Wenn Sie ein Kleinunternehmer oder ein Ingenieur sind, der Teile für die Fluidtechnik beschafft, haben Sie diese Frage wahrscheinlich schon einmal gestellt: Kann eine kleine Flügelzellenpumpe wirklich den intermittierenden Betrieb bewältigen? Als jemand, der die letzten 8 Jahre damit verbracht hat, kleine Flügelzellenpumpen an Bau-, Landwirtschafts- und Lebensmittelverarbeitungsteams zu verkaufen, verstehe ich, warum dies eine so häufige Frage ist. Ein intermittierender Betrieb – denken Sie an Maschinen, die 10 Minuten lang laufen, dann 5 Minuten pausieren und dann wiederholen – ist nicht dasselbe wie eine Pumpe, die rund um die Uhr läuft, und die Auswahl der falschen Pumpe kann hier große Kopfschmerzen verursachen: unerwartete Ausfallzeiten, verkürzte Teilelebensdauer oder sogar kostspielige Ausfälle mitten im Job.
Beginnen wir damit, was eine kleine Flügelzellenpumpe von anderen gängigen Fluidpumpen unterscheidet, denn hier schleichen sich viele Missverständnisse ein. Flügelzellenpumpen funktionieren, indem sie dünne, flexible Flügel in einen Rotor hinein- und herausschieben und so versiegelte Kammern schaffen, die Flüssigkeit vom Einlass zum Auslass befördern. Kleine Flügelzellenpumpen – normalerweise für Förderströme unter 20 GPM und Drücke bis etwa 2000 PSI ausgelegt – werden wegen ihrer kompakten Größe, ihres leisen Betriebs und ihres gleichmäßigen Durchflusses geschätzt, weshalb sie in allen Bereichen eingesetzt werden, von Fabrikförderbändern über kleine landwirtschaftliche Sprühgeräte bis hin zu mobilen Hubtoren an Arbeitsfahrzeugen. Intermittierender Betrieb bedeutet nun, dass die Pumpe nicht unter konstanter Last steht. Ist das also eine gute Sache für Flügelzellenpumpen? Irgendwie, aber so einfach ist es nicht.
Lassen Sie uns zunächst erläutern, warum der intermittierende Betrieb bei manchen Pumpen tatsächlich schwieriger ist und warum kleine Flügelzellenpumpen in diesen Zyklen anders mithalten als beispielsweise Kolbenpumpen. Zum Vergleich: Viele Leute verwechseln Flügelzellenpumpen mit Axialkolbenpumpen, den Arbeitspferden schwerer Maschinen. Wenn Sie sich jemals Pumpen für Bulldozer oder Bagger angesehen haben, haben Sie wahrscheinlich Links wie die Parker PV092 hydraulische Radialkolbenpumpe mit variabler Verdrängung für Bulldozer oder die Eaton Vickers PVXS hydraulische Axialkolbenpumpe mit gebogener Achse für Industriemaschinen gesehen – dabei handelt es sich um hochbelastete, kontinuierlich laufende Kolbenpumpen, die für ununterbrochene schwere Arbeiten gebaut sind. Flügelzellenpumpen sind nicht für diese Dauerbelastung ausgelegt; Ihre Flügel sind auf einen dünnen Flüssigkeitsfilm angewiesen, der die Kammern schmiert und abdichtet, was sich hervorragend für einen gleichmäßigen Durchfluss eignet. Bei Starts und Stopps kann dieser Film jedoch schneller zusammenbrechen, wenn die Pumpe nicht dafür ausgelegt ist.
