DE102006012964A1 - Hydraulikzylinder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder zur Verwendung in Hydraulikanlagen, wobei der Hydraulikzylinder ein spiralgeschweißtes Stahlrohr umfasst.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Hydraulikzylinder zur Verwendung in Hydraulikanlagen, beispielsweise von Kränen.
• Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Hydraulikzylindern für Hydraulikanlagen, beispielsweise von Kränen.
• Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung eines spiralgeschweißten Stahlrohrs.
• Bei Hydraulikzylindern, die in Hydraulikanlagen z.B. von Kränen zum Einsatz kommen, handelt es sich um spezielle Komponenten, die besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind. In vielen Fällen beträgt der Nenn- oder Betriebsdruck in derartigen hydraulischen Anlagen weit mehr als 300 bar. In speziellen Anwendungen müssen die Hydraulikzylinder maximalen Nenndrücken von bis zu 700 bar und damit Prüfdrücken von bis zu 1050 bar standhalten können.
• Die durch den Innendruck erzeugten Kräfte wirken tangential zum Querschnitt der Zylinder und werden als Kesselspannung bezeichnet. Die Kesselspannung stellt den größten Anteil der Belastung der Hydraulikzylinder dar und muss durch entsprechende Auslegung der Komponenten (z.B. Wandstärke der Rohre, Eigenschaften des Rohrmaterials, ...) besonders berücksichtigt werden. Die zu erwartende Kesselspannung ist daher das gewichtsbestimmende Merkmal für Hydraulikzylinder.
• Auf derartige Hydraulikzylinder bzw. deren Komponenten, wie beispielsweise Zylinderrohr und Kolbenstange, wirken aber auch eine Vielzahl äußerer Kräfte. Derartige Kräfte dürfen nicht zu einem Versagen der Komponenten führen. Die Komponenten müssen daher auch sehr hohen Anforderungen beispielsweise bezüglich der Knickstabilität genügen.
• Für anspruchsvolle Anwendungen in der Hydraulik sind Zylinder bekannt, die aus schweißnahtlosen Rohren gefertigt werden. Derartige Rohre müssen üblicherweise im Zuge ihrer Herstellung Bearbeitungsschritten wie dem Normalisieren und dem Kaltziehen über einen Dorn unterworfen werden, um die geforderten Abmessungen exakt zu erfüllen. Gerade der Prozess des Kaltziehens kann jedoch nur mit Materialien mit bestimmten Maximalfestigkeiten durchgeführt werden, da sonst die für das Kaltziehen erforderliche plastische Umformbarkeit des Rohrmaterials nicht gegeben ist. Mit anderen Worten darf das Rohrmaterial nicht zu "fest" für das Kaltumformen sein, d.h. es darf keine zu hohe Streckfestigkeit aufweisen. Die Verwendung von "weichen" Materialien hat zur Folge, dass kaltgezogene Rohre relativ große Wandstärken aufweisen müssen und damit ein vergleichsweise hohes Eigengewicht haben, um den Belastungen, die in einem Hydraulikzylinder auftreten können, standzuhalten.
• Darüber hinaus sind Rohre bekannt, die aus gebogenen Blechen gefertigt werden. Diese Rohre weisen eine Schweißnaht parallel ihrer Längserstreckung auf (Längsnaht). Da die Schweißnaht bei geschweißten Rohren in der Regel die Schwachstelle bezüglich der auftretenden Belastung darstellt, muss die Schweißnaht besonders zuverlässig gefertigt werden (100% Güte, mit Nachweis). Um die im Betrieb auftretenden Spannungen an der Längsnaht aufnehmen zu können, muss diese Schweißnaht mit entsprechender Güte eine Mindestdicke aufweisen, die zumeist jene übersteigt, welche das Rohrmaterial selbst aufweisen müsste. Da die Schweiß naht keine Verdickung im Profil des Rohrs bilden darf, müssen die bekannten Rohre mit einer Längsnaht relativ große Wanddicken aufweisen und sind daher verhältnismäßig schwer.
