Hochdruckpumpen – Konzepte im Vergleich

Technik

Um zwei sehr unterschiedliche Pumpen erweitert KMT sein Programm: Während die Pro-III-Serie mit ihrem Druckübersetzer 6.200 bar Wasserdruck erzeugen kann und den anspruchsvollsten Anwendungen gerecht wird, positioniert sich das Modell TL-I eher als Einstiegsmodell.

17. Oktober 2017
1Die Streamline Pro-III mit maximal 6.200 bar erlaubt es ihren Anwendern, zwei Schneidköpfe mit einem Düsendurchmesser bis 0,28 mm parallel zu betreiben. Bild: KMT
Bild 1: Hochdruckpumpen – Konzepte im Vergleich (1Die Streamline Pro-III mit maximal 6.200 bar erlaubt es ihren Anwendern, zwei Schneidköpfe mit einem Düsendurchmesser bis 0,28 mm parallel zu betreiben. Bild: KMT)

Was das Wasserstrahlschneiden angeht, ist die Streamline Pro-III eindeutig im obersten Leistungsspektrum anzusiedeln. Sie ermöglicht das Schneiden mit 6.200 bar, und das Modell leistet rekordverdächtige 93 kW.

Zwei Schneidköpfe für hohe Produktivität

Die Streamline Pro-III erlaubt es ihren Anwendern, zwei Schneidköpfe mit einem Düsendurchmesser bis 0,28 mm parallel zu betreiben. Das verdoppelt auch die Produktivität, da so zwei Werkstücke parallel geschnitten werden können. In konkreten Zahlen: Eine Wasserstrahlschneidanlage, die mit einer Streamline-Pro-III-125-Pumpe läuft, trennt eine 30 mm dicke Edelstahlplatte bei mittlerer Schnittqualität mit einer Geschwindigkeit von 110 mm/min und das simultan mit zwei Werkstücken. Betreibt man eine Pumpe im niedrigeren Druckbereich, sind solche Werte trotz größerer einsetzbarer Düse nicht zu erreichen. Als Vergleich: Eine Pumpe mit 74 kW ermöglicht bei 3.800 bar im Zweikopfbetrieb eine maximale Düsengröße von 0,35 mm. Mit optimalem Abrasiveinsatz beträgt die Schnittgeschwindigkeit bei gleichem Material und gleicher Schnittqualität maximal 71,5 mm/min. Damit ist sie über 50 Prozent langsamer als die Maschine mit 6.000 bar. Das spart nicht nur Zeit, sondern auch Materialeinsatz: Bezogen auf das angeführte Beispiel, ergibt sich auf einen Meter Schnittdistanz ein Abrasivverbrauch von 14,5 kg (bei der Pro-III-Anwendung) beziehungsweise 30,8 kg (bei der Anwendung mit 3.800 bar) – eine signifikante Einsparung von 53 Prozent.

Produktionssicherheit bei 6.200 bar

Wer jetzt jedoch damit rechnet, dass die starke Leistung zulasten der Zuverlässigkeit der Pumpe oder der Verschleißteile geht, der irrt: Durch eine optimierte und patentierte Technik in der Hochdruckdichtung des Druckübersetzers sieht sich KMT in der Lage, auf diese extrem hoch beanspruchte Komponente bei der Neuanschaffung einer Hochdruckpumpe eine Gewährleistung von 500 Stunden zu geben. Die neue Supralife-Dichtung ermöglicht durch ihre Gestaltung Standzeiten, wie sie in diesem Druckbereich ihresgleichen suchen. Somit wird das Wasserstrahlschneiden bei 6.200 bar ein gutes Stück effizienter, da sich aufgrund der neuen langlebigen Komponenten die tatsächliche Produktionszeit verlängert.

Neue Direktantrieb-Pumpe

Am anderen Ende des Leistungsspektrums befindet sich mit der Triline TL-I 30 ein günstiges Einsteigermodell in der Welt des Wasserstrahlschneidens. Diese Hochdruckpumpe basiert anders als von KMT gewohnt auf einem Direktantrieb. Dabei treibt ein Elektromotor über ein einfach zu wartendes Riemenscheibensystem direkt drei kurbelwellengetriebene Kolben an, die dann wiederum den Hochdruck-Wasserstrom generieren. Die Kolben arbeiten um 120° phasenverschoben, so dass das Drucksignal auch ohne Druckspeicher sehr konstant ist. Zudem sorgt die direkte Kraftübertragung für einen relativ hohen Wirkungsgrad bis 85 Prozent. Im Vergleich zu einer Druckübersetzerpumpe benötigt dieses Antriebskonzept also keinen zusätzlichen Hydraulikkreis und zeichnet sich somit durch einen leiseren Betrieb sowie durch eine geringere Grundfläche der Maschine aus.

