Pagina 17 van: Aandrijftechniek – nummer 8 – 2018
17
300 bar en vervolgens weer terug naar nul. Een klepstoter moet
potdicht zijn; als de speling niet meer klopt, slijten de kleppen en
bij moderne loodvrije motoren is dat in korte tijd het einde van
de motor. De speling tussen de plunjer en de cilinder is minder
dan 1 µm, en toch kost het maar een halve euro om het plunjertje
te maken. Voor een fl oating cup hydropomp zouden de kosten
voor de qua tolerantie meest kritische onderdelen dus niet meer
dan 12 of 14 euro kosten.
Conservatieve markt
Echte innovaties, afgezien van de fl oating cup, hebben we in
de hydrauliek lange tijd niet gezien. Een belangrijke oorzaak is,
dat de hydrauliek een conservatieve markt is. Het gaat om hoge
krachten en dure machines, dus fabrikanten en toeleveranciers
houden vast aan beproefde techniek. De opkomst van elektrohy-
draulische systemen zet de markt echter behoorlijk onder druk.
Ondanks het conservatisme vindt het fl oating cup principe
ingang in de markt. Innas werkt voor nagenoeg alle grote, mid-
delgrote en ook kleinere hydrauliekleveranciers. Verschillende
fabrikanten van hydropompen en -motoren hebben licenties
om de technologie te mogen gebruiken. Daarbij gaat het om
series van tienduizenden tot honderdduizenden stuks per jaar.
Een probleem waar ook Innas mee worstelt, is het vinden
van geschikte medewerkers. Voor onderzoek werkt Innas samen
met kennisinstituten, maar vooral over de grens. Delft heeft
geen hydrauliekopleiding meer en Eindhoven heeft het hydrau-
lieklaboratorium ontmanteld. Om niet voor elke test een reis
naar bijvoorbeeld RWTH in Aken te moeten maken, heeft Innas
een eigen opstelling gebouwd waarmee men in eigen huis kan
testen en experimenteren.
Dunnere wanden
Innas wilde naar hogere toerentallen én een goedkopere
pomp. Beide waren mogelijk door de wanden van cup en zuiger
dunner te maken. Hoe dunner het materiaal, des te gemakkelij-
ker (en goedkoper) het is om het te vormen. Er is wel een grens
aan de verhouding tussen de lengte en de diameter van een
cilinder. Voor Innas zijn de restspanningen in het materiaal en
de spanningen die ontstaan door het omvormen geen issue. De
deformatie is dat wel, gezien de nauwkeurigheid van microns
om de spleet af te dichten. Bij lage en hoge druk wisselende
temperaturen moet in elke positie de afdichting tussen cup en
cilinder zijn gegarandeerd.
Uit simulaties werd duidelijk, dat bij iedere positie van de slag
een bepaalde uitzetting is te realiseren, wat bij een dikwandige
cup moeilijker is dan bij een dunwandige. Met een dunwandige
cup is een groter bereik mogelijk waarbinnen de uitzetting gelijk
blijft. Waar bij de cilinders met de originele wanddikte het toe-
rental begrensd was, is dat bij de dunnere wanddikte niet meer
het geval, ook niet bij lage drukken. Met de dunnere wanddikten
kunnen de pompen tot 6000 min-1 aan.
Innas heeft nog steeds een prijs van 13 $/kg en het rendement
van een tandwielkast (98%) in gedachten. Met de huidige stand
der techniek zijn nu kostprijzen van 20 $/kg en rendementen
van 97 procent mogelijk. Een fl oating cup pomp heeft hetzelfde
geluidsniveau als een tandwielkast van vergelijkbaar vermogen.
Daar komen de bekende voordelen van hydrauliek bij: kracht-
dichtheid, fl exibiliteit, regelbaarheid, geen uitlijnproblemen.
Ook is een beter power management mogelijk. Een accumulator
maakt het mogelijk om kortstondig veel vermogen te leveren,
waarmee in veel hydraulische installaties de vermogensvraag en
het energieverbruik sterk kan reduceren. De markt heeft behoefte
aan systemen met veel vermogen, laag geluidsniveau, laag ener-
gieverbruik en lage prijzen.
Toepassing in windturbine en auto
Er zijn in het verleden diverse pogingen geweest om hydrau-
lische transmissies toe te passen in windturbines. Ze verloren
het op rendement van de tandwielkast. De hydropomp die Innas
heeft ontwikkeld voor opdrachtgever Hydrautrans in Utrecht is
net als de totale windmolen vanaf het begin geconstrueerd met
als voornaamste doelstelling verlaging van de onderhoudskosten.
Deze hydrostatische transmissie gebruikt pompen en motoren.
Per motor worden vier pompen gebruikt met een vermogen van
elk 3,5 MW. De pompen draaien vier keer zo langzaam en hebben
een vermogen van 0,875 MW elk. Deze module kan dus worden
verdubbeld of verviervoudigd.
De huidige elektromechanische windturbines (nu tot zo’n
9,5 MW) lopen tegen hun grenzen aan. Enerzijds zijn de grenzen
van de rotorbladen in zicht. Anderzijds leiden grote krachten tot
deformaties in de tandwielkasten, zodat de tanden de krachten
niet meer via een lijncontact maar via een puntcontact over-
brengen. Dat gaat ten koste van de levensduur. Een hydropomp
kan windstoten (krachtpieken) beter opvangen en is met slangen
fl exibel met de hydromotor op de generator verbonden, waardoor
ook uitzettingsverschillen zijn op te vangen. In het ontwerp van
Innas en Hydrautrans wordt de hydromotor met een elastisch
opgehangen tandkrans aan de generator gekoppeld. De pomp
en motor moeten een levensduur hebben van 25 jaar en een
rendement van 98 procent.
De kleinste fl oating cup die Achten haalbaar acht, zal een
inhoud van 4 cm3 hebben en is interessant voor de automotive >
De krachten die
inwerken op de
cup. Punt A is het
middelpunt van de
bol van de bolvormige
zuigerkroon. Punt B is
het middelpunt van de
massa van de cup en
diens olie-inhoud
Fcentr
Fret
Fr,2
Fr,1
Fcont
Ffr,1
Ffr,2
Ffr,3
piston
point A
point B
cup
De zuiger van een
axiale plunjerpomp
van 28 cm3 van 56,2 g
(links) en de plunjer
van een fl oating cup
pomp met hetzelfde
slagvolume en een
massa van 13,1 g
15-16-17-18_floatingcupinnas.indd 17 19-11-18 17:12