Warten Sie, aber hier ist die Sache: Der intermittierende Betrieb ist keine Einheitslösung. Es gibt einen intermittierenden Betrieb, der „leichter Zyklus“ und „starker Zyklus“ ist, und das ist die Grenze, an der kleine Flügelzellenpumpen glänzen oder versagen. Ein intermittierender Lichtzyklus liegt vor, wenn Ihre Pumpe kurze Stöße (1–15 Minuten) bei niedriger bis mittlerer Last mit längeren Pausen (mehr als 5 Minuten) zwischen den Zyklen läuft – wie ein kleiner landwirtschaftlicher Getreideförderer, der nur läuft, wenn Getreide bewegt wird, oder eine Maschine, die Lebensmittel füttert und verpackt und sich alle paar Minuten ein- und ausschaltet. Für diesen Einsatzzweck ist eine gut gebaute kleine Flügelzellenpumpe tatsächlich eine kluge Wahl. Warum? Weil es nicht ununterbrochen heiß läuft; Durch die Pausen kann die Pumpe abkühlen und die Flügel und das Gehäuse werden durch den konstanten Druck weniger abgenutzt. Ich habe Kunden, die seit mehr als 6 Jahren kleine Flügelzellenpumpen auf solchen Fördersystemen betreiben, ohne dass eine Wartung erforderlich war, sondern nur ein normaler Ölwechsel.
Ein intermittierender starker Zyklus liegt jedoch vor, wenn die Pumpe längere Zyklen (mehr als 15 Minuten) mit kürzeren Pausen (2–5 Minuten) bei oder nahe ihrem maximalen Nenndruck durchführt. Da muss man aufpassen. Kleine Flügelzellenpumpen weisen einige wichtige Verschleißpunkte auf, die sich bei wiederholten Starts unter Last nicht gut auswirken: die Flügelspitzen, die Rotorbahn und die Seitenplatten, die die Pumpenkammern abdichten. Wenn Sie eine Pumpe unter Volllast starten, werden diese Teile stärker beansprucht, als wenn Sie den Druck schrittweise erhöhen. Wenn Ihre Anwendung in diesen Hochleistungsbehälter mit intermittierendem Betrieb passt, ist eine Kolbenpumpe möglicherweise besser geeignet. Beispielsweise werden bei Baumaschinenanwendungen, bei denen schwere, kurzzeitige Aufgaben ausgeführt werden – wie der Hubarm eines Laders, der Paletten bewegt, mit kurzen Pausen zwischen den Hubvorgängen – häufig Pumpen wie die Parker F1 Series F1-81 Hydraulic Rocking Axial Piston Air Pump for Loaders eingesetzt, die für wiederholte Start-Stopp-Zyklen unter hoher Last ausgelegt ist.
Ein weiterer wichtiger Faktor, an den die meisten Kleinkäufer nicht denken: Flüssigkeitsverschmutzung und Standby-Zeit. Wenn eine Pumpe zwischen den Zyklen im Leerlauf ist, können sich kleine Schmutzpartikel, Metallspäne oder Wasser in der Hydraulikflüssigkeit in den internen Spalten der Pumpe festsetzen. Bei Kolbenpumpen bedeuten die engen Toleranzen, dass eine Kontamination selbst bei Dauerbetrieb ein größeres Risiko darstellt. Bei kleinen Flügelzellenpumpen können sich jedoch in den Flügelkammern und Seitenplattenabständen festgesetzte Ablagerungen festsetzen, wenn Sie die Pumpe zwischen den Zyklen tage- oder wochenlang stehen lassen. Das ist eine einzigartige Besonderheit beim intermittierenden Betrieb von Flügelzellenpumpen: Wenn Ihre Pausen sehr lang sind (z. B. Stunden oder Tage zwischen den Einsätzen), müssen Sie sicherstellen, dass Ihre Pumpe über eingebaute Anti-Stall- oder Anti-Seize-Funktionen verfügt oder dass Ihr Flüssigkeitssystem über eine gute Filterung verfügt. Ich sage Kunden, die kleine Flügelzellenpumpen für seltene, intermittierende Läufe verwenden, immer, dass sie ihrem System einen 10-Mikrometer-Filter hinzufügen sollten, der viele von ihnen vor Problemen mit dem Verklemmen der Flügelzellen oder dem Verschleiß der Seitenplatten bewahrt.
