Spezialzylinder für den Gießereibereich

Beengte Platzverhältnisse sowie hohe Schmutz- und Wärmebelastung sind in Gießereien an der Tagesordnung. Die Firma Hydropneu entwickelt unter anderem auch für diese Branchen Hydraulikzylinder. Ein aktuelles Beispiel ist eine Speziallösung mit integrierter Wasserkühlung nach Kundenvorgaben. In der Gießereibranche werden für zahlreiche Anwendungen Hydraulikzylinder eingesetzt, um große Lasten zu bewegen. In der Kokillengießerei und der Druckgießerei sind sie dabei hohen Schmutz- und Wärmebelastungen ausgesetzt. Die Anwender sind dennoch auf hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer angewiesen, da Maschinenausfallzeiten im Mehrschichtbetrieb mit finanziellen Einbußen in beträchtlichem Umfang einhergehen. Der Hydraulikanbieter Hydropneu aus Ostfildern hat zahlreiche Lösungen entwickelt, die diesen Anforderungen gerecht werden.

Eine spezielle Lösung ist der Blockzylinder mit integrierter Wasserkühlung. Dieser wird in Druckgussformen zum Squeezen eingesetzt. Beim Squeezen wird das erstarrende Material lokal verdichtet, um auch bei komplexen Geometrien hoch belastbare Druckgussteile zu erhalten. Da das Squeezen jeweils an ganz bestimmten Stellen erfolgen muss, ist die Einbauposition zwingend vorgegeben, und der Einbauraum meist knapp bemessen.

Die extrem hohen Temperaturen führen beim Einbau von normalen Hydraulikzylindern zu sehr kurzen Standzeiten der Dichtungen und können auch das Hydraulikmedium schädigen. Neben dem Ausfall des Zylinders sind Schäden am Hydrauliksystem dann oft die Folge. Um dies zu vermeiden, werden die Squeezingzylinder mit Wasserkühlsystemen ausgestattet. Die Kühlbereiche werden dort integriert, wo die Wärmeeinträge zu erwarten sind. Dies kann im Bereich der Kolbenstangendichtungen, der Kolbendichtung, des Zylindergehäuses oder in einer Kombination dieser Bereiche sein. Die ersten Exemplare dieser Komponenten sind gerade im Bau.

Auch alle anderen Zylinderarten für Gießerei-Anwendungen baut Hydropneu mit integrierter Wasserkühlung. Abhängig von der Höhe der Temperatur und des Wärmeeintrags kommen spezielle Kühlsysteme zum Einsatz. Diese reichen, je nach dem Ort der Wärmeeinwirkung, von einer aktiven Kühlung der Kolbenstange oder des gesamten Zylinderkörpers bis zu Kühlkreisläufen im Zylinderkopf. In einer einfachen, günstigen Version bietet die Standardbaureihe 44 einen Wasserkühlmantel, der das komplette Zylinderrohr umschließt. Dieser Kühlmantel schützt die Dichtsysteme des Zylinders und verhindert, dass über den Mediumskreislauf Wärme in die hydraulische Versorgung gelangt und sich auf andere Anlagenteile ausbreitet.

Die Zylinder sämtlicher Standardbaureihen, zum Beispiel die Typen 47 und 51, können als Antwort auf hohe Umgebungstemperaturen mit temperaturfesten Dichtsystemen ausgestattet werden. Die Palette reicht von Metall-Kolbenringen bis hin zu verschiedenen Kolbenstangen-Dichtsystemen, deren Werkstoffe neben den Temperaturen auf die eingesetzten Betriebsmedien abgestimmt werden. Ein Betrieb mit sämtlichen gebräuchlichen Hydraulikflüssigkeiten von Mineralöl-basischen bis hin zu den schwer entflammbaren Medien HFC und HFD ist möglich.