• Zudem durchlaufen auch Rohre mit einer Längsnaht meist ein "Kaltziehen", um reproduzierbar exakte Durchmessermaße garantieren zu können. Die damit einhergehenden Nachteile wurden vorstehend bereits ausgeführt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, Hydraulikzylinder zur Verwendung in Hydraulikanlagen bereitzustellen, die bei hoher Belastbarkeit möglichst geringe Wanddicken und damit ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. Diese Hydraulikzylinder sollen außerdem möglichst kostengünstig und trotzdem exakt herzustellen sein.
• Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
• Erfindungsgemäß umfasst der Hydraulikzylinder zumindest ein spiralgeschweißtes Rohr.
• Im Gegensatz zur vorherrschenden Meinung hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass an sich bekannte Spiralrohre, die z.B. aus einem bandförmig vorliegenden Ausgangsmaterial spiralförmig gewickelt und anschließend an der spiralförmig umlaufenden Nahtstelle (Spiralnaht) geschweißt werden, den hohen Belastungen, wie sie an Hydraulikanlagen auftreten, ohne weiteres standhalten können. Diese Rohre weisen ein deutlich geringeres Eigengewicht auf, als in vergleichbarer Weise belastbare Rohre für Hydraulikzylinder, wie sie herkömmlicherweise hergestellt werden.
• Die an einer Längsschweißnaht auftretenden Spannungen, beispielsweise wenn die Hydraulikflüssigkeit im Inneren des Hydraulikzylinders unter Druck gesetzt wird, sind rechtwinklig zur Schweißnaht wirkende Normalspannungen. Im Falle einer Spiralnaht ist der Winkel zwischen Normalspannung und Schweißnaht kleiner als 90° und die auf die Schweißnaht wirkenden Kräfte verteilen sich auf Komponenten, die sowohl parallel als auch senkrecht zur Schweißnaht wirken. Die Komponenten haben einen geringeren Betrag als die Normalspannungen, die bei gleichem Druck an einer Längsschweißnaht auftreten. Die durch die Schweißnaht zu verkraftende Belastung ist bei einer Spiralnaht erheblich niedriger. Dadurch kann eine derartige Spiralschweißnaht mit geringerem Materialeinsatz gefertigt werden, ohne Abstriche an der Belastbarkeit hinnehmen zu müssen. Folglich kann auch die Wanddicke der Rohre an sich reduziert werden. Die damit einhergehende Gewichtsersparnis ist im Vergleich zu Rohren mit einer Längsnaht substanziell.
• Beispielsweise ist die hochfeste Stahlsorte S1100QL (Streckgrenze von 1100 N/mm²) nicht geeignet, um Rohre mit einer Längsnaht herzustellen, da ein Schweißzusatz mit entsprechender Streckgrenze nicht zur Verfügung steht und die Wärmeeinflusszone im Bereich der Schweißnaht die Festigkeit des Rohrmaterials herabsetzt. Mit anderen Worten definieren in diesem Fall die Materialeigenschaften des Schweißzusatzes und die Wärmeeinflusszone die maximale Belastbarkeit des Rohrs. Bei einer Spiralnaht sind die auf die Schweißnaht wirkenden Spannungskomponenten – wie vorstehend ausgeführt – deutlich kleiner. Die Verwendung eines Schweißzusatzes mit geringerer Streckgrenze und die Wärmeeinflusszone setzen in diesem Fall die Belastbarkeit des fertigen Rohrs aus S1100QL nicht herab. Man erhält also ein Rohr mit höherer Streckgrenze und damit höherer Belastbarkeit bei im Wesentlichen gleichem Gewicht.
• Rohre mit einer Spiralnaht lassen sich auf einfache Weise fertigen. Ihr Durchmesser kann während des Herstellungsprozesses exakt eingestellt werden. Ein anschließendes "Kaltziehen" ist nicht erforderlich. Daher kann Rohrmaterial mit einer höheren Streckgrenze verwendet werden, als dies bei Rohren, die noch "kaltgezogen" werden müssen (wie z.B. auch Rohre ohne Schweißnaht), möglich ist. Die Rohrwanddicke – und damit das Gewicht des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders – kann folglich reduziert werden.
• Durch die Verwendung von Materialien mit einer hohen Streckgrenze weisen Rohre mit einer Spiralnaht auch eine gute Stabilität gegenüber senkrecht zur Rohrachse wirkenden Kräften auf.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
