Entwicklungstendenzen in der fluidischen Verbindungstechnik 1

Zuverlässiges Funktionieren und lange Lebensdauer bei Hydraulik- und Pneumatikanlagen setzen voraus, dass auch bei den Verbindungstechnik-Komponenten die Hausaufgaben ordentlich gemacht wurden. So gesehen ist bei Verschraubungen, Kupplungen & Co. in der Produktentwicklung enorm viel passiert.

Verschraubungen, Schläuche, Kupplungen und Flansche werden leider allzu leicht als lästiges Übel bei Projektarbeiten angesehen. Doch sie sind ein wichtiges Zubehör in fluidtechnischen Systemen. Und alle Beteiligten sind schließlich zufrieden, wenn auf Anhieb funktioniert, was erdacht, konstruiert und realisiert wurde. So gesehen soll nun mit dem folgenden Übersichtsbeitrag Konstrukteuren und Entwicklern des Maschinen- und Anlagenbaus ein aktueller Leitfaden über die fluidische Verbindungstechnik an die Hand gegeben werden.

Schnell kristallisierte sich bei der Recherche heraus, dass immer noch viel über Chrom-VI-Alternativen diskutiert wird. Fachkundige werden spontan denken: Das Thema ist im Betriebsalltag doch schon längst durch. Von wegen! Erinnern wir uns: Ausgelöst durch die EU-Altautoverordnung und dem damit einhergehenden Chrom-VI-Verbot sind beim Korrosionsschutz für Hydraulikkomponenten enorme Entwicklungsanstrengungen auf den Weg gebracht worden. Und da die EU keine technische Lösung vorgegeben hat, wurden verschiedene Schichtaufbauten und Materialkombinationen entwickelt. Auch ganz nach dem Motto: Konkurrenz belebt die Kreativität. Und dennoch haben so manche Fluidtechniker anfangs die EU-Vorschrift mehr als Fluch und weniger als Segen angesehen.

Zahlreiche Verfechter von Zink-Nickel

Das Bild dokumentiert die Programmvielfalt von Volz hinsichtlich der Edelstahl-Schlauchnippel.

Im Laufe der Zeit hat sich die Situation aber wieder beruhigt und es wurde zielgerichtet an Chrom-VI-Alternativlösungen getüftelt. Herauskristallisiert haben sich schließlich zahlreiche Verfechter von Zink-Nickel-Beschichtungen. Einer davon ist Voss Fluid. Das Unternehmen entwickelte bereits vor mehreren Jahren den Zink-Nickel-Korrosionsschutz und setzte hierdurch eigenen Angaben zufolge einen neuen Maßstab in der hydraulischen Verbindungstechnik. Ganz bewusst wurde damals nicht eine Lösung gewählt, die auf der altbekannten Verzinkung beruhte. Man entschied sich für eine Oberfläche, welche den Korrosionsschutz deutlich verbesserte.

Die Schutzwirkung von mehr als 720 Stunden gegen Rotrost (gemäß Salzsprühnebeltest DIN EN ISO 9227), wurde bereits von zahlreichen internationalen Erstausrüstern und unabhängigen Prüflaboren bestätigt. Und auch nach dem VDMA-Einheitsblatt 24576 für Chrom-VI-freie Korrosionsschutzstoffe erfüllt die Voss-Zink-Nickel-Oberfläche alle Kriterien zur Einstufung in der höchsten Klasse. Erreicht wird dies durch den hochwertigen Aufbau der Oberfläche, welche aus einer Zink-Nickel-Basisschicht, einer kobaltfreien Passivierung und einer abschließenden Versiegelung besteht.

