Hydraulikzylinder

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Hydraulikzylinder in einer Baumaschine

Der Hydraulikzylinder ist ein mit einem Fluid betriebener Arbeitszylinder, auch als hydraulischer Linearmotor bezeichnet und zählt in der Regel als Kraftmaschine (Antrieb) zu den hydraulischen Verbrauchern (Nehmer), wenn er die Energie der Hydraulikflüssigkeit, die von einem hydraulischen Druckspeicher oder einer Hydraulikpumpe geliefert wird, in eine Linearbewegung umsetzt

Bauformen

Hydraulikzylinder gibt es in diversen Bauformen. Für die Kolben- und Stangendurchmesser gibt es neben DIN/EN-Normen teilweise auch firmenspezifische Normen. Die vorrangig eingesetzten Hydraulikzylinder sind Zylinder in Rundbauweise nach ISO 6022 und DIN 24333, sowie Zugstangenzylinder nach ISO 6020/2 und DIN 24554.

  • Einfach wirkend
    - Einfach wirkende Zylinder haben nur eine Kolbenseite, die mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird. Arbeit kann dadurch nur in eine Richtung verübt werden. Die Rückbewegung erfolgt durch die Eigenmasse oder eine Fremdkraft (beispielsweise eine Feder). Hebebühnen besitzen oft einfachwirkende Zylinder.
  • Doppelt wirkend
    - Bei doppelt wirkenden Zylindern gibt es zwei gegenüberliegende Kolbenflächen, die mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Der Zylinder hat dadurch zwei aktive Bewegungsrichtungen.
    • Gleichlaufzylinder
      -Ein Gleichlaufzylinder (auch Gleichgangzylinder genannt) besitzt auf beiden Seiten der Kolbenfläche eine Kolbenstange. Das Volumen des ein- und ausströmenden Hydrauliköls ist deshalb immer gleich groß und somit fährt er auch mit derselben Geschwindigkeit ein und aus. Gleichlaufzylinder können auch mit nur einer Kolbenstange realisiert werden. Dabei sorgt eine spezielle Form der Kolbenstange mit internen Bohrungen dafür, dass die Flächenverhältnisse gleich sind
    • Tandemzylinder
      -Bei einem Tandemzylinder werden zwei Zylinder so miteinander verbunden, dass die Kolbenstange des ersten Zylinders durch den Boden des zweiten Zylinders hindurch auf dessen Kolbenstange wirkt. Dadurch erreicht man trotz geringer Baugröße aufgrund der Vergrößerung der insgesamt wirkenden Kolbenfläche eine größere Kraft.
    • Differentialzylinder
      - Ein Differentialzylinder besitzt nur auf einer Seite der Kolbenfläche eine Kolbenstange. Dadurch besitzt er zwei verschieden große Wirkflächen: Zum einen die Fläche auf der Kolbenseite, die komplett wirkt, und zum anderen die stangenseitige Fläche, bei der nur die Ringfläche wirkt. Das Verhältnis von Kolbenfläche zu Ringfläche wird mit {\displaystyle \Phi }\Phi bezeichnet. Dadurch fährt der Differentialzylinder im Normalfall mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten aus und ein: Das Einfahren geht schneller, entwickelt jedoch auch weniger Kraft. Nur im geschlossenen Regelkreis betrieben, folgt er der vom Sollwert vorgegebenen Geschwindigkeit.
  • Plungerzylinder
    -Ein Plungerzylinder (oder auch Tauchkolbenzylinder) besitzt keinen eigentlichen Kolben, sondern die Kolbenstange dient als Kolben. Plungerzylinder haben einen günstigeren mechanischen Wirkungsgrad, müssen aber axial geführt werden.
  • Teleskopzylinder
    - Ein Teleskopzylinder besteht aus mehreren ineinander gebauten Zylindern. Er wird häufig in einfachwirkender Bauform, aber auch in doppeltwirkender Bauform gebaut. Auch ist eine Kombination von einfachwirkenden Stufen mit einer doppeltwirkenden Stufe möglich. Der Vorteil von Teleskopzylindern besteht darin, dass sie bei relativ kleinen Einbaulängen große Hübe erzeugen können. Mit wachsender Hubposition verringert sich stufenweise mit geringer werdender aktiver Kolbenfläche die Kraftentfaltung. Dieses Verhalten passt gut für den Kraftbedarfsverlauf beim Aufkippen einer Lkw-Mulde.


Funktionsweise

Hydraulikzylinder wandeln eine zugeführte hydraulisch Energie in eine mechanische Energie um. Sie erzeugen eine gradlinige Bewegung (translatorisch). Hydraulikzylinder sind durch eine lineare Bewegung charakterisiert. Daher werden sie manchmal auch als Linearmotor bezeichnet. Ein Hydraulikzylinder setzt sich aus zwei Hauptbestandteilen zusammen: einem Kolben und dem Rohr des Hydraulikzylinders.

Das Rohr ist durch den Zylinderboden und auf der gegenüberliegenden Seite durch einen Zylinderkopf verschlossen. Durch den Zylinderkopf steht die Kolbenstange etwas nach außen vor, die für die Verbindung mit dem Kolben sorgt. Der Kolben selbst ist abgedichtet und verfügt über die sogenannten Führungsringe, die im Inneren des Zylinders für die Aufteilung in die untere Druckkammer und die obere Zugkammer sorgen.

Daneben finden sich verschiedene Ventile und Vorrichtungen, die für Dämpfung verantwortlich sind. Neben den Zylindern mit Kolbenstange existieren auch Modelle ohne Kolbenstange. Diese lassen sich sehr platzsparend einsetzen und verfügen trotz der geringen Größe über eine relativ große Hublänge.

Um eine komplette Hydraulikanlage zu installieren, sind weitere Elemente erforderlich. Hydraulikzylinder lassen sich anhand ihrer Konstruktionsart in einfach- und doppeltwirkende Zylinder unterscheiden. Der Teleskopzylinder und der Tauchkolbenzylinder zählen zu den einfachwirkenden Hydraulikzylindern. Differentialzylinder, Gleichlaufzylinder, Iso-Normzylinder und Tandemzylinder zählen zu den doppeltwirkenden Hydraulikzylindern.


Einsatzgebiete

Allgemein werden Hydraulikzylinder für das Heben, Senken, Verschieben oder Verriegeln von Mechanismen genutzt. Da die hydraulische Energie über Rohre und Leitungen gut und flexibel übertragbar sind, kommen sie bei sehr vielen Anwendungen zum Einsatz. Bei Pressen, Walzen oder Stanzmaschinen nutzt man die hohen Kräfte, die mit diesen Bauteilen möglich sind. Gleichzeitig lässt sich über Überdruckventile eine Überlastung des Systems leicht verhindern. Auch bei Baumaschinen kommen sie oft zum Einsatz.

Quellen und Literatur

  • Norm ISO 6020/2 und DIN 24554: Zugstangenzylinder
  • Fachkunde Land- und Baumaschinentechnik; Alois Wimmer; Verlag Europa-Lehrmittel; 2016; ISBN 978-3-8085-2007-9

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