• Sowohl das Zylinderrohr und/oder die Kolbenstange eines Hydraulikzylinders können als ein spiralgeschweißtes Rohr ausgebildet sein.
• In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist das spiralgeschweißte Rohr aus einem Stahl mit einer Mindeststreckgrenze von mehr als 770 N/mm² hergestellt. Es kann aber auch ein Stahl mit einer höheren Mindeststreckgrenze von beispielsweise etwa 890, 960 oder 1100 N/mm² verwendet werden.
• Bei dem Stahl kann es sich beispielsweise um einen, insbesondere wasservergüteten, Feinkornstahl handeln.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders beträgt der Winkel zwischen einer Mittelachse und einer Schweißnaht des Rohres in etwa 45°. Das heißt der Steigungswinkel der Spiralschweißnaht liegt in einem Bereich von etwa 45°. Bei diesem Winkel sind die auf die Schweißnaht wirkenden Komponenten der Spannungen betragsmäßig minimal, so dass die Schweißnaht zwecks einer optimalen Gewichts- und Wandstärkenminimierung vergleichsweise dünn ausgeführt werden kann, ohne dabei die Stabilität des Hydraulikzylinders zu gefährden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Hydraulikzylindern zeichnet sich dadurch aus, dass deren Zylinderrohre und/oder Kolbenstangen aus spiralgeschweißten Rohren hergestellt werden.
• Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Werkstoffband, beispielsweise ein Stahlblech, unter einem vordefinierten Winkel zwischen der Längsachse des Werkstoffbandes und der Mittelachse des herzustellenden Rohres eingeführt. Dieser Winkel definiert später im Wesentlichen den vorstehend beschriebenen Steigungswinkel der Spiralnaht. Anschließend kann das Werkstoffband mittels der Formeinrichtung in eine Spiralform gebracht werden. In diesem Zustand ist der Durchmesser des Rohres im Wesentlichen bereits durch den Einlaufwinkel und die Breite des Werkstoffbandes bestimmt. Allerdings kann durch Wahl bzw. Veränderung eines Abstandes zwischen den zusammenstoßenden Werkstoffbandkanten der Durchmesser des Rohres feinjustiert werden. Mit anderen Worten kann der Rohrdurchmesser in diesem Schritt noch exakt eingestellt werden. Im Anschluss daran können die Werkstoffbandkanten miteinander verschweißt werden.
• Dieses Verfahren ermöglicht es, hoch belastbare Zylinderrohre zur Verwendung in Hydraulikzylindern auf kostengünstige Weise zu schaffen.
• Der Einlaufwinkel des Werkstoffbandes kann in etwa 45° betragen, was – wie vorstehend bereits erwähnt – einen besonders vorteilhaften Wert bezüglich der Belastung der Schweißnaht darstellt.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Werkstoffband nach dem Biegen mittels der Formeinrichtung auf einen Kern gewickelt werden. Ist dieser Kern derart ausgelegt, dass sich sein Durchmesser variieren lässt, so kann das Feinjustieren auch mittels des Kerns vorgenommen werden. Eine Veränderung des Durchmessers des Kerns zieht dann eine Veränderung des Rohrdurchmessers nach sich, was sich auch in einer Veränderung des Bandkantenabstands ausdrückt.
• Alternativ oder zusätzlich kann das Feinjustieren auch durch zumindest eine Walze oder Rolle bewerkstelligt werden. Es können auch mehrere Walzen bzw. Rollen vorgesehen sein, die sich im Innenraum und/oder im Außenraum des in Spiralform gebrachten Werkstoffbandes befinden (Rollenkäfig). Die Funktion des Rollenkäfigs besteht darin, die Rohrachse zu fixieren und die Rundheit des Rohres zur Sicherung eines versatzfreien Zusammenlaufens der Bandkanten zu stabilisieren.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der durch den Abstand der Werkstoffbandkanten gebildete Zwischenraum auf einer Seite mit einem Werkstück, einem so genannten Fugenblock, abgedichtet werden. Dieser Fugenblock wird während des Schweißvorgangs z.B. in das Rohr eingeführt, um zu ermöglichen, dass Schweißzusatzstoffe den Zwischenraum ausfüllen und so die Schweißnaht bilden können. Dies erlaubt eine größere Bandbreite der verschweißbaren Werkstoffbandkantenabstände. Dadurch kann der Rohrdurchmesser über einen weiteren Bereich exakt eingestellt werden.
