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Hydraulikzylinder

Leichte Hydraulikzylinder in Serie

| Autor/ Redakteur: Alfred Kindl / Stefanie Michel

Hydraulische Aktoren bewegen große Massen, sodass wegen der hohen Belastung die Zylinderrohre und Kolbenstangen meist aus Stahl gefertigt sind. Mit kohlefaserverstärkten Hydraulikzylindern lassen sich allerdings bis zu 70 % Gewicht einsparen. Doch beim Einsatz ist einiges zu beachten und die Serienfertigung erfordert viel Know-how.

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Die CFK-Zylinder sind nicht nur leicht und korrosionsbeständig, sie lassen sich auch in Serie fertigen.
Die CFK-Zylinder sind nicht nur leicht und korrosionsbeständig, sie lassen sich auch in Serie fertigen.
(Bild: Mark Hydraulik)

Hydraulische Aktoren bewegen die unterschiedlichsten Dinge: von Baggerschaufeln bis hin zu Windkraftflügeln. Im Gegensatz zu den vielfältigen, oft innovativen Einsatzbereichen gleichen sich die Hydraulikzylinder selbst aber meist sehr. Wegen der großen Belastung durch hohe Drücke sind Zylinderrohre und Kolbenstangen fast immer aus Stahl gefertigt. Zunehmend setzt der Markt aber auf Leichtbau. Selbst in Branchen, die bislang klassischen Stahlbau bevorzugen, halten moderne Composite-Werkstoffe Einzug. Mit kohlefaserverstärkten Hydraulikzylindern lassen sich bis zu 70 % Gewicht einsparen. Also einfach Stahl durch Kohlefaser-Composites ersetzen? Nicht ganz, denn es gilt einige Details zu beachten und auch die Serienfertigung erfordert viel Know-how.

Das Einsatzfeld für Leichtbau- Hydraulikzylinder ist groß: ein reduziertes Gewicht macht (mobile) Maschinen oder Elektromobile leichter. Auch andere dynamische Anwendungen können aufgrund einer geringeren bewegten Masse anders dimensioniert werden, beispielsweise Zylinder an langen Auslegern. Zudem spielt der Leichtbau-Werkstoff im korrosiven Umfeld seine Stärken aus. Die Mark Hydraulik GmbH hat daher das klassische Arbeitselement „Hydraulikzylinder“ von Grund auf neu entwickelt und mit einem optimierten Materialmix aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), Aluminium und Stahl deutlich „abgespeckt“. Dabei wurde von Anfang an auch eine rationelle Fertigung berücksichtigt, damit die Vorteile des Leichtbaus nicht durch hohe Produktionskosten unattraktiv werden.

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Mit weniger Masse die gleichen Kräfte auffangen

Kohle und Stahl spielen seit der Industrialisierung in der Technik eine grundlegende Rolle. Auch moderne Hightechprodukte wie die Leichtbauzylinder setzen auf diese Stoffe – jedoch mit einer ganz neuen Zielrichtung. Dünnere, dafür hochfeste Stahllegierungen und Kohlefasern können mit weniger Masse die gleichen Kräfte auffangen; das spart Gewicht. Vergleicht man das spezifische Gewicht der gängigen Werkstoffe, so betragen die relativen Unterschiede bezogen auf Stahl mit 7,85 kg/l = 100 % für Titan 58 %, Aluminium 34 % und Carbonfaser wiegt sogar nur etwa 22 % der gleichen Volumenmenge Stahl. Mit modernen Aluminiumlegierungen und Kohlefaser-Verbundwerkstoffen lassen sich folglich gerade bei voluminösen Bauteilen enorme Gewichtseinsparungen erzielen. Allerdings erfordern diese Werkstoffe völlig neue Fertigungskonzepte – ein Aspekt, der beim Einsatz neuer Materialien in der Serienfertigung oft unterschätzt wird. Die Entwicklung der Carbonzylinder wurde daher von Anfang an an die Fertigungsmöglichkeiten angepasst.

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