Bis ins letzte Detail

Sauer-Danfoss hat die Lagerstellen ihrer auf der Bauma gezeigten Hydraulikaggregate H1 in enger Zusammenarbeit mit Schaeffler bis ins letzte Detail perfektioniert. Nun laufen die neuen Motoren und Pumpen spürbar energieeffizienter.

Er nennt sich H1 60 cm3 Axilakolbenmotor und ist der jüngste Spross aus der bei Herstellern mobiler Maschinen stark beachteten H1-Familie von Sauer-Danfoss-Hydraulikmotoren und -pumpen. Der Hersteller, die im Jahre 2000 gegründete Sauer-Danfoss Inc., basiert auf der Fusion der beiden ehemaligen Geschäftsbereiche für Mobilhydraulik von Sauer-Sundstrand Inc. und Danfoss A/S.

Aus dem Zusammenschluss entwuchs ein heute führender Produzent sowie Lieferant von hydraulischen Komponenten und Elektronik speziell für mobile Arbeitsmaschinen z. B. für die Land- oder Bauwirtschaft. Die Hauptsitze des global präsenten Unternehmens sind im schleswig-holsteinischen Neumünster, in Nordburg (Dänemark) und in Ames (Iowa/USA).

Neu entwickelte Hydraulikpumpen und -motoren

Die Gesamtfamilie der neuen Axialkolbenaggregate besteht aus H1P-Axialkolbenpumpen (Schrägscheibe) und H1B-Axialkolbenmotoren (Schrägachse), die alle neu entwickelt worden sind. International vorgestellt wird die H1 Baureihe auf der bevorstehenden Bauma 2010 (19. bis 24. April in München).

Die konsequent vollzogene Optimierung der Aggregate des internationalen Hydraulikzulieferers erbrachte ein respektables Ergebnis: Der Gesamtwirkungsgrad der H1-Pumpen und Motoren ließ sich jeweils um 2 % steigern. Damit erweisen sich die Neuen als - gegenüber den Vorgängersystemen - wesentlich energieeffizienter. Und für den Axialkolbenmotor H1 60 cm3 gibt Sauer-Danfoss sogar einen um bis zu 6 % höheren Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zum „nächstgelegenen Wettbewerber“ an (nachlesbar bei www.sauer-danfoss.com unter „new products“).

Worauf fußt solche Verbesserung? Zur Beantwortung gibt uns Dipl.-Ing. (FH) Harald Vornehm im Vorfeld der Münchner Bauma zur Auskunft: „Bei der Neuentwicklung standen neben der Elektrohydraulik selbst insbesondere auch die Basiskomponenten in den Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren im Fokus der Optimierungen.“ Dabei habe man, so der Experte für Anwendungstechnik Fluid & Pneumatik bei Schaeffler Technologies in Herzogenaurach, die rollenden, gleitenden und schleifenden Bewegungen in den Aggregaten „bis ins letzte Detail durchleuchtet“ sowie „auf Verbesserungspotenzial untersucht“.

Harald Vornehm umreißt den Sachverhalt: „Neue, reibungsoptimierte Wälzlager- und Gleitkontaktlösungen unseres Hauses haben bei den in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden Sauer-Danfoss optimierten Hydraulikaggregaten einen ganz erheblichen Einfluss auf die Verringerung von Verlustleistung, Bauraum und Gewicht“. Der Lagerexperte betont: „Die H1-Baureihe setzt die derzeit effizientesten Lager- und Komponentenlösungen ein.“

Bei der H1-Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart wurde die Verstellmöglichkeit mit neuartigen Schwenkwiegenlagern realisiert. Zur Lagerung der Antriebswelle wurden klein bauende und reibungsoptimierte Zylinderrollenlager und Gleitlagerbuchsen eingesetzt. Insgesamt konnten Bauraum und Gewicht gegenüber dem Vorgängermodell deutlich reduziert werden. Der Wirkungsgrad hat sich nach Auskunft von Sauer-Danfoss „um rund 2 % verbessert“.

Zylinderrollenlager mit optimiertem Bordkontakt

Einen Anteil daran haben die neuen X-life Zylinderrollenlager NUP mit optimiertem Bordkontakt. Die spezielle Krümmung der Rollenstirnflächen perfektioniert die Kontaktgeometrie zwischen Rollenstirnfläche und Bord und minimiert die max. Flächenpressung. Das erlaubt einen tragfähigen Schmierfilmaufbau – Stirnfläche und Bord werden durch den Schmierstoff getrennt,die Rollen gleiten bei axialer Belastung auf dem Schmierfilm.

