Begriffsbestimmung und Einleitung zu unserer Klarwasserhydraulik.

Reines Wasser, wie es aus der Leitung kommt, statt Öl in den Adern von Maschinen klingt exotisch. Exotisch ist die Klarwasserhydraulik aber nur weil man sie kaum kennt, weil sie nicht gelehrt wird und auch in der Literatur kaum zu finden ist und selbst in der Fluidik weltweit führende Konzerne keine Komponenten dafür anbieten. Es ist nicht ungewohnt, das Erneuerungen nicht von den etablierten Großunternehmen  sondern von Kleinbetrieben kommt.

Zu beurteilen, ob wir in der Lage sind den Beweis zu liefern das die Klarwasserhydrauik der Ölhydraulik überlegen sein kann, überlassen wir Ihnen und verweisen Sie auf unsere Produkte, den Holzspaltern, den Freiformschmiedepressen und der Scherenhebebühne. Ob nun die Ölhydraulik in der Lage wäre genannte Maschinen so zu betreiben das sie alle Vorteile, die unserer Klarwasserhydraulik bietet, beibehält, auch aus preislicher Sicht, wird nicht möglich sein. Bei allen drei unserer Produkten begründen wir in der Beschreibung nachvollziehbar  den Grund der Überlegenheit.

Begriffsbestimmung:

Wir müssen klar unterscheiden zwischen Wasserhydraulik und Klarwasserhydraulik oder auch Reinwasserhydraulik. Denn unter Wasserhydraulik  versteht man emulsionierte Hydraulikflüssigkeiten. Im Grunde aber immer eine Giftbrühe. Leider war es von je her ein Missbrauch des Begriffes Wasserhydraulik und um nun für Klarheit zu sorgen, nennen wir, und so auch andere Unternehmen,  die sich unterscheiden wollen, die Hydraulik mit Wasser, wie es aus der Hausleitung oder auch aus der  Regentonne kommt, Klarwasserhydraulik oder Reinwasserhydraulik.

Dass die Klarwasserhydraulik trotz vieler Vorteile gegenüber der  Ölhydraulik  bisher nur in ganz speziellen Fällen zur Anwendung kam, lag an den extrem hohen Preis der Komponenten.  So konnte ein Zylinder aus rostfreiem Edelstahl schon leicht das Zehnfache eines ölhydraulischen Pedanten kosten.  Marktnischen, wo man bereit war, dies zu bezahlen, waren Kernkraftwerke, chemische Anlagen  und andere Sonderfälle wo neben Brandgefahr  auch jegliche Kontaminierung ausgeschlossen werden musste, denn gegen Brandgefahr gibt es die sogenannten HFA Flüssigkeiten, ein Wassergemisch mit Ölanteile zwischen 1,5 und 5 %. Wasserhydraulik kommt vorwiegend im Bergbau und bei übergroßen Freiformschmiedepressen zum Einsatz. Klarwasserhydraulik wäre für diese Zwecke unbezahlbar immer auf Grund der Zylinder wenn diese aus dickwandigen Edelstahlrohren bestehen müssen. Da nimmt man gerne die weniger umweltfreundlichere Variante  HFA Gemisch in Kauf, denn der Ölanteil  reicht aus, um Zylinder aus Baustahl zu verwenden.

Auch wenn die Anbieter von genannten Beimischölen, man nennt sie auch als Presswasserzusätze, behaupten, sie seien höchst umweltfreundlich, und zertifiziert. Die Frage ist nur, was Zertifizierungen taugen, immerhin waren die Papiere, die  die Welt 2008 in die Finanzkrise stürzten, ja auch alle mit Höchstbewertung zertifiziert.

Um nun die Klarwasserhydraulik preislich auf ein vertretbares Niveau zu drücken, stellten wir die Bauart bisheriger Komponenten,  wo von außen bis innen  ganzheitlich alles aus rostfreien Edelstahl gefertigt ist, in Frage  und kamen zum Schluss, dass eigentlich nur rostfrei sein muss, was mit Wasser in  Kontakt steht.

So bieten wird für die Zylinder eine Hybridlösungen an wo eine dünne Barriere aus rostfreien Edelstahl das Wasser vom Baustahl fern hält.

