem aan.

Drukregeling

Drukregeling is een fundamentele en veelgebruikte regelingsmethode. Hierbij wordt het transportvolume van de pomp zo aangepast dat een vooraf ingestelde systeemdruk constant wordt gehouden.

Als de systeemdruk de ingestelde waarde overschrijdt, vermindert de drukregeling het debiet van de pomp. Dit gebeurt bijvoorbeeld door de zwenkhoek van een axiale zuigerpomp te verkleinen. Als de druk onder de ingestelde waarde daalt, wordt het debiet overeenkomstig verhoogd. Dit type regeling is vooral belangrijk in systemen die een constante werkdruk vereisen, ongeacht de belasting.

Vermogensregeling

Het vermogensbeheer heeft tot doel het door de pomp opgenomen aandrijfvermogen te beperken. Dit is vooral relevant in mobiele machines of installaties waar het beschikbare aandrijfvermogen beperkt is.

Bij vermogensregeling wordt het product van druk en volumestroom bewaakt. Als het vermogen een vooraf ingestelde maximale waarde bereikt, vermindert de regeling het debiet om overbelasting van de aandrijfmotor te voorkomen. Dit kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door een combinatie van druk- en volumestroommeting, die via een karakteristiek de afstelling van de pomp regelt.

Volumestroomregeling

Het debietregelsysteem maakt een nauwkeurige regeling van de snelheid van actuatoren mogelijk. Hierbij wordt het debiet van de pomp direct aangepast aan het benodigde debiet.

Een sensor meet het werkelijke volumestroom in het systeem en een regelaar vergelijkt dit met een gewenste waarde. Bij afwijkingen wordt het verstelorgaan van de pomp zodanig bediend dat de gewenste volumestroom wordt bereikt. Dit type regeling is cruciaal voor toepassingen die een hoge nauwkeurigheid in de bewegingsbesturing vereisen, zoals in werktuigmachines of handlingsystemen.

Load-sensing-regeling

Load-sensing-regeling is een geavanceerde en energiezuinige regeling die het debiet aanpast aan de belasting. Het minimaliseert vermogensverliezen door alleen zoveel debiet te leveren als daadwerkelijk nodig is voor de huidige taak.

Bij load sensing-regeling wordt de druk vóór de verbruiker (belastingsdruk) gemeten en vergeleken met de pompdruk. De pomp regelt zijn volumestroom zodanig dat de pompdruk altijd een gedefinieerde overdruk ten opzichte van de belastingsdruk heeft. Dit zorgt ervoor dat er altijd voldoende druk beschikbaar is voor de beweging van de actuator, zonder onnodig hoge drukken te genereren. Dit leidt tot een aanzienlijke vermindering van het vermogensverlies en dus tot een hogere energie-efficiëntie van het totale systeem.

Voordelen van regelbare pompen in de hydraulica

Variabele pompen bieden ten opzichte van constante pompen een aantal belangrijke voordelen, waardoor ze in veel hydraulische toepassingen de voorkeur genieten. Deze voordelen dragen in belangrijke mate bij aan de efficiëntie, precisie en rendabiliteit van hydraulische systemen.

Energie-efficiëntie

Het grootste voordeel van regelbare pompen is waarschijnlijk hun hoge energie-efficiëntie. Omdat ze hun debiet kunnen aanpassen aan de werkelijke behoefte, wordt alleen het daadwerkelijk benodigde vermogen van de aandrijfmotor gebruikt.

Constante pompen daarentegen pompen altijd hun maximale volume, zelfs als er slechts een klein debiet nodig is. Het overtollige debiet moet dan via smoorkleppen worden afgevoerd, wat leidt tot aanzienlijke energieverliezen in de vorm van warmte. Variabele pompen voorkomen deze smoorverliezen door hun debiet te verminderen wanneer de behoefte daalt. Dit leidt tot een lager energieverbruik en dus tot lagere bedrijfskosten.

Nauwkeurige regeling

Variabele pompen maken een zeer nauwkeurige regeling van het debiet en de druk in het hydraulische systeem mogelijk. Door het debiet continu aan te passen, kunnen de snelheden van hydraulische cilinders en hydraulische motoren nauwkeurig worden geregeld.

Deze nauwkeurige regelbaarheid is cruciaal voor toepassingen die een hoge nauwkeurigheid vereisen, zoals in werktuigmachines, robotica of procesbesturing. De mogelijkheid om het debiet fijn af te stellen, maakt een exacte positionering en een soepele versnelling en afremming van actuatoren mogelijk, wat de kwaliteit van de werkresultaten verbetert en mechanische belastingen vermindert.