Der Vergleich: Druckübersetzer oder Direktantrieb?

Nun stellt sich natürlich die Frage, worin sich die beiden Antriebskonzepte unterscheiden – oder noch viel mehr welches Konzept sich am besten für welche Anwendung eignet, denn eins ist klar: Beide Pumpentypen haben ihre Daseinsberechtigung.

Die Druckübersetzer-Pumpe

Ein unwiderlegbarer Vorteil der Druckübersetzerpumpen ist der Druckbereich bis 6.200 bar. In derartige Höhen kann sich eine Direktantrieb-Pumpe nicht aufschwingen, und von daher muss der Druckübersetzer die erste Wahl für alle Anwender sein, die besonders dicke oder harte Materialien schneiden wollen wie Titan oder Beton. Auch wenn die Wasserstrahlschneidmaschine hohen Belastungen ausgesetzt ist – zum Beispiel im Mehrschichtbetrieb – bietet sich eher ein Modell mit Druckübersetzer an, da diese Technik robuster ist und die Komponenten langlebiger sind. Sollen die Hochdruckpumpen vernetzt werden, scheidet die Direktantriebpumpe komplett aus. Zuletzt sei noch erwähnt, dass der Einsatz von Druckübersetzern sich auch noch in solchen Fällen empfiehlt, in denen der Schneidprozess hohe Schaltzyklen erfordert, etwa bei Purwasseranwendungen, wenn viele Einzelteile aus weichen Materialien mit hoher Schnittgeschwindigkeit produziert werden sollen. Hier profitieren Anwender einer Druckübersetzerpumpe davon, dass der Wasserdruck auch bei geschlossenem Ventil gehalten wird und bei geöffnetem Ventil direkt wieder freigesetzt wird.

Die Direktantrieb-Pumpe

Im Gegensatz dazu führen hohe Schaltzyklen beim Direktantrieb zu erhöhten Verschleißerscheinungen, da diese Technik durch einen kontinuierlichen Wasserfluss gekennzeichnet ist, der bei geschlossenem Schneidventil abgeleitet werden muss. Je öfter eine solche Ableitung nötig ist, desto mehr wird dabei das Druckregelventil beansprucht.

Daher kann die Direktantriebpumpe ihre Stärken auch eher bei kontinuierlichen Schneidprozessen ausspielen: Die hohe Effizienz der Pumpe wirkt sich umso mehr aus, je unterbrechungsfreier die angeschlossene Wasserstrahlschneidanlage arbeitet. Aus diesem Grund eignet sich das Modell TL-I auch eher für Abrasivanwendungen: Gegenüber Purwasserapplikationen sind hier die Schnittgeschwindigkeiten zumeist geringer, was sich auch in einer niedrigeren Anzahl von Schneidzyklen auswirkt. Ferner erweist sich der niedrigere Mindestdruck einer Direktantrieb-Pumpe bei der Bearbeitung spröder oder mehrlagiger Materialien als vorteilhaft: Da die Triline-Pumpe den Betriebsdruck auf ein Minimum von 100 bar senken kann, besteht beim Einstich in Materialien wie Glas oder Keramik ein geringeres Risiko des Materialbruchs, und bei Multilayer-Materialien sinkt das Risiko der Delamination. Und wie schon erwähnt eignet sich die Triline-Pumpe aufgrund der geringen Anfangsinvestition sehr gut als Einsteigermodell und für weniger anspruchsvolle oder kleinere Anwendungen, bei denen die geringere Anschlussleistung oder der geringere Platzbedarf der Pumpe eine Rolle spielt. Das ist oft der Fall in kleineren Lohnschneide- oder Fertigungsbetrieben, die ihre Wasserstrahlschneidanlagen nur gelegentlich einsetzen.

Für jede Anwendung die richtige Lösung

So zeigt sich also, dass KMT Waterjet Systems nicht nur sehr leistungsfähige Hochdruckpumpen anbietet, sondern auch für Einsteiger eine Lösung hat und natürlich zudem ein breites Portfolio an Produkten zwischen diesen beiden Extremen. Das reicht von Hochdruckpumpen, die komplett in ein schlüsselfertiges Gesamtsystem integrierbar sind, über Pumpen für den autonomen Betrieb bei gelegentlichem Einsatz bis hin zu hochentwickelten Maschinen für anspruchsvolle Schneidanwendungen im Mehrschichtbetrieb.

Blechexpo Stand 5309

Erschienen in Ausgabe: 06/2017