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Keine Klarheit für Wasser als Medium

Wasserhydraulik: Gesamtkostenrechnung macht Wasser preiswert
Keine Klarheit für Wasser als Medium

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Eine Fachtagung und eine Sonderschau auf der Hannover Messe ändern nichts daran, dass die Wasserhydraulik bisher eine Nischentechnik geblieben ist. Technische Entwicklungen gibt es dennoch.

Bernhard Foitzik ist Fachjournalist in Neustadt

Gemessen am Marktvolumen ist die Wasserhydraulik eine Nischentechnik. In stark umweltgefährdeten Bereichen oder bei hohen Brandschutzanforderungen spricht vieles dafür, Wasser als Druckmedium einzusetzen, und hier gibt es auch durchaus interessante Entwicklungen wie beispielsweise beheizbare CFK-Zylinder.
Zur Klarstellung muss man vielleicht ergänzen, dass reines Wasser als Betriebsmedium selbst in der Wasserhydraulik ein Ausnahmefall bleibt. Zur Wasserhydraulik zählen vielmehr alle Arten von Betriebsmedien, die auf Wasser basieren, beispielsweise auch HFA-Medien. Der VDMA spricht deshalb auch generell von niedrigviskosen Flüssigkeiten.
In der allgemeinen Industrie gibt es für die genannten Betriebsmedien auf Wasserbasis derzeit lediglich Einzelanwendungen, obwohl Wasser das älteste, industriell genutzte Druckmedium ist. Auf weniger als 100 Mio. Euro, so schätzen Experten, beläuft sich der deutsche Markt. Dem steht ein Umsatz der gesamten Hydraulik in Höhe von knapp 3Mrd. Euro gegenüber, und die einschlägige Broschüre „Die Welt der Wasserhydraulik“ listet gerade zehn Unternehmen auf. Dabei gibt es durchaus weitere in dieser Technik aktive Unternehmen am Markt. Für neuen Schwung auf diesem Sektor könnten beispielsweise Sicherheitsaspekte gerade in der Automobilindustrie sorgen. Als Wettbewerber zur Wasserhydraulik sehen Protagonisten jedoch weniger die Ölhydraulik als vielmehr die Pneumatik und elektromechanische Antriebe.
Als völlig nebensächlich sieht man denn auch im VDMA die Wasserhydraulik nicht. Innerhalb des Fachverbandes Fluidtechnik gibt es eine eigene Arbeitsgruppe zu dieser Technik. Sie will die Möglichkeiten stärker in den Blickpunkt der Zielgruppen rücken. Ein bisschen Marketing von dieser Stelle kann die Wasserhydraulik sicher gut gebrauchen. Rudolf Fritzsche, Verkaufsleiter bei Danfoss und Obmann der Arbeitsgemeinschaft, sieht Chancen: „Die Akzeptanz ist da, zumindest bei den Leuten, die sich mit der Technik auseinandergesetzt haben.“
Das sind offensichtlich noch wenige, so dass ein wenig firmenübergreifende Propaganda nicht schaden kann. Aus diesem Grund führte der Verband auch eine Tagung zum Thema ein, die im zweijährigen Turnus stattfindet. 2003 gab es außerdem zum ersten Mal einen Gemeinschaftsstand auf der Hannover Messe, wo das Thema auch in diesem Jahr im Rahmen der Leitmesse Motion, Drive & Automation wieder vertreten sein wird. Die renommierten Anbieter Danfoss Antriebs- und Regeltechnik GmbH, Offenbach, und Walter Voss GmbH, Sprockhövel, wollen jedoch andere Schwerpunkte im Vertrieb setzen und scherten wieder aus, noch bevor sich dieses Kompetenzzentrum tatsächlich etablieren konnte.
An Innovationen fehlt es dennoch nicht. Eines der Vorzeigebeispiele, das die Verfechter der Wasserhydraulik anführen, ist die Entwicklung eines CFK-Zylinders mit Steuerkopf, der an der Mainschleuse Ottendorf eingesetzt wird. Entwickelt wurde dieser Zylinder von der Lingk & Sturzebecher GmbH in Stuhr. Seine Besonderheiten sind die wintergerechte Bauweise und die Integration des Steuerkopfes in den stangenseitigen Rohrabschluss. Damit das Betriebsmedium im Zylinder im Winter nicht einfriert, lässt sich das CFK-Außenrohr beheizen.
Lange hatte die Wasserhydraulik auch gegen das Argument niedriger Standzeiten zu kämpfen. Dieser Punkt scheint mittlerweile aber abgehakt. Danfoss-Mitarbeiter Rudolf Fritzsche führt Zahlen an: „Bei Klarwasser-Zylindern sind drei Millionen Lastspiele realisierbar.“ Um das zu erreichen, hatten die Experten einige Knackpunkte bei der Wasserhydraulik zu bewältigen. So hat das Medium – ganz anders als das herkömmliche Öl – keine Schmiereigenschaften. Zudem gilt es, Korrosion zu vermeiden. Danfoss beispielsweise setzt bei seinen Komponenten für die Wasserhydraulik auf die Kombination von Edelstahl und Polymer-Werkstoffen.
