Hydraulikzylinder einfachwirkend

Wodurch fährt der Kolben aus?

Strömt das Öl (blau) ein, verdrängt es den Kolben (rot) und drückt die Kolbenstange aus dem Hydraulikzylinder. Solange sich der Kolben im freien Hub befindet und nicht mit der Last in Berührung tritt, reicht ein geringer Druck aus. Zum Drücken der Last bedarf es entsprechend mehr Druck. Je größer die Last desto mehr Druck muss von der Pumpe erbracht werden. Bei Erreichen des maximalen Betriebsdrucks 700 bar regelt die Pumpe ab und ein weiteres Drücken oder Heben ist nicht mehr möglich. Auch bei Erreichen der Endlage muss der Pumpbetrieb eingestellt werden.

Wie fährt der Kolben wieder ein?

Das Einfahren des Kolbens wird mit dem Öffnen des Ablassventils eingeleitet. Einige einfachwirkende Zylinder werden mit Federkraft zurückgezogen, andere unter Belastung. Kommt der Kolben gegen den entweichenden Öldruck an, senkt er sich von allein. Durch Drücken auf die Kolbenstange lässt sich der Vorgang beschleunigen. Die Geschwindigkeit des Zurückziehens hängt von der Länge des Schlauches und anderen Verengungen in der Leitung ab.

Der Aufbau eines einfachwirkenden Hydraulikzylinders

Der Aufbau eines einfachwirkenden Hydraulikzylinders ist einfach und funktional. Als Grundkörper dient ein zylindrischer Metallmantel der innen glatt, am Boden geschlossen und im oberen Bereich mit einem Innengewinde versehen ist. Knapp über dem Boden dient eine Gewindebohrung zum Einschrauben einer Schlauchkupplung.

Der Kolben wird von oben in das Gehäuse eingeführt. Er liegt mit seinem unteren Führungsstück eng am Schaft an. Bronzeführungen sorgen für eine gute Gleiteigenschaft und Dichtungen für einen Öl undurchlässigen Abschluss an der Wandung. Am oberen Austritt wird die Kolbenstange durch einen in den Mantel eingeschraubten Gewindering seitlich gestützt.

Die Hubbegrenzung

Der Kolben bewegt sich linear im Gehäuseschaft. Der untere Zylinderboden und der obere Gewindering schränken ihn in seiner Bewegung ein. Häufig fungiert der Stoppringring als voll belastbarer Endanschlag. Um die Abnutzung gering zu halten, sollte der Zylinder dennoch nicht vollkommen ausgefahren werden.

Konstruktionsbedingt kann ein Sperrring bei einigen wenigen Zylindertypen nicht verbaut werden. Diese Zylindertypen haben keinen mechanischen Endanschlag. Bei Ihnen signalisiert eine Markierung an der Kolbenstange die Hubbegrenzung. Fährt der Kolben weiter aus, spritzt das Öl über eine Bohrung ab.

Die Seitenlastverträglichkeit

Eine stabile Kolbenführung verbessert die Seitenlastverträglichkeit des Hydraulikzylinders. Die Lagergröße und Qualität der Führungsbänder absorbieren exzentrische Belastungen und schützen vor Abnutzung und Verschleiß. Hochwertige Lager verhindern ein Überstrecken und Beugen einem Ausfall des Kolbens vor. Ihre stützende Eigenschaft wirkt einem Verkanten entgegen und bewahrt den Kolbenschaft vor Riefen und Macken.

Seitenlasten stellen ein echtes Problem dar, sind aber bei Schwerlasthubanwendungen unvermeidlich. Selbst wenn der Zylinder rechtwinklig an der Last anliegt, können beispielsweise lockere Böden zu einer Schrägstellung führen und damit Seitenlasten einleiten. Qualitativ hochwertige Hydraulikzylinder verzeihen Seitenlasten von bis zu 10° Neigung.

Ein bewegliches Druckstück dient ebenfalls dazu Seitenlasten zu vermeiden. Die Gefährdung durch eine Seitenlast nimmt zu, je weiter der Zylinder ausfährt.

Tipp: Grundsätzlich sollten Hydraulikzylinder nicht schräg belastet werden, da dies zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen kann. In der Praxis ist eine seitliche Belastung gelegentlich unvermeidbar. In diesem Falle sollte der maximale Betriebsdruck und der Hub des Zylinders nur zu 50% genutzt werden.

Achten Sie darauf, dass die Last immer auf der gesamten Fläche des Druckstückes bzw. des Kolbens aufliegt; ebenso muss der Boden des Hydraulikzylinders mit der ganzen Fläche auf tragfähigem Untergrund stehen. Dies gilt im Besonderen für Flach- und Hohlkolbenzylinder!

Wodurch entsteht die Druckkraft ?

Die Schubkraft eines Kolbens wird über den Öldruck erzeugt. Hydrauliköl wird über den Förderstrom von der Pumpe in den Zylinder gedrückt. Gemäß dem pascalschen Gesetz breitet sich der Druck nach allen Seiten gleichmäßig aus. Die Kraft errechnet sich aus dem hydraulischen Druck multipliziert mit der "wirksamen Kolbenfläche". Je größer die Fläche, desto mehr Druck wirkt auf den Kolben. Folglich steht damit die Kolbenfläche in direkter Relation zur Zylinderkapazität. Demnach lässt sich anhand des Zylinder-Außendurchmessers die Druckkraft abschätzen.

Hydraulikzylinder einfachwirkend mit oder ohne Federrückstellung ?

