Hydraulikzylinder –
Reparatur, Wartung, Eigenfertigung und Sonderzylinderbau

Zunächst werden zwei Grundbauformen unterschieden: einfach- und doppeltwirkende Hydraulikzylinder. Innerhalb dieser beiden Grundbauformen gibt es weitere verschiedene Bauformen.

Einfachwirkende Zylinder

Einfachwirkende Zylinder besitzen lediglich einen Druckanschluss und somit wird nur eine Kolbenseite mit Hydraulikflüssigkeit für den Vorschub beaufschlagt. Der Rückhub erfolgt passiv durch eine Feder, Eigenmasse oder andere Fremdkraft. Sie werden z.B. in Hebebühnen verbaut.

Innerhalb der einfachwirkenden Zylinder gibt es folgende Grundbauformen:

Einfachwirkender Zylinder –
die Rückbewegung erfolgt z.B. durch vertikale Gewichtskraft

Einfachwirkender Zylinder mit Federrückführung –
die Rückbewegung erfolgt durch die Feder

Tauchkolbenzylinder oder Plungerzylinder – haben nur eine Kolbenfläche.
Die Kolbenstange dient direkt als Kolben

Teleskopzylinder, einfachwirkend – sie bestehen besteht aus mehreren ineinander gebauten Zylindern und erreichen bei kleineren Einbaulängen große Hübe

Doppeltwirkendende Zylinder

Doppeltwirkendende Zylinder besitzen mindestens zwei Druckanschlüsse. Vor- und Rückhub. sind aktive Bewegungsrichtungen und präzise steuerbar.

Innerhalb der doppeltwirkenden Zylinder gibt es folgende Grundbauformen:

Differentialzylinder – besitzen nur eine Kolbenstange, wodurch die Kolbenflächen unterschiedlich groß sind. Kraftentwicklung und Kolbengeschwindigkeit von Vor- und Rückhub sind hier unterschiedlich.

Gleichlauf- oder auch Gleichgangzylinder besitzen eine durchgehende Kolbenstange. Die Kolbenflächen sind, im Gegensatz zu den Differentialzylindern, gleich groß. Dadurch arbeiten diese Zylinder beim Vor- und Rückhub in gleicher Weise

doppeltwirkende Teleskopzylinder – sie bestehen besteht aus mehreren ineinander gebauten Zylindern und erreichen bei kleineren Einbaulängen große Hübe

Bei der hydraulische Endlagendämpfung wird die Bewegungen abgefedert, indem die Flüssigkeit über einen gedrosselten Querschnitt umleitet wird. Die angetriebenen Elemente erreichen sanft ihre Endpunkte und die Bewegungen wird geglättet und kontrolliert. Schäden an Maschinen und Gebäuden werden hierdurch verhindert und die Lebensdauer der Komponenten in hohem Maße verlängert.

• Immense Kraftübertragung, trotz kleiner Volumina.
• Bewegungsabläufe können bei extrem hoher Last aus dem Stand erfolgen.
• Trotz großer Kraftübertragung können elegante Sicherheits- und Notfallsysteme realisiert werden.
• Hydraulische Anlage sind in Kraft und Geschwindigkeit stufenlos regulierbar.
• Sie sind extrem vielseitig einsetzbar.
• Durch Sonderformen können extrem leistungsfähige Zylinder realisiert werden, die eine enorme Kraftumsetzung bewirken.
• Die Steuerung kann mechanisch oder elektronische Fernsteuerungen erfolgen.
• Durch moderne Steuerelektronik lassen sich hydraulische Systeme gut automatisieren.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Pneumatik und Hydraulik liegt darin, dass sich die Gase bzw. die Luft, die in der Pneumatik genutzt werden, zusammendrücken lassen, also kompressibel sind. Eine Flüssigkeit hingegen, die bei der Hydraulik verwendet wird, ist inkompressibel.

Jedes System hat seine Stärken und Schwächen:

Hydraulik

Vorteile:

• Extrem große Kräfte.
• Präzise Steuerung – Kraft und Geschwindigkeit stufenlos regulierbar.
• Hohe Leistung auf kleinem Raum.
• Sicher – geringe Explosionsgefahr, da Flüssigkeiten keine Druckenergie speichern.
• Langlebig – robust, hohe Laufzeiten.

Nachteile:

• Preis – Anlage und Flüssigkeit sind vergleichsweise teuer.
• Komplexe Anlagen
• Umweltfaktor – Leckagen, etc.
• Geschwindigkeit – keine sehr schnellen Bewegungen möglich.

