Plungerzylinder: Maximaler Wirkungsgrad bei Linearmotoren

Normale Hydraulikzylinder bestehen aus einem Druckzylinder mit angeschlossener Kolbenstange. Die Kolbenstange ist deutlich schmaler und dient nur zur Kraftübertragung zum Anschlusspunkt. Bei einem Plungerzylinder ist die Kolbenstange und der Hydraulikzylinder das gleiche Bauteil. Er bietet einige Vorteile, ist jedoch nicht überall einsetzbar.

Plungerzylinder sind ausschließlich einfachwirkend

Gegenüber den doppelt wirkenden Zylindern haben Plungerzylinder folgende Vorteile:

  • Einfacher Aufbau
  • Günstiger in der Herstellung
  • Günstiger im Wirkungsgrad

Der Arbeitskolben vom Plungerzylinder besteht aus einer dicken Kolbenstange, die nur durch zwei Dichtungen unterbrochen wird. Der Plungerzylinder ist deshalb recht massiv. Er ist dennoch günstiger als ein normaler, doppelt wirkender Zylinder, da er in der Herstellung einfacher ist.

Dieser Hydraulikzylinder hat jedoch auch Nachteile:

  • Eingeschränkte Funktionsweise
  • Aufwändig in der Rückstellung

Ein Plungerzylinder hat nur eine einfache Wirkungsweise. Um ihn zurück zu stellen muss er durch eine zusätzliche, äußere Kraft beaufschlagt werden. Alternativ muss die Hydraulik von Druck auf Sog umgeschaltet werden, um den Plungerzylinder wieder in Ausgangsstellung zu bekommen. Entlang seines Kraftwegs bietet der Plungerzylinder aber einen höheren Wirkungsgrad. Dieser macht sich durch eine stärkere Kraftentfaltung oder durch einen niedrigeren Wirkungsquerschnitt bemerkbar. Aufgrund seiner Bau- und Wirkungsweise wird der Plungerzylinder auch "Tauchkolbenzylinder" genannt.

Einsatzgebiete von Plungerzylindern

Plungerzylinder sind dort sinnvoll, wo eine Gegenkraft quasi kostenlos zur Verfügung steht. Eine bevorzugte Bauweise für diese einfach wirkenden Hydraulikzylinder ist deshalb senkrecht nach oben. Da der Plungerzylinder selbst extrem massiv gebaut ist, steht ihm für die Gegenkraft die gesamte Gewichtskraft seines Kolbens zur Verfügung. Darum sind hydraulische Auto-Hebebühnen meist mit Plungerzylindern ausgestattet: Das Fahrzeug wird durch hydraulische Kraft hochgefahren, senkt sich aber durch die eigene Schwerkraft wieder ab. Am Beispiel der Autohebebühne wird jedoch deutlich, dass der Plungerzylinder nur in seltenen Fällen für eine getaktete, auf Produktivität ausgerichteten Einsatz verwendbar ist. Er ist für die meisten Anwendungen einfach zu langsam und unstet.

Es gibt jedoch eine Ausnahme, bei der der Plungerzylinder mit einer maximalen Effizienz eingesetzt wird: Die Hybrid-Systeme.
Eine häufige Anwendung vom Tauchkolbenzylinder findet sich in Hybridsystemen: Wirkt der Plungerzylinder auf ein vorgespanntes, pneumatisches Drucksystem, kann der Gegendruck des komprimierten Gases ebenfalls für die Rückstellung des Druckzylinders eingesetzt werden. Diese Bauweise findet sich immer häufiger bei hydraulisch betriebenen Arbeitsmaschinen. Die großen Umschlagsmaschinen eines oberbayrischen Herstellers von Arbeitsfahrzeugen erreichen mit diesem Funktionsprinzip eine Kraftstoffersparnis von bis zu 30% im Arbeitsbetrieb. Hybridsysteme, bei denen hydraulische und pneumatische Komponenten auf das gleiche Kraftsystem wirken, sind jedoch extrem anspruchsvoll im Aufbau und in der Wartung. Diese ist besonders gefährlich und ist nur ausgebildeten Fachkräften vorbehalten. Die Gefahr beim Arbeiten an Hybridsystemen besteht darin, dass auch bei entspanntem hydraulischen Druck die Gase in den Kolbenspeichern noch unter hoher Spannung stehen können.

Plungerzylinder: Notlösung für Rückstellsysteme

Eine andere Möglichkeit der Rückstellung vom Plungerzylinder besteht darin, einen zweiten Tauchkolbenzylinder parallel zu schalten. Fährt ein Zylinder aus, fährt der zweite ein. Diese einfache aber dennoch sehr platzaufwändige Lösung wird jedoch nur selten verwendet. Falls sich keine technisch sinnvolle Lösung findet, werden für die Rückstellung der Plungerzylinder auch Federn oder Elektromagnete. Beides sind jedoch nur bedingt optimale Lösungen, da sie störanfällig und energieaufwändig sind.
Insgesamt ist der Einsatz vom Plungerzylinder mit viel Planung und Kalkulation verbunden. Er wird deshalb meist vermieden und durch normale, doppelt wirkende Hydraulikzylinder ersetzt.