Hydraulikzylinder

Leichte Hydraulikzylinder in Serie

Seite: 2/3

Firmen zum Thema

Der richtige Werkstoff an den richtigen Stellen

Grundsätzlich muss das Zylinderrohr eines Hydraulikzylinders dem Innendruck ohne allzu große Verformung standhalten und die Zylinderinnenwand abriebfest und tribologisch optimal an die verwendeten Dichtungsmaterialien angepasst sein. Nur so können die Zylinder über viele Betriebszyklen zuverlässig arbeiten. Um das zu gewährleisten, setzen die Spezialisten aus Spital auf einen dünnen Inliner aus Stahl, was den Einsatz bewährter Dichtungsmaterialien ermöglicht. Die mechanische Belastung fängt ein aus vorgespannten Kohlefaser-Rovings gefertigter CFK-Mantel auf, der maschinell um den Inliner gewickelt wird.

Um das CFK-Rohr als rein rotationssymetrisches Teil mit ressourcenschonendem Endlosfilament optimal an den Kräfteverlauf anzupassen und vollautomatisch zu fertigen, wurden alle Anschlüsse in die Endstücke verlegt. Auch in diesen Endstücken der Zylinder schlummert Optimierungspotenzial. Sie dienen der Abdichtung und Ölzufuhr und führen gleichzeitig die Kolbenstange.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 9 Bildern

Moderne hochfeste Aluminiumlegierungen sind bei den hier auftretenden Belastungen konventionellen Stahlpendants ebenbürtig und reduzieren das Gewicht zusätzlich. Jeder Werkstoff übernimmt in diesem Verbund seine Aufgabe:

  • der Inliner sorgt für eine ideale Dichtungsschonung,
  • der CFK-Mantel fängt die Kräfte auf,
  • die Aluminiumendstücke sorgen für Führung und Ölzufuhr.

Der deutlich leichtere Composite-Zylinder ist mechanisch stabil, abriebfest und lässt sich automatisiert in großen Stückzahlen herstellen. Vergleicht man den Leichtbauzylinder mit konventionellen Pendants, lassen sich beim Zylinder je nach Stahlwandung mit üblichen Dicken von 5 bis 15 mm zwischen 30 und 70 % des Gewichts einsparen – und das bei gleichen mechanischen Eigenschaften. Zudem ist CFK beziehungsweise das Harz im Verbundwerkstoff von Hause aus korrosionsfest.

Der Stahlinliner wird für eine optimale Haftung und gegen Kontaktkorrosion behandelt. Die Aluminiumendstücke sind harteloxiert und damit ebenfalls korrosionsgeschützt. Die Kolbenfläche und Stange besteht bei heutigen Zylinderausführungen aus Kompatibilitätsgründen meist noch aus Stahl. Mark reduziert jedoch mit dem Einsatz von neuen Stahlsorten gezielt das Gewicht. Theoretisch ist aber auch hier der Einsatz abgestimmter Stahl-Kunststoff-Hybridbauteile möglich.

Serienfertigung oder Hydraulikzylinder nach Maß

Hybridzylinder aus CFK-Verbund gibt es einige Zeit am Markt, jedoch sind das durchweg Einzel­anfertigungen oder Kleinserien. Ziel der Neuentwicklung war aber, mehrere Tausend bis Zigtausend Einheiten im Jahr wirtschaftlich zu fertigen. Dennoch sollten einfache, anwendungsspezifische Anpassungen für einzelne Kunden schnell umsetzbar sein, um immer marktgerechte Lösung anbieten zu können. Standardgrößen sind daher momentan Modelle mit Kolbendurchmessern von 32 bis 125 mm bei Arbeitsdrücken von 100 beziehungsweise 300 bar (Prüfdruck 450 bar) mit Längen bis zu 2 m und gegebenenfalls auch darüber. Die Arbeitstemperatur des Mineralöls darf bei Standardanwendungen zwischen -20 und +80 °C liegen. Aber auch für andere Temperaturfenster ist eine Auslegung möglich. Dafür wurde die Fertigung komplett an den neuen Bedingungen ausgerichtet: Im ersten Schritt wird der Zylinder mit allen Metallbestandteilen und Dichtungen, wie dem dünnen Inlinerrohr, der Kolbenstange mit Dichtungen und den Endteilen komplett montiert. Danach kommt der Zylinderrohling in die automatische CFK-Bewicklung. Dabei arbeitet Mark mit Roving-Vorspannung, gegebenenfalls auch mit Zylindervorspannungen (eines der Mark-Patente), um die Dehnungstoleranzen bei höherem Innendruck zu minimieren. Die komplette Einheit wird dann in einem Ofen fertig gebacken, also ausgehärtet.

(ID:45646214)