Räumliche Enge, hohen Drücke und Dauerbetrieb

Die beengten Platzverhältnisse kommen bei der Konstruktion von Hydraulikzylindern für Druckgussmaschinen in verschiedener Hinsicht zum Tragen: Insgesamt sind alle Hydropneu-Zylinder für den Druckgussbereich kompakt konstruiert. Bei Sonderanfertigungen passt das Unternehmen seine Zylinderkonzeptionen zusätzlich an jeweilige Einbausituationen und die jeweiligen Betriebsdrücke an. So ist etwa in den meisten Druckgießmaschinen keine manuelle Entlüftung möglich. Deshalb setzt Hydropneu an den Kolben spezielle Dichtungsbestückungen ein, die für eine automatische Entlüftung sorgen.

Zylinder, bei denen beide Anschlüsse auf dem Zylinderboden liegen, bilden eine kompakte Außenkontur. Diese Bauform bietet höhere Sicherheit nicht nur dadurch, dass beide Anschlussleitungen weit vom Arbeitsbereich entfernt sind, sondern sie erleichtert durch die gute Zugänglichkeit auch das Anschließen des Zylinders.

Im Druckgussbereich werden in der Regel Betriebsdrücke bis 160 bar gefahren. Bei Störungen kommen ab und zu Druckübersetzer zum Einsatz, und es treten kurzzeitig Spitzendrücke von bis zu 400 bar auf. Für diese Fälle werden die Zylinder entsprechend verstärkt ausgelegt, sodass auch bei solch hohen Überlastungen lange Standzeiten gewährleistet sind.

Fliegender Wechsel

Weiterhin bedeutet der intensive Mehrschichtbetrieb von Druckgießmaschinen nicht nur eine hohe Belastung, sondern erschwert auch die Wartung und Reparatur von Komponenten. Reguläre Stillstandszeiten werden so kurz wie möglich geplant, ungeplante Ausfallzeiten bedeuten einen hohen finanziellen Verlust. Der Anbieter achtet bei der Konstruktion der Hydraulikzylinder auf diesen Aspekt. Zur Erneuerung von Kolbenstangendichtungen etwa ist nur eine einzige Buchse abzuschrauben.

Die Kernzugzylinder der Baureihe 58 nutzen die gesamte Kolbenfläche und damit die maximal mögliche Kraft des Zylinders.

Auf der Euroguss 2014 stellte das Unternehmen den energieoptimierten Kernzugzylinder der Baureihe 58 vor, die im Mai 2014 erstmals an Anwender geliefert wurden. Übliche Kernzugzylinder an Druckgussformen werden aufgrund ihrer Anbindung in der Regel ziehend eingesetzt. Das bedeutet, dass in dem Augenblick, in dem die größte Kraft zum Losbrechen eines Kerns oder Schiebers benötigt wird, nur die kleinere Kraft der Ringfläche des Hydraulikzylinders zur Verfügung steht. Dadurch wird sein Leistungsvermögen relativ uneffektiv genutzt.

Bei der kompakten Zylindereinheit wird durch Umkehr der Wirkrichtung beim Lösen von Schiebern und Ziehen von Kernen dagegen die gesamte Kolbenfläche eingesetzt und damit die maximal mögliche Kraft des Zylinders genutzt. Durch den Einsatz der Kolbenringfläche können dann beim Schließen mit der bisher benötigten hydraulischen Leistung höhere Geschwindigkeiten und damit kürzere Zykluszeiten erzielt werden, oder es besteht die Möglichkeit, den höheren Wirkungsgrad für eine Energieeinsparung zu nutzen. Die nun von der Druckgussform abgewandten Kolbenstangendichtungen sind dadurch auch einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt.

Bei der noch relativ jungen Baureihe setzt das Unternehmen auf zwei parallel laufende, kleine Kolben, die in einer Einheit zusammengefasst sind. Diese kann wie ein konventioneller Zylinder befestigt werden, und alle Bewegungen erfolgen achsparallel ohne zusätzliche Kräfte oder Momente. In einem gewissen Umfang kann die neue Zylinder Baureihe 58 sogar Führungsaufgaben für den Schieber übernehmen, was den Aufbau der Druckgussform vereinfachen kann.

In der Druckgussindustrie werden Hydraulikzylinder und technische Lösungen eingesetzt, die in anderen Industriezweigen seltener zu finden sind. Sie sind eine Antwort auf den schweren Dauerbetrieb bei ungünstigen Bedingungen. do

Autorin: Simone Hellstern, Hydropneu