Ende der Legenden

Fluidtechnik

Hydraulikzylinder – Die Erzeugung linearer Bewegungen mit Hilfe von hydraulischen Antriebssystemen gilt häufig als vergleichsweise ineffizient, unpräzise und umweltschädlich. Moderne Lösungen widerlegen heute sämtliche dieser veralteten Technologielegenden.

31. August 2011

Eine jahrzehntelang bewährte Antriebslösung zur Erzeugung linearer Bewegungen mit hoher Leistung bei hohen oder extrem niedrigen Geschwindigkeiten und Frequenzen ist die Hydraulik, die zudem die Möglichkeit bietet, Geschwindigkeit und Krafterzeugung voneinander zu entkoppeln. Ein Problem beim Einsatz von Hydraulikantrieben ist heute jedoch der häufig veraltete Kenntnisstand vieler Ingenieure, deren Wissen über diesen Bereich der Antriebstechnik oft noch aus der Zeit ihres Studiums stammt. Bei jüngeren Ingenieuren kommt oft hinzu, dass sie das Thema Hydraulik während der Ausbildung im Vergleich zu Elektrik, Elektronik und Mechanik oft nur oberflächlich gestreift haben. Die Hydraulik gilt deshalb eher als ein Thema für Spezialisten, und das Wissen über die Möglichkeiten dieser Form der Energieübertragung beruht häufig auf zählebigen Technologie-Legenden auf dem Stand längst vergangener Jahrzehnte

Ein weit verbreiteter Irrtum ist zum Beispiel die Ansicht, der Betrieb eines Hydraulik-Zylinders sei mit hohen Leistungsverlusten verbunden. Richtig ist hier jedoch das Gegenteil: Hydraulik wirkt direkt, ohne Getriebe und mit einem praktisch inkompressiblen Medium. Dies erlaubt den energiesparenden direkten Antrieb mit hohen Kräften und mit höchster Präzision, schließlich gibt es kein Getriebe mit Spiel, das Präzision und Wiederholgenauigkeit reduziert. Zudem bietet ein Hydraulikzylinder systembedingt eine deutlich höhere Kraftdichte als andere Antriebskonzepte, weil sich die Krafterzeugung durch die Fluid-Pumpe auslagern lässt. Dies verringert die bewegte Masse drastisch, weil lediglich der Kolben beschleunigt werden muss. Die dadurch minimierte Systemträgheit reduziert außerdem den Energiebedarf.

Die räumliche Entkoppelung von Generator und Aktuator ermöglicht zudem, die für eine Linearbewegung nötige Energie auch in einem entfernten Kellerraum zu erzeugen. Dies minimiert nicht nur die Belastung durch Hitze und Lärm, sondern ermöglicht zusätzlich eine hoch effiziente zentrale Versorgung ganzer Werke mit hydraulischer Energie mit einem Standarddruck. Bei einer optimal ausgelegten Verrohrung sind Leistungsverluste selbst über eine solche Entfernung vernachlässigbar. Falls der Standarddruck für spezielle Aufgaben im Einzelfall nicht ausreicht, lassen sich über Druckübersetzer praktisch verlustfrei mehrere tausend bar generieren.

Sehr hohe Effizienz bieten heute auch die Hydraulikpumpen: Anstelle des früher üblichen Dauerbetriebs, bei dem überschüssige Energie über eine Drossel abgebaut wurde, generieren zeitgemäße Systeme über eine Regelung permanent nur so viel Leistung, wie jeweils benötigt wird. Druckspeicher helfen, einen aufwendigen und belastenden Stop-and-go-Betrieb zu vermeiden und erlauben so den Einsatz von kleiner dimensionierten Pumpen mit geringerer Leistungsaufnahme.

Vorteile bieten hydraulische Antriebe auch bei der Präzision: So erreichen moderne Hydraulikantriebe reproduzierbare Genauigkeiten im Bereich von 1Mikrometer, wobei meist das Messsystem die Grenze setzt. Zudem lassen sich schon mit Standardzylindern aus dem Katalog Beschleunigungen bis 100g ebenso erreichen wie Geschwindigkeiten von 0,001 bis 6 Meter pro Sekunde oder definierte Schwingungen mit Frequenzen über 400 Hertz mit vernachlässigbarer Hysterese bei entsprechender Peripherie und Regelungstechnik.

Da in immer weniger Unternehmen Hydraulik-Experten in Konstruktion und Entwicklung tätig sind, bietet der Hydraulikzylinderspezialist Hänchen aus Ostfildern bei Stuttgart seinen Kunden intensive Beratung, wie sich durch geeignete Zylinder aus dem umfangreichen Katalogprogramm energiesparende Antriebslösungen aufbauen lassen. Bei Bedarf bietet das Unternehmen zudem Unterstützung bei der Auslegung der Fluid-Versorgung oder realisiert als Systemintegrator komplette Antriebslösungen aus den hauseigenen Zylindern in Verbindung mit Peripheriekomponenten, Elektronik, Steuer- und Regelungstechnik, SPS-Anbindung und Fluidversorgung anderer Hersteller.

Ein Schlüssel zu den hohen Leistungen moderner Hydraulikantriebe ist die Dichtungstechnik: So geschieht die Führung der Kolben bei Hänchen aus Präzisionsgründen standardmäßig über eine fest aufgeschweißte Schicht aus Bronze anstelle der meist verwendeten Führungsbänder aus Kunststoff. Diese metallischen Führungen lassen sich wesentlich genauer ausführen, was ein starkes Verkippen des Kolbens vermeidet. Im Betrieb minimiert diese Konstruktion damit den Verschleiß der Peripherie.

Nicht mehr aktuell sind längst auch Bedenken vor einem Einsatz von Hydraulik-Zylindern in umweltsensiblen Bereichen. So ist der Fluid-Verlust moderner Hydraulikantriebe bei sachgemäßem Betrieb heute geringer als die Schmierstoff-Abgabe aus dem Getriebe eines Elektroantriebs. Moderne Dichtungstechnik gewährleistet dabei, dass lediglich ein Gleitfilm auf der gehonten Kolbenstange aufliegt und ermöglicht so viele Millionen Lastwechsel ohne Austritt des Fluids. Für besonders kritische Umgebungen sind zudem biologisch abbaubare, ungiftige Fluide im Einsatz. Lösungen von Hänchen arbeiten deshalb zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie ebenso wie in umweltsensiblen Bereichen wie Offshore-Anlagen.

Erschienen in Ausgabe: 06/2011