Hydraulikzylinder

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Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem flüssigkeitsbetriebenen Arbeitszylinder; für den bei Feuerwehr und THW eingesetzten hydraulischen Zylindern siehe Rettungszylinder.
Ein Hydraulikzylinder an einer Baumaschine

Der Hydraulikzylinder ist ein mittels Flüssigkeit betriebener Arbeitszylinder.

Er wird auch als hydraulischer Linearmotor bezeichnet und zählt zu den hydraulischen Verbrauchern.

Er ist das wichtigste Arbeitselement in der Hydraulik. In ihm wird die Energie aus der Hydraulikflüssigkeit, die von einem hydraulischen Druckspeicher oder einer Hydraulikpumpe geliefert wird, in eine einfach steuerbare, geradlinig wirkende Kraft umgesetzt. Hydraulikzylinder gibt es in unzähligen Bauformen. Für die Kolben- und Stangendurchmesser gibt es DIN/EN-Normen und auch firmeninterne Normen.

Doppeltwirkende Zylinder[Bearbeiten]

Bei doppeltwirkenden Zylindern gibt es zwei gegenüberliegende Kolbenflächen, die mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Der Zylinder hat dadurch zwei aktive Bewegungsrichtungen.

Doppelwirkender Zylinder Funktionsprinziep.gif

Funktionsprinzip eines doppeltwirkenden Zylinders

Differentialzylinder, schematisch

Differentialzylinder[Bearbeiten]

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 \Phi bezeichnet. Dadurch fährt der Differentialzylinder im Normalfall mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten aus und ein. Wird der Zylinder im geschlossenen Regelkreis betrieben, fährt er entsprechend der vom Sollwert vorgegebenen Geschwindigkeit.

Gleichlaufzylinder, schematisch

Gleichlaufzylinder[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

Tandemzylinder, schematisch

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 wirkenden Kolbenflächen eine größere Kraft.

Einfachwirkende Zylinder[Bearbeiten]

Einfachwirkende 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 einer Fremdkraft (beispielsweise einer Feder). Hebebühnen besitzen oft einfachwirkende Zylinder.

Einfachwirkender Zylinder funktionsprinziep.gif

Funktionsprinzip eines einfachwirkenden Zylinders

Plungerzylinder[Bearbeiten]

Tauchkolbenzylinder, schematisch

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[Bearbeiten]

Teleskopzylinder, schematisch

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.

Bauformen[Bearbeiten]

Die in der Industrie vorrangig eingesetzten Hydraulikzylinder sind Zylinder in Rundbauweise nach ISO 6022 und DIN 24333, sowie Zugstangenzylinder nach ISO 6020/2 und DIN 24554.

Kräfteberechnung[Bearbeiten]

Die Kraft F eines einseitig und verlustfrei wirkenden Hydraulikzylinders ergibt sich aus dem im Zylinder wirkenden Druck p und der in Arbeitsrichtung senkrecht stehenden Fläche A:

F = p \cdot A.

Die Kräfte eines doppelseitig wirkenden Hydraulikzylinders sind folgendermaßen zu berechnen:

Bei einem Durchmesser dK des Zylinderkolbens ergibt sich die ausfahrende Kraft FA zu:

F_A = p \cdot \frac{d_K^2 \pi}{4}.

Bei einem Durchmesser dS der Kolbenstange ergibt sich die einfahrende Kraft FR zu:

F_R = p \cdot \frac{\pi}{4}(d_K^2 - d_S^2).

Hierbei ist zu zu beachten, dass:

F_A > F_R
Beispiel

Ein mit 100 bar belasteter Hydraulikzylinder mit 70 mm Kolbendurchmesser und 32 mm Stangendurchmesser ergibt folgende ausfahrende Kraft:

F_A = 100 \cdot 10 \mathrm{\frac{N}{cm^2}} \cdot \frac{7{,}0^2\, \pi}{4} \mathrm{cm}^2 = 1\ \mathrm{kN} \cdot 38{,}4\underline8 = 38{,}4\underline8\ \mathrm{kN}

Die einfahrende Kraft des gleichen Zylinders errechnet sich zu:

F_\mathrm{R} = 100 \cdot 10 \mathrm{\frac{N}{cm^2}} \cdot \frac{\pi}{4}(7{,}0^2 - 3{,}2^2)\ \mathrm{cm}^2 = 1\ \mathrm{kN} \cdot 30{,}4\dot4 = 30{,}4\dot4\ \mathrm{kN}

38,48 kN entspricht etwa einer aufgelegten Masse von 3,92 Tonnen.

Alternativen[Bearbeiten]

Als Alternativen für bestimmte Einsatzgebiete stehen Elektrozylinder und Pneumatikzylinder zur Verfügung.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Hydraulikzylinder – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien