Hydraulikzylinder Was ist ein Hydraulikzylinder? Definition, Funktion und Anwendungsbeispiele

Hydraulikzylinder finden Einsatz in modernen Maschinen und Fahrzeugen und sind wichtiger Bestandteil der Fluidtechnik. Wir zeigen, wie sie funktionieren, welche Unterschiede es gibt und welche Vor- und Nachteile sie bieten.

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Definition: Was ist ein Hydraulikzylinder?

Ein Hydraulikzylinder fällt in den Bereich der Antriebstechnik. Er erzeugt Linearbewegungen und ist daher innerhalb hydraulischer Systeme ein unverzichtbares Element. Ein Hydraulikzylinder wandelt mit einem flüssigen Medium wie Öl oder Wasser hydraulische Energie in mechanische Energie um.

Wie funktioniert ein Hydraulikzylinder?

Bei einem Hydraulikzylinder geht es um die Erzeugung von Kraft. Diese wird gewonnen, indem innerhalb des Hydraulikzylinders Energie, die aus dem von einem hydraulischen Druckspeicher gelieferten Medium bezogen wird, in eine geradlinige, steuerbare Kraft umgewandelt wird.

Wie ist ein Hydraulikzylinder aufgebaut?

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.

Einfachwirkender Hydraulikzylinder

Ein einfachwirkender Zylinder ist nur in der Lage, sich aktiv in eine Richtung zu bewegen. Das liegt daran, dass er nur an einer Seite über einen Anschluss für die Hydraulikflüssigkeit verfügt. Der einfache Zylinder kann sich durch eine passive Bewegung auf unterschiedliche Arten wieder in seine Position zurückbewegen. Zum Beispiel durch sein Eigengewicht, eine Fremdkraft in Form eines Federrückzuges oder durch direkte äußere Einwirkung wie das Gewicht eines Fahrzeuges, das dafür sorgt, eine Hebebühne wieder abzusenken. Hier ist noch einmal zwischen Teleskop- und Tauchkolbenzylinder zu unterscheiden:

Teleskopzylinder: Ähnlich wie bei dem Namensgeber Teleskop sind bei einem Teleskopzylinder die Zylinder ineinander verschachtelt. Durch sukzessives Auseinanderbewegen der einzelnen Zylinder wird der gesamte Hydraulikzylinder immer länger. Das führt, im Vergleich zur Baugröße, zu einer relativ langen Hublänge.

Tauchkolbenzylinder: Beim Tauchkolben- oder Plungerzylinder sind Kolben und Kolbenstange vereint. Ein innerer Anschlag verhindert ein zu weites Ausfahren aus dem Zylinder selbst. Diese Modelle sind sehr beliebt, da sie durch die einfache Konstruktion sehr preisgünstig sind und zudem universell zum Einsatz kommen können.

Doppeltwirkender Hydraulikzylinder

Ein doppeltwirkender Zylinder verfügt über zwei Anschlüsse für Flüssigkeit. Er ist daher in der Lage, sich durch Vorschub-und Rückschubbewegung aktiv in zwei Richtungen zu bewegen. Der Kolben und die Kolbenstange bilden beim doppeltwirkenden Hydraulikzylinder ein Bauteil. Allerdings ist die Fläche auf der Seite des Kolbens deutlich größer als die am Ende der Kolbenstange liegende Ringfläche. Das führt zu einem langsameren Ein- und Ausfahren des Zylinders. Da dieser Hydraulikzylinder kontrolliert in zwei Richtungen verschoben werden kann, kommt er gerne bei Baumaschinen oder in der Fördertechnik zum Einsatz. Diese Bauweise ist auch als Differenzialzylinder bekannt. Oft werden die Begriffe doppeltwirkender Zylinder und Differenzialzylinder synonym verwendet.

Gleichlaufzylinder

Beim Gleichlaufzylinder ist am Kolben auf beiden Seiten eine Kolbenstange angebracht. Die Ringflächen sind identisch. Dadurch ist der Volumenstrom an Flüssigkeit auf beiden Seiten gleich hoch, was Vor- und Rückschub dieselbe Geschwindigkeit verleiht. Das ist der große Unterschied zu anderen doppelwirkenden Hydraulikzylindern, die mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit ein- und ausfahren.

Iso-Normzylinder

Iso-Normzylinder unterliegen bezüglich Druck, Form und Länge ganz bestimmten Anforderungen. Das macht sie leicht austauschbar, wenn sie nicht mehr in der Lage sind, mit der notwendigen Präzision zu arbeiten. Händler haben in der Regel stets die passenden Einzel- und Ersatzteile auf Lager. Da alle Hersteller sich an die Norm halten, verfügen diese Hydraulikzylinder firmenunabhängig über eine einheitliche Bauweise. In der Industrie kommen aus diesem Grund häufig Iso-Normzylinder zum Einsatz.