• Es kann weiterhin eine Oberflächenbearbeitung des Rohres vorgesehen sein. Insbesondere kann eine Bearbeitungsvorrichtung entlang einer Längsrichtung des Rohres relativ zum Rohr bewegt werden.
• In einer beispielhaften Ausführungsform wird das Rohr in einer Richtung mit einem ersten Werkzeug behandelt und in der entgegengesetzten Richtung mit einem zweiten Werkzeug nachbearbeitet. Beispielsweise kann das Rohr zuerst in eine Richtung spanabhebend bearbeitet werden. Anschließend wird das Werkzeug an einem Rohrende gewechselt und auf dem Rückweg wird die Rohroberfläche rolliert.
• Eine Oberflächenbearbeitung kann derart erfolgen, dass der Vortrieb des Werkzeugs im Wesentlichen entlang der Rohrlängsachse erfolgt. Es soll aber zumeist die gesamte Innen- und/oder Außenfläche des Rohrs nachbearbeitet werden. Daher kann vorgesehen sein, dass sich das Rohr währende der Nachbearbeitung um seine Längsachse dreht, oder das Werkzeug eine Spiralbewegung ausführt, um die gesamte Innen- und/oder Außenfläche zu erfassen.
• Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines spiralgeschweißten Rohres in einem Hydraulikzylinder in einer Hydraulikanlage. Wie vorstehend bereits erläutert, stellt die Verwendung eines derartigen spiralgeschweißten Rohres eine Abkehr von den bisher üblichen Konstruktionsweisen von Hydraulikzylindern dar. Gerade für Anwendungen mit besonders hohen Drücken und Belastungen, bei denen es auf ein möglichst geringes Gewicht der Bauteile ankommt, wurden bisher geschweißte Rohre als Zylinderkolben oder Kolbenstangen nicht in Betracht gezogen.
• Die spiralgeschweißten Rohre können in Hydraulikanlagen verwendet werden, deren Nenndruck wenigstens etwa 300 bar beträgt. Außer in Kränen können derartige Rohre auch in Hydraulikanlagen anderer Vorrichtungen ihre Anwendung finden (z.B. Bohranlagen und Flugzeugen).
• Trotz der hohen Belastung haben sich spiralgeschweißte Rohre hierfür bewährt und sich gegenüber Rohren mit einer Längsnaht als überlegen herausgestellt.
• Es können spiralgeschweißte Rohre aus einem Stahl mit einer Mindeststreckgrenze von mehr als 770 N/mm², insbesondere 1100 N/mm², verwendet werden. Bei dem Stahl kann es sich um einen Feinkornstahl handeln. Vor allem kann ein spiralgeschweißtes Rohr verwendet werden, bei dem der Winkel zwischen einer Mittelachse und einer Schweißnaht des Rohres in etwa 45° beträgt.
• Die Erfindung wird im Folgenden rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• 1 schematisch einen Hydraulikzylinder,
• 2 ein Werkstoffband zur Herstellung eines Spiralrohrs,
• 3 schematisch ein spiralgeschweißtes Rohr,
• 4a schematisch die auf eine Längsnaht wirkenden Spannungen,
• 4b schematisch die auf eine Spiralnaht wirkenden Spannungen,
• 5 schematisch ein Verfahren zur Umformung eines Werkstoffbands,
• 6 schematisch einen Kern zur Feinjustierung des Rohrdurchmessers,
• 7 schematisch eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens eines spiralgeschweißten Rohrs, und
• 8 schematisch eine Schweißstelle.
• 1 zeigt schematisch einen Hydraulikzylinder 10. Dieser umfasst ein Zylinderrohr 12 mit einem Zylinderrohrkopf 14 und einem Zylinderfuß 16. Der Kolben 18 kann zwischen dem Zylinderfuß 16 und dem Zylinderrohrkopf 14 bewegt werden. Die Bewegung des Kolbens 8 wird über eine Kolbenstange 20 an einen Stangenkopf 22 übertragen.