Verminderde warmteontwikkeling

Door het voorkomen van smoorsverliezen dragen regelbare pompen aanzienlijk bij aan een verminderde warmteontwikkeling in het hydraulische systeem. Overtollige warmte is een veelvoorkomend probleem in hydraulische installaties, omdat het de levensduur van componenten zoals afdichtingen en hydraulische vloeistof verkort.

Minder warmteontwikkeling betekent dat er kleinere koelers of zelfs helemaal geen koelers nodig zijn, wat de systeemkosten verlaagt en het onderhoud vermindert. Bovendien blijft de viscositeit van de hydraulische olie stabieler, wat de efficiëntie en betrouwbaarheid van het systeem verder verbetert.

Langere levensduur van de componenten

De nauwkeurige regeling en de verminderde warmteontwikkeling hebben een positief effect op de levensduur van alle componenten in het hydraulische systeem. Lagere thermische belastingen en een soepelere werking verminderen de slijtage van pompen, kleppen, cilinders en afdichtingen.

Een systeem dat met een regelbare pomp werkt, functioneert doorgaans onder stabielere omstandigheden, wat leidt tot minder piekdrukken en minder mechanische belastingen. Dit verlengt de onderhoudsintervallen en vermindert de behoefte aan reserveonderdelen, wat op zijn beurt de bedrijfskosten verlaagt.

Toepassingsgebieden van regelbare pompen

Variabele pompen worden vanwege hun voordelen in een groot aantal hydraulische toepassingen gebruikt, met name waar energie-efficiëntie, nauwkeurige regeling en een hoge vermogensdichtheid vereist zijn.

Mobiele machines

In mobiele machines zoals graafmachines, wielladers, kranen en landbouwmachines zijn regelbare pompen vrijwel standaard. Hier zijn de eisen op het gebied van energie-efficiëntie bijzonder hoog, omdat het brandstofverbruik rechtstreeks van invloed is op de bedrijfskosten.

De load-sensing-regeling in combinatie met regelpompen maakt het mogelijk om het vermogen van het hydraulische systeem optimaal aan te passen aan de betreffende taak. Dit leidt tot een lager brandstofverbruik, minder uitstoot en een betere bestuurbaarheid van de machine.

Werktuigmachines

In moderne werktuigmachines, zoals CNC-freesmachines, draaibanken of persen, zijn nauwkeurige bewegingen en een hoge herhaalnauwkeurigheid van cruciaal belang. Verstelbare pompen dragen hier door hun exacte volumestroomregeling bij aan een hoge precisie.

De mogelijkheid om de voedingssnelheden en perskrachten nauwkeurig te regelen, maakt het mogelijk om complexe werkstukken met een hoge kwaliteit te bewerken. Bovendien dragen de energie-efficiëntie en de verminderde warmteontwikkeling bij aan een stabiele werking en een langere levensduur van de machine.

Industriële installaties

Ook in stationaire industriële installaties, zoals spuitgietmachines, persen, hijswerktuigen of materiaaltransportsystemen, worden regelbare pompen gebruikt. Hier zijn vaak hoge drukken en grote volumestromen nodig, die efficiënt en nauwkeurig moeten worden geleverd.

Het aanpassingsvermogen van regelbare pompen aan wisselende belastingen en bedrijfsomstandigheden maakt ze ideaal voor dergelijke toepassingen. Ze dragen bij aan het verlagen van het energieverbruik, het verhogen van de processtabiliteit en het optimaliseren van de bedrijfskosten van de installaties.

Windturbines

In windturbines spelen regelbare pompen een belangrijke rol in de pitch- en yaw-systemen. Deze systemen zijn verantwoordelijk voor de uitlijning van de rotorbladen en de gondel ten opzichte van de wind en moeten nauwkeurig en betrouwbaar werken.

De hydraulische verstelsystemen met verstelpompen maken een fijngevoelige aanpassing van de rotorbladpositie mogelijk om een optimaal rendement te bereiken en de installatie tegen overbelasting te beschermen. De robuustheid en betrouwbaarheid van de verstelpompen zijn hierbij cruciaal voor een langdurige en veilige werking van de windturbine.

Onderhoud en reparatie van verstelpompen

Regelmatig onderhoud en vakkundige reparatie van verstelpompen zijn cruciaal voor hun levensduur, betrouwbaarheid en het behoud van de efficiëntie van het systeem. Verwaarlozing kan leiden tot voortijdige slijtage, vermogensverlies en kostbare storingen.

Hydraulische vloeistof

De kwaliteit en zuiverheid van de hydraulische vloeistof is van het grootste belang voor de werking en levensduur van een regelpomp. Verontreinigingen kunnen leiden tot verhoogde slijtage van de nauwkeurige onderdelen.