Als vor über zehn Jahren Danfoss das unter dem Projektnamen Nessie entwickelte Programm für die Wasserhydraulik auf den Markt brachte, war an keramische Bauteile noch nicht zu denken – jedenfalls nicht in einer für industrielle Anwendungen wirtschaftlichen Größenordnung. Heute sieht das ganz anders aus. Versuche im Rahmen eines Verbundforschungsprojektes an der TU Hamburg-Harburg haben gezeigt, dass sich beispielsweise mit einem Proportionalsitzventil mit keramischem Dichtkegel durchaus 2,5 Mio. Schaltspiele ohne sichtbaren Verschleiß erzielen lassen. Rolf Urban, bei Voss für den Vertrieb der Wasserhydraulik zuständig und in das Projekt involviert, sieht gute Chancen für derartige Ventile: „Damit haben wir mehr Gestaltungsfreiheit bei komplexen hydraulischen Anwendungen.“
Mit der Entwicklung eines optimierten Tribosystems befasste sich auch Prof. Dr. Paul Feinle am Institut für Tribologie der Fachhochschule für Technik in Mannheim. Ziel des Projektes war es, Werkstoff-Paarungen zu finden, die einen wirtschaftlichen und zuverlässigen Einsatz der Wasserhydraulik in der Industrie und in umweltkritischen Bereichen ermöglichen. Keineswegs neu war die Erkenntnis, dass die klassischen Dicht- und Tribosysteme nicht zufriedenstellend funktionieren. Modifizierte PTFE-Werkstoffe führen seiner Auskunft nach zumindest ansatzweise auf den richtigen Weg. Vom Dichtungswerkstoff müsse eine minimal fettende Wirkung ausgehen. So betont Feinle: „Ein paar Tricks sind schon notwendig.“
Danfoss-Fachmann Fritzsche bestätigt das für Konstruktionen, die aus dem Nessie-Projekt hervorgingen: „Die in der Ölhydraulik üblichen Geometrien und Werkstoffe taugen wegen der fehlenden Schmierfähigkeit des Wassers nicht.“
Ähnliches gilt für die Filtration von niedrigviskosen Druckmedien. „Die aus der Ölhydraulik bekannten Filtermaterialien sind nur „eingeschränkt“ für das Filtrieren von wässrigen Fluiden verwendbar“, sagte Friedrich Senn von der Internormen Technology GmbH, Altlußheim, auf der VDMA-Tagung zum Thema Wasserhydraulik, die Ende des vergangenen Jahres stattfand. Wobei eingeschränkt gleichzusetzen ist mit „nur in Ausnahmefällen“. Danfoss jedenfalls hat diesen Weg ganz verlassen und setzt Tiefenfilter aus der Prozessindustrie ein. Rudolf Fritzsche erläutert: „Grundsätzlich müssen wir feiner filtern als in der Ölhydraulik.“ In der Praxis heißt das: Filtern mit einer Filterfeinheit von 10 µm absolut – allerdings mit einem gegenüber der Ölhydraulik um Größenklassen höheren Filtrationsquotienten. Entsprechende Filterkonzepte gibt es für alle einschlägigen Druckmedien, so dass, wie Senn sagte, nicht zuletzt aufgrund empirischer Erfahrungen eine funktionierende Filtration gewährleistet werden kann, sofern das System gut überwacht wird.
Was Kosten und Wirtschaftlichkeit betrifft, wird die Wasserhydraulik nach wie vor kontrovers diskutiert. Je nach Position werden dafür unterschiedliche Rechnungen aufgemacht. Gerne kolportiert wird der Spruch, dass für die Wasserhydraulik „drei Löcher in einen Kubikmeter Edelstahl“ gebohrt werden müssen. Seriösere Vergleiche rechnen mit einem Kostenfaktor von 1,5 bis 3 für vergleichbare Ventile. Aber sind diese Vergleiche überhaupt zulässig? Vertreter der Wasserhydraulik machen eine andere Rechnung auf: Prozessverträglichkeit, Umweltfreundlichkeit und der Energiewandlungsgrad, vor allem im Vergleich mit der Druckluft, müssten gesamtheitlich betrachtet werden. Und Rudolf Fritzsche bestätigt: „Wenn für eine Anwendung Risiken sauber einkalkuliert werden, spricht die Vollkostenrechnung häufig für die Wasserhydraulik.“
Wasserhydraulik kann etwas Propaganda gut gebrauchen
Risikobewertung spricht für Wasserhydraulik
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