Parker Hannifin hat schon 2002 mit der Einführung einer Chrom-VI-freien Oberfläche einen Weg eingeschlagen, der bis heute konsequent weiter verfolgt wurde. So überrascht es auch nicht, dass auf der kommenden Hannover Messe eine neue Oberfläche präsentiert wird. Oliver Neiske verrät: „Allgemein in der Diskussion steht bei Oberflächenbeschichtungen die Verwendung der Elemente Nickel und Kobalt – beides sehr wirksame Substanzen für den Korrosionsschutz, beide aber auch hinsichtlich ihrer Toxizität insbesondere bei der Entsorgung kritisch. Diese Stoffe aus der Prozesschemie und aus der Bauteiloberfläche zu verbannen, war für uns als Betreiber einer hauseigenen Galvanik klares Entwicklungsziel. Mit unserer neuen Oberfläche ist es uns nun gelungen, als erster Hersteller auf beide Substanzen zu verzichten. Obwohl der grundsätzliche Schichtaufbau unverändert bleibt, konnten wir die Leistung im Salzsprühtest weiter steigern bis in die höchste Korrosionsschutzklasse K5. Möglich wurde das durch innovative Chemikalien, exakte Prozessführung aber auch durch Warenströme, die gezielt nur durch die Hände weniger deutscher Beschichter laufen. So können sich unsere Kunden auf ein leistungsstarkes Produkt verlassen, aber auch darauf, keine Substanzen in die Umwelt einzubringen, die ihren Mitarbeitern oder Endkunden auf Dauer schaden könnte.“

„Kunden legen Wert auf getestete und zertifizierte Produkte. So besteht eine Nachfrage nach Kupplungen, die auf einen bestimmten Druck hin getestet und zertifiziert wurden.“
Jan Wagener, Ernst Wagener Hydraulikteile

Für viel Wirbel in der Branche gesorgt hat in jüngster Zeit die Nachricht, dass Eaton einen neuen nickelfreien Korrosionsschutz einführt. Die sogenannte Guardian-Seal-Beschichtung gewährleistet Konzern-Angaben zufolge nicht nur hervorragenden, dauerhaften Korrosionsschutz. Sie überzeugt auch unter dem Aspekt des Gesundheitsschutzes und der Umweltverträglichkeit. Bei Guardian Seal handelt es sich um ein spezielles Beschichtungssystem auf Zink-Basis, das galvanisch aufgebracht wird. Die Zinkschicht wird in einem speziellen Verfahren passiviert und bildet dabei eine offenporige Struktur aus. Im nächsten Schritt, einem auf die Chemie abgestimmten Tauchvorgang, werden in diese Struktur organische Mikropartikel eingelagert. Anschließend folgt ein optimierter Trocknungsprozess, der zur Polymerisation der obersten Schicht führt. Die an der Oberfläche der Deckschicht befindlichen Moleküle werden dabei vernetzt. Das Ergebnis: Es entsteht ein dauerhafter, hoch korrosionsbeständiger Schichtaufbau.

Hydraulikflansch: Das F37-Parflange-System von Parker.

Verschraubte Verbindungen

Umfassende interne als auch externe Versuchsreihen haben unabhängig voneinander die Wirksamkeit des Systems bestätigt. Thomas Schmidt, Group Manager Engineering: „Die Beschichtung erfüllt die K5-Kriterien des VDMA-Einheitspapiers 24576. Das belegen die Ergebnisse der gemäß DIN EN ISO 9227 durchgeführten Salzsprühnebeltests. Hierbei wurde nach 360 Stunden keinerlei Weißkorrosion festgestellt und selbst nach 720 Stunden waren die Prüflinge frei von Rotkorrosion.“

Wenn von fluidischer Verbindungstechnik die Rede ist, dürfen Hydraulikflansche nicht unterschlagen werden. Der enorme Zeit- und Kostenaufwand beim Schweißen beschleunigten den Siegeszug verschraubter Verbindungen. Ohne aufwendiges Prüfen – schnell und einfach sowohl in stationären als auch in mobilen Systemen montiert – ist der Anwender beispielsweise mit dem von Parker entwickelten Parflange-F37-System in der Lage, die Installations-, Wartungs- und somit auch die Betriebskosten zu senken.

Die Parflange-F37-Komponenten werden energiesparend ohne äußere Wärmezufuhr erstellt. Beim Einsatz verzinkter Rohre kann sogar das Nachverzinken entfallen, da der Zinkauftrag beim Bördeln nicht beeinträchtigt wird. Das spezielle Bördelverfahren ergibt eine hochfeste Verbindung mit einer gerollten, verdichteten Oberfläche des Rohrendes. Die Konzeption der speziellen Orbital-Bördel-Maschinen schließt Fehler bei der Erstellung der Flansche nahezu aus. Dieser Kaltumformungsprozess ist viel schneller als das Schweißen: Die Fertigungsdauer einer Rohrverbindung wird um mehr als die Hälfte reduziert.