Het is essentieel om de door de fabrikant voorgeschreven hydraulische vloeistof te gebruiken en de verversingsintervallen aan te houden. Regelmatige analyses van de hydraulische vloeistof kunnen informatie geven over de toestand van de olie en mogelijke verontreinigingen. Een goede filtratie van het systeem is ook cruciaal om deeltjes en water uit de olie te verwijderen.

Filtervervanging

Hydraulische filters spelen een centrale rol bij de bescherming van de regelpomp tegen verontreinigingen. Ze moeten regelmatig worden vervangen volgens de specificaties van de fabrikant.

Een verstopt filter kan leiden tot een verhoogde drukval, wat de pomp extra belast en de efficiëntie vermindert. In het ergste geval kan een verstopt filter bypasskleppen openen, waardoor ongefilterde olie in het systeem terechtkomt en schade veroorzaakt.

Afdichtingen en lekkages

Afdichtingen zijn slijtageonderdelen en moeten regelmatig worden gecontroleerd op lekken. Lekken leiden niet alleen tot olieverlies en milieuvervuiling, maar kunnen ook de systeemdruk beïnvloeden en de efficiëntie verminderen.

Defecte afdichtingen moeten onmiddellijk worden vervangen om grotere schade aan de pomp of andere systeemcomponenten te voorkomen. Een regelmatige visuele inspectie op oliesporen is een eenvoudige maar effectieve manier om potentiële problemen in een vroeg stadium op te sporen.

Geluids- en trillingsanalyse

Ongewone geluiden of trillingen kunnen de eerste tekenen zijn van problemen met de regelpomp. Hiertoe behoren cavitatie, slijtage van lagers of een verkeerde uitlijning.

Een regelmatige akoestische en visuele inspectie kan helpen om dergelijke tekenen vroegtijdig op te sporen. Bij afwijkingen moet een gedetailleerde diagnose worden uitgevoerd om de oorzaak vast te stellen en passende maatregelen te nemen.

Controle van druk en volumestroom

Regelmatige controles van de systeemdruk en het debiet zijn belangrijk om de correcte werking van de regelpomp en de regeling ervan te garanderen. Afwijkingen van de streefwaarden kunnen wijzen op interne lekkages, slijtage of een verkeerde afstelling van de regeling.

Deze controles moeten worden uitgevoerd met geschikte meetapparatuur en de resultaten moeten worden gedocumenteerd om trends te kunnen herkennen en preventieve maatregelen te kunnen nemen. Een nauwkeurige afstelling van de regelparameters is cruciaal voor optimale prestaties en efficiëntie van de pomp.

Toekomstige ontwikkelingen op het gebied van regelpompen

De ontwikkeling op het gebied van regelbare pompen wordt gekenmerkt door het streven naar nog hogere efficiëntie, intelligentere besturing en integratie in moderne systeemarchitecturen.

Elektrificatie en hybridisatie

Met de trend naar elektrificatie van mobiele werktuigen en industriële installaties winnen elektrisch aangedreven regelpompen aan belang. Deze maken een nog nauwkeurigere en snellere regeling mogelijk, evenals een betere integratie in elektrische aandrijfconcepten.

Hybride oplossingen, die verbrandingsmotoren combineren met elektrische aandrijvingen, maken gebruik van regelpompen om het vermogen optimaal te verdelen over de verschillende energiebronnen en zo het rendement verder te verhogen.

Intelligente regelsystemen

Toekomstige regelpompen zullen nog sterker worden geïntegreerd in intelligente regelsystemen. Dit omvat het gebruik van sensoren voor het registreren van een groot aantal bedrijfsparameters en het gebruik van algoritmen voor voorspellend onderhoud en optimalisatie.

Kunstmatige intelligentie en machine learning kunnen helpen om de regeling van de pompen nog fijner af te stemmen op veranderende bedrijfsomstandigheden en zo de efficiëntie en betrouwbaarheid verder te verbeteren.

Miniaturisatie en vermogensdichtheid

De trend naar miniaturisatie en verhoging van de vermogensdichtheid zal zich ook bij regelbare pompen voortzetten. Kleinere en lichtere pompen met hetzelfde of een hoger vermogen maken compactere en flexibelere systeemontwerpen mogelijk.

Nieuwe materialen en productieprocessen zullen bijdragen aan het verhogen van de vermogensdichtheid en tegelijkertijd de levensduur en robuustheid van de pompen waarborgen.

Integratie in Industrie 4. 0

Variabele pompen worden steeds meer onderdeel van Industrie 4. 0-concepten. Dit betekent een sterkere koppeling van de pompen met overkoepelende besturingssystemen en het beschikbaar stellen van gegevens voor monitoring, diagnose en voorspellend onderhoud. De integratie in digitale tweelingen en cloudplatforms maakt een uitgebreide analyse van de bedrijfsgegevens en een optimalisatie van de gehele installatie gedurende de levenscyclus mogelijk.