Hydraulikzylinder

by test01 Mai 21, 2020

Bei einem Hydraulikzylinder handelt es sich um einen Arbeitszylinder, der die Kraft einer hydraulischen Energiequelle in eine Linearbewegung umsetzt. Hydraulikzylinder erfüllen vor allem in Fahrzeugen und Maschinen eine wichtige Rolle bei der Kraftübertragung.

Hydraulikzylinder wandeln hydraulische in mechanische Energie um und sind dabei in der Lage, sehr hohe Kräfte zu übertragen. Ein weiterer Vorteil der hydraulischen Antriebstechnik liegt in der Möglichkeit, besonders gleichförmige und exakte Fahrbewegungen abzubilden. Dabei macht sich der Hydraulikzylinder vor allem die geringe Verdichtung von Hydraulik-Flüssigkeiten zunutze.

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Technische Grundlagen des Hydraulikzylinders

Auch wenn es viele verschiedene Varianten des Hydraulikzylinders gibt, ist der grundlegende Aufbau des Bauteils immer gleich. Zu den wichtigsten Komponenten eines hydraulischen Zylinders gehören:

  • Zylinderkopf
  • Zylinderrohr
  • Kolbenstange (optional)
  • Verschiedene Dichtungen
  • Ventile
  • Dämpfungsvorrichtungen
  • Befestigung
  • Hydraulikschläuche
Hydraulikzylinder
Hydraulikzylinder der Firma Kautz Vorrichtungsbau GmbH

Als kraftübertragendes Medium kann im Zylinder je nach Anwendung beispielsweise Hydrauliköl oder Wasser zum Einsatz kommen. Bei der Kraftübertragung wird das Medium auf der Antriebsseite mit Druck beaufschlagt. Dieser Druck wird genutzt, um eine Kolbenstange zu bewegen und dadurch eine Linearbewegung in Gang zu setzen. Die hydraulische Energie wird üblicherweise einem Druckspeicher oder einer Hydraulikpumpe entnommen.
Die auf die Kolbenflächen wirkende Kraft lässt sich berechnen, indem die senkrecht in Arbeitsrichtung stehende Fläche mit dem im Zylinder wirkenden Druck multipliziert wird.

Die verschiedenen Varianten eines Hydraulikzylinders

Hydraulikzylinder werden in verschiedensten Bauformen angeboten. Grundsätzlich unterscheiden Fachleute zwischen einem einfachwirkenden und einem doppeltwirkenden Zylinder. Während einfachwirkendende Zylinder lediglich eine Kolbenseite aufweisen und daher nur in eine Richtung Arbeit erzeugen können, gibt es bei doppeltwirkenden Zylindern zwei Kolbenflächen, die wechselweise mit dem kraftübertragenden Medium beaufschlagt werden können. Durch dieses Prinzip ergeben sich zwei mögliche Bewegungsrichtungen.

Ein typisches Beispiel für einen einfachwirkenden Hydraulikzylinder ist eine Hebebühne, wie sie in Kfz-Werkstätten zu finden ist. Dabei sorgt das Gewicht des Autos dafür, dass die Hebebühne nach dem Arbeitsvorgang wieder heruntergefahren werden kann. Alternativ können bei einfachwirkenden Hydraulikzylindern auch Federn genutzt werden, um den Kolben zurückzubewegen.

Hebebühne mit Hydraulikzylinder
Hebebühne mit Hydraulikzylinder

Je nach Bauform wird darüber hinaus zwischen verschiedenen Zylindertypen unterschieden:

  • Teleskopzylinder: Der Teleskopzylinder besteht aus mehreren Zylindern, die ineinander verschachtelt sind und zur Kraftübertragung ausgefahren werden können. Durch dieses Prinzip weist diese Variante einen sehr langen Hub auf.
  • Tauchkolbenzylinder: Der Tauchkolbenzylinder wird auch als Plungerzylinder bezeichnet und sieht vor, dass Kolben und Kolbenstange in einem Bauteil vereint sind. Die Variante ist dadurch sehr einfach aufgebaut, vielseitig einsetzbar und besonders kostengünstig.
  • Differentialzylinder: Bei dem Differentialzylinder handelt es sich um die typische Bauweise eines doppeltwirkenden Zylinders.
  • Gleichlaufzylinder: Der Gleichlaufzylinder bezeichnet ebenfalls einen doppeltwirkenden Zylinder, weist aber anders als konventionelle Varianten die gleiche Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit auf.
  • Tandemzylinder: Wenn große Kräfte auf einer kleinen Fläche aufgebracht werden sollen, eignet sich die Tandem-Anordnung, bei der sich die Kraftaufwendungen mehrerer Kolben hintereinander addieren.

Die Herausforderungen bei der Fertigung

Um die Vorteile der Hydraulik bei der Kraftübertragung optimal auszunutzen, ist bei der Fertigung von Hydraulikzylindern auf eine gute Abdichtung des Hubraums zu achten. Damit der Kolben gegenüber der mechanischen Dichtung gut abdichtet, ist die Rauigkeit der Kolbenoberfläche daher möglichst gering zu halten. Üblicherweise wird der Kolben dazu durch feines Schleifen geglättet und im Anschluss hartverchromt.

Anwendungen für Hydraulikzylinder

Im Vergleich zu pneumatischen Systemen zeichnen sich hydraulische Antriebe durch eine sehr genaue und gleichmäßige Bewegung aus. Hydraulikzylinder werden in der Antriebstechnik daher vielfältig eingesetzt und kommen immer dann zur Anwendung, wenn kontinuierlich eine möglichst gleichmäßige, lineare Bewegung erzeugt werden soll. Zu den typischen Einsatzgebieten gehören beispielsweise Baumaschinen, bei denen sehr große Kräfte mit hohem Anspruch an die lineare Präzision übertragen werden. Auch bei vielen weiteren Hebe-, Senk- oder Verschiebearbeiten kommen Hydraulikzylinder zum Einsatz.

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