Im Gegensatz zu geschweißten Verbindungen ist die Montage von Parflange-F37-Komponenten sehr anwenderfreundlich: Der Flansch ist nicht fest mit dem Rohr verbunden, sondern axial drehbar. Die formschlüssige Anbindung des gebördelten Rohres mit den passenden Parflange-F37-Flanschen an das Hydrauliksystem erfolgt analog zur geschweißten Ausführung mit genormten Schrauben und Anzugsmomenten. Die Flanschverbindungen lassen sich ohne umfangreiche Vorkenntnisse sicher montieren. Das Flanschsystem ist für Rohre mit einem Außendurchmesser von 16 bis 273 mm konzipiert. Es eignet sich für Wandstärken bis zu 9 mm und Drücke von bis zu 420 bar.

Trend zu höheren Drücken

Höhere Durchflussraten, erhöhte Arbeitsdrücke und mehr Leistung bei gleichbleibendem Bauraum und Maschinengröße – das ist ein aktueller Trend in der Hydraulik. Der hat zur Folge, dass die Antriebssysteme mit Arbeitsdrücken von bis zu 500 bar arbeiten. Das hat natürlich auch Auswirkungen auf die Hydraulikschlauchentwicklung. Mit dem Spirallagenschlauch Dynamax EC850 von Eaton Aeroquip sind Arbeitsdrücke bis zu 500 bar ohne Sonderfreigaben möglich. Der neue Schlauch ist verfügbar in den Größen -10 (DN16), -12 (DN19), -16 (DN25) und -20 (DN31). Besonderes Augenmerk bei der Entwicklung galt der Flexibilität und dem Gewicht des Schlauchs. Der Anwender – das war klares Ziel der Entwicklung – soll trotz des erhöhten Druckniveaus keine Einbußen hinsichtlich der Montagefreundlichkeit erfahren.

„Auch bei einem geforderten Arbeitsdruck von 500 bar haben wir beim Dynamax EC850 keine Kompromisse bezüglich der Sicherheit gemacht.“
Kristin Fiolka, Eaton

Daher haben die entwickelnden Eaton-Ingenieure soweit möglich eine leichte Konstruktion mit vier Spiraldrahtlagen für size -10 (DN16), -12 (DN19) und -16 (DN25) verwendet. Nur die Größe -20 (DN31) wurde mit sechs Drahtlagen konstruiert. Das ist ein echtes Alleinstellungsmerkmal des Dynamax EC850. Der Nutzwert für den Anwender: Aufgrund der wenigen Drahtlagen konnte der neue Schlauch mit zehn Prozent geringerem Biegeradius qualifiziert werden als nach der bisher maßgeblichen SAE100R15 gefordert wird. Zudem wurde auch eine Reduktion der Biegesteifigkeit erreicht. Der Anwender muss also bei der Verlegung des Schlauches weniger Kraft aufwenden. Das daraus resultierende niedrigere Gewicht ist gerade bei mobilen Anlagen unter Energiesparaspekten ein großer Vorteil.

Im Gesamtbild einer Hydraulikanlage sind sie völlig unscheinbar. Sie machen nur einen sehr geringen Teil der Gesamtkosten aus, arbeiten ohne Elektronik, ja sogar ohne bewegliche Teile. Und doch sind sie – wenn man genau hinschaut – Bauteile, die einen entscheidenden Beitrag zur Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit und Umweltverträglichkeit eines hydraulischen Antriebssystems leisten. Die Rede ist von den Schlauchnippeln, die die Voraussetzung für eine flexible Verbindung von Hydraulikkomponenten und Anbaugeräten mit der Hydraulikpumpe schaffen. Wer glaubt, bei der Anschaffung dieser Commoditiys müsse man nicht so genau hinsehen und einfach das günstigste Angebot wählen, der wird während des Betriebs der Anlage unter Umständen eines Besseren belehrt.

