Zwei Fluide verausgaben sich für einen Kolben

Edgar Grundler ist freier Fachjournalist in Allensbach

Das Handling eines Pneumatikzylinders und die Power eines Hydraulikzylinders: Was wie die Quadratur des Kreises klingt, ist mit der „pneumohydraulischen“ Antriebseinheit längst Stand der Technik geworden. Weit über 80 000 Mal hat die Tox Pressotechnik GmbH & Co. KG, Weingarten, das sogenannte Kraftpaket hergestellt, seit in den achtziger Jahren das Patent dafür erteilt worden ist. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass zur Krafterzeugung nur Druckluft als Energie nötig ist, die dann wiederum in einem integrierten, geschlossenen Ölsystem in einen hohen hydraulischen Druck umgewandelt wird. Solche Zylinder verbinden die Leistungsmerkmale von Pneumatik und Hydraulik, nämlich hohe Kolbengeschwindigkeiten (Pneumatik) mit geballter Kraft auf kleinstem Raum (Hydraulik). Weitere Vorteile sind die kompakten Baumaße, der automatisch einsetzende Krafthub sowie die einfache Installation und Ansteuerung über standardisierte Ventiltechnik. Die Tox-Kraftpaket-Zylinder lassen sich heute in unterschiedlichsten Ausführungen für Umform-, Press- und Druckkräfte von 2 bis 2000 kN beziehen. Sie zeichnen sich durch große Hubfrequenzen, hohe Verschleißfestigkeit, schonenden Werkzeugeinsatz und ein reduziertes Geräuschniveau aus – insbesondere, weil der Arbeitsweg in drei Abschnitte unterteilt ist: luftbetriebener Eilhub, pneumohydraulischer Krafthub und luftbetriebener Rückhub.

Bereits die heute vorliegende Angebotspalette macht klar, dass mit pneumohydraulischen Antriebs- und Funktionseinheiten die unterschiedlichsten Aufgaben platz- und kostensparend erledigt werden können. Das Programm enthält je eine Baureihe von Standard- und Kompakt-Zylindern (S und K), wozu die Baureihen S.50 mit einstellbarem Krafthub und K.51 mit einstellbarem Gesamthub gehören. Zum anderen gibt es die KT-Baureihe, bei der Arbeitszylinder und Druckübersetzerteil aus Platzgründen separate Einheiten bilden. Hinzu kommen die Variante RP für Prägearbeiten, die Bauform O ohne Eilhub sowie speziell für die Schweißtechnik die Kraftpakete P und VH (mit Vorhub).

Die Kraftpaket-Zylinder sind eine Alternative zu aufwendigen mechanisch-elektrischen Antriebsmimiken für lineare Bewegungen mit hohem Kraftbedarf. Sie vereinfachen die Konstruktion und reduzieren den Beschaffungsaufwand. Die Installation und notwendige Servicearbeiten werden ebenfalls minimiert. In der Praxis erreichen solche pneumohydraulischen Antriebseinheiten millionenfache Hubzahlen ohne Ausfall. Lediglich Verschleißteile wie Dichtungen müssen von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Dank der integrierten Bauweise mit geschlossenem Ölsystem entfallen auch teure Zusatzaggregate und die dafür nötigen Installations- und Wartungsarbeiten vor Ort. Die kompakten pneumohydraulischen Antriebseinheiten kommen beispielsweise in Vorrichtungen, Maschinen, Pressen und Montageanlagen zum Einsatz und sorgen dafür, dass sich die Kraft intelligent, präzise und reproduzierbar steuern lässt. Während die Zu- und Rückstellhübe sehr schnell gefahren werden, entsteht der eigentliche Krafthub schließlich durch Zusammenwirken beider Medien.

Je nach Anwendungsfall können Hubfrequenzen von 100 Hüben/min realisiert werden. Bauartabhängig sind Gesamthübe von 32 bis 400 mm und Krafthübe zwischen 4 und 80 mm möglich. Die Kraftpaket-Zylinder lassen sich somit flexibel auslegen. Sie erledigen Blechbearbeitungsaufgaben wie Schneiden, Stanzen, Ausklinken, Biegen, Umformen, Prägen, Richten, Pressen oder Nieten genauso effizient wie das Verbinden von Blechen mittels Clinch-Technologien. Darüber hinaus werden pneumohydraulische Zylinder in vielen Schweißzangen eingesetzt, um die Anpresskräfte zu erzeugen.

