Hydraulikzylinder mit Leichtbau-Technologie

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Reines Composite-Zylinderrohr mit eigens entwickelter Technologie

Die L&S Business Unit von Parker erforscht, entwickelt und produziert seit mehr als 15 Jahren Leichtbau-Hydraulikprodukte aus Compositewerkstoffen und hat sich auf dem Gebiet der Faserverbund-Technologie einen ausgezeichneten Ruf erworben. Das Unternehmen hat eine einzigartige Technologie entwickelt, um Verbundwerkstoffe in Hochdruck-Hydraulikzylindern mit Drücken bis zu 700 bar einzusetzen. Die L&S Business Unit mit Sitz in Stuhr bei Bremen produziert Leichtbau-Hydraulikkomponenten für zahlreiche Branchen wie Luftfahrt, Automobilindustrie, Nutzfahrzeugwesen, Robotik und Automatisierungstechnik, Hoch- und Tiefbau sowie Wehrtechnik.

Zur neuesten Generation der Composite-Produkt-Technologie von Parker zählen Leichtbau-Hydraulikzylinder, die auf ein metallisches Innenrohr verzichten und ein reines Composite-Zylinderrohr besitzen. Das in gängigen Hydraulikrundzylindern zur Aufnahme der axialen Lasten grundsätzlich benötigte metallische Innenrohr bedeutet zusätzliches Gewicht und ist auch in der Herstellung kostenintensiv – vor allem dann, wenn die Abdichtung gegen einen beweglichen Kolben sehr enge Toleranzen erfordert. Alternative Zylinder-Lösungen mit thermoplastischen Innenrohren sind zwar kosten-effizient in der Fertigung, bieten jedoch keine optimale Dichtigkeit sowie Stabilität bei Kolbenanwendungen. Die Neuentwicklungen der L&S Buiness Unit ermöglichen es, auf das metallische Innenrohr zu verzichten, ohne Einbußen bei Dichtigkeit oder Lebensdauer in Kauf nehmen zu müssen.

Parker hat nach intensiver Forschungstätigkeit ein Composite-Hydraulikzylinderrohr entwickelt, die der Axial- und Umfangslast auch bei maximalem Druck standhalten und zugleich die Permeation von Druckflüssigkeit zuverlässig verhindern. Somit kommen die Leichtbauzylinder sowohl ohne Zuganker als auch ohne metallisches Innenrohr aus. Diese absolute Dichtigkeit des Zylinderrohrs ist besonders bei Druckgasen mit niedrigem Molekulargewicht, z. B. in Kolbenspeichern, wichtig. Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit und Gewicht der Zylinder werden durch die neuartige Technologie wesentlich optimiert.

Die neueste Generation der Composite-Hydraulikzylinder besteht aus einem Carbonfaser-Rohr, an dessen Enden metallische Endkappen verschraubt sind. In diese Endkappen können weitere hydraulische Funktionalitäten integriert werden, etwa Druckbegrenzungs-, Schock- oder Senkbremshalteventile. Die Vorteile dieser Technologie liegen auf der Hand: Die reine Composite-Lösung erzielt im Vergleich zum metallischen Innenrohr eine weitere Gewichtsreduktion und erhöht zudem die Korrosionsbeständigkeit des Zylinders.

In der genannten Bauweise werden momentan Leichtbau-Zylinder mit einem Kolbendurchmesser von bis zu 200 mm und einem Hub von bis zu 1200 mm produziert. Die Betriebsdrücke derartiger Zylinder liegen bei 350 bar. Diese Leichtbau-Hydraulikzylinder wiegen 188 kg, ein Stahl-Zylinder gleicher Größe bringt ca. 740 kg auf die Waage.

Belastungstests an weiteren Zylindern mit einem Kolbendurchmesser von 75 mm belegen, dass die neue Technologie in der Lage ist, eine Million Arbeitszyklen von 0 – 450 bar (6.525 PSI) zu bewältigen und einem anschließenden Berstdruck von mehr als 1500 bar (22.000 PSI) standzuhalten. Hochfrequente Kurzhubtests sowie Zyklentests unter einer Seitenlast von 700 N an der Führung zeigen, dass das reine Compositerohr ebenso verschleißbeständig wie seine metallischen Konkurrenten ist.

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* Dipl.-Ing. Olaf Stelling, Composite Engineer bei der L&S Business Unit der Parker Hannifin GmbH in Stuhr

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