Artikel KMT GmbH - KMT Waterjet Systems

Hochdruckpumpen zum Wasserstrahlschneiden - Druckübersetzer vs. Direktantrieb

KMT Waterjet Systems bietet eine große Auswahl an Hochdruckpumpen zum Wasserstrahlschneiden an. Dabei eignen sich unterschiedliche Pumpentypen natürlich auch für unterschiedliche Anwendungen. So befinden sich mit den Modellen STREAMLINE PRO-III und TRILINE TL-I zwei Pumpen im Portfolio des Unternehmens, die unterschiedlicher nicht sein könnten: Die PRO-III Serie kann mit Ihrem Druckübersetzer bis zu 6.200 bar Wasserdruck erzeugen und wird auch mit ihrer sonstigen technischen Ausstattung den anspruchsvollsten Anwendungen gerecht. Dahingegen positioniert sich das günstigere Pumpenmodell TL-I mit seinem wirtschaftlichen Direktantrieb eher als Einstiegsmodell oder als Hochdrucklieferant für einfache Schneidaufgaben.

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 – der Spezialist für anspruchsvolle Anwendungen

Ein unwiderlegbarer Vorteil der Druckübersetzerpumpen ist dabei der maximale Druckbereich von bis zu 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 z.B. Titan oder dicke Betonplatten. Auch wenn die Wasserstrahlschneidemaschine hohen Belastungen ausgesetzt ist – z.B. im anspruchsvollen Mehrschichtbetrieb – bietet sich eher ein Modell mit Druckübersetzer an, da diese Technologie robuster ist und die Komponenten langlebiger. Und sobald die Hochdruckpumpen dann noch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen werden sollen, ist die Direktantrieb-Pumpe komplett außen vor, da diese Technologie eine derartige Zusammenschaltung nicht ermöglicht. Zuletzt sei noch erwähnt, dass der Einsatz der Druckübersetzertechnologie sich auch noch in solchen Fällen empfiehlt, in denen der Schneidprozess hohe Schaltzyklen beinhaltet. Das ist zumeist bei Purwassersanwendungen der Fall, wenn viele Einzelteile mit hoher Schnittgeschwindigkeit produziert werden sollen wie z.B. beim Schneiden von Gummidichtungen oder Anwendungen im Lebensmittelbereich. Hierbei profitieren Anwender einer Druckübersetzerpumpe davon, dass der Wassersdruck auch bei geschlossenem Ventil gehalten wird und somit bei geöffnetem Ventil direkt wieder freigesetzt wird.

Die Direktantrieb-Pumpe – das günstige Einsteigermodell

Im Gegensatz dazu führen hohe Schaltzyklen beim Direktantrieb zu erhöhten Verschleißerscheinungen, da diese Technologie 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 Direktantrieb-Pumpe ihre Stärken auch eher bei kontinuierlichen Schneidprozessen ausspielen: Die gegenüber dem Druckübersetzer höhere Effizienz der Pumpe wirkt sich umso mehr aus, je unterbrechungsfreier die angeschlossenen 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. Weiterhin erweist sich der niedrigere Mindestdruck einer Direktantrieb-Pumpe bei der Bearbeitung von spröden oder mehrlagigen Materialien von Vorteil: Da die TRILINE-Pumpe den Betriebsdruck auf ein Minimum von 100 bar herunterfahren 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 eingangs erwähnt eignet sich die TRILINE-Pumpe aufgrund der geringen Anfangsinvestition sehr gut als Einsteigermodell und zum Einsatz für weniger anspruchsvolle bzw. 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.

Vergleich der Antriebskonzepte

Druckübersetzer-Pumpe:

• Dicke und harte Materialien
• Mehrschichtbetrieb
• Betrieb von mehreren Pumpen in einem Netzwerk
• Hohe Schaltzyklen

Direktantrieb-Pumpe:

• Kontinuierlicher Schneidprozess
• Spröde Materialien
• Geringe Anfangsinvestition
• Geringer Platzbedarf

Für jede Anwendung die richtige Lösung

So zeigt sich also, dass KMT Waterjet Systems nicht nur die leistungsfähigsten Hochdruckpumpen der gesamten Branche anbietet, sondern auch für Einsteiger eine Lösung anzubieten 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.

Auf der EuroBLECH 2016 hat KMT Waterjet Systems eine Erweiterung seiner Produktpalette um eine alternative Pumpentechnologie vorgestellt: Mit dem Modell TRILINE TL-I 30 bietet das Unternehmen erstmals eine Direktantrieb-Pumpe für das Wasserstrahlschneiden an. Die neue Pumpe zeichnet sich durch kalkulierbare Betriebskosten aus und kann als selbstständige Einheit für Routine- Schneidanwendungen eingesetzt werden.

