Universele transformator; Bredaas bedrijf verbetert vrijezuigermotor

Het bedrijf Innas heeft zijn vrijezuigermotor sterk verbeterd. Een hydraulische transformator zet een oliestroom om in stroom van elke gewenste druk of flow.

VIER JAAR NADAT het Bredase ingenieursbureau Innas de openbaarheid zocht met het bericht dat voor het eerst een goed werkend prototype van de legendarische vrijezuigermotor was gebouwd, komt Innas opnieuw met opmerkelijk nieuws. De vrijezuigermotor blijkt in de praktijk te werken en is inmiddels ingebouwd in een vorkheftruck die naar volle tevredenheid werkt. En wat meer is: eind vorig jaar is met Caterpillar een licentie-overeenkomst gesloten voor het gebruik van de vinding in hydraulisch aangedreven machines met een vermogen groter dan 15 kilowatt (20 pk).

Vier jaar geleden zat Innas, dat tegenwoordig ten dele voor de onderneming Noax opereert, in een overgangsfase. Het prototype van de vrijezuigermotor werkte en de begeleidingscommisie van subsidiegever Novem en andere adviseurs waren zonder uitzondering enthousiast. Nu moest een commerciële partner worden gevonden die het idee verder ontwikkelde. Het was heel nieuw terrein. Er is het Wankel-syndroom en het sombere voorbeeld van de CVT, de continu variabele transmissie.

Noax-directeur Bart van Neerbos: “We dachten dat we heel bescheiden moesten beginnen. Dat de introductie van de vrijezuigermotor het makkelijkst zou gaan in speciale niches. We dachten aan veegwagentjes en stadbussen. Maar we hebben veel geleerd in die afgelopen vier jaar en in de eerste plaats is dat: dat je juist niet in een niche moet beginnen maar meteen 'groot' moet gaan.” Zo gezegd zo gedaan. Vorig jaar december sloot Noax een licentie-overeenkomst voor gebruik van haar technologie met het Amerikaanse Caterpillar, 's werelds grootste producent van grondverzet- en bouwmachines. Jaaromzet in 1996: 16,5 miljard dollar.

Een andere ontdekking was dat het prototype nog een belangrijk technisch tekort had dat brede toepassing in de weg stond. Innas-directeur Peter Achten, intussen ook nog gepromoveerd: “We merkten dat voor het bedienen van grondverzetmachines en dergelijke een veel snellere drukopbouw (en drukafvoer) vereist is dan onze motor leveren kon. Door de traagheid van onze motor zouden de machines onhanteerbaar worden. Maar het is ons gelukt dat bezwaar volkomen weg te nemen.”

Op het oog is er in het ingenieursbureau sinds het laatste bezoek in december 1993 niet veel veranderd, ook al waren er de laatste twee jaar zeven ingenieurs extra aan het werk in een 'co-development'-overeenkomst met Caterpillar. De vaste proefopstelling heeft plaatsgemaakt voor een vorkheftruck waarin de oorspronkelijke dieselhydraulische aandrijving is vervangen door een vrijezuigermotor. De heftruck geeft een kleine demonstratiein rijden en heffen en het lawaai is nog steeds oorverdovend. Achten: “Wij ontwikkelen hier concepten, de technische afwerking laten we over aan de gebruiker.”

Het principe van de vrijezuigermotor is eenvoudig samen te vatten. In veel dieselhydraulische machines, van het soort dat in bulldozers, shovels en heftrucks is te vinden, wordt een hydraulische pomp aangedreven door een dieselmotor. De pomp genereert een oliedruk en een oliestroom die elders in de machine weer een zuiger in een cilinder verplaatst of een hydraulische motor ('hydromotor') laat draaien.

In de klassieke uitvoering is de hydraulische pomp een zuiger- of plunjerpomp die zijn zuiger via een drijfstang en krukas krijgt aangedreven door de koppeling aan de krukas van de dieselmotor. Twee zuigers op één krukas: de gedachte is al heel oud om die drijfstangen en krukas maar weg te laten en de zuigers samen op een stang te monteren.