INOX-Inles neben Starkwandrohr.

Bekannte und unbekannte Vorteile der Klarwasserhydraulik

Eine Reihe  physikalischer Eigenschaften des Wassers stehen dem Öl als Energieüberträger vorteilhaft gegenüber. Die Viskosität, also die Flüssigkeit  des Wassers ist bis zu 30-fach geringer als die des Öls und dazu nahezu, jedenfalls für  die hydraulische Anwendung vernachlässigbar  temperaturunabhängig. Der niedere Durchflusswiderstand des Wassers dank seiner geringen Viskosität ergibt eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrade, und erlaubt hohe  Arbeitsgeschwindigkeiten die bis in die Domäne der Pneumatik reichen können. Wasser ist wesentlich starrer als Öl und erlaubt so kürzere Ansprechzeiten und exakte Ansteuerung. Die Wärmekapazität von Wasser ist außergewöhnlich hoch! Wasser: 4,187, Öl:1,67 kJ/kgK.  Das Öl erwärmt sich also 2,5mal so schnell. Wasser leitet zudem die Wärme 5 mal besser ab.

Mineralöl nimmt im Vergleich zu Wasser 5 mal mehr Luft auf. Luftblasen, die entstehen können, entweichen sofort aus dem Vorratsbehälter. Unreinheiten im Wasser senken sich rasch zu Boden.

Zu erwarten ist das die Ökodesign-Richtlinie laufen mehr Forderungen stellen wird und mehr Öko als Wasser statt Öl gibt es nicht.

Auf weitere Umweltvorteile wollen wir hier nicht eingehen. Hinweisen wollen wir hier nur, dass man zu den Anschaffungskosten auch die Folgekosten inklusive Haftungskosten bei Ölunfällen und den entsprechende Aufwand für eine Sanierung hinzurechnen muss.

Versicherungen sind noch weit entfernt, für Maschinen, die mit absoluter Sicherheit keine Umweltschäden verursachen können, einen Bonus zu gewähren. Dies könnte sich in Zukunft ändern.

Auch wenn bei einer Maschine an den Komponenten der Wasserhydraulik selbst  keine Wartung vorgenommen werden muss, so kann dies bei den restlichen Komponenten der Maschine leicht möglich sein. Um an diese Komponenten ran zukommen,  könnte eine Abmontage der Hydraulikkomponenten wie Schläuche erforderlich sein. Dem Monteur kommt nur Wasser entgegen. Ein Eingriff kann deshalb sehr schnell erfolgen und reduziert den Stillstand der Maschine was ins Geld gehen kann.

Bekannt und unbekannte Nachteile der Ölhydraulik

Immer wichtiger wird die Energieeinsparung und da ist die Wasserhydraulik von Vorteil. Das nicht nur während des Betriebes, Schätznugen sprechen von 20 %, sondern schon bei der Herstellung der Komponenten, die wegen der Dünnflüssigkeit des Wassers und den dafür notwendigen kleineren Querschnitten gegenüber den ölhydraulischen Pedanten kleiner ausfallen können. Selbst das Öl verschlingt bei der Herstellung eine Menge Energie und ebenso der ganze Aufwand für die Verteilung meist in kleinen Gebinden.

Öl in ölhydraulischen Anlagen altert mit der Zeit und verliert allmählich die Eigenschaften die für einen störungsfreien Betrieb notwendig sind. Immerhin hat das Öl  der Ölhydraulik 20 weitere Stoffe eingemischt,  und auch diese leiden mit der Zeit an Altersschwäche oder reagieren unerwünscht. Der Zwecke der Beimengung von Zusätzen dient der Vermeidung von Befall durch Mikroorganismen, zur Schonung  der Dichtungselastomere,  zur Vermeidung von Schaumbildung und so weiter.

Ölhydraulische Anlagen kann man sprichwörtlich riechen. Je nachdem, wie weit die Zylinder ausfahren, steigt oder fällt der Ölspiegel im Vorratsbehälter. Entsprechend wird Luft angesaugt und ausgestoßen. Ausgestoßene Luft enthält immer auch einen Anteil von Öl, das kann nicht vermieden werden, es sein denn durch einen hohen Aufwand an Filterung. Problematisch kann das Ansaugen von Frischluft sein. Denn ist die Ansaugluft feucht, kann diese im Inneren des Vorratsbehälters kondensieren und sich im Öltank ansammeln. Wasser im Öl legt eine ölhydraulische  Anlage bald lahm,  leicht mit hohen Kosten verbunden.

