HP 2006 02 - Hansa Flex

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„…und der Heinz hat gesagt, das hat beim Anlaufen nur noch einmal kräftig gezischt, und schon war alles voller Öl. Wo bekommen wir jetzt so schnell einen neuen Zylinder her – die Stanze muss doch laufen!“ Ein solches Szenario ist sicherlich nicht alltäglich, doch es kann jederzeit passieren – der plötzliche Ausfall eines hochbeanspruchten Hydraulikzylinders. Carsten Kempfert, Trainer bei HANSA-FLEX, ist neben der Leitungstechnik auch mit derartigen Problemen der Zylinder- und Dichtungstechnik vertraut. Der Hydraulikzylinder ist das wohl bekannteste Bauteil in der Fluidtechnik, denn es ist eindeutig das Bindeglied zwischen dem hydraulischen Kreislauf und der Arbeitsmaschine. Zylinder sind praktisch überall dort zu fi nden, wo die menschliche Arbeitskraft hydraulisch unterstützt bzw. gänzlich ersetzt wird. Sei es im klassischen Maschinenbaubereich, in der Windenergietechnik, der Luft- und Seefahrt oder auf dem Rummelplatz. Hydraulikzylinder sind im Vergleich zu ihren hoch komplexen Einsatz- und Aufgabengebieten nicht nur vom konstruktiven Prinzip her sehr einfach gehalten. Auch der technisch-physikalische Aspekt ist weitestgehend der Gleiche, erläutert Carsten Kempfert: „Beim Arbeitsvorgang wirkt ein bestimmter Druck p über ein Medium so auf eine Kolbenfl äche A (F = p x A), dass eine mechanische Kraft F von wenigen Newton (N) bis weit über 250.000 kN bei sehr kurzen bis zu meterlangen Hublängen erreicht wird. Wobei die Antriebsbewegung meist geradlinig ist. Somit werden an Maschinen und Anlagen die auftretenden hydraulischen Kräfte durch unterschiedlichste Arbeitsbewegungen für jeden 20 TECHNISCHE INFORMATIONEN Hydraulikzylinder und Dichtungstechnik Verschleißteile mit intelligenter Kraft HYDRAULIKPRESSE deutlich sichtbar.“ Letztendlich gehören das Heben, Senken, Verschieben und Verriegeln von Lasten zu den markantesten und wichtigsten Einsatzgebieten von Hydraulikzylindern. Doch nicht nur hohe Kräfte oder große Hübe sind zu verzeichnen, es gibt durchaus weitere wichtige Eigenschaften von Hydraulikzylindern: • Direkte Krafterzeugung, d.h. ohne mechanische Zwischenglieder; • Ein- und Ausfahrgeschwindigkeiten können über den gesamten Hub konstant gehalten werden; • Möglichkeit des Aufbringens von Zug- und/oder Druckkräften; • Kraft kann an jeder Stelle des Hubes beliebig bis zur maximalen Nennkraft aufgebracht werden; • Große Leistung bei minimalem Einbauraum möglich. Der Ausfall eines Zylinders, wie anfangs beschrieben, kann die unterschiedlichsten Ursachen haben, weiß Carsten Kempfert. „Das können technisch nicht vertretbare mechanische Beanspruchungen, mangelhafte Auslegung, ungünstige Beaufschlagung physikalischer Eigenschaften und natürlich das Zusammenwirken mehrerer dieser Komponenten sein.“ Auf lange Sicht Die tägliche Praxis hat gezeigt, dass sich durch regelmäßige Sichtprüfungen ein solcher Schaden, der immer wieder immensen Zeitverzug und sehr hohe Folgekosten mit sich führt, frühzeitig erkennen und dementsprechend beseitigen lässt. „Denn die meisten problembedingten Stillstände von Maschinen bzw. Anlagen zeigen ein schon länger zurückliegendes Schadensbild, obgleich es oftmals einfach nur der durch den täglichen Einsatz bedingte Verschleiß ist, der über einen (un)bestimmten Zeitraum die Funktionalität des Hydraulikzylinders mindert“, erläutert der Fachmann. Beim Einsatz von Hydraulikzylindern mit großen Ausfahrlängen (Vergleich Hub > Ø Kolbenstange) kann es unter Belastung zu Stabilitätsproblemen kommen, wobei diese Problematik präventiv auf rechnerischem Wege gelöst werden kann. Dabei werden sowohl die Knicklast als auch die Betriebslast nach Euler berechnet (siehe HANSA-FLEX Schulungsbegleitbuch, Seite 74). Knicklast und Betriebslast Den Wert für die jeweilige freie Knicklänge zeigt die Tabelle „Belastungsfälle nach Euler“. Für Standardzylinder, deren Betriebslagen vorab selten bekannt sind, bietet dieses Berechnungssystem für die Praxis einen ausreichenden Sicherheitsfaktor bezüglich Aufnahme sich überlagernder Biegespannungen – „manches Mal ist es dann aber doch zu spät“. Dicht halten Das weitaus größte Schadenspotenzial ist aber den unterschiedlichen Abdichtmechanismen, also den Dichtungen, zuzuschreiben. Obwohl Dichtungen nur einen geringen Teil der Gesamtkosten eines Zylinders ausmachen, entscheiden die in einem Hydraulikzylinder vorhandenen unterschiedlichen Dichtsysteme nicht nur seine Funktion, sondern auch die Sicherheit gegenüber Mensch und Umwelt. Kein Zylinder ist besser als seine Dichtungen, AUSGABE FEBRUAR <strong>2006</strong>
