RKP19

Moog-RKP-Baukasten RKP19 im Vergleich zum RKP250.

Die Hydraulik hat Zukunft. Durch die hohe Leistungsdichte und die Robustheit der Komponenten sowie die Speicherbarkeit dieser Energieform ist die hydraulische Technologie in der Großmaschinentechnik etwa der Metallumformung, der Pressentechnik oder der Schwerindustrie unverzichtbar.

Einbausituation

Einbausituation RKP250 mit digitaler Regelung. Bild: Moog

Kaltumformpresse

Kaltumformpresse zur Herstellung von Wälzlagerringen in Schweden. Bild: Moog

Deshalb rundet nun seit April dieses Jahres die RKP250 nach einem ausführlichen Entwicklungs- und Testprogramm den Baukasten der Moog-Radialkolbenpumpen nach oben hin ab. Damit steht dem Anwender ein kompletter Pumpenbaukasten in den Größen 19, 32, 45, 63, 80, 100, 140 und 250 cm3/U mit leistungsfähigen Regler-Varianten, flexibel wählbaren Antriebsflanschen und Durchtriebsoptionen zur Verfügung.

Auch für HFC und HFD geeignet

Im Design der RKP250 sind die wesentlichen Merkmale des zwischen 2005 und 2007 bei den kleineren Baugrößen umgesetzten Generationswechsels integriert. Neben einem Neun-Kolben-Triebwerk, welches zu einem pulsationsarmen Volumenstrom beiträgt, kommt das bewährte, robuste Verstellsystem mit gleitendem Hubring zum Einsatz.

Wie in den bisherigen Baugrößen sind die höher belasteten Lagerstellen auch in der RKP250 ausschließlich aus eisenmetallischen Werkstoffen mit harter Oberfläche ausgeführt, wodurch die Pumpe auch zur Förderung von Sonderflüssigkeiten wie HFC und HFD eingesetzt werden kann.

Das spezielle Design für den für Industrieanlagen typischen, offenen Kreislauf beinhaltet weiterhin eine im Hinblick auf möglichst geringe Drosselverluste hin angepasste Geometrie des kompletten Saugtraktes – vom Pumpengehäuse über den Steuerzapfen bis zum Zylinderstern.

Die endgültige Geometrie der Strömungskanäle wurde im Rahmen der Entwicklung in mehreren Stufen mithilfe von CFD-Rechnungen ermittelt und anschließend getestet. Auf diese Weise konnte das gesteckte Entwicklungsziel der Grenzdrehzahl von 1800 U/min bei einem Saugvordruck von 0,8 bar (abs.) erreicht werden.

Erstmalig kam bei der Entwicklung einer Radialkolbenpumpe ein Berechnungstool zum Einsatz, mit dem das Lagerlaufverhalten des hydrostatisch-entlasteten Zylinderstern-Steuerzapfenlagers vorausberechnet werden kann. Die Software kombiniert Mehrkörpersimulation und EHD-Theorie, in dem sequentiell die Reynolds-Gleichung für die Strömung durch den Lagerspalt und die Newton’sche Bewegungsgleichung der beteiligten Bauteile gelöst werden. So werden die jeweiligen Rückwirkungen des Struktur- und des elasto-hydrodynamischen Verhaltens als Randbedingungen im jeweils folgenden Berechnungsschritt verwendet.

Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel der Einfluss lokaler Oberflächendeformationen aufgrund von Kraft- und Geschwindigkeitsrandbedingungen auf das Tragverhalten und die Spaltausbildung vorhersagen, kritische Bereiche können vorab sichtbar gemacht und entsprechende Geometrieoptimierungen in der Vorprototypenphase vorgenommen werden. Mit diesem Hilfsmittel wurde die entlastungsrelevante Geometrie von Steuerzapfen und Zylinderstern in mehreren Berechnungsstufen verbessert und so schließlich ein sicheres Lagerlaufverhalten erzielt.

Für Dauerdrücke bis 350 bar

Die konstruktionsbedingt kurze Bauweise in axialer Richtung ist besonders in Mehrfachpumpenanordnungen von Vorteil. Passend zu den anvisierten Zielmärkten ist die RKP250 auch für Dauerdrücke von 350 bar geeignet. Die Zertifizierung einer RKP250-Variante in Atex-Ausführung für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen wird bis Mitte dieses Jahres abgeschlossen sein.

Das Programm der verfügbaren Regleroptionen umfasst zunächst einen direktgesteuerten Druckregler, einen Druck-Förderstrom-Regler sowie die elektrohydraulische Verstellung RKP-D mit Proportionalventil und digitaler On-Board-Elektronik. Neben der seit geraumer Zeit verfügbaren Canopen-Schnittstelle ist neuerdings auch eine Variante zur Einbindung in Ethercat-Feldbussysteme verfügbar, die auch für die RKP250 verfügbar ist.

Die 100 Prozent Durchtriebsfähigkeit erlaubt die Montage einer zweiten Pumpenstufe mit bis zu 250 cm3/U, welche ebenfalls in der Eckleistung – maximales Fördervolumen bei 350 bar Betriebsdruck – betrieben werden kann. Damit kann bei maximaler Grenzdrehzahl ein Gesamtfördervolumen von 500 cm3/U realisiert werden.

Beim Einsatz der RKP-D-Regelung ist es im Master/Slave Betrieb möglich, beide Pumpenstufen über nur einen Sollwert wie ein gemeinsames Triebwerk anzusteuern. Über eine interne Datenleitung wird in diesem Fall von der Masterpumpe ein Volumenstromsollwert an die verbundenen Slavepumpen gesendet.

Applikationsbeispiel

Kanalgeometrie

Asymmetrische Gestaltung von Saug- und Druckkanal für den offenen Kreis.

Saugkanal

CFD-Berechnung – Totaldruckverteilung entlang der Strömungsbahn im Saugkanal.

Beim Retrofit einer Kaltumformpressenanlage eines Herstellers von Wälzlagerringen in Schweden konnte in Zusammenarbeit mit dem Anlagenbetreiber, einem lokalen Vertriebspartner und dessen Systemintegrator durch Einbau einer RKP250 mit digitaler Regelung das Gesamtsystemverhalten soweit optimiert werden, dass gegenüber dem bisherigen Aufbau mit mechanisch-leistungsgeregelter Pumpe gleicher Baugröße eine Taktzeitreduzierung von bis zu 30 Prozent erreicht wurde.

Die RKP-D wird in dieser Applikation im analogen Modus betrieben. Durch Verwendung der analogen Betriebsmodusumschaltung werden Reglerparameter und Sollwerte an die jeweiligen Betriebszustände angepasst.

Als Umschaltsignal muss hierbei ein Spannungswert an einem analogen Eingang am Pumpenpilotventil um einen diskreten Wert verändert werden. Weiterhin kommt in dieser Anwendung die RKP-D-Funktionalität der elektronischen Leistungsbegrenzung zum Einsatz, durch die die Überlastung des Antriebsmotors sicher vermieden wird. Die Inbetriebnahme und die Parametrierung des Systems vor Ort wurde innerhalb eines Arbeitstages erfolgreich abgeschlossen. Die Anlage läuft inzwischen zuverlässig, Retrofits weiterer Anlagen sind in Planung.

Autor: Dr.-Ing. Tino Kentschke, Entwicklungsingenieur Hydraulikkomponenten, Moog