Hydraulikzylinder leicht gemacht

Hannover Messe 2015 Hydraulikzylinder leicht gemacht

13.04.2015Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Hänchen hat mit H-CFK einen hochbelastbaren Verbundwerkstoff aus Carbon entwickelt, der für leichte Kolbenstangen und Zylinderrohre eingesetzt werden kann.

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Hydraulik-Zylinder mit Kolbenstangen aus H-CFK bieten sich an, wenn bei gleicher Leistung Energie eingespart werden soll oder wenn in hochdynamischen Anwendungsfällen höhere Beschleunigungen erzielt werden müssen.
(Bild: Hänchen)

Ziel der Konstrukteure war zunächst die Entwicklung einer Leichtbau-Kolbenstange aus Carbon für Kleinstückzahlen. Mit dem gewonnenen Know-how realisiert Hänchen heute in einem neuen innovativen Fertigungsverfahren Zylinderrohre aus H-CFK ohne metallisches Innenrohr sowie H-CFK Kolbenstangen ohne metallische Lauffläche.

Im Herbst 2010 definierte das Team in Ostfildern zunächst die Anforderungen an Zug- und Druckkräfte sowie Seitenkräfte und maximale Dehnungskoeffizienten als Vorgaben für einen neuen Werkstoff. Anschließend wurden auf dem Markt die geeigneten Carbon-Fasern als Ausgangsmaterial für einen Erfolg versprechenden Verbund gefunden. Auf dieser Grundlage entwarfen die Konstrukteure das Laminatdesign und schufen so die Grundlage für den neuen Werkstoff.

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H-CFK ist amagnetisch, nicht-rostend, ausdehnungsarm, hochfest und sehr leicht. Dadurch ergeben sich ganz neue Einsatzgebiete für Hydraulik-Zylinder.

Es folgte die Realisierung einer 7-Achs-Maschine zum Aufbau der hochkomplexen H-CFK-Verbünde. Denn Kohlefasern weisen ein anisotropes Verhalten auf: Ihre Eigenschaften unterscheiden sich je nach Belastungsrichtung. Mathematische Modelle, wie sie für die Auslegung metallischer Bauteile üblich sind, mussten für H-CFK erst entwickelt werden, auch um auf dieser Grundlage die Software für die Produktion zu entwerfen.

Hochfeste Verbindung von Metall und Carbonfaserkunststoff

Die nächste Herausforderung bestand in einer hochfesten Verbindung zwischen Gewinde, Verschluss und anderen Anschlussteilen aus Metall und dem aus Carbon designten Bauteil. Denn konventionell geklebte Verbindungen halten den hohen Belastungen der Hydraulik nicht stand. Die besondere Wickeltechnologie von Hänchen macht es möglich, metallische Enden direkt in den Carbon-Grundwerkstoff einzubinden. Beim Design von H-CFK-Bauteilen ist es wichtig zu erkennen, welche Komponenten auf Carbon-Basis ausgeführt werden können und für welche Komponenten eine metallische Ausführung sinnvoller ist. Bei einer Kolbenstange ist es beispielsweise erforderlich, den Grundkörper aus Gewichtsgründen auf CFK-Basis aufzubauen. Für krafteinleitende Elemente, wie etwa das Gewinde am Ende einer Kolbenstange, sind metallische Werkstoffe geeigneter. Diese und andere Kombinationen lassen sich mit H-CFK in einem hochbelastbaren Werkstück aufbauen.

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Stand vom 15.04.2021

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