• Die Hydraulikflüssigkeit 24 kann sich sowohl im Bereich zwischen dem Zylinderfuß 16 und dem Kolben 18 als auch in dem Bereich zwischen dem Kolben 18 und dem Zylinderrohrkopf 14 befinden. Die Bewegung des Kolbens 18 wird durch Zu- bzw. Abfuhr (Druckerhöhung bzw. -reduktion) der Hydraulikflüssigkeit 24 gesteuert. Dadurch wird auch deutlich, dass das Zylinderrohr 12 im Wesentlichen einem Innendruck, der durch die Hydraulikflüssigkeit 24 hervorgerufen wird, zu widerstehen hat. Demgegen über kann auf der Kolbenstange 20 ein Außendruck durch die Hydraulikflüssigkeit 24 lasten. Beide Rohre, d.h. das Zylinderrohr 12 und die Kolbenstange 20, müssen außerdem stabil gegen Kraftkomponenten sein, die senkrecht zur Längserstreckung des Zylinders wirken (Knickstabilität).
• 2 zeigt ein Blech 30, das für die Herstellung eines Rohres mit der Länge H vorbereitet ist. Das Blech 30 hat zwei Basiskanten 32 und zwei Längskanten 34. Ein Steigungswinkel 36 wird durch eine Basiskante 32 und eine Längskante 34 eingeschlossen.
• Die Wahl der Länge der Basiskanten 32 und des Steigungswinkels 36 gibt im Wesentlichen der Durchmesser des Rohres vor.
• Wird ein besonders langes Rohr für die Herstellung eines Zylinderrohrs 12 oder einer Kolbenstange 20 benötigt, so können mehrere Bleche 30 aneinander geschweißt werden. Dabei werden die Bleche 30 allerdings nicht an den Basiskanten 32 zusammengeschweißt, sondern an Rechteckkanten 38, die senkrecht auf den Längskanten 34 stehen, und auf welche die Bleche 30 zugeschnitten werden.
• In 3 ist ein Rohr 40 dargestellt, das die Länge H hat und aus dem vorstehend beschriebenen Blech 30 gefertigt wurde. Zu diesem Zweck wurde das Blech 30 spiralförmig gewickelt. Durch diese spiralförmige Wicklung liegen sich die Längskanten 34 spiralförmig gegenüber. Diese Längskanten 34 werden verschweißt und bilden die Spiralschweißnaht 42. Die Mittellinie 44 des Rohrs 40 wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Zwischen der Projektion der Mittellinie 44 auf die Mantelfläche des Rohrs 40 (hier deckungsgleich mit der Mittellinie 44) und der Spiralschweißnaht 42 ist der Nahtsteigungswinkel 46 eingeschlossen. Dieser ist praktisch wertgleich mit dem Steigungswinkel 36 des Blechs 30.
• Um die auf die Schweißnaht wirkenden Spannungen zu minimieren, beträgt der Nahtsteigungswinkel 46 in etwa 45°. Dieser optimale Wert wurde auch durch Berechnungen und Versuche bestätigt.
• Bei einem Rohr 40, das aus mehren aneinander gefügten Blechen 30 besteht, treten zusätzliche Schweißnähte auf. Wenn in der vorstehend beschriebenen Weise einzelne Bleche 30 an den Rechteckkanten 38 aneinander geschweißt werden, ergeben sich Verlängerungsnähte (nicht gezeigt). Aus einfachen geometrischen Betrachtungen wird sofort ersichtlich, dass die Verlängerungsnähte wiederum einen vorteilhaften Winkel von 45° gegenüber der Mittellinie 44 aufweisen.
• Um die auf die Schweißnaht wirkenden Spannungen zu illustrieren (ohne äußere Kräfte), ist in 4a ein Rohrsegment 48 dargestellt, welches über eine Längsnaht 50 verfügt. Steht das Innere des Rohrsegments 48 unter erhöhtem Druck, so wirken senkrecht zur Längsnaht 50 tangential zur Oberfläche des Rohrsegments 48 Normalspannungen 52. Es ist deutlich zu sehen, dass keine Spannungskomponente in Längsrichtung der Längsnaht 50 auftritt.
• Im Gegensatz dazu sind die Bedingungen bei einem Rohrsegment 48' mit einer Spiralschweißnaht 42 in 4b dargestellt. Wirken auch hier Normalspannungen 52, so ergeben sich allerdings auch Spannungskomponenten 54 parallel zur Längsnaht. Die Spannungskomponenten 54' stehen senkrecht zu den Spannungskomponenten 54 und wirken daher auch senkrecht auf die Spiralschweißnaht 42.