Kolbendichtung

Kolbendichtung auch unter Druck dauerhaft stark

Tandemzylinder

Ein geringer Hublauf sorgt bei Tandemzylindern dafür, dass auf einer relativ kleinen Fläche große Kräfte aufgebracht werden können. Der Grund dafür sind mehrere Kolben, die separat hintereinander in einem Zylinder angebracht werden. Gemeinsam können diese Zylinderkolben nun auf eine Kolbenstange einwirken. Dadurch addieren sich die einzelnen Kraftaufwendungen zu einer großen Gesamtkraft, die auf die Kolbenstange ausgeübt wird.

Teleskopzylinder

Teleskopzylinder sind sowohl als einfachwirkender als auch als doppeltwirkender Hydraulikzylinder erhältlich.

Das Video von Agirossi zeigt, wie ein doppeltwirkender Teleskopzylinder funktioniert:

Wo werden Hydraulikzylinder eingesetzt?

Hydraulikzylinder werden eingesetzt zum:

• Heben

• Senken

• Verriegeln und

• Verschieben

Praxisbeispiele Hydraulikzylinder

Hydraulikzylinder finden sich typischerweise in jeder Art von modernen Maschinen und Fahrzeugen. So kommen sie bei Kran, Bagger, Kipplaster, Muldenkipper, landwirtschaftlichen Maschinen, Werkzeugmaschinen und Hebebühnen, aber auch Flugzeugen und Panzern zum Einsatz. Der Antrieb von Karussells auf Jahrmärkten und in Vergnügungsparks erfolgt ebenfalls mit einem Hydraulikzylinder. Das klassische Beispiel für einen Hydraulikzylinder ist die Bremse beim Auto. Sobald das Bremspedal betätigt wird, bewegt sich die Bremsflüssigkeit im Bremszylinder und somit der Kolben. Der so im Zylinder entstandene Druck wird zunächst auf die Bremsbacken und dann in Form von Bremskraft auf die Bremsscheiben des Fahrzeugs übertragen: Das Auto hält an.

Alternativen zum Hydraulikzylinder

Pneumatikzylinder

In der Pneumatik gibt es Antriebe durch Druckluftmotoren, pneumatische Muskel und pneumatische Zylinder. Als Teil des pneumatischen Antriebssystems erzeugt der pneumatische Zylinder eine Bewegung mittels Druckluft als Medium, während ein Hydraulikzylinder hierfür eine Flüssigkeit nutzt. Pneumatische Zylinder eignen sich besonders, um Schwenkbewegungen oder eine geradlinige Bewegung auszuführen. So werden sie eingesetzt, um ein Ventil anzusteuern. Generell werden sie als Antrieb und bei Beförderungen sowie Spritzgießwerkzeugen und jeder Art von Handhabungswerkzeugen eingesetzt.

Das Video zeigt, wie ein Pneumatikzylinder funktioniert:

Elektrozylinder

Als Elektrozylinder oder Elektrohubzylinder werden Verstellaggregate bezeichnet, die durch einen elektromotorischen Antrieb ein Schubrohr in linearer Bewegung ein- oder ausfahren können. Als Teil elektromechanischer Maschinenbaukomponenten sind sie in unterschiedlichen Größen für verschiedene Einsatzgebiete und Kräfte erhältlich.

Der Elektromotor an einem Elektrozylinder ist in der Regel an ein Getriebe gekoppelt. Der Getriebeabtrieb ist via eine Kupplung mit einer Gewindespindel verbunden, die eine mit einem Schubrohr verbundene Leitmutter antreibt. Der Rechts- und Linkslauf des Motors sorgt dafür, das Schubrohr ein- und auszufahren. Ein mit dem Getriebegehäuse verbundenes Standrohr gewährleistet während des Vorgangs die notwendige Stabilität.

Der Hub kann durch Schalter begrenzt werden. Es gibt Elektrozylinder für Druck- oder Zugkräfte. Elektrozylinder kommen in der Agrartechnik, im Maschinenbau, in der Medientechnik und in der Medizintechnik zum Einsatz. Versionen mit erhöhter Schutzart gemäß IP66 können auch im Außenbereich betrieben werden.

Das Video zeigt, wie ein Elektrozylinder funktioniert:

Vorteile von Hydraulikzylindern

In der Praxis muss oft zwischen einem pneumatischen Zylinder und einem Hydraulikzylinder entschieden werden. Ein Hydraulikzylinder hat die folgenden Vorteile:

• Ein Hydraulikzylinder kann exaktere und gleichmäßigere Bewegungen als ein pneumatischer Zylinder ausführen.

• Geschwindigkeit oder Kraftanwendung können bei einem hydraulischen Antrieb stufenlos eingestellt werden.

