Kraft und Weg optimiert

Technik konkret

Antriebszylinder – Fluidtechnische und elektromechanische Antriebssysteme haben spezifische Nachteile. In vielen Fertigungsprozessen sind pneumohydraulische Antriebszylinder eine hocheffiziente Alternative.

22. August 2014

Die Grundlage der meisten Bearbeitungsverfahren in Produktions- und Montageprozessen sind kombinierte Kraft/Weg-Funktionen aus linearer Bewegung und (Press-)Kraft, die je nach Anforderung durch hydraulische, pneumatische, mechanische oder elektromechanische Systeme umgesetzt werden. Alle diese Konzepte haben jedoch ihre spezifischen Nachteile. So stehen Hydrauliklösungen meist für Lärm, Leckagen, Schmutz und hohen Instandhaltungsaufwand, mit der Pneumatik verbinden sich hohe Kosten für Druckluft, Wartung und elektrische Energie, und der Einsatz von Mechanik bedeutet oft einen hohen Aufwand für Fertigung, Wartung und Ersatzteilmanagement.

Eine energie- und materialeffiziente Alternative bieten hier oft die pneumohydraulischen Kraftpaket-Antriebszylinder des Pressen- und Verbindungstechnikspezialisten Tox Pressotechnik aus dem württembergischen Weingarten, deren Ursprünge auf das Jahr 1978 zurückgehen. Die patentierten Antriebszylinder arbeiten rein pneumatisch und werden wie ein doppelt wirkender Standard-Pneumatikzylinder angesteuert, kombinieren dabei aber einen niedrigen Energieverbrauch und geringen Verschleiß mit einer hohen Hubfrequenz und geringer Geräuschentwicklung. Die werkzeugschonenden Systeme wurden bis heute rund 140.000-mal gebaut, jährlich kommen rund weitere 10.000 Zylinder dazu.

Das Funktionsprinzip basiert auf einem energiesparenden Pneumatikzylinder mit einem integrierten, geschlossenen Ölsystem und einem automatisch einsetzenden hydraulischen Krafthub. Der Arbeitsweg beginnt nach Betätigung des Hauptsteuerventils mit dem luftbetriebenen Eilhub, in dem der Arbeitskolben ausfährt, bis er an beliebiger Stelle auf einen Widerstand trifft. Dies bewirkt das Umschalten des Krafthub-Ventils, der Übersetzungsplunger schließt die Hochdruckkammer und verdichtet das Öl im Arbeitsbereich auf einen Druck von bis zu 400 bar, der auf die Rückseite des Arbeitskolbens wirkt und den pneumohydraulischen Krafthub realisiert. Nach Umschalten des Hauptsteuerventils entlüftet das Krafthub-Ventil automatisch den Raum hinter dem Übersetzerkolben, und Arbeits- und Übersetzerkolben fahren in ihre Ausgangspositionen zurück.

Die durchdachte Konstruktion bewährt sich täglich auch im Mehrschichtbetrieb. So ist der patentierte Übersetzer mit absoluter Trennung von Luft und Öl sehr einfach aufgebaut, zudem erspart die Rückstellung des einfach wirkenden Übersetzungskolbens im Krafthub mittels einer Feder im Vergleich zu einem doppelt wirkenden Pneumatikzylinder rund 85 Prozent der Energie.

Die Arbeitszylinder gibt es in mehr als 5.000 Standard- und Sonderausführungen mit Presskräften von zwei bis 2.000 Kilonewton, Kraftwegen bis 80 Millimeter und Hüben bis 400 Millimeter. Anwendungsgebiete finden sich in zahlreichen Verrichtungen, die (Press-)Kraft erfordern, wie etwa Stanzen, Lochen, Ausklinken, Schneiden, Prägen, Verdichten, Pressen, Einpressen, Richten, Nieten, Druckfügen/Clinchen, Punkt- und Buckelschweißen, Biegen, Ziehen, Drücken, Spannen oder Verstemmen.

Zusatzeinrichtungen wie Staudrucksteuerung, Hubfrequenz-Optimierung, Druckregelung in der Krafthubleitung, externe Krafthubzustellung und -freigabe oder auch die Deaktivierung des Krafthubes machen die Antriebszylinder zu intelligenten Kraft/Weg-Aktuatoren, die universelle Einsatzmöglichkeiten mit hoher Effizienz und minimalem Energieeinsatz vereinen.

Dipl.-Phys. Jürgen Sollner, Leiter Entwicklung und Produktkonstruktion, Tox Pressotechnik

Erschienen in Ausgabe: 06/2014