• Durch diese Komponentenzerlegung wird deutlich, dass auf die in 4b dargestellte Spiralschweißnaht 42 betragsmäßig geringere Spannungen wirken als auf die Längsnaht 40 in 4a, obwohl grundsätzlich gleiche Normalspannungen 52 anliegen. Mit anderen Worten werden die Spannungen besser "verteilt". Daraus erschließt sich, dass Zylinder mit einer Spiralschweißnaht 42 deutlich belastbarer sind als Hydraulikzylinder, die mit Rohren mit einer Längsnaht 50 versehen sind, wenn sonst identische Materialien verwendet werden. Anders formuliert können also dünnere Spiralschweißnähte 42 – und damit auch dünnere Wandstärken des Blechs 30 – verwendet werden als bei gleich belastbaren Rohren 40 mit einer Längsnaht 50.
• Die damit einhergehende Gewichtsersparnis – oder im Umkehrschluss die größere Belastbarkeit derartiger Rohre – ist bisher bei der Konstruktion von Hydraulikzylindern nicht berücksichtigt worden.
• 5 zeigt auf schematische Weise ein Verfahren zur Umformung des Blechs 30. Eine Formeinrichtung 56 besteht in dieser Ausführungsform aus einem 3-Walzen-Biegesystem, das dem Blech 30 die gewünschte Krümmung verleiht. Eine Kombination von Außenwalzen 58 und Innenwalzen 60, die im Außen- bzw. Innenraum des spiralförmigen Blechs 30 angeordnet sind, dient zur Justierung und Fixierung des vorgeformten Blechs 30. Die Anordnung der Walzen 58, 60 und auch beispielsweise deren Anzahl und Ausgestaltung (Radius, etc.) kann den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden.
• Das Blech 30 kann auch auf einen Kern 62 gewickelt werden, der in 6 schematisch dargestellt ist. Dabei wird das Blech 30 auf den Kernmantel 64 gewickelt. An den beiden Öffnungen des Kernmantels 64 sind Kegelstümpfe 66 angeordnet. Werden diese Kegelstümpfe 66 aufeinander zu bewegt, so nimmt der Durchmesser des Kernmantels 64 zu. Bewegt man die Kegelstümpfe 66 auseinander, so nimmt der Durchmesser des Kern mantels 44 ab. Somit kann der Durchmesser des herzustellenden Rohrs 40 vor dem Verschweißen hochgenau eingestellt werden. Durch die Änderung des Durchmessers verändert sich auch der Abstand der Kanten der zusammenstoßenden Längskanten 34 (Bandkantenzwischenraum 68). Grundsätzlich sind natürlich auch andere Mechanismen zur Realisierung eines Kerns 62 mit variablem Durchmesser vorstellbar. Der Kern 62 kann durch Reduktion seines Durchmessers nach dem Verschweißen auch leicht aus dem fertigen Rohr 40 gezogen werden.
• Bei dem in 5 dargestellten Rollenkäfig wird die Feinjustierung des Rohrdurchmessers z.B. durch ein Verschieben der Außenwalzen 58 und/oder der Innenwalzen 60 erreicht.
• 7 verdeutlicht auf schematische Weise den Ablauf der Rohrfertigung. Das Blech 30 wird unter dem Steigungswinkel 36 in die Formeinrichtung 56 (nicht sichtbar) eingeführt. Dadurch entsteht ein spiralförmig gewickeltes Band, das bereits im Wesentlichen die Form des herzustellenden Rohrs 40 aufweist. Durch die Wirkung der Außenrollen 58 wird dieses Blech in Spiralform in seiner Form fixiert und, falls nötig, der Durchmesser des herzustellenden Rohrs 40 nachjustiert. Zwischen den Längskanten 34 des Blechs 30 liegt der Bandkantenabstand 68.
• An der Schweißstelle 70 werden die Längskanten 34 durch die Schweißeinrichtung 72 miteinander verschweißt und bilden die Spiralschweißnaht 42.
• 8 zeigt die Schweißstelle 70 in einer vergrößerten Darstellung. Die Schweißstelle muss nicht im Außenraum des herzustellenden Rohrs 40 angeordnet sein, sondern kann sich zusätzlich oder alternativ im Inneren des herzustellenden Rohrs 40 befinden.
• Die Längskanten 34 können auf geeignete Weise vorbereitet und vorgeformt sein. Da der Bandkantenzwischenraum 68 in gewissen Grenzen variieren kann, um den Durchmesser des herzustellenden Rohrs 40 zu justieren, wird der Fugenblock 74 eingesetzt. Er begrenzt den Bandkantenzwischenraum 68 auf einer Seite, um das Ausfließen eines eventuell verwendeten Schweißzusatzstoffes zu verhindern. Der Fugenblock 74 ist vorzugsweise aus hitzebeständigem Material wie etwa Keramik gefertigt.

