Plungerzylinder: Maximaler Wirkungsgrad bei Linearmotoren

Hydraulikzylinder bestehen im Kern aus einem Druckzylinder und Kolben. Die Kolbenstange hat in der Regel einen deutlich kleineren Durchmesser als der kraftaufnehmende Kolben. Bei einem Plungerzylinder ist die Kolbenstange annähernd so groß wie der Innendurchmesser des Zylinders und benötigt keinen zusätzlich verschweißten Kolben. Plungerzylinder sind durch ihre Bauweise ausschließlich einfachwirkend. Gegenüber den doppeltwirkenden Zylindern haben Plungerzylinder durchaus Vorteile:

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

Der Arbeitskolben des Plungerzylinder besteht aus einer dicken Kolbenstange, die nur durch zwei Dichtungen unterbrochen wird. Plungerzylinder sind daher recht massiv, lassen sich aber günstiger herstellen als doppeltwirkende Zylinder. Diese Zylinder haben jedoch auch Nachteile:

• Eingeschränkte Funktionsweise
• Aufwändigere Rückstellung

Ein Plungerzylinder hat nur eine einfache Wirkungsweise. Um ihn zurück zu stellen muss er durch eine zusätzliche, äußere Kraft beaufschlagt werden oder alternativ kann 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 als andere Zylinder. 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 vor allem dort sinnvoll, wo eine Gegenkraft quasi kostenlos zur Verfügung steht. Eine bevorzugte Bauweise für diese einfach wirkenden Hydraulikzylinder ist senkrecht nach oben. Da der Plungerzylinder selbst extrem massiv gebaut ist, steht ihm als Gegenkraft zumindest die gesamte Gewichtskraft seines Kolbens zur Verfügung.

Hydraulische Auto-Hebebühnen sind 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 bereits deutlich, dass der Plungerzylinder nur in seltenen Fällen für eine getaktete und auf Produktivität ausgerichteten Einsatz verwendet wird. Er ist für die meisten Anwendungen einfach zu langsam.

Plungerzylinder bei Hybrid-Systemen

Es gibt jedoch eine Ausnahme, bei der der Plungerzylinder mit einer maximalen Effizienz eingesetzt werden, nämlich bei hydraulisch-pneumatischen Hybrid-Systemen. 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 mittlerweile häufiger bei hydraulisch betriebenen Arbeitsmaschinen. Große 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 sehr anspruchsvoll im Aufbau und in der Wartung. Diese sind besonders gefährlich und ist nur ausgebildeten Fachkräften vorbehalten. Die größte Gefahr beim Arbeiten an Hybridsystemen besteht darin, dass auch bei entspanntem hydraulischem Druck die Gase in den Kolbenspeichern noch unter hoher Spannung stehen können.

Notlösung für Rückstellsysteme bei Plungerzylindern

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 eingesetzt. Beide Lösungen sind jedoch störanfällig und Elektromagnete sind zusätzlich energieaufwändig.

Insgesamt ist der Einsatz vom Plungerzylinder mit viel Planung und Kalkulation verbunden.