Die Direktantrieb-Pumpe TRILINE TL-I 30 verfügt über eine Antriebsleistung von 22 kW (30 PS) und erreicht damit ein Fördervolumen von 3,1 l Schneidwasser pro Minute. Bei einem Arbeitsdruck von 3.800 bar reicht das aus, um eine Wasserdüse mit einem Durchmesser von bis zu 0,3 mm zu betreiben – hier zeigt sich die größere Effizienz gegenüber einer Druckübersetzer-Pumpe, da bei gleicher Motorleistung ein höheres Fördervolumen erreicht werden kann

Die Technologie der Direkantrieb-Pumpe

Ein Elektromotor treibt über ein einfach zu wartendes Riemenscheibensystem direkt drei kurbelwellengetriebene Kolben an. Die Kolben werden mit einer Phasenverschiebung betrieben, sodass sie einen nahezu konstanten Hochdruck-Wasserstrom liefern. Aufgrund dieser direkten Kraftübertragung hat eine Direktantrieb-Pumpe einen relativ hohen Wirkungsgrad, der sich auf bis zu 85 % beläuft. Zudem ist diese Methode der Kraftübertragung unkompliziert, und sie umfasst weniger Teile als ein Hydraulikkreis. Betreiber von Direktantrieb-Pumpen profitieren daher von einer einfachen Fehlerbehebung, wenn Probleme im Antriebssystem vorliegen.

Merkmale der TRILINE TL-I 30

Das Kernstück der TL-I 30-Direktantrieb-Pumpe ist daher das Kurbelgehäuse, das auf höchste Leistung und unkomplizierte Wartung ausgelegt ist. Das Konzept basiert auf einer Edelstahl-Grundplatte mit integrierten Kühlkanälen; somit sind die Führungsstangen keinen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Eine eingearbeitete vibrations- und schalldämpfende Verrippung im Gehäuse stellt einen geräuscharmen und ruhigen Betrieb sicher. Die Bedienerfreundlichkeit wird durch ein Sichtfenster erhöht, durch das der Bediener den Ölstand direkt und ohne Messstab prüfen und das Öl auf Verunreinigung inspizieren kann.

Das patentierte Druckregelventil ermöglicht rasche Anpassung des gewünschten Arbeitsdrucks, der von der Pumpe zu den Schneidköpfen geleitet wird. Das Ventil reguliert den Arbeitsdruck durch Druckluft. Zudem mindert es den Wartungsaufwand und ermöglicht das Schneiden bei beliebigen Drücken. Es zeichnet sich durch schnelle Reaktionszeiten aus, ist höchst zuverlässig und einfach zu warten.

Anwendungsgebiete für das alternative Antriebskonzept

Die Direktantriebstechnologie eignet sich hervorragend für einfache Anwendungen, bei denen die Maschine als eigenständige Pumpe eingesetzt wird. Dabei empfiehlt es sich, die Direktantrieb-Hochdruckpumpe als Wasserdruckgenerator im Dauerbetrieb zu nutzen. Der Effizienzgrad ist äußerst hoch, wenn die Schneidezeit mindestens 80 % der Motorlaufzeit erreicht. Durch ihre kleine Grundfläche und hohe Effizienz im Dauerbetrieb ist sie ideal für kleine Werkstätten und Lohnschneidebetriebe geeignet, die konventionelle und einfache Schneidarbeiten ausführen. Zudem stellt sie eine ausgezeichnete Alternative für eine Druckübersetzerpumpe dar, wenn Platzbedarf, Anfangsinvestition oder elektrische Anschlussleistung vor Ort eine Herausforderung darstellen.

Auf der EuroBLECH 2016 hat KMT Waterjet Systems seine neueste Entwicklung im Bereich der Hochdruckpumpen für das Wasserstrahlschneiden vorgestellt: Mit der neuen Modellreihe STREAMLINE PRO-III macht das Unternehmen das Wasserstrahlschneiden im Ultra-Hochdruckbereich von bis zu 6.200 bar ein gutes Stück effektiver. Erreicht hat KMT das durch signifikante Verbesserungen im Druckübersetzer – allen voran die neue SUPRALIFE Hochdruckdichtung, für die der Hersteller eine garantierte Laufleistung von 500 Stunden angibt. Mit der 93-kW-Pumpe (125 PS) aus der PRO-III Modellreihe kann KMT nun die eine äußerst effiziente Kombination aus Motorleistung und Wasserdruck anbieten, die branchenweit die schnellsten Schnittgeschwindigkeiten ermöglicht.