Pneumatik

Vorteile:

• Preis – Luft ist ein kostenloses Medium.
• Geschwindigkeit – hohe Strömungsgeschwindigkeiten möglich.
• Installation – Systeme wenig komplex, einfache Montage.
• Sauber – Vorteil z.B. in der Lebensmittelindustrie.

Nachteile:

• Unpräzise Steuerung – keine präzise Steuerung / exakten Bewegungen möglich.
• Energieverlust – viel Kompressionswärme geht verloren.
• Explosionsgefahr – durch Erhitzung und Abkühlung kann es schlagartig zu sehr hohem Druck kommen, der Explosionen verursachen kann.
• Verschleiß – pneumatische Antriebe verschleißen schnell und müssen regelmäßig ersetzt werden.
• Leistung – größere Kräfte sind nur mit sehr große Zylinderflächen möglich

Um einen Verschleiß des Hydraulikzylinders bei langer Verwendungszeit zu verhindern, gibt es strenge Auflagen, was zulässige Temperaturen und interne Drücke angeht.

Für Standardhydraulikzylinder wurde eine maximale Betriebstemperatur von 80°C festgelegt, da sich ansonsten die Viskosität (Zähflüssigkeit) extrem verändert und das System nicht mehr nach den Vorgaben arbeitet.

Dichtungen

Die Dichtungen von Standardhydraulikzylindern bestehen in der Regel aus organisch-synthetische Polymeren. Hier kommen vor allem Polytetrafluorethylen (PTFE), Butadien-Kautschuk (NBR) und Polyurethan (PU) zum Einsatz. Für diese Dichtungen gelten ebenfalls gewisse Maximal-Temperaturen.

In besonders schwierigen Umgebungen kommen Dichtungen aus spezielle Kautschukmischungen wie Fluorkautschuk (FKM) zum Einsatz, die Betriebstemperaturen von bis zu 200 °C ermöglichen.

Die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit muss stets kontrolliert werden, da die interne Temperatur, vor allem bei häufigen Bewegungsabläufen, kurzzeitig steigen kann.

Hydraulik-Flüssigkeiten

Die eingesetzte Flüssigkeit sind für die operablen Temperaturbereiche der Hydraulikzylinder entscheidend.

Am häufigsten werden mineralölbasierte Fluide nach Iso-DIN eingesetzt. Dazu gehören Hydrauliköle (HL), Hydrauliköle mit Korrosionsschutz (HLP) und Hydrauliköle mit Zusätzen zur Temperaturbeständigkeit und Viskositätsverhalten.

Biologisch abbaubaren Druckflüssigkeiten werden vorwiegend aus Umweltschutzgründen eingesetzt und bestehen aus einer Mischung aus Pflanzlichen Ölen, Estern oder Olefinen.

Schwer entflammbare Druckflüssigkeiten werden in Anlagen eingesetzt, die eine hohe Temperaturspanne im Betrieb aushalten müssen.

Durch Mischen von Wasser, Öl und weiteren Zusätzen werden häufig Betriebstemperaturen zwischen einstelligen Plusgraden und bis zu 60-80 °C erreicht. Es geht aber noch extremer. Die HFC-Druckflüssigkeiten haben eine Toleranz von -20 °C bis +60 °C. Für hohe Temperaturen zwischen +20 °C und 150 °c werden vorwiegend die HFD-Druckflüssigkeiten eingesetzt.

Drücke

Genauso streng sind die Auflagen für zulässige Maximaldrücke. Diese dürfen auch nicht kurzzeitig überschritten werden, da es sonst zum Ausfall der Anlage kommen kann.

Druckspitzen dürfen weder von der Hydraulikpumpe noch von externen mechanischen Einflüssen (Einknicken der Schläuche) verursacht werden. Werden die Druckauflagen nicht eingehalten, kommt es definitiv zu Beschädigungen an Dichtungen, Schläuchen, der Pumpe oder dem Hydraulikzylinder selbst.

Trotz guter Wartung und verantwortungsvoller Steuerung durch einen Fachmann können Druckspitzen auftreten. Deshalb besitzen die meisten modernen Hydrauliksysteme heutzutage interne Sicherungsmechanismen. Diese Sicherungen können unter anderem durch Stoßdämpfer oder eine Endlagendämpfung realisiert werden.

Bei Hydrauliksystemen, die unumgänglich Druckspitzen vorweisen, kommen spezielle Block- oder Stanzblockzylinder zum Einsatz, die innerhalb des Systems ein Vielfaches des sonst üblichen Systemdrucks aushalten. Ein Beispiel sind industrielle Stanzmaschinen, die durch diese speziellen Zylinder regelmäßige Druckspitzen tolerieren.