Als weitere Anwendungsgebiete sind zum Beispiel Spannvorrichtungen zu nennen. Durch die großen Eil- und Öffnungshübe lassen sich die Werkstücke hier schnell einlegen und entnehmen, was in Verbindung mit den erwähnten kurzen Krafthüben zu niedrigen Zykluszeiten führt. Dies verringert die unproduktiven Nebenzeiten und steigert die Effizienz der Fertigungs- und Montageeinrichtungen. Da Maschinen häufig im Mehrschicht-Betrieb genutzt werden, müssen sie den hohen Ansprüchen an Dauerleistungsfähigkeit und Verfügbarkeit genügen: Tox gewährt deswegen für die Kraftpaket-Standardbaureihen S und K eine Garantie auf 10 Millionen Hübe in den ersten zwölf Betriebsmonaten.

Wie schon angedeutet, kommen Kraftpakete in Standard- und Sondermaschinen zum Einsatz. Tox hat eine Pressen-Baureihe im Lieferprogramm, die ausschließlich von eigenen pneumohydraulischen Zylindern angetrieben wird. Dazu gehören C-Gestell-Pressen mit Kräften ab 2 kN und bis 2000 kN. Des weiteren gibt es 2- und 4-Säulenpressen, einbaufertige Pressenstationen für Montage oder Produktion so-wie Sonderpressen. An die blechverarbeitende Industrie werden C-Bügel-Systeme geliefert, die für Verbindungs- aufgaben mit entsprechenden Werkzeugsystemen und pneumohydraulischen Antriebseinheiten ausgerüstet werden.

Praxisbeispiele dokumentieren die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten (siehe auch Bilder): An die Electrolux GmbH, Wilnsdorf, lieferte Tox eine Sondermaschine mit um 45° geneigtem Standard-Kraftpaket zum Verbinden von Airbag-Gehäusen. Die Daimler-Chrysler AG orderte C-Bügel-Clinchstationen, die sich in beliebiger Zahl aneinander reihen lassen.

Die Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG in Coburg benötigte eine Sondermaschine mit zwei Arbeitsstationen, um Blechkomponenten von Autositz-Baugruppen zu clinchen. Tox Pressotechnik konstruierte die rechte Station mit einem Standard-4-Säulen-Pressengestell und einem Kraftpaket-Zylinder der Baureihe S. Als Fügetechnologie diente das Tox-Rundpunktverfahren. Es lieferte Stempel- und Matrizenwerkzeuge, die Werkzeugaufnahmen sowie die Sicherheits-Steuerung, die in die Anlagensteuerung integriert wurde. Brose erhielt somit eine Lösung aus einer Hand.

Pneumohydraulische Zylinder sind seit vielen Jahren als Antriebseinheit für Schweißzangen im Einsatz. Speziell beim Buckelschweißen zeichen sich die so angetriebenen Zangen durch ein sehr gutes Nachsetzverhalten aus, an das herkömmliche Lösungen mit Federvorspannung nicht heran kommen. Weitere Vorteile sind der niedrigere Energieverbrauch, die Schnelligkeit bei den Bewegungsabläufen, das weichere Aufsetzen der Elektroden, die einfache Ansteuerung und die problemlose Funktions-Überwachung. Ähnliches gilt auch für das Punktschweißen mittels Hand-, Roboter- und Maschinenzangen. Während die Handzangen spezielle pneumohydraulische Antriebe enthalten, kommen in den Roboter- und Maschinenzangen vorwiegend Standard-Kraftpaket-Zylinder zum Einbau. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen sind Tox-Punktschweißzylinder leichter, kompakter gebaut und bieten kürzere Schaltzyklen. Sie decken Schweiß- und Druckkräfte im Bereich von 2 bis 80 kN ab und können durch Ändern des Übersetzungsverhältnisses ihre Kräfte variieren. Daher lassen sie sich an die jeweiligen Schweißaufgaben individuell anpassen.