Leichtbau Hydraulikzylinder aus H-CFK®
Die Hänchen Innovation aus Carbon
Hänchen produziert Leichtbau Hydraulikzylinder in Kleinstückzahlen, deren Kolbenstangen und Zylinderrohre aus dem Carbon-Verbundwerkstoff H-CFK® bestehen. Sie reduzieren im mobilen und stationären Leichtbau das Gewicht um bis zu 80% und erlauben korrosionsfreie oder amagnetische Konstruktionen.
Aus diesem Werkstoff designen und produzieren wir Bauteile rund um den Hydraulikzylinder, wie Zylinderrohre, Kolbenstangen und Schutzrohre ohne metallische Laufflächen.
- 80 % Gewichtseinsparung
- korrosionsbeständig
- keine Wärmeausdehnung
- 50 % Energieeinsparung
- amagnetisch
- hochbelastbar
Vorteile durch den Werkstoff H-CFK®
Eigenschaften von H-CFK® Hydraulikzylinder
Bei der Produktion der Zylinder-Bauteile werden die Carbon-Fasern gemäß den benötigten Anforderungen ausgewählt und designt. Es entstehen Hybride aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit Metallen, die den sehr hohen Belastungen in der Hydraulik standhalten. Die daraus entstehenden H-CFK® Hydraulikzylinder weisen viele Vorteile auf:
- H-CFK® ist leicht
Zylinderrohre aus H-CFK® reduzieren die Masse von Stahl-Rohren auf bis zu 80 %, H-CFK® Kolbenstangen reduzieren die Masse auf bis zu 75 %. Dabei fällt die Gewichtseinsparung bei langen Hüben besonders deutlich aus.
- H-CFK® ist amagnetisch
Carbon ist ein nicht magnetisierbares Material. Dies wirkt sich zum Beispiel bei Zylindern mit einer Kolbenstange aus H-CFK® und einem magnetostriktiven Wegmesssystem in einer kürzeren Baulänge aus.
- H-CFK® rostet nicht
Die hohe Korrosionsbeständigkeit von Carbon in Verbindung mit nicht-rostenden Metallen macht H-CFK® zuverlässig. Der Einsatz von Epoxidharzen als Matrix und hochwertigen Fasern verhindert einen chemischen Angriff durch starke Alkalien oder starke Säuren.
- H-CFK® dehnt sich nicht aus
Kohlenstofffasern haben in Längsrichtung einen sehr geringen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Das macht H-CFK® interessant für sehr präzise Anwendungen.
- H-CFK® ist biegesteif
Die Festigkeit und die Steifigkeit des anisotropen Werkstoffes H-CFK® sind in Faserrichtung wesentlich höher als quer zur Faserrichtung. Abhängig von der Richtung der Fasern ergeben sich unterschiedliche Elastizitätsmodule, was höhere Querkräfte zulässt.
- H-CFK® ist energieeffizient
Bei bewegten oder beschleunigten Bauteilen ist eine erhöhte Energieeffizienz durch die Gewichtseinsparung zu erreichen. Je nach Einsatzfall kann die Nutzlast erhöht oder die Antriebsleistung verringert werden. Insbesondere ist es mit H-CFK® Kolbenstangen möglich, die Hydraulik-Komponenten bei gleicher Leistungsfähigkeit zu verkleinern und eine höhere Dynamik zu realisieren.
Technische Daten zu H-CFK® Hydraulikzylindern
- H-CFK® Ausführung
Kolbenstange
Die Kolbenstange eines H-CFK® Zylinders wird ausschließlich aus Carbon, ohne metallische Lauffläche, einteilig produziert. Dabei wird der Kolben fest aufgebracht.
Die Kolbenstangen sind einsetzbar in der Wirkungsart Differential und Gleichlauf, in den Hänchen Baureihen 120, 300 und 320. Eine Kombination mit einem Zylinderrohr in Stahl-Ausführung ist möglich.
Zylinderrohr
Das H-CFK® Zylinderrohr ist in Rundbauweise ohne metallisches Innenrohr ausgeführt. Die Bauweise der H-CFK® Zylinderrohre ist bis 120 bar zulässig.
Die Zylinderrohre der Reihe 320 haben die Druckversorgung und Leckölanschlüsse integriert.- Eigenschaften
Abmessungen, hydraulische Größen
- Kolbendurchmesser bis 200 mm
- Hub-Länge bis 1.000 mm
- Kräfte bis 100 kN
- Temperatur-Einsatzgrenze von -40°C bis 80°C
Oberfläche
Als Gegenlauffläche für Dichtungen und hohen hydraulischen Druck wird die funktionale harte Oberfläche bei der Produktion der Kolbenstange und des Zylinderrohres eingebracht. Die Laufflächen sind mit einem Kreuzschliff veredelt.- Befestigung
Kolbenstange
Für krafteinleitende Elemente, wie das Gewinde am Ende einer Kolbenstange, werden metallische Werkstoffe verwendet. Diese werden bei der Produktion fest in die H-CFK® Kolbenstange eingebunden, so dass eine hochfeste Verbindung entsteht.
Das ermöglicht den Anbau üblicher Befestigungselemente wie z. B. Gelenkköpfe oder Flanschköpfe.Zylinderrohr
Die Befestigung eines H-CFK® Zylinderrohres ist mit einem Flansch kolben- oder stangenseitig möglich. Das H-CFK® Schutzrohr kann tragend zum Anbau von gelenkigen Befestigungen oder nicht-tragend ausgeführt werden.- Werkstoff-Auswahl
Für Hydraulikzylinder bietet Hänchen verschiedene Stahl-Legierungen sowie Leichtbau-Werkstoffe an. Für den jeweiligen Anwendungsfall ist auszuwählen, welcher Werkstoff geeignet ist.
Einsatzgebiete und Einsatzbeispiele
H-CFK® Hydraulikzylinder
Der wesentliche Vorteil in der Verwendung von H-CFK® liegt in der enormen Gewichtseinsparung und der hohen Belastungsfähigkeit dieser Bauteile. Dadurch können energieeffiziente Antriebe realisiert werden.
Einsatzgebiete von H-CFK® Hydraulikzylinder sind beispielsweise:
- Maschinen- und Anlagenbau, Prüftechnik: bis zu 50% geringerer Energieverbrauch bei gleicher Leistung.
- Mobilhydraulik, Windkraft: Hohe Gewichtseinsparung ermöglichen größere Reichweiten bei Betonpumpen, wie auch höhere Korblasten bei Hubarbeitsbühnen.
- Offshore, Umwelttechnik: Die hohe Korrosionsbeständigkeit ermöglicht längere Wartungsintervalle.
- Prüftechnik, Robotik: Geringere zu beschleunigende Masse ermöglicht höhere Dynamik - Beschleunigungen, Frequenzen, Amplituden.
- Medizintechnik: Einsatz in Bereichen mit starken Magnetfeldern.
- Werkzeugmaschinen: Der sehr geringe, negative Wärmeausdehnungskoeffizient und die Temperaturbeständigkeit sichern stets die Präzision der Maschine.
Einsatzbeispiele von H-CFK® Hydraulikzylindern
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Leichtbauzylinder für Universalprüffeld |
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Leichtbauzylinder für einen Dauerlaufprüfstand |
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Leichtbauzylinder für mobile Arbeitsmaschine |
Innovationspreis
Auszeichnung der Leichtbau Hydraulikzylinder
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Innovationspreis des Landkreises Esslingen - Gewinner 1. Preis: Hänchen |
November |
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Stetiges Optimieren bringt den Fortschritt |
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