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Leichtbauzylinder erhöhen die Nutzlast mobiler und stationärer Arbeitsmaschinen

05.02.2009
Bei Hydraulikzylindern bietet sich Leichtbau immer dann an, wenn ihr Gewicht die Zuladung oder maximale Traglast von Arbeitsmaschinen beeinflusst. So ermöglicht der hydraulische Zylinderleichtbau, größere Pneumatikzylinder zu ersetzen, zum Beispiel in der Robotik. Integriert in komplette Regelachsen eignen sich Leichtbauzylinder für Anwendungen in Werkzeugmaschinen.

Überall dort, wo das Einzelgewicht der Hydraulikzylinder die Zuladung oder maximale Traglast direkt beeinflusst, ist Leichtbau spielentscheidend. Fahrzeugbau, Luftfahrttechnik, Hebebühnen, Autobetonpumpen, Baumaschinen und Robotik sind betroffen und werden vor dem Hintergrund kommender Umweltauflagen an diesem Thema nicht vorbeikommen. Auf diese Anforderungen hat sich Beetz Hydraulik eingestellt. Man ist gut gerüstet, um unter strenger Kosten-Nutzen-Betrachtung signifikante Erleichterungen im wahrsten Sinne des Wortes zu erreichen.

Seit mehr als zehn Jahren ist der Leichtbau bei Beetz ein großer Tätigkeitsschwerpunkt. Die Konstrukteure haben sich über Diplomarbeiten einen permanenten Zugang zum neusten Stand der Wissenschaft auf diesem Gebiet gesichert. Das Ergebnis kann sich sehen lassen:

Massive Abstützzylinder durch Leichtbauprodukte ersetzt

-Für den Fahrzeugbau wurden Projekte umgesetzt. Massive Abstützzylinder wurden durch Leichtbauprodukte ersetzt und dadurch die Nutzlast erhöht. So sind mobile Container – wie sie zum Beispiel vom Roten Kreuz im Auslandseinsatz verwendet werden – mit Abstützzylindern ausgestattet, die im Einsatz des Containers als Standfuß funktionieren. Diese Zylinder haben nicht nur eine Stützfunktion, sie gleichen auch Unebenheiten im Gelände aus.

-In Spezialfahrzeugen, wie sie auf Messen und Promotiontouren eingesetzt werden, helfen Leichtbauzylinder den Konstrukteuren, die Sonderwünsche der Kunden hinsichtlich Funktion und Ausstattung bei begrenzter Achslast zu realisieren. Der Einsatz von Leichtbauzylindern an Autobetonpumpen ermöglicht eine größere Ausladung und somit einen verbesserten Aktionsradius. Dadurch kann das Umsetzen der Pumpe vermieden und wiederum Zeit eingespart werden.

-Für den Bereich Rehabilitation haben die Konstrukteure von Beetz leichte Handpumpen entwickelt. Mit Hilfe dieser Pumpen werden mobile Personenlifte betrieben. Das deutlich reduzierte Gewicht der mobilen Lifte erleichtert dem Pflegepersonal die tägliche Arbeit.

Leichtbauzylinder betätigt Roboter-Greiferfinger für eine Schmiedepresse

-Für die Robotik wurde im Jahr 2007 ein Leichtbauzylinder entwickelt, der die Greiferfinger eines Roboters für eine Schmiedepresse betätigt. Das notwendige Eigengewicht des Greifers, das Gewicht des maximal zulässigen Bauteils in Verbindung mit der maximalen Traglast des Roboterarmes setzten die Gewichtsvorgabe für den Zylinder – in diesem Fall maximal 45% einer herkömmlichen Stahl-Schweißkonstruktion.

-Der Zylinder ist direkt am Greifer montiert, die Krafteinleitung erfolgt ohne Umwege. Die geringere Masse spielt dadurch aber zusätzlich in der Bewegung eine Rolle. Der Roboter kann – insbesondere ohne zu transportierendes Bauteil – schneller beschleunigen und abbremsen. So wird die Taktzeit erheblich verkürzt.