Hoch empfindlich gegen Wasser ist Bioöl, auch gegen Befall durch Mikroorganismen.

Ölhydraulische Anlagen können auch explodieren. Wenn in einen Zylinder sich Luft einschleicht, dann gibt es den gefürchteten Dieseleffekt. Bei Holzspalter nicht selten. Die Holzspalter unsere Wettbewerber sind sperrig und die Besitzer machen gerne den Fehler, dass Sie beim Transport die Holzspalter flach legen, und dann nimmt das Unheil seinen Lauf. Öl rinnt aus dem Zylinder, und Luft rückt nach. Dann passiert das Gleiche wie bei einem Selbstzünder-Motor, einem Dieselmotor.

Ölhydraulische Anlagen müssen immer wieder überprüft werden und selbst die Schläuche haben ein Verfallsdatum.

Konstruktive Merkmale der Klarwasserhydraulik

Klarwasserhydraulik verlangt und bietet:

Während man bei ölhydraulischen Pumpen und Motoren den Vorteil der Schmiereigenschaft des Öles genießt, verlangt Klarwasserhydraulik Einschränkungen.  Ölhydraulik lässt das Gleiten von Metall  auf Metall zu, bei Klarwasserhydraulik muss ein gleitfähiger Kunststoff eine reibende Kontaktmöglichkeit Metall auf Metall vermeiden. Gleitendes  Metall auf Metall bietet dem Konstrukteur ölhydraulischer Maschinen reichlichen gestalterischen Freiraum, hat aber den Nachteil, dass es trotzdem metallischen Abrieb gibt, der sich schwebend im Öl verteilt. Feinfilterung ist angesagt, dazu auch der Einbau von Magneten zum Einfangen der Metallmikroteile.

In der Ölhydraulik kommen vorwiegend Schieberventile zum Einsatz, die allerdings selten 100 % dicht sind, in der Klarwasserhydraulik kommen nur Sitzventile zum Einsatz, diese  halten aber  generell dicht.

Sitzventile und keine Reibung Metall auf Metall machen die Klarwasserhydraulik unerwartet unempfindlich gegenüber Fremdkörper, also nicht nur weil sie im Vorratsbehälter immer sofort absinken. Kommen harte  Fremdkörper  wie Sand zwischen Metall und Kunststoff, dann drückt sich dieser Fremdkörper in den Kunststoff und lässt die Metalloberfläche unbeschadet. Verhindert ein Fremdkörper das Schießen eines Sitzventiles, beim abermaligen Öffnen des Ventils wird er weggespült.

Dank der geringen Viskosität des Wassers können Durchflussquerschnitte in der Größenordnung von Bruchteilen kleiner ausfallen und man benötigt so weniger Raum und  dann auch weniger Kraft um Ventile zu steuern, also die Magnete von Magnetventilen können merklich schwächer sein.

Klarwasserhydraulik kann mit gleichen Drücken wir die Ölhydraulik gefahren werden, und auch darüber, bis 13.000 bar bei Wasserstrahlschneidmaschinen.

Steuerungsvorteile: Nicht nur, dass es, einfach weil die Komponenten der Ventile dank der Dünnflüssigkeit des Wassers wesentlich kleiner sein können, zum Schließen und Öffnen weniger Kraft braucht, sondern man bekommt auch schnellere Reaktionszeiten weil weniger Masse Be- oder Entschleunigt werden muss. Sitzventile benötigen weiterhin einen wesentlich geringeren Verfahrensweg als Schieberventile. Ölhydraulik kennt zur Steuerung der Ventile entweder nur einen Stromkreislauf oder einen Pneumatikkreislauf. Reinwasserhydraulik kann auch durch einen Wasserkreislauf gesteuert werden.