Lassen Sie uns über ein reales Beispiel sprechen, um dies konkret zu machen. Letztes Jahr arbeitete ich mit einem kleinen Hersteller von kundenspezifischen Geräten zusammen, der eine Reihe tragbarer Hochdruckreiniger für Baustellen zusammenstellte. Ursprünglich wollten sie eine kleine Kolbenpumpe verwenden, aber die Kosten überstiegen ihr Budget bei weitem. Sie kamen zu mir und fragten, ob unsere standardmäßige kleine Flügelzellenpumpe funktionieren würde, da die Hochdruckreiniger den ganzen Tag über in 15-Minuten-Ein- und 5-Minuten-Aus-Zyklen laufen. Ich habe sie durch die technischen Daten geführt: Unsere Flügelzellenpumpe ist für 2000 PSI, einen intermittierenden Druck von bis zu 1800 PSI ausgelegt und verfügt über ein eingebautes Überdruckventil, das eine Überlastung beim Start verhindert. Wir haben einen Prototyp in ihrem Labor 30 Tage lang mit ununterbrochenen Ein-Aus-Zyklen getestet, und der Flügelverschleiß betrug nach 10.000 Zyklen nur 0,002 Zoll und lag damit weit unter dem Austauschschwellenwert von 0,015 Zoll. Sie sind auf unsere Pumpe umgestiegen und haben mir erzählt, dass sie im letzten Jahr über 200 Einheiten ohne Pumpenausfälle verkauft haben. Das ist genau der richtige Punkt für kleine Flügelzellenpumpen: intermittierender Betrieb bei mittlerer Last, bei dem Kosten, leiser Betrieb und kompakte Größe wichtiger sind als ununterbrochene Hochleistungsleistung.
Wann wäre eine kleine Flügelzellenpumpe NICHT für den intermittierenden Betrieb geeignet? Nehmen wir an, Sie haben eine Maschine, die den ganzen Tag 20 Minuten eingeschaltet und 2 Minuten ausgeschaltet bei 1900 PSI läuft. Hier kommt es zu starken, intermittierenden Zyklen, und hier kommen Kolbenpumpen wie die einzelne Mikro-Axialkolbenpumpe T6C von Parker Denison für Industriemaschinen oder die Axialpropellerpumpe CAT 185 3508 PVH für Cat-Bagger ins Spiel. Diese Pumpen werden mit engeren Toleranzen und hitzebeständigen Materialien gebaut, die den wiederholten Lastspitzen bei häufigen Starts bei hohem Druck standhalten. Wenn Sie in diesem Szenario versuchen würden, eine kleine Flügelzellenpumpe zu betreiben, würden Sie wahrscheinlich innerhalb von sechs Monaten einen Verschleiß der Flügelspitzen feststellen, da der dünne Flüssigkeitsfilm, der die Flügel schmiert, in kurzen Pausen keine Zeit hat, sich wieder aufzubauen, was zu Metall-auf-Metall-Kontakt führt.
Ein weiterer häufiger Fehler, den neue Bediener machen, besteht darin, Druckspitzen während des Startvorgangs nicht zu berücksichtigen. Jede Pumpe hat einen Startdruck, den maximalen Druck, den sie beim ersten Einschalten sieht. Bei intermittierenden Läufen kann dieser Anlaufdruck 20–30 % höher sein als der Betriebsdruck. Kleine Flügelzellenpumpen reagieren empfindlicher auf diese Spitzen als Kolbenpumpen, da ihre Flügel federbelastet sind und gegen das Gehäuse drücken. Ein zu hoher Startdruck kann die Federn verbiegen oder die Flügelspitzen abplatzen lassen. Aus diesem Grund ist die Überprüfung der intermittierenden Druckleistung einer Pumpe nicht verhandelbar. Achten Sie immer auf die Spezifikation für den „intermittierenden Arbeitszyklus“ einer Pumpe, nicht nur auf ihre Dauerleistung. Viele kleine Flügelzellenpumpen geben eine Dauerleistung von 1500 PSI und eine intermittierende Leistung von 1800 PSI an, was genau das ist, was Sie für diese Ein-Aus-Zyklen benötigen.