• Ein Hydraulikzylinder benötigt keine Vorlaufphase, sondern bringt schon vom Start an volle Leistung.

• Ein Hydraulikzylinder erzeugt schon mit einem kleinen Volumen hohe Kräfte.

Nachteile von Hydraulikzylindern

Neben den Vorteilen, die ein Hydraulikzylinder bietet, ergeben sich auch einige Nachteile:

• Druckverlust durch mangelnde Dichtung

• sehr hohe Anforderungen an die Aufbereitung der Flüssigkeit hinsichtlich Sauberkeit, Filterung und Reinheit

• Viskositätsabhängigkeit von eingesetzten Flüssigkeiten

• Bei der Kompression von Flüssigkeiten sind jeweils Besonderheiten zu beachten.

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Hersteller von Hydraulikzylindern

Die einzelnen Hersteller bieten verschiedene Baureihen von Hydraulikzylindern an, von denen viele nach ISO oder DIN genormt sind. Wir stellen eine Auswahl vor.

• Parker Hannifin: Parker zählt zu den größten Anbietern von Hydraulikzylindern für industrielle Anwendungen. Im Sortiment hat der Anbieter eine große Auswahl von Zugstangen-, Rund- und Mühlenzylindern in Standard- wie Sonderausführungen.

• Hänchen: Die Firma Hänchen bietet verschiedene Varianten von Hydraulikzylindern an. Zum Sortiment gehören Differentialzylinder, Gleichlaufzylinder, Normzylinder und Standard-Hydraulikzylinder. Daneben beinhaltet das Sortiment Zubehör und passende Komponenten für Hydraulikzylinder.

• Liebherr: Liebherr entwickelt Hydraulikzylinder für ein breites Anwendungsspektrum mit Kolbendurchmessern bis zu 500 mm und Hublängen bis 8 m im Standard.

• AHP Merkle: Merkle fertigt Hydraulikzylinder für viele verschiedene Branchen und bietet verschiedenste Bauarten an.

• Heiss GmbH: Die Heiss GmbH fertigt Zylinder im Bereich Hydraulik und Pneumatik. Neben Standardmodellen sind auch Blockzylinder, Kompaktzylinder, Schwenkspanner und Würfelzylinder im Angebot.

• Agirossi: Agirossi stellt sämtliche Komponenten aus dem Bereich Hydraulik her. Neben Aggregaten, Ventilen und Wegmesssystemen werden einfachwirkende oder doppeltwirkende Hydraulikzylinder hergestellt.

• Staudt: Staudt-Hydraulik ist ein familiengeführtes Traditionsunternehmen, das sich auf Hydraulikzylinder spezialisiert hat. Neben den Standardzylindern werden auch Sondermodelle angefertigt. Hydraulikzylinder sind bei diesem Unternehmen in einfachwirkender und doppeltwirkender Ausführung erhältlich. Weiterhin befinden sich Gleichgangzylinder, Großzylinder und Hohlkolbenzylinder im Sortiment.

• Storz: Storz Hydraulikzylinder entwickelt und produziert Hydraulikzylinder für die Industrie. Neben den Standardmodellen in den gängigen Formaten nimmt das Unternehmen auch Sonderanfertigungen vor. Zusätzlich zu einer breiten Produktpalette an Hydraulikzylindern werden Ventile, Befestigungen und andere Zubehörteile angeboten.

• Watz: Bei Watz Hydraulik handelt es sich um einen führenden Hersteller für Antriebs- und Steuerungstechnik. Hydraulikzylinder werden in der Standardausführung mit einem Nenndruck zwischen 160 und 700 bar hergestellt. Daneben können bei dem Unternehmen auch Sonderanfertigungen in Auftrag gegeben werden.

• HEB Hydraulik-Elementebau GmbH: HEB ist ein führender Hersteller von Hydraulikzylindern mit einem umfassenden Produkt- und Leistungsspektrum. Am Standort Freiburg werden unter anderem Rund- und Blockzylinder, Flansch- und Einschraubzylinder, Norm- und Wegmesszylinder, Verriegelungs- und Mehrstellungszylinder bis hin zu hochspezialisierten Sonderanfertigungen entwickelt und produziert.

• Onlinehändler: Mittlerweile haben sich auch Onlinehänder-und portale im Bereich Hydraulikzylinder spezialisiert. Deren Portfolio umfasst sowohl einfachwirkende als auch doppeltwirkende Modelle in den verschiedenen Varianten. Hydrobar hat sich auf die verschiedenen Arten von Hydraulikzylindern spezialisiert, die sowohl mit als auch ohne Befestigung erhältlich sind. Das Fliegl Agro-Center bietet ein breites Sortiment an mit Montagematerialien aller Art, Filter, Kupplungen, Magnetspulen und verschiedenen Sorten Hydraulikzylinder.

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