WEERBARSTIG

De praktijk bleek bijzonder weerbarstig, want de vrijezuiger is een los projectiel dat alleen met veel technisch vernuft in bedwang is te houden. In de door Innas ontwikkelde versie is in het midden van de gemeenschappelijke drijfstang een derde zuiger aangebracht die in een aparte cilinder, de compressiecilinder, heen en weer beweegt. Deze compressiecilinder neemt de rol van het vliegwiel over. Heeft de dieselexplosie de zuiger naar zijn onderste dode punt gebracht, dan wordt olie onder de compressiezuiger gelaten die het samenstel van zuigers weer in no time terugstuurt naar het bovenste dode punt. De uitwerking is een technisch hoogstandje met belangrijke rollen voor sensoren, snelle ventielen en besturende elektronica.

De vrijezuigermotor is klein, licht, bedrijfszeker en heel eenvoudig te construeren. En hij heeft heel belangrijke milieuvoordelen. De exploderende dieselnevel slaat de vrije zuiger met veel meer gemak naar beneden dan de aan vliegwielen gebonden zuiger in conventionele dieselmotoren. De verbranding verloopt daardoor heel anders - gunstiger - dan normaal wat in het bijzonder een veel minder grote NO-vorming met zich meebrengt.

DRUKVATEN

Aan het eind van de keten levert een werkende vrijezuigermotor een sterk pulserende oliedruk die noodzakelijkerwijs moet worden afgevlakt met behulp van twee drukvaten (accumulatoren). Het zijn deze drukvaten die de vrijezuigermotor zijn ongewenste traagheid gaven die - onverwachts - een brede introductie is de weg bleek te staan. Het verbluffende is dat Innas het probleem heeft opgelost met een vinding die wel eens de hydraulische tegenhanger van de vermaarde CVT kan gaan worden. Achten ontwierp een elegante, lichte 'hydraulische transformator' die een oliestroom van gegeven druk en 'flow' (debiet) zonder noemenswaardig vermogensverlies in stroom van elke gewenste druk of flow kan omzetten. De transformator is universeel toepasbaar en staat in principe los van de vrijezuigermotor.

In essentie is de Innas Hydraulische Transformator (IHT) afgeleid van een axiale plunjerpomp, dat is een hydraulische pomp waarin een groot aantal zuigertjes parallel aan elkaar (maar met vaste faseverschillen) in evenzovele cilindertjes heen en weer bewegen. En wel zó dat de ene helft van de zuigertjes steeds op weg is naar het bovenste dode punt en het andere op weg naar het onderste dode punt. Het ene deel kan daardoor hydraulische olie persen terwijl het andere zuigt. Zo wordt het stelsel ook meestal gebruikt, in een gangbare uitvoering scheidt een zogenoemde spiegelplaat die voorzien is van twee niervormige openingen ('nieren') de activiteiten van de zuigertjes.

Zoals dat met elektromotoren en dynamo's het geval is, is de werking van de meeste hydraulische machines omkeerbaar: motoren kunnen als pomp worden gebruikt, pompen als motor. De briljante ingeving van Innas is geweest een spiegelplaat te monteren die drie openingen bezit waardoor de functies van motor en pomp in één apparaat worden verenigd. Omdat de positie van spiegelplaat ten opzichte van de genoemde zuigertjes bovendien is te veranderen, kan in praktijk aan vrijwel alle 'olievraag' worden voldaan.

Anders dan de vrijezuigermotor zelf is de IHT de eenvoud zelf. Achten: “Ze hadden hem ook veertig jaar geleden kunnen bedenken en bouwen.” Het bijzondere is dat de Innas-transformator niet alleen veel lichter, maar ook veel efficiënter is dan bestaande transformatoren. Niet onbelangrijk voor Innas zelf: de vondst bleek te patenteren. Het nieuwe patent bracht het totaal op veertien.