Hubzylinder hydraulisch

Hydraulische Hubzylinder sind vertikal eingebaute hydraulische Linearmotoren. Sie wirken gegen die Schwerkraft und "heben deshalb etwas an". Daher kommt ihr Name. Typische mechanische Hubzylinder sind beispielsweise Wagenheber.

Hubzylinder hydraulisch - die Eigenschaften:

Die Übertragung bzw. Potenzierung von hydraulischen Kräften beruht auf der Inkompressibilität von Flüssigkeiten und auf den Unterschied in der Querschnittsfläche von Geber- und Nehmerzylinder.
Hubzylinder sind grundsätzlich Nehmerzylinder. Das bedeutet, sie nehmen den hydraulischen Druck auf und verstärken ihn durch ihre größere Querschnittsfläche gegenüber dem (sofern vorhandenem) Geberzylinder. Die einfachsten hydraulischen Systeme mit Hubzylinder sind beispielsweise hydraulische Wagenheber: Hierbei drückt ein mit einem Hebel verstärkter Geberzylinder in ein Gefäß mit Hydrauliköl. Der dort aufgebrachte Druck wird an den Nehmerzylinder, also dem Hubzylinder weitergegeben. Dieser fährt zwar in einem kürzeren Weg aus, als der Geberzylinder in das Druckgefäß eingetaucht ist. Dafür bringt er eine höhere Kraft beim Ausfahren auf. Zum Rückstellen des Hubzylinders wird ein Rückschlagventil geöffnet und der Geberzylinder entlastet. Dann strömt das Hydrauliköl in das Auffanggefäß (den Hydrauliktank) wieder zurück und der Hubzylinder nimmt wieder die untere Endlage ein.

Systeme aus Geber- und Nehmerzylinder sind jedoch nur für den manuellen Betrieb in Gebrauch. Diese sind beispielsweise:

  • Palettenhubwagen
  • Hydraulische Wagenheber
  • Hydraulisch-manuelle Hubsysteme wie Rampen, Klappen, Tore usw.

Die Kombination aus hydraulischem Geber- und Nehmerzylinder ohne elektromechanische Unterstützung gibt es durchaus noch öfter. Kupplungen und Bremsen in Fahrzeugen werden beispielsweise nach dem gleichen Prinzip betätigt. Nur "hebt" in diesem Fall der Nehmerzylinder nichts an, sondern übt seine Kraft in horizontaler Lage aus. Darum gilt er in diesen Anwendungsfällen nicht als "Hubzylinder". Bei größeren Systemen wird der manuell betätigte Geberzylinder durch eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe ersetzt.

Hubzylinder hydraulisch - aus eins mach viel

Der hydraulische Druck in einem System wird durch eine Pumpe erzeugt. Diese kann manuell oder elektrisch angetrieben sein. Der von der Pumpe erzeugte Druck gilt als Konstante. Wären alle Querschnittsflächen der Geber- und Nehmerzylinder gleich groß, würde die Wirkkraft am Aktor der ausgehenden Kraft der Pumpe entsprechen. Durch einen einfachen Trick lässt sich die am Nehmerzylinder wirkende Kraft aber um ein Vielfaches verstärken. Dazu genügt eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Nehmerzylinders. Druck ist Kraft pro Fläche. Der eintauchende Geberzylinder verdrängt dabei eine bestimmte Menge an Volumen. Dieses Volumen bleibt bei der Expansion des Nehmerzylinders gleich. Wenn jedoch die Querschnittsfläche des Nehmerzylinders vergrößert wird, sinkt der Austrittsweg des Zylinders. Die wirksame Kraft steigt jedoch proportional mit der Querschnittsfläche an. Dies wird am folgenden Beispiel erläutert:

Ein mechanischer Geberzylinder hat eine Querschnittsfläche von 4 cm² und taucht mit einer Kraft von 100 N ein.
Der Nehmerzylinder hat eine Querschnittsfläche von 8 cm². Er fährt deshalb mit einer Kraft von 200 N aus.

100/4 = X/8
800/4 = X
200 = X

Zwar ist sein Ausfahrweg dann auch nur noch halb so groß wie der Einfahrweg des Geberzylinders. In der Hydraulik geht es aber nicht um Geschwindigkeit, sondern um Kraft. Der Geberzylinder muss eben entsprechend oft betätigt werden oder die Pumpe muss lange genug arbeiten, bis der Nehmerzylinder um die gewünschte Strecke ausgefahren ist.

Der Nachteil vom Hubzylinder und wie er behoben werden kann

Ein Nachteil vom Hubzylinder ist seine lange Baugröße. Wie jeder hydraulische Linearmotor besteht auch der Hubzylinder aus einem Gehäuse und einer darin fahrenden Kolbenstange. Die Kolbenstange muss in der unteren Endlage vollständig im Gehäuse eingefahren sein. Da aber die Leistung eines Hubzylinders nicht nur von seiner Kraft, sondern auch von seiner Arbeitslänge abhängt, kann hier ein Zielkonflikt entstehen: Der Wunsch nach einem weiten Hubweg bei gleichzeitig möglichst kompakter Bauweise bei Nichtgebrauch sind für einfache Linearmotoren schlecht umsetzbar.

Eine Lösung bieten die so genannten "Teleskopzylinder". Dies ist eine spezielle Form von Hubzylindern. Beim Teleskopzylinder ist die Kolbenstange nicht einteilig, sondern mehrteilig in Form eines ineinander fahrenden Teleskops aufgebaut. Der Teleskopzylinder verbindet damit die Funktion von Gehäuse, Kolbenstange und Hubzylinder in einer Einheit. Komplett eingefahren, hat der Teleskopzylinder nur noch eine geringe Einbautiefe. Er hat dann zwar eine deutlich breitere Querschnittsfläche als ein herkömmlicher hydraulischer Linearmotor. Doch diese ist häufig technisch wesentlich besser zu berücksichtigen, als ein sperriger, einfach wirkender Hubzylinder.

Einsatzgebiete der hydraulischen Hubzylinder

Hubzylinder finden sich häufig in Baufahrzeugen und Kipplastern. Sie heben die Auslegerarme und Stiele oder die Kippmulden zum Entleeren von Schüttgut. Hubzylinder sind meistens einfach wirkend. Das bedeutet, dass ihre Rückstellung durch die Schwerkraft der aufgebrachten Last oder des Werkzeugs erfolgt. Das macht Hubzylinder preiswerter als doppelt wirkende Zylinder.
Neben den manuellen Hubzylindern werden hydraulische Hubzylinder an vielen Stellen eingesetzt. Typische Anwendungsfälle sind:

  • Hebebühnen
  • Hydraulische Pressen
  • Tore und Türen
  • Rampen

Wird der Hubzylinder mit einem Gelenk kombiniert, kann er -vor allem in der Teleskopbauweise - bei Kipplastern eingesetzt werden.

Weitere Varianten vom Hubzylindern

Ein Hubzylinder muss nicht zwingend hydraulisch betrieben werden. Je nach Anwendungsfall sind auch pneumatische oder elektromagnetische bzw. elektromechanische Hubzylinder im Einsatz. Hydraulische Hubzylinder sind jedoch wegen ihrer großen Kraft in vielen Anwendungsfällen die beste Option.