Hochdruckpumpen erzeugen bedarfsgerecht scharfes Wasser

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Konventionelle Druckübersetzer arbeiten nach dem Prinzip des oszillierenden Gleichgangzylinders, bei dem ein hydraulischer Antriebskolben (ölseitig) beiderseits mit einem Plunger (wasserseitig) verbunden ist (Bild 1 – siehe Bildergalerie). Ein Elektromotor treibt eine Hydraulikpumpe (meist Axialkolbenpumpe) an.

Hochdruckplunger komprimiert das Speisewasser bei konventionellem Druckübersetzer

Der Ölstrom wird zum Antriebskolben des Druckübersetzers geleitet. Das Speisewasser wird dem Druckübersetzer mit einem Vordruck von mindestens 3 bar zugeführt, gelangt über das Saugventil in den Hochdruckzylinder, wird über den Hochdruckplunger komprimiert, über das Druckventil in die Hochdruckleitung ausgelassen und zum Verbraucher, der Wasserdüse, geführt.

Die Druckerhöhung erfolgt abhängig vom Flächenübersetzungsverhältnis zwischen Antriebskolben und Hochdruckplunger. Das ergibt bei einem üblichen Verhältnis von 1:20 bei einem hydraulischen Antriebsdruck von 200 bar auf der Hochdruckseite einen Wasserdruck von etwa 4000 bar.

Pumpen mit 11 bis 110 kW Antriebsleistung für das Wasserstrahlschneiden

Werden höhere Betriebsdrücke gewünscht, kann dies einerseits durch Druckerhöhung im ölhydraulischen Antriebsteil erfolgen oder andererseits durch Vergrößerung des Flächenübersetzungsverhältnisses zwischen Öl- und Wasserseite. Diese Pumpenart wird bis dato am häufigsten für das Wasserstrahlschneiden eingesetzt. Die Antriebsleistungen liegen zwischen 11 und 110 kW.

Der Kolben und die damit verbundenen Plunger oszillieren mit einer Frequenz von etwa 0,5 Hz. Dabei wird der Druck in den beiden Hochdruckzylindern des Druckübersetzers innerhalb von etwa 80 ms von etwa 3 bar (Vordruck) auf bis zu 4000 bar (Betriebsdruck) erhöht. Abhängig vom Plungerdurchmesser, beträgt die Fördermenge pro Druckübersetzer etwa 4 l/min.

Zweiter Druckübersetzer verdoppelt Wassermenge zum Wasserstrahlschneiden

Soll die Wassermenge, die für das Schneiden zur Verfügung steht, erhöht werden, kann dies durch den Einbau eines zweiten Druckübersetzers erfolgen. Damit wird die Fördermenge verdoppelt und es können entweder mehrere Düsen gleichzeitig oder Schneiddüsen mit größeren Durchmessern eingesetzt werden. Bild 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Betriebsdruck, Fördermenge und Düsendurchmesser.

Um die Druckeinbrüche zu reduzieren, die beim Umschalten in der jeweiligen Endlage entstehen, wird nach dem Druckübersetzer ein Pulsationsdämpfer eingebaut. Bei einem Betriebsdruck von 4000 bar beträgt die Kompressibilität von Wasser etwa 12%. Dieser Effekt wird im Pulsationsdämpfer genutzt und ein Teil des gespeicherten Wasservolumens wird während der Umschaltphase abgegeben.

Druck der Hochdruckpumpe über Pulsationsdämpfer steuern

Dabei hat das Speichervolumen des Pulsationsdämpfers einen wesentlichen Einfluss auf die Druckschwankungen. Eine Gegenüberstellung zeigt Bild 3. An einer Hochdruckpumpe mit einer Antriebsleistung von 37 kW wurden bei 4000 bar und einer Wasserdüse mit Durchmesser 0,35 mm Druckmessungen durchgeführt.

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