Das Leichtbaupotenzial und die Verwendung von unterschiedlichen Konstruktionswerkstoffen ermöglichen der Hydraulik, in Anwendungen vorzudringen, die üblicherweise dem deutlich größeren Pneumatikzylinder vorbehalten sind. Die hohe Leistungsdichte und die damit verbundene, im Vergleich zu anderen Antrieben, geringe Baugröße sowie bessere Regeleigenschaften und die geringe Verschleißanfälligkeit ermöglichen wiederum größere Freiheiten für die Konstrukteure der Anlage. Dies gilt besonders dann, wenn die Hydraulik bereits Bestandteil des Endprodukts ist.

Leistungsstärkere Alternative zu Pneumatikzylindern

Standardmäßig wird der Leichtbauzylinder von Beetz in sechs unterschiedlichen Bauformen hergestellt. Er kann beidseitig mit einem Schwenk- oder Gelenklagerkopf ausgestattet werden. Außerdem sind Fußbefestigung, Montage von Kopf- oder Bodenflansch und Kombinationen aus beidem möglich. Jede Bauform lässt sich mit einer Wegerfassung, mit Positionssensoren, Drucksensoren und direkt auf dem Zylinder montierten Ventilkombinationen ausrüsten.

In Verbindung mit einem Wegmesssystem, einem Proportional-Wegeventil und einer elektronischen Regelkarte entsteht so eine hochdynamische und hochpräzise Regelachse mit geringer eigener Masse. Solche Antriebsachsen sind nicht nur für die Robotik interessant, sondern auch für Anwendungen in CNC-Werkzeugmaschinen. Speziell im Bereich Werkzeugwechsler können die zu beschleunigende Masse und somit die notwendige Energie entweder stark reduziert oder die möglichen Taktzeiten erhöht werden. Dieses Optimierungspotenzial ergibt sich üblicherweise aus den zum Teil großen Massen aufgrund der Wechsler-Konstruktion und der einzelnen Werkzeuge.

Leichtbauzylinder stechen in See

Im Yachtbau, bei Hightech-Rennyachten, wie sie im America´s Cup eingesetzt werden, sind Leichtbauzylinder nicht mehr wegzudenken. Die Vorspannung von Wanten, Holepunkte der Segel und andere Funktionen an Bord werden hydraulisch verstellt oder angetrieben. Im Yachtbau zählt tatsächlich jedes Gramm Gewicht – das beweisen unter anderem Hydraulikverteilerblöcke und Verschraubungen aus Verbundwerkstoffen. Um die notwendigen Kräfte bei möglichst kompakter Bauform zu erreichen, werden die Komponenten mit Hochdruck betrieben.

Großes Anwendungspotenzial in der Luftfahrttechnik

Äußerdem finden Verbundwerkstoffe ihre Anwendung in der Formel 1, in der Raumfahrt- und Luftfahrttechnik. Speziell im Bereich der Luftfahrttechnik wird das Potenzial bislang nicht vollständig ausgenutzt. Für vieles, was später in Serienfahrzeuge einfließt, gilt die Formel 1 als Vorreiter – sicher auch im Bereich Leichtbauzylinder.

Die Anwendungsgebiete des Leichtbauzylinders aus Aluminium und Faser-Verbundwerkstoffen sind somit sehr vielseitig. Branchenübergreifend nimmt das Thema Leichtbau aufgrund der strikter werdenden Umweltauflagen in den nächsten Jahren mit Sicherheit an Bedeutung zu. Beetz Hydraulik ist dafür gut gerüstet. Aus den umgesetzten Kundenprojekten in unterschiedlichen Anwendungsbranchen und unter verschiedenen Einsatzbedingungen hat man die notwendigen Erfahrungen gesammelt, um Leichtbauprodukte serienreif anbieten zu können. Mit dem Baukastensystem kann Beetz auch kundenspezifische Aufträge weitgehend mit Standardlösungen abdecken. Der Kosten-Nutzen-Faktor für den Kunden steht selbstverständlich auch für die Hydraulikzylinder-Leichtbaukonstruktionen im Vordergrund.

Jochen Beetz ist Geschäftsführer der Beetz Hydraulik GmbH in Ottobeuren.

Jochen Beetz | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/konstruktion/antriebsundsteuerungstechnik/articles/169729/

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