10

Hydraulikzylinder

12

Zylinderrohr

14

Zylinderrohrkopf

16

Zylinderfuß

18

Kolben

20

Kolbenstange

22

Stangenkopf

24

Hydraulikflüssigkeit

30

Blech

H

Höhe

32

Basiskante

34

Längskante

36

Steigungswinkel

38

Rechteckkante

40

Rohr

42

Spiralschweißnaht

44

Mittellinie

46

Nahtsteigungswinkel

48, 48'

Rohrsegment

50

Längsnaht

52

Normalspannung

54, 54'

Spannungskomponente

56

Formeinrichtung

58

Außenwalze

60

Innenwalze

62

Kern

64

Kernmantel

66

Kegelstumpf

68

Bandkantenzwischenraum

70

Schweißstelle

72

Schweißeinrichtung

74

Fugenblock

Claims (16)

1. Hydraulikzylinder zur Verwendung in Hydraulikanlagen, beispielsweise Hydraulikanlagen von Kränen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (10) ein spiralgeschweißtes Rohr (40) umfasst.
2. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderrohr (12) und/oder eine Kolbenstange (20) des Hydraulikzylinders (10) ein spiralgeschweißtes Rohr (40) umfasst.
3. Hydraulikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr aus einem Stahl mit einer Mindeststreckgrenze von mehr als 770 N/mm², insbesondere 1100 N/mm², hergestellt ist.
4. Hydraulikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr aus einem Feinkornstahlblech hergestellt ist.
5. Hydraulikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (46) zwischen einer Mittelachse (44) und einer Schweißnaht (42) des Rohres (40) in etwa 45° beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung von Hydraulikzylindern für Hydraulikanlagen, beispielsweise Hydraulikanlagen von Kränen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderrohr (12) und/oder eine Kolbenstange (20) des Hydraulikzylinders als spiralgeschweißtes Rohr (40) hergestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, welches die Schritte umfasst: Einführen eines Werkstoffbandes (30) in eine Formeinrichtung (56) unter einem Einlaufwinkel (36), welcher ein Winkel zwischen der Längsachse des Werkstoffbandes und der Mittelachse (44) des herzustellenden Rohres (40) ist; Biegen des Werkstoffbandes (30) in eine Spiralform mittels der Formeinrichtung (56); Feinjustieren eines Durchmessers des Rohres (40) durch Einstellen eines Abstandes zwischen den zusammenstoßenden Werkstoffbandkanten (34); Verschweißen der zusammenstoßenden Werkstoffbandkanten (34).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufwinkel (36) des Werkstoffbandes (30) in etwa 45° beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstoffband (30) nach dem Biegen auf einen Kern (62) gewickelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinjustieren durch Variieren des Durchmessers des Kerns (62) erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinjustieren durch zumindest eine Walze (56, 58) erfolgt, die im Innenraum und/oder im Außenraum des in die Spiralform gebrachten Werkstoffbandes (30) angeordnet ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verschweißens der Werkstoffbandkanten (34) ein Fugenblock (74) einen durch den Abstand der Werkstoffbandkanten (34) gebildeten Zwischenraum (68) an einer Schweißstelle (70) auf einer Seite begrenzt, die einer anderen Seite, auf der eine Schweißvorrichtung (72) angeordnet ist, gegenüber liegt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Rohres nachbearbeitet werden, indem eine Bearbeitungsvorrichtung in Längsrichtung des Rohres (40) relativ zum Rohr (40) bewegt wird und die Bearbeitung in der einen Richtung mit einem ersten Werkzeug und in der entgegengesetzten Richtung mit einem zweiten Werkzeug erfolgt.
14. Verwendung eines spiralgeschweißten Rohres (40) in einem Hydraulikzylinder in einer Hydraulikanlage, beispielsweise einer Kranhydraulikanlage.
15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das spiralgeschweißte Rohr (40) in einer Hydraulikanlage verwendet wird, deren Nenndruck wenigstens etwa 300 bar beträgt.
16. Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein spiralgeschweißtes Rohr (40) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 2 bis 5 verwendet wird.