Dadurch gelingt es, die neuen Zylinderrollenlager mit einem Fa/Fr-Verhältnis von 0,6 zu betreiben. Die zulässige Axiallast kann damit 60 % der Radiallast betragen. Bei herkömmlichen Zylinderrollenlagern beträgt dieser Wert nur 40 %. Zugleich reduziert sich das Reibmoment abhängig von der Höhe der Axiallast um bis zu 50 %. Das senkt die Lagertemperatur während des Betriebs, steigert die Effizienz und spart Energie.

Der Anwendungstechnikexperte Harald Vornehm bringt die Vorteile infolge des Einsatzes eines vollrolligen Zylinderrollenlagers mit torusballigen Rollen wie folgt auf den Punkt: „Die stirnseitige Optimierung der Rollen ergibt eine niedrigere Flächenpressung, höhere axiale Belastbarkeit, bessere Lastverteilung sowie eine günstigere Schmierfilmbildung. Überdies hat die verbesserte Rollenoberfläche zu einer Laufbahnoptimierung geführt.“

Im H1-Axialkolbenmotor in Schrägachsenbauart werden hingegen die reibungsoptimierten X-life Kegelrollenlager eingesetzt. Darüber hinaus verbessert ein neu entwickelter Stahldichtring das Dichtungsverhalten der Kolben im Hydraulikmotor maßgeblich. Gleichfalls im Axialkolbenmotor konnten damit Länge und Gewicht reduziert werden. Ebenso wurden die Leistungsverluste um ca. 2 bis 3 % gegenüber dem Vorgängermodell verringert (Angabe Sauer-Danfoss).

Auch im Kegelrollenlager kommt der Optimierung des Bordkontaktes eine besondere Bedeutung zu. Insbesondere bei zunehmender Axiallast steigt das Reibmoment konventioneller Kegelrollenlager sehr stark an. Schaeffler Technologies hat daher bei den neuen X-life-Kegelrollenlagern Geometrie, Oberflächen, Werkstoff sowie Maß- und Laufgenauigkeit überarbeitet. Ergebnis ist die Steigerung der dynamischen Tragzahlen um bis zu 20 % und der nominellen Lebensdauer um etwa 70 %.

Einsparpotenzial bei RadladerFahrantrieb

Gleichzeitig reduziert die höhere Maß- und Laufgenauigkeit in Verbindung mit der verbesserten Oberflächentopografie das Reibmoment um bis zu 75 % gegenüber handelsüblichen Produkten. Ebenfalls reibungsärmer ist die zusätzlich überarbeitete Kontaktgeometrie von Innenringbord und Rollenstirnseite. Dadurch wird der Schmierstoff im Lager weniger beansprucht. Die Wartungsintervalle verlängern sich. Insgesamt läuft das X-life-Kegelrollenlager deutlich leiser.

Um zu veranschaulichen, zu welch erheblichen Einsparungen die optimierten Hydraulikaggregate führen können, greift man bei der Sauer Danfoss gern das Praxisbeispiel eines Radlader-Fahrantriebs auf: „In Summe lassen sich bei einem Radlader mit einer neuen H1-Hydraulikpumpe 89 cm3 und zwei H1-Hydraulikmotoren 80 cm3 und 110 cm3 bei einer Antriebsleistung von 140 kW rund 9 kW einsparen.“

Hochgerechnet auf 1.000 Radlader bei acht Stunden Betriebszeit ergibt das ein jährliches Einsparpotenzial von rund 26.000 MWh. Eine beachtliche Zahl, die sich zu einer Einsparsumme von etwa 5 Millionen Euro (0,21€/kWh) resp. von ca. 16.000 Tonnen CO2 umrechnen lässt.

Doch ist das, um bei dem Radladerbeispiel zu bleiben, beileibe nicht der einzige Vorteil, der sich am Ende ergibt. Harald Vornehm betont: „Die Einsparungen beim Leistungsverbrauch können genauso dem Antriebsstrang zugeführt werden - was zu einem deutlichen Plus an Mehrleistung führt. Oder es lässt sich ein kleinerer Dieselmotor einsetzen. Nicht zuletzt ist eine Reduzierung an teurer Kühlleistung das Ergebnis, da weniger Verlustleistung in Wärme umgewandelt wird."

Schon beachtlich, was alles bei rauskommt, wenn man Lager bis ins letzte Detail perfektioniert. Kontakt: bauma 2010, Halle B4, Stand 405/506. W

www.sauer-danfoss.com