Der Hydraulikzylinder ist ein mittels Flüssigkeit betriebener Arbeitszylinder.

Er wird auch als hydraulischer Linearmotor bezeichnet und zählt zu den hydraulischen Verbrauchern.

Er ist das wichtigste Arbeitselement in der Hydraulik. In ihm wird die Energie aus der Hydraulikflüssigkeit, die von einem hydraulischen Druckspeicher oder einer Hydraulikpumpe geliefert wird, in eine einfach steuerbare, geradlinig wirkende Kraft umgesetzt. Hydraulikzylinder gibt es in unzähligen Bauformen. Für die Kolben- und Stangendurchmesser gibt es DIN/EN-Normen und auch firmeninterne Normen.

Doppeltwirkende Zylinder

Bei doppeltwirkenden Zylindern gibt es zwei gegenüberliegende Kolbenflächen, die mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Der Zylinder hat dadurch zwei aktive Bewegungsrichtungen.

Differentialzylinder

Ein Differentialzylinder besitzt nur auf einer Seite der Kolbenfläche eine Kolbenstange. Dadurch besitzt er zwei verschieden große Wirkflächen: Zum einen die Fläche auf der Kolbenseite, die komplett wirkt, und zum anderen die stangenseitige Fläche, bei der nur die Ringfläche wirkt. Das Verhältnis von Kolbenfläche zu Ringfläche wird mit ${\displaystyle \Phi }$ bezeichnet. Dadurch fährt der Differentialzylinder im Normalfall mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten aus und ein. Wird der Zylinder im geschlossenen Regelkreis betrieben, fährt er entsprechend der vom Sollwert vorgegebenen Geschwindigkeit.

Gleichlaufzylinder (Gleichgangzylinder)

Ein Gleichlaufzylinder (auch Gleichgangzylinder genannt) besitzt auf beiden Seiten der Kolbenfläche eine Kolbenstange. Das Volumen des ein- und ausströmenden Hydrauliköls ist deshalb immer gleich groß und somit fährt er auch mit derselben Geschwindigkeit ein und aus. Gleichlaufzylinder können auch mit nur einer Kolbenstange realisiert werden. Dabei sorgt eine spezielle Form der Kolbenstange mit internen Bohrungen dafür, dass die Flächenverhältnisse gleich sind.

Tandemzylinder

Bei einem Tandemzylinder werden zwei Zylinder so miteinander verbunden, dass die Kolbenstange des ersten Zylinders durch den Boden des zweiten Zylinders hindurch auf dessen Kolbenstange wirkt. Dadurch erreicht man trotz geringer Baugröße aufgrund der Vergrößerung der wirkenden Kolbenflächen eine größere Kraft.

Einfachwirkende Zylinder

Einfachwirkende Zylinder haben nur eine Kolbenseite, die mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird. Arbeit kann dadurch nur in eine Richtung verübt werden. Die Rückbewegung erfolgt durch die Eigenmasse oder eine Fremdkraft (beispielsweise eine Feder). Hebebühnen besitzen oft einfachwirkende Zylinder.

Plungerzylinder

Ein Plungerzylinder (oder auch Tauchkolbenzylinder) besitzt keinen eigentlichen Kolben, sondern die Kolbenstange dient als Kolben. Plungerzylinder haben einen günstigeren mechanischen Wirkungsgrad, müssen aber axial geführt werden.

Teleskopzylinder

Ein Teleskopzylinder besteht aus mehreren ineinander gebauten Zylindern. Er wird häufig in einfachwirkender Bauform, aber auch in doppeltwirkender Bauform gebaut. Auch ist eine Kombination von einfachwirkenden Stufen mit einer doppeltwirkenden Stufe möglich. Der Vorteil von Teleskopzylindern besteht darin, dass sie bei relativ kleinen Einbaulängen große Hübe erzeugen können.

Bauformen

Die in der Industrie vorrangig eingesetzten Hydraulikzylinder sind Zylinder in Rundbauweise nach ISO 6022 und DIN 24333, sowie Zugstangenzylinder nach ISO 6020/2 und DIN 24554.

Kräfteberechnung

Die Kraft F eines einseitig und verlustfrei wirkenden Hydraulikzylinders ergibt sich aus dem im Zylinder wirkenden Druck p und der in Arbeitsrichtung senkrecht stehenden Fläche A:

${\displaystyle F=p\cdot A}$.

Die Kräfte eines doppelseitig wirkenden Hydraulikzylinders sind folgendermaßen zu berechnen:

Bei einem Durchmesser d_K des Zylinderkolbens ergibt sich die ausfahrende Kraft F_A zu:

${\displaystyle F_{A}=p\cdot {\frac {d_{K}^{2}\pi }{4}}}$.

Bei einem Durchmesser d_S der Kolbenstange ergibt sich die einfahrende Kraft F_R zu:

${\displaystyle F_{R}=p\cdot {\frac {\pi }{4}}(d_{K}^{2}-d_{S}^{2})}$.

Hierbei ist zu beachten, dass:

${\displaystyle F_{A}>F_{R}}$

Beispiel

Ein mit 100 bar belasteter Hydraulikzylinder mit 70 mm Kolbendurchmesser und 32 mm Stangendurchmesser ergibt folgende ausfahrende Kraft:

${\displaystyle F_{A}=100\cdot 10\mathrm {\frac {N}{cm^{2}}} \cdot {\frac {7{,}0^{2}\,\pi }{4}}\mathrm {cm} ^{2}=1\ \mathrm {kN} \cdot 38{,}4{\underline {8}}=38{,}4{\underline {8}}\ \mathrm {kN} }$

Die einfahrende Kraft des gleichen Zylinders errechnet sich zu:

${\displaystyle F_{\mathrm {R} }=100\cdot 10\mathrm {\frac {N}{cm^{2}}} \cdot {\frac {\pi }{4}}(7{,}0^{2}-3{,}2^{2})\ \mathrm {cm} ^{2}=1\ \mathrm {kN} \cdot 30{,}4{\dot {4}}=30{,}4{\dot {4}}\ \mathrm {kN} }$

38,48 kN entspricht etwa einer aufgelegten Masse von 3,92 Tonnen.

Alternativen

Als Alternativen für bestimmte Einsatzgebiete stehen Elektrozylinder und Pneumatikzylinder zur Verfügung.