Mit der Modellreihe STREAMLINE PRO-III bietet KMT Waterjet Systems die neueste Generation seiner erfolgreichen PRO-Pumpenreihe zum Wasserstrahlschneiden bei bis zu 6.200 bar an. Die neue Hochdruckpumpe ermöglicht deutlich längere Laufzeiten – dadurch verlängern sich ebenfalls die Wartungsintervalle; die Betriebskosten sinken und das Wasserstrahlschneiden im Ultra-Hochdruckbereich wird effizienter.

Verbesserte Nutzzeit dank optimierter Konstruktion der SUPRALIFE Hochdruckdichtung

Die verbesserten Laufzeiten verdankt die Pumpe vor allem der neuen SUPRALIFE-Hochdruckdichtung: Um die Nutzzeiten zu verlängern und somit die Effizienz der Hochdruckpumpe zu steigern, hat KMT die Konstruktion der Hochdruckdichtung überarbeitet. Heraus kam ein Dichtungspaket, das nicht mehr wie bisher in die Bohrung des Hochdruckzylinders eingebaut, sondern in eine Kartusche integriert ist, die gegen eine Abfasung am Ende des Zylinders abdichtet. Somit wird eine Beschädigung in der Zylinderbohrung vermieden und die Lebensdauer der Hochdruckdichtung sowie des Zylinderkörpers erhöht. Damit dieses Zusammenspiel von SUPRALIFE-Dichtung und Hochdruckzylinder bestmöglich funktioniert, bedarf es einer konstanten Vorspannung des Systems. Diese wird durch eine hydraulische Vorspannvorrichtung realisiert. Um die Wartungsarbeiten zu erleichtern, wird dazu ein spezieller Werkzeugsatz verwendet, der bei jeder durchgeführten Wartung die erforderliche Vorspannung gewährleistet. Bei sachgemäßer Behandlung garantiert KMT Waterjet Systems eine Mindestlaufzeit von 500 Stunden für die neue SUPRALIFE Hochdruckdichtung.

Zudem konnte KMT seine mehr als 40-jährige Erfahrung in der Konstruktion von Druckübersetzern dazu nutzen, einen optimalen Materialeinsatz sowie die Einhaltung höchster Präzision und engster Toleranzen zu gewährleisten. Daraus resultiert unter anderem eine optimierte Geometrie der Metall-Dichtung zwischen dem Zylinder und dem Dichtkopf, die dem extremen Wasserdruck von bis zu 6.200 bar länger standhält als konventionelle Technologien und somit die Lebensdauer des Druckübersetzers insgesamt erhöht.

Einfache Nachrüstung älterer Pumpenmodelle

Für alle Kunden, die bereits jetzt im Ultra-Hochdruckbereich arbeiten und eine KMT-Hochdruckpumpe der Modellreihe STREAMLINE PRO-I oder PRO-2 betreiben, bietet KMT ein Upgrade-Kit an. Somit können auch bestehende Kunden von den Vorteilen des PRO-III Druckübersetzers profitieren. Das Upgrade-Kit beinhaltet den neuen Druckübersetzer sowie entsprechendes Installationsmaterial und lässt sich problemlos auf allen Pumpen der PRO-Reihe installieren.

6.200 bar spart doppelt

Mit der STREAMLINE PRO-III Hochdruckpumpe wird das Wasserstrahlschneiden bei 6.200 bar effizienter: Die längeren Laufzeiten der Hochdruckkomponenten wirken sich positiv auf die Maschinenlaufzeit und damit auf den gesamten Produktionsprozess aus. Zudem bietet das Modell STREAMLINE PRO-III 125 eine Kombination von Motorleistung und Schneiddruck, die es in der Branche nicht noch einmal gibt. Mit 93 kW / 125 PS können bei Maximaldruck zwei Schneiddüsen mit einem Durchmesser von 0,28 mm oder eine Düse mit bis zu 0,38 mm genutzt werden. Dadurch kann die Schnittgeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen 4100-bar-Anwendungen um bis zu 50% gesteigert werden – in einigen Fällen sogar darüber hinaus. Dabei hat die hohe Schnittgeschwindigkeit zusätzlich den Vorteil, dass pro geschnittenem Werkstück weniger Abrasivmittel benötigt wird – ein wesentlicher Kostentreiber beim Wasserstrahlschneiden. So können Anwender gleich doppelt sparen: Zum einen bei den Betriebskosten der Hochdruckpumpe und zum anderen beim Abrasivverbrauch.