In enger Zusammenarbeit zwischen der HYDROWATT AG, einem Schweizer KMU und dem IMES Institut für Mechanische Systeme an der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, entstand eine neue Generation vollständig gekapselter Kolbenpumpen zur Förderung unterschiedlichster, auch abrasiver Flüssigkeiten unter hohem Druck bei grossem Volumenstrom. Das Projekt umfasste neben der Erarbeitung wesentlicher physikalischer Grundlagen des weltweit einmaligen Pumpenprinzips auch Prozesssimulationen, Bauweisenuntersuchungen, Entwicklung und Bau von Demonstratoren und Prototypen sowie die Dimensionierung dieser hochbelasteten Struktur inkl. eines rechnerischen Festigkeits- und Lebensdauernachweises unter besonderer Berücksichtigung der Verbindungselemente.

AXIFLEX-Dehnmantel-Kolbenpumpe – Eine Technologie mit Potenzial

AXIFLEX-Dehnmantel-Kolben mit ihrer radialen Abstützung über einen dynamischen Schmiermittelfilm auf die Zylinderwandung, sind die Kernelemente der weltweit einzigartigen Pumpensysteme, die von der Firma HYDROWATT AG in Schaffhausen entwickelt und gebaut werden. Die sternförmig angeordneten AXIFLEX-Dehnmantel-Kolben dichten den Pumpenraum hermetisch vom Antrieb ab und erlauben so die verschleissarme und umweltschonende Förderung unterschiedlichster und anspruchsvoller Fluide (insbesondere auch abrasiver Medien). Dies geschieht mit einem Druck von bis zu 420 bar und einem gleichzeitig hohen Volumenstrom von bis zu 800 Liter pro Minute entsprechend einer Leistung von 600 kW. Die zugelassene Drehzahl beträgt 1800rpm. Die Pumpe wird mit einer Kupplung direkt mit der Motorenwelle verbunden. Es ist kein Zwischengetriebe notwendig.

EnGoP – eine neue Generation von Pumpen

Forderungen von Kund:innen nach Anlagen mit grösseren Volumenströmen bei gleicher oder besserer Effizienz und ein starker Kostendruck im internationalen Wettbewerb, machen eine ständige Weiterentwicklung der Swiss-Made-Pumpen notwendig. Eine neue grössere und wirtschaftlichere Generation von Pumpen soll deshalb die Basis für zukünftige Markterfolge bilden. Die nun erarbeitete modulare Bauweise der Anlage erlaubt eine flexible und optimale Zusammenstellung der passenden Komponenten auf die Kundenbedürfnisse; dies unter Minimierung des notwendigen Anteils an teurem korrosionsbeständigem Edelstahl. Zudem ermöglicht sie eine einfache Skalierung auf grössere Kolbendurchmesser, ohne dass leistungsmindernde Effekte zunehmen, wie das bei Volumenstromvergrösserungen normalerweise üblich ist.

Der völlig neu überarbeitete Pumpenkopf reduziert die Druckschwankungen im Pumpenkreislauf und damit die Belastung sowie den Verschleiss der Bauteile. Das führt zu höheren Standzeiten, besserer Anlageneffizienz sowie Druckstabilität auf der Verbraucherseite. Gleichzeitig wird die Geräuschentwicklung reduziert.

Ein Forschungsprojekt mit vielfältigen Zielsetzungen

In dem mehrjährigen Forschungsprojekt lagen die Schwerpunkte auf der Vertiefung des physikalischen Verständnisses des weltweit einmaligen Förderprinzips, der Entwicklung und Validierung geeigneter Simulationsmodelle zum Nachbilden des Pumpzyklus sowie der Optimierung des Pumpengehäuses mittels CFD- und FE-Simulationen. Die Bauweisen der Schlüsselelemente wie Pumpenkopf, Gehäuse und Ringkanäle wurden auf ihre Tauglichkeit bezüglich Pumpvorgang, Festigkeit sowie Lebensdauer und Fertigungskosten untersucht. Der Bau und Test eines Demonstrator-Prototypen bestätigte die angestrebte Funktionalität der neuen Pumpenreihe. Ein Festigkeits- und Lebensdauernachweis nach internationalen Standards garantiert die angestrebte Lebensdauer. Der Abschluss des Projektes erfolgte im Jahr 2021 mit der Inbetriebnahme der ersten seriennahen Pumpe der neuen Generation.

Das Projekt wurde von der Innosuisse (ehemalige KTI) gefördert.