Werkstoffe Material-Mix

Redakteur: Güney Dr.S.

Leichtbau-Werkstoffe bieten effiziente Möglichkeiten zur Gewichtseinsparung bei Hydraulikzylindern.

Firmen zum Thema

( Archiv: Vogel Business Media )

Das Thema Leichtbau gewinnt auch im Maschinenbau an Bedeutung. Gesucht werden Lösungen, um vorhandene Produkte, ohne Einschränkung bei Funktion und Lebensdauer, gewichtsoptimiert zu gestalten. Vor allem im Fahrzeug- und Flugzeugbau ist der Fortschritt besonders wirksam. So spart jede Gewichtsreduktion um ein Kilogramm bei einem Langstreckenflug – etwa von Deutschland in die USA – rund 400 Euro Kosten ein.

Aber auch im Bereich der Baumaschinen, Kran- und Schienenfahrzeuge stößt man immer häufiger an die Grenzen der maximal zulässigen Straßen- beziehungsweise Schienentraglast, weshalb Beetz Hydraulik im Rahmen des Leichtbaus verschiedene konstruktive Ansätze in der Hydraulik untersucht und in Langzeitversuchen ausgewertet hat. Vor vier Jahren wurden erstmals technische Lösungen zum Thema Leichtbau in der Hydraulik ins Produktprogramm aufgenommen.

Je nachdem, wie viel Gewicht eingespart werden soll, kann man bei Hydraulikzylindern zunächst auf leichtere Konstruktionswerkstoffe, zum Beispiel hochfestes Aluminium, zurückgreifen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kolbenstange als Hohlkörper auszubilden oder das Zylinderrohr auf die rechnerisch erforderliche Wanddicke zu reduzieren. Diese Lösungen sind nicht grundsätzlich neu, und das volle Potenzial der Gewichtseinsparung wird damit nicht ausgeschöpft. Beetz Hydraulik hat daher weitere Ansätze untersucht mit dem Ziel, bestimmte Bauteile des Hydraulikzylinders nicht aus Stahl oder hochfestem Aluminium, sondern aus leichten Faser-Verbundwerkstoffen herzustellen.

Verwendet wird karbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK). Das Ergebnis der Entwicklung ist ein Hydraulikzylinder, der je nach Anforderung aus einem Werkstoff-Mix besteht: teils aus hochfestem Aluminium, teils aus Verbundwerkstoff GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) oder CFK. Mit dieser Lösung wird eine Gewichtsreduktion bis zu 70% erreicht. Hat ein vergleichbarer Stahlzylinder ein Gewicht von etwa 20 bis 25 kg, zeigt die Waage beim selben Zylinder in Leichtbaukonstruktion nur 5,5 kg an. Die Analyse der Einzelteilgewichte zeigt: Das Gewichtseinsparungspotenzial ist um so höher, je größer die Kolbenfläche, der notwendige Stangendurchmesser oder je länger der Hub ist.

Das Ziel der Entwickler bei Beetz Hydraulik ist allerdings nicht der Leichtbau um jeden Preis, sondern die Schaffung einer wirtschaftlichen anwendungsbezogenen Systemlösung. Entsprechend werden mit dem Kunden die Anwendung und das Anforderungsprofil genau erörtert, um ein optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis für jede Anwendung zu finden.

„Nicht Leichtbau um jeden Preis“ lautet deshalb auch die Devise von Beetz Hydraulik bei Zylindern, die nicht als Serie mit mittleren oder großen Stückzahlen gefertigt werden. Diese Devise gilt ebenso für Prototypen und Einzelstücke.Der Leichtbauzylinder ist je nach Größe für einen Hub bis 2000 mm und einen maximalen Betriebsdruck von 350 bar ausgelegt. Der Prüfdruck beträgt 475 bar. Der Kolbendurchmesser liegt bei 22 bis 350 mm und der Stangendurchmesser bei 12 bis 300 mm. Zusatzfunktionen wie Endlagendämpfung sind möglich, Wegaufnehmer und Sensorik integrierbar. Regelventile lassen sich direkt anbauen. Konstruktion und Herstellung des Zylinders geschehen nach Kundenanforderungen unter Verwendung von Standardteilen. Anwendungsbereiche für Leichtbauzylinder gibt es im Fahrzeug-, Flugzeug-, Kran-, Roboter-, Maschinen- und Yachtbau, aber auch dort, wo Gewicht eine besondere Rolle spielt.

Allerdings werden nicht nur bezüglich der Gewichtseinsparung Hightech-Leichtbauwerkstoffe eingesetzt. Einen weiteren Vorteil hat der Leichtbau aus GFK zum Beispiel bei einem Projekt für eine Tiefseebohrmaschine, infolge der Werkstoff-Korrosionsbeständigkeit - ein Vorteil der im Schiffsbau zum Tragen kommt.

Artikelfiles und Artikellinks