Rost: Es muss nicht alles Edelstahl sein. Aluminium, Bronze, Kunststoffe,  Temperguss, die Auswahl ist groß. Auch wenn man, Zylinder und Ventile ausgenommen üblichen Baustahl verwendet, dauert es eine Ewigkeit, bis Rost sich durch die Wandungen frisst. Sanitär- und Feldberegnungsanlagen, die vor 50 Jahren mit Baustahl gemacht wurden, funktionieren heute noch einwandfrei. So auch Wasserpumpen und Turbinen noch aus der Zeit vor dem Krieg. 

Kavitation und Kalkabscheidung:  Wassertemperatur sollte unter 60 Grad C bleiben und Verschleißteile sollten leicht austauschbar sein. Unter Kavitation leidet, wenn auch geringer, die Ölhydraulik, nur ist der Austausch des defekten Teiles mit wesentlich höheren Aufwand verbunden. Kaum schraubt man an einer Leitung, kommt Öl entgegen.

Frost: Es gibt Frostschutzmittel die relativ gering umweltbelastend sind.

Warum die Klarwasserhydraulik, so wie wir sie bieten, der Ölhydraulik in preislicher Hinsicht die Stirn bieten kann:

Kaum eine hydraulische Anlage, wo nicht Zylinder zum Einsatz kommen. Bisher galt, und man hatte keine andere Wahl, dass für klarwasserhydraulische Zylinder Rohre zum Einsatz kamen, durch und durch aus rostfreiem Edelstahl, gegenüber Rohre für die Ölhydraulik unbezahlbar. Und nicht nur dies: Für den Großhandel für rostfreie Edelstahlrohre würde eine umfangreiche Lagerhaltung jeglichen Finanzrahmen sprengen, und so konnten die Hersteller von wassertauglichen Zylindern nur Baugrößen in einem sehr bescheidenen Umfang anbieten.

Wir haben ein Verfahren entwickelt, um in Starkwandrohre dünne rostfreie Edelstahlbüchsen ein zu ziehen und diese auf höchste Genauigkeit und Oberflächengüte zu bearbeiten. So haben wir auch die Möglichkeit, alle erdenklichen Maße und Größen an zu bieten.

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Auch wenn unsere Hybridzylinder etwas mehr kosten als die ölhydraulischen Pedanten,  werden diese Kosten leicht durch eine Kette von Einsparungen, die uns die Klarwasserhydraulik bietet, aufgewogen. Öl wird, abgesehen von Schwankungen immer teurer werden. Ölbehälter müssen aus Metall sein und allen möglichen  Sicherheitsauflagen entsprechen. Für Wasserbehälter gibt es eine Fülle von Möglichkeiten, vom Mörteleimer aus dem Baumarkt bis zu den Regentonnen oder Gitterboxen wir sie für den Transport von Flüssigkeiten verwendet werden, und teilweise bekommt man sie geschenkt. Weil im Wasser die Schmutzteile entweder oben aufschwimmen oder im Boden sich absetzen müssen die Vorratsbehälter nicht zur Gänze abgedeckt werden und so kann die Wärme gut entweichen, Man kann sich die bei der Ölhydraulik üblichen Kühler die ja auch Energie verschlingen sparen.

Druckleitungen und Rückführungen können einen merklich kleineren Querschnitt haben. Für die Rückführung taugen Gartenschläuche oder preiswerte Schläuche aus der Feldberegnungstechnik oder der Brandbekämpfung.

Kostenfalle Pneumatik:

Es ist Stand  der Technik und allgemein bekannt, dass die Pneumatik die teuerste Energie ist. Dazu brauchen wir keine Erklärungen abgeben.  Dank der Dünnflüssigkeit des Wassers kann man recht gut brauchbare Arbeitsgeschwindigkeiten erreichen. Nicht dass Klarwasserhydraulik die Pneumatik voll ersetzen kann, aber Marktanteile abringen kann sie allemal.

Kostenfalle Maschinensicherheit

Nicht zu vernachlässigen ist der Aufwand für die CE Konformitätserklärung vor Allem wenn es sich um Einzelanfertigungen oder Kleinserien handelt. Bei Ölhydraulik kann viel passieren: Vergiftungen, Hautirritrierungen, Verbrennungen, Explosionen, Ölspritzer mit Schleuderkraft, und diese Auflistung beinhaltet sicherlich nicht alle gefahren.