Verzicht auf Lötverbindungen

Wenn die Schlauchverbindung überdurchschnittlicher Beanspruchung ausgesetzt wird, dann ist als Werkstoff Edelstahl die erste Wahl. Spezialist für solche hochwertigen Hydraulikprodukte ist die Volz-Gruppe, die unter dem Markennamen Metric Fittings auch ein sehr breites Portfolio an Stahl-Verbindungselementen fertigt, zugleich aber eine jahrzehntelange Erfahrung in der Verarbeitung von Edelstahl vorweisen kann. In den vergangenen Jahren hat Volz das Programm und die Anwendungsfelder der Edelstahl-Schlauchnippel erheblich erweitert. Allen Versionen und Varianten gemeinsam sind grundlegende Konstruktionsmerkmale: Dazu gehört der Verzicht auf Lötverbindungen. Stattdessen werden die Komponenten grundsätzlich als Ganzteil gefertigt.

Hydraulikschlauchleitungen von Interhydraulik mit neuer Zink/Nickel-Oberfläche.

Allen Schlauchverbindungen gemeinsam ist auch die Verwendung von hochwertigem Edelstahl 1.4571 beziehungsweise 316TI, der sehr hohe Ansprüche an die Korrosionsbeständigkeit nicht nur gegenüber Wasser und Salzwasser, sondern auch gegenüber aggressiven beziehungsweise korrosiven Medien erfüllt. Darüber hinaus eignen sich diese Stähle für hohe Temperaturen und rosten auch dann nicht, wenn sie geschweißt wurden.

Auf der Basis dieser Grundkonstruktion hat Volz ein umfassendes Programm an Edelstahl-Schlauchverschraubungen entwickelt, das im Hinblick auf die Schläuche wie auf deren Integration in die Anlage kaum Wünsche offen lässt. Die Schlauchnippel und -fassungen stehen für Textilschläuche, ein- und zweilagige Geflechtschläuche sowie für Multi-Spiralschläuche zur Verfügung. Auch für Thermoplastik-Schläuche (R7 und R8) und für PTFE-Schläuche als Wellrohr oder mit glatter Seele bietet Volz passende Lösungen. Bei den Multispiralschläuchen hat der Anwender zudem die Wahl zwischen Varianten mit und ohne Ausreißsicherung.

Was wäre die fluidische Verbindungstechnik ohne Kupplungen? Jan Wagener, Geschäftsführer der Firma Ernst Wagener Hydraulikteile, skizziert die Tendenzen am Beispiel von Landmaschinen: „Die Landtechnik fordert beispielsweise wegen den größeren Fahrzeugen sehr viel höhere Förderleistung und Drücke. Sehr gefragt ist anwenderfreundliche Technik, die dem Landwirt das Herstellen einer Verbindung erleichtert. Daher gibt es besonders bei den Kupplungen einen starken Trend hin zu voll- und halbautomatischen Systemen. Der Anwender setzt auf Systeme, bei denen sich durch das Umlegen eines Hebels oder Schalten eines Betätigungsknopfes mehrere Leitungen gleichzeitig kuppeln lassen, ohne dazu von seinem Gerät abzusteigen zu müssen. Im Vordergrund steht für den Landwirt dabei das sichere, reibungslose und obendrein schnelle Kuppeln, denn an einem Erntetag steht nur ein gewisser Zeitraum zur Verfügung.“

Welche Entwicklungen sich speziell bei den flachdichtenden Kupplungen abzeichnen, beschreibt Hydraulikexperte Jan Wagener so: „Bei diesen Kupplungen zeichnet sich ab, dass sie in immer mehr Anwendungen und Branchen zum Einsatz kommen. Gefragt sind größere Systeme, die auch noch unter sehr hohen Restdrücken kuppeln. Im Kommen befinden sich sehr lange haltbare Schwerlastkupplungen, für die auch Druckimpulshäufigkeiten im Millionenbereich unproblematisch sind. Aufgrund dieser Eigenschaften stoßen sie in völlig neue Anwendungen vor.“

Autor: Franz Graf, Chefredaktion