Moment, kann man die Lebensdauer einer kleinen Flügelzellenpumpe im intermittierenden Betrieb verlängern? Auf jeden Fall, und ich habe ein paar Tipps, die ich mit jedem Kunden teilen kann. Halten Sie zunächst Ihre Hydraulikflüssigkeit sauber. Ich habe die Filterung bereits erwähnt, aber ein Wechsel der Flüssigkeit alle 500 Stunden (oder früher, wenn Sie sich in einer staubigen Umgebung befinden) macht einen großen Unterschied. Zweitens: Wenn Sie sehr lange Pausen einlegen (z. B. über Nacht oder am Wochenende), schalten Sie die Flüssigkeitszufuhr zur Pumpe ab oder lassen Sie sie 30 Sekunden lang in einem Niederdruckmodus laufen, bevor Sie sie abschalten. Dadurch werden festsitzende Rückstände aus den Pumpenkammern gespült. Drittens, wenn möglich, fügen Sie Ihrem System eine Sanftanlauffunktion hinzu – diese erhöht den Pumpendruck beim Einschalten schrittweise und reduziert so den starken Anlaufstoß, der die Flügel verschleißt. Ich habe gesehen, dass diese einfachen Tipps die Lebensdauer einer kleinen Flügelzellenpumpe bei gelegentlichem Einsatz verdoppeln, ohne dass zusätzliche Kosten anfallen.
Kehren wir zur ursprünglichen Frage zurück: Kann eine kleine Flügelzellenpumpe für den intermittierenden Betrieb verwendet werden? Die kurze Antwort lautet: Ja, aber nur, wenn Sie die Pumpe an die spezifischen Eigenschaften Ihres intermittierenden Zyklus anpassen. Wenn Ihr Zyklus eine leichte bis mittlere Belastung, kurze Betriebszeiten, längere Pausen und einen Druck aufweist, der unter der intermittierenden Leistung der Pumpe liegt, ist eine kleine Flügelzellenpumpe oft die kostengünstigste und zuverlässigste Wahl. Wenn Ihr Zyklus eine hohe Belastung, kurze Pausen und einen hohen Startdruck erfordert, ist eine Kolbenpumpe die bessere Wahl.
Als kleiner Lieferant von Flügelzellenpumpen habe ich Hunderten von Kunden dabei geholfen, genau diese Entscheidung zu treffen. Eine allgemeingültige Antwort gibt es nicht, aber wenn Sie sich die Zeit nehmen, Ihre Ein-/Aus-Zeiten, Last und Ihren Druck zu beurteilen, ersparen Sie sich später kostspielige Austauscharbeiten. Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Pumpe für Ihre Anwendung im intermittierenden Betrieb die richtige ist, können Sie sich gerne an unser Team wenden, um Ihre Anforderungen zu besprechen. Wir können Spezifikationen, Testdaten und kundenspezifische Optionen durchgehen, um sicherzustellen, dass Sie die richtige Pumpe für Ihre Aufgabe erhalten.
Referenzen
- Fluid Power Handbook, 6. Auflage, National Fluid Power Association
- Design- und Anwendungsrichtlinien für Flügelzellenpumpen, Parker Hannifin Corporation
- Axialkolbenpumpenleistung für intermittierende Arbeitszyklen, Technisches Bulletin von Eaton Hydraulics
- Best Practices für die Wartung von Hydraulikpumpen, Magazin für industrielle Wartung und Betrieb
- Small Fluid Power System Design, SME International Technical Report
