Hydraulik-Zylinder aus H-CFK 1

Das Unternehmen Herbert Hänchen hat einen neuen Werkstoff entwickelt, der aus einem hochbelastbaren Verbund von Carbon und anderen Komponenten besteht. Entscheidende Unterschiede zu herkömmlichen Verbünden liegen in der Beschaffenheit der Gleitflächen, dem neu entwickelten Verfahren zum Aufbau des Verbunds, der hochfesten Verbindung von Metall und CFK und der sehr hohen Präzision der so erzeugten Werkstücke.

So entstehen Hydraulik-Zylinder, die bis zu 80 Prozent leichter, besonders biegesteif und dehnungsarm, korrosionsbeständig, amagnetisch und bis zu 50 Prozent energieeffizienter sind. Die Dichtungslauffläche sind wie gewohnt mit Kreuzschliff und einer Rauheit von Rz 0,8 versehen. Sie eignen sich für mobile oder stationäre Applikationen ebenso wie für Testanwendungen und andere Aufgaben.

Im Maschinenbau gewinnen carbonfaserverstärkte Kunststoffe langsam an Bedeutung, während sie in der Luft- und Raumfahrt bereits unverzichtbar sind. Mit der H-CFK-Entwicklung hat das Unternehmen einige Hindernisse überwunden, die bisher dem Einsatz von Kohlefasern nicht nur in Hydraulik-Zylindern Grenzen gesetzt haben. Dazu zählen auch wirtschaftliche Überlegungen, insbesondere beim Einsatz im Sondermaschinenbau, bei Einzelstückzahlen und Kleinserien.

Prüf-Zylinder von Hänchen

Prüf-Zylinder aus dem neuen Werkstoff. Bild: Hänchen

In vier Jahren intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit wurden Konstruktions- und Fertigungsverfahren erarbeitet, mit denen Bauteile wie Leichtbau-Kolbenstangen und -Zylinderrohre und somit auch ganze Zylinder aus H CFK hergestellt werden können. Dabei erreichten die Entwickler Bauteile, die die gleichen Fähigkeiten wie solche aus Stahl haben und darüber hinaus geringere maximale Dehnungskoeffizienten im Vergleich zu herkömmlichen Produkten aufweisen.

Gerade der Vergleich zeigt die Eigenschaften des neuen Werkstoffs: Stahl hat eine Zugfestigkeit von 1000 N/mm², die Carbonfaser von 5000 N/mm². Dieser Unterschied lässt sich zwar nicht linear auf die entsprechenden Bauteile übertragen, zeigt aber die Stärken der Fasern. Und während das eher weiche, weniger belastbare Aluminium ein Drittel des Gewichts von Stahl aufweist, hat CFK nur 20 Prozent bis 25 Prozent dieses Gewichts.

Bei der Steifigkeit bietet der neue Werkstoff den Vorteil, dass er sich durch unterschiedliche Anordnung des Faserverlaufs für die jeweiligen Anforderungen designen lässt. Für einen besonders belastbaren Verbund aus präzise angeordneten Fasern und der sie umgebenden Matrix aus Kunststoff wurden sowohl neue Materialpaarungen der Grundwerkstoffe als auch eine Materialanordnung entwickelt, die in einer speziellen 7-Achs-Maschine aufgebaut wird. Dies geschieht in einem Prozess, der auch in der Einzelstückfertigung wirtschaftlich einsetzbar ist.