Nicht weniger problematisch ist die Pneumatik. Löst  sich unter Druck ein Schlauch, dann wird er zur Peitsche, und alles was unter Druck steht kann dem Betreiber um die Ohren fliegen.

Klarwasserhydraulik ist da entschieden im Vorteil. Weil Wasser wesentlich starrer ist als Öl federt es auch weniger und Schlauchbrücke führen wesentlich weniger zu scharfen Strahlen. So brauchen Hochdruckreiniger auch keine Schlauch im Schlauch Leitungen.

Kostenfalle CE Prüfung:

Jede Maschine die innerhalb der EU produziert oder vermarktet wird bedarf der CE Prüfung. Dies gilt auch für Maschinen die für den Eigenbedarf produziert werden. Hat die Anlage einen E-Motor, dann bedarf es einer Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit und dazu gibt es eigene Labore. Das kostet natürlich eine Menge Geld und kostet teilweise mehr als die Maschine selbst. Großserien können diese Kosten verdünnt auffangen. Bei Einzelanfertignungen oder Kleinserien sind sie eine Kostenfalle. Verwenden Sie aber als Antrieb Hochdruckreiniger  dann sind diese bereits CE geprüft und die Maschine verbleibt als Zubehör.

Weiterer Vorteil wenn als Antrieb Hochdruckreiniger oder andere Pumpen verwendet werden.

Hochdruckreiniger werden in Mengen produziert, wovon die Ölhydraulik nur träumen kann, und weil obendrein die Pumpenkörper  auf Grund der Dünnflüssigkeit des Wassers kleiner ausfallen können, sind sie sehr  preiswert. Ölhydraulik lässt nur volumetrische Pumpen und Motore zu. Für den Niederdruckbereich bis 20 bar können sehr kostengünstige Kreiselpumpen zum Einsatz kommen.  Für etwas höhere Drück bis 40 bar empfehlen wir Pumpen für landwirtschaftliche Sprühgeräte. Ab diesen Druck geht man über zu Hochdruckreinigern,  auch über 600 bar. Die  Auswahl zwischen den 3 Pumpentypen erlaubt die Kaskadenanordnung. Als Beispiel  einer  vorteilhaften Anwendung der Klarwasserhydraulik bei einer Presse: Für hohe Geschwindigkeit sorgt eine Kreiselpumpe, möglicherweise unterstützt durch Wasser aus einem Windkessel. Für den Krafthub wird dann auf Kolbenpumpe umgeschaltet.

Fittings und weitere Komponenten aus dem Baumarkt:

Unbekannt, jedenfalls in keiner Literatur erwähnt, ist, dass man für die Klarwasserhydraulik auch sehr preiswerte Komponenten am Markt findet. Temperguss Fittings von der Sanitärtechnik und Rohre bis zu einem Zoll, beides im Baumarkt erhältlich, haben aus fertigungstechnischen Gründen Wandstärken, die Drücken auch über 200 bar leicht Stand halten. Solche Verbindungsstücke kosten nur ein Bruchteil der in der Wasserhydraulik üblichen Rohrverschraubungen aus Edelstahl und sind auch preiswerter als Rohrverschraubungen der Ölhydraulik, zumal sie wegen der wesentlich geringeren Viskosität des Wassers um Einiges kleiner ausfallen können. Weiterhin finden Sie vieles, was sie sonst noch gebrauchen können, preiswert aus der Beregnungstechnik für Garten oder Landwirtschaft. Allein diese Beispiele zeigen, wie unterschiedlich Wasserhydraulik sein kann.

Eine Anlage muss am Ende auch montiert werden. Preiswerte  Schenelkupplungen gibt es in großer Auswahl. Bei Fördermengen bis 50 l/min gibt es sie für Hochdruckreiniger und diese kosten so wenig, dass man eigentlich jedes Schlauchende damit bestücken kann. Sie brauchen so zur Montage einer wasserhydraulischen Anlage nicht mal ein Werkzeug. Erklären Sie das Ihrem Kunden, er wird dies für spätere Wartungen sicherlich begrüßen.

Ventile:

Der Mark für Hochdruckreiniger bietet auch Ventile bis zu einer Durchflussmenge von einigen 100 Litern/sec.