Einfachwirkende Hydraulikzylinder werden mit und ohne Federrückzug angeboten. Bei Hydraulikzylindern mit Federrückstellung fährt der Kolben bei Druckabfall wieder von alleine ein. Leistungsstarke Rückzugfedern sind vorgespannt und sorgen für ein schnelles Einfahren des Kolbens. Indem sie die Einfahrgeschwindigkeit erhöhen, steigern sie die Leistung des Zylinders und ermöglichen höhere Taktzahlen.

Hingegen lassen sich einfachwirkende Hydraulikzylinder ohne Rückhohlfeder nur unter Last wieder einfahren. Meist reicht ein leichter Druck auf den Kolben. Bei lädierten Führungsflächen, langen Hydraulikschläuchen oder großen Zylindern ist zum Einfahren des Kolbens unter Umständen ein erheblicher Kraftaufwand aufzubringen. Beim Wiedereinfahren muss das Öl aus dem System zurück in den Tank gedrängt werden. Der Kolben kämpft gegen die Viskosität des Öls an, dass durch die engen Öffnungen der Ventile und Schläuche strömt. Das Einfahr-System eines Hydraulikzylinders ohne Rückzugfeder nennt man auch Lastrückzug.

Aluminiumzylinder im Vergleich zu Stahl-Hydraulikzylindern

Neben Stahlzylindern werden auch Hydraulikzylinder aus leichtem Aluminium angeboten. Durch die hochfeste Aluminiumlegierung sind Leichtmetallzylinder äußerst korrosionsbeständig bis hin zu seewetterfest. Sie sind erheblich leichter und dadurch einfacher zu transportieren und zu positionieren. Der Gewichtsvorteil schrumpft aber mit zunehmender Zylindergröße. Da das Aluminium weicher ist als Stahl, sind bei höheren Druckkräften dickere Wandungen erforderlich, wodurch der Gewichtsvorteil mit zunehmender Druckkraft schwindet.

Stahlzylindern haben hingegen den Vorteil, dass sie günstiger und robuster sind. Zudem haben Aluminiumzylinder gegenüber Stahlzylindern eine niedrigere Zeitfestigkeit. Aluminiumzylinder sollten deshalb nicht in Langzeitanwendungen, wie der Fertigung eingesetzt werden. Beispielsweise ist die Nutzung der Aluminiumzylinder von Enerpac auf 5000 Zyklen bei empfohlenem Druck begrenzt.

Entlüften einfachwirkender Hydraulikzylinder

Bei Neukauf oder nach einer Reparatur sind Hydraulikzylinder meist nicht mit Öl befüllt. In diesem Zustand sollten sie nicht in Betrieb genommen werden. Luft im System zerstört Dichtungen, erzeugt Riefen auf den Innenflächen des Zylindermantels und führt im schlimmsten Fall zum Platzen der Zylinderkörper.

Zum Entlüften kuppelt man Schlauch und Pumpe an und kontrolliert die Verbindungen auf Dichtheit. Da die entweichende Luft leichter als das Öl ist, wird sie nach oben ausströmen wollen. Ihr einziger Ausweg aus dem System bleibt der Pumpentank. Zum vollständigen Entlüften, platziert man die Pumpe oberhalb des Zylinders und dreht den Zylinder auf den Kopf, damit der Ölanschluss oben sitzt. Nun wird der Zylinder unter leichtem Druck ausgefahren. Bei Erreichen des Anschlags kehrt man die Hubrichtung um und wiederholt den Vorgang bis der Stick-Slip-Effekt am Zylinder aufhört und man sich sicher ist, dass die Luft entweicht, ist.

Der Hersteller Yale liefert seine Hydraulikgeräte komplett einsatzbereit und entlüftet aus.

Hydraulikzylinder der Werkstatthydraulik

In der Werkstatthydraulik ist ein maximaler Betriebsdruck von 700 bar üblich. Ein wenig exponiert nutzen einige Hersteller einen Betriebsdruck von 500 oder 800 bar. Diese verwenden individuelle Kupplungssysteme, die mit den hier aufgeführten Systemen nicht oder nur bedingt kompatibel sind.

Alle Komponenten eines Hydrauliksystems sollten sicherheitshalber der gleichen Druckklasse entsprechen. Sowohl Hydraulikpumpe, Kupplungen, Schlauch, eventuelle Verteiler als auch der Zylinder müssen dem maximalen Druck der Pumpe standhalten können. Teile für niedrigere Betriebsdrücke können platzen oder zu Schaden kommen und Personen bzw. Güter gefährden.

Plungerzylinder

Der Plunger Zylinder funktioniert nach dem Prinzip eines einfachwirkenden Zylinders, nur dass bei ihm kein Kolben verbaut wird. Seine Kolbenstange dient als Schubelement. Sie übernimmt die Aufgabe des Kolbens und ist aus diesem Grund auch dicker ausbildet als bei üblichen einfachwirkenden Zylindern. Hingegen besteht seine Gehäusewandung häufig nur aus einem Blechmantel. Aufgrund geringer Seitenlastverträglichkeiten muss die Kolbenstange des Plunger Zylinders axial geführt werden. Weil der Plungerzylinder mit seiner Kolbenstange in das Hydrauliköl eintaucht, bezeichnet man ihn auch als Tauchkolbenzylinder.

Der Plungerzylinder ist nur als einfachwirkender Zylinder erhältlich und nicht als doppeltwirkender Zylinder ausführbar. Das Einfahren des Kolbens erfolgt durch Eindrücken mittels einer von außen wirkender Kraft. Auch wird der Zylinder häufig im Niederdruckbereich eingesetzt. Er eignet sich für einfache Tätigkeiten in Werkstattkranen oder Auto-Hebebühnen.