heißt es. „Wenn entsprechende Abdichtungen am Kolben oder an der Stange versagen, können unverhältnismäßig hohe Folgekosten auftreten, wobei die Reparaturkosten meist den Wert des ausgefallenen Dichtelementes um ein Vielfaches übersteigen. Oder denken wir zum Beispiel an die spektakuläre Explosion der Raumfähre Challenger im Jahre 1986, die Vielen noch im Gedächtnis ist. Diese Katastrophe zeigt, welche Folgen ein sowohl technisch schlecht durchdachtes als auch konstruktiv ungenügend installiertes Dichtsystem mit sich bringt.“ Schon von Anfang an muss bei der Konstruktion daher mit größter Sorgfalt an die jeweilige technische Herausforderung herangegangen werden, denn das Gestalten, Fertigen sowie Betreiben unterschiedlicher Dichtsysteme erfordert Kenntnisse und Fähigkeiten in vielerlei Grundlagenfächern, wobei auszugsweise die Konstruktions- und Produktionstechnik, die Festigkeits- und Wärmelehre und vor allen Dingen die Werkstoff kunde erwähnt werden müssen. AUSGABE FEBRUAR <strong>2006</strong> Immer komplexer Maschinen und Anlagen werden immer komplexer und moderner, Betriebsdrücke steigen an. Somit müssen auch die eingesetzten Materialien entsprechend höheren Ansprüchen genügen. Bei Dichtungswerkstoff en spielen nach wie vor die klassischen Anwendungsparameter Druck, Temperatur, Medium und Einsatzgeschwindigkeit die maßgebende Rolle. „Von Anwenderseite werden den Bauteilen aber seit geraumer Zeit zusätzlich betriebswirtschaftliche Aspekte wie längere Wartungsintervalle, höhere Betriebssicherheit sowie geringe Beschaffungskosten abverlangt. „Wobei“, so HANSA-FLEX Trainer Carsten Kempfert, „die Erfahrung zeigt, dass sich in der Praxis letztendlich die preislich auch meist nicht viel teureren Materialien als fachgerechtere Lösung durchsetzen. Denn durch den Einsatz vermeintlich „billiger“ Werkstoff e steigen bei den heute an eine Maschine bzw. Anlage gestellten Anforderungen die Folgekosten in Form von Ausfallzeiten sowie erhöhtem Reparaturaufwand im Nachhinein unverhältnismäßig an.“ Belastungsfälle nach Euler Fall 1 Fall 2 Fall 3 Fall 4 ein Ende frei, zwei Enden gelenkig ein Ende gelenkig zwei Enden fest ein Ende fest geführt geführt, das andere eingespannt eingespannt (Grundfall) eingespannt TECHNISCHE INFORMATIONEN Komplexer ist aber nicht nur allein der Bereich der unterschiedlichen Formen von Kolbendichtungen, Stangendichtungen, Abstreifern bzw. statischen Dichtungen geworden, es wird auch auf immer mehr Werkstoff e bzw. Werkstoff kombinationen zurückgegriff en. „Wo es vor einigen Jahren noch die gefl ochtene Packungsschnur tat, haben wir es heutzutage mit sehr vielen High-Tech-Mischungen zu tun – aus vielen Bereichen der Werkstoff technik. Zu fi nden sind jeweils für den geforderten Einsatz ausgelegte Kunststoff e, Metalle, aber auch Verbundwerkstoff e. PTFE-Werkstoff e mit unterschiedlichsten Compounds, spezielle Polyurethane für die Dichtungsherstellung, hoch ozonbeständige NBR-Mischungen oder Fluorelastomere wie FFKM seien hier nur beispielhaft genannt.“ Bei dieser Vielfalt verbirgt sich natürlich eine hohe Fehlerquote. Ein immer wieder anzutreff ender Klassiker ist dabei das „verbindliche“ Bestimmen von Dichtungen nach der Farbe. „Rein theoretisch ist jeder Dichtungswerkstoff in jeder gewünschten Farbe erhältlich. Somit muss ein FKM-O-Ring nicht zwangsläufi g braun oder grün sein, und NBR ist auch nicht immer schwarz!“ Es sind also sehr viele Faktoren wichtig, um ein funktionierendes System zu erstellen und dies auch auf lange Sicht hin vernünftig abzudichten. Doch Ausfälle werden immer wieder auftreten, ob aus konstruktiven, rein physikalischen oder anwendungsbedingten Gründen. Wichtig ist dabei nur, einen guten Partner an seiner Seite zu wissen, der sich diesen Problemen stellt, sie annimmt und auf jeden Fall eine Lösung parat hat – wir bei HANSA-FLEX kennen unsere Verantwortung! HYDRAULIKPRESSE 21
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