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Hydraulikzylinder doppeltwirkend

Die doppeltwirkenden Hydraulikzylinder können sowohl Druck- als auch Zugkräfte aufbringen. Ihre Anwendungsbereiche liegen im Pressen- und Vorrichtungsbau, bei Schwermontagen und Groß-Reparaturen oder überall dort, wo sowohl Druck- als auch Zugkräfte erforderlich sind.

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Eigenschaften eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders ?

System mit Pumpe und doppeltwirkendem Zylinder

Der Hydraulikzylinder doppeltwirkend eignet sich sowohl für Druck- als auch für Zuganwendungen. Im Gegensatz zum einfachwirkenden Zylinder, erfolgt das Einfahren des Kolbens, nicht über den Lastdruck oder die Rückholfeder, sondern einzig über den Öldruck. Mit diesem Prinzip lassen sich präzise Hübe in beide Richtungen bewerkstelligen, wodurch neben dem Heben und Positionieren schwerster Lasten auch ein langsames kontrolliertes Ablassen möglich ist. Zudem kann der Zylinder auch zum Ziehen verwendet werden, was bei einfachwirkenden Zylindern ausgeschlossen ist.

Zur Bedienung bedarf es einer Pumpe mit Vierwegeventil und zwei Schläuchen. Hierbei ist wichtig das beide Kupplungen über einen Schlauch mit den entsprechenden Anschlüssen an der Pumpe verbunden werden.

Wie funktioniert ein Hydraulikzylinder doppeltwirkend ?

Funktion doppeltwirkender Zylinder

Doppeltwirkende Hydraulikzylinder verfügen über zwei Ölkammern, die durch den Kolbenboden räumlich voneinander getrennt werden. Wird Öl in die untere Kammer des Zylinders gepumpt, fährt der Kolben aus. Während er an Hub gewinnt, fließt das Öl aus der oberen Kammer zurück in den Pumpentank. Beim Einfahren des Kolbens wird dieser Prozess umgekehrt. Während das Öl in die eine Kammer strömt, entweicht es aus der anderen und strömt zurück in den Tank.

Auf diese Weise lässt sich der Kolbenhub in beide Richtungen verwirklichen. Ein verblüffend einfaches Prinzip mit dem sowohl Druck- als auch Zugkräfte aufgebracht werden können.

Zu beachten ist, dass die Druckkraft beim doppeltwirkenden Zylinder immer größer ist, als die zuerbringende Zugkraft. Dies geht mit den unterschiedlich großen Kolbenflächen einher, die in Druck- oder Zugrichtung zur Verfügung stehen.

Der Aufbau doppeltwirkender Zylinder

Der konstruktive Aufbau eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders ähnelt dem des einfachwirkenden Zylinders, außer das eine zusätzliche Kupplung im oberen Bereich angebracht ist und weitere Dichtungen am Stopring für einen ölundurchlässigen Abschluss sorgen.

Anforderungen an die Hydraulikpumpe

Während die Pumpe eine Kammer des doppeltwirkenden Hydraulikzylinders mit Öl speist, lässt sie das Öl aus der anderen Kammer in den Tank abfließen. Die Pumpe muß neben dem Ölausgang einen zusätzlichen Tankanschluss am Pumpenkopf haben.

Neben dem 4/3-Wegeventil ist ein zusätzliches feinfühlig zu regulierendes Ablassventil hilfreich. Diese sinnvolle Ventilkombination vermeidet unerwünschte Druckschläge im Hydrauliksystem. Häufig ist ein Ablassventil schon in den Pumpen serienmäßig integriert. Mit diesem der Druck gefühlvoll abgebaut und die entsprechende Last millimetergenau und ohne Vibration abgesenkt werden.

Enerpac Pumpen für doppeltwirkende Zylinder
Enerpac Handpumpe ohne und mit 4/3-Wegeventil

Anforderungen an das 4/3-Wegeventil

Funktion des 4/3-Wegeventil als Schemaskizze

Die Bedienung eines doppeltwirkenden Zylinders setzt ein 4/3-Wegeventil voraus. Es leitet die Ölströme über zwei Schläuche in die jeweiligen Ölkammern des doppeltwirkenden Zylinders und schleust das rücklaufende Öl zurück in den Tank. Das 4/3-Wege-Ventil steuert das Ausfahren, Halten und Einfahren des Kolbens durch hand- oder kraftbetriebenes Umschalten des Reglers. 4/3-Wege bedeutet, 4 Anschlüsse und 3 Schaltstellungen. Die Ruhestellung ist mittig angeordent. Sobland das Öl in die eine Kammer des Zylinders fließt, entweicht das Öl aus der anderen Kammer und strömt in den Tank zurück.

Das 4-Wege-Ventil wird zur Funktionsauswahl wie folgt geschaltet:

  • A - der Zylinder fährt aus: Ausgang zum Anschluß "A", Anschluß "B" dient als Rücklauf zum Tank
  • N - Halten: Neutralstellung, Anschlüsse "A" und "B" sind gesperrt
  • B - der Zylinder fährt ein: Ausgang zum Anschluß "B", Anschluß "A" dient als Rücklauf zum Tank

Sicherheit vor Überlastung

Alle Pumpen sind mit einem werkseitig eingestellten Druckbegrenzungsventil ausgestattet, um Überdruck im System zu verhindern. Das Ventil kann nach Bedarf auf niedrigere Druckwerte eingestellt werden. Die Pumpe regelt bei erreichen des eingestellten Drucks ab und leitet das überschüssige Öl in den Tank ab. Auf diese Weise sind alle Komponenten, wie auch die Hydraulikzylinder vor Überlastung geschützt.

Unterschied zwischen Druck- und Zugkraft

System Verhältnis zwischen Druck- und Zugkraft

Bedingt durch die Konstruktion, ist die Kammer zum Ausfahren des Kolbens größer als die zum Einfahren. Wird der Öldruck in der unteren Kammer erhöht, drückt das Öl gegen die Scheibe und schiebt den Kolben nach oben. In umgekehrter Richtung drückt das Öl von oben auf die Scheibe und der Kolben fährt wieder ein. Die Scheibenfläche wird hier aber um den Querschnitt der Kolbenstange dezimiert, sodass die Zugkraft im Verhältnis zur Druckkraft kleiner ist.

Die Kraft, die ein hydraulischer Zylinder erzeugen kann, ist gleich dem hydraulischen Druck multipliziert mit der "wirksamen Kolbenfläche" des Zylinders.

Entlüften doppeltwirkender Hydraulikzylinder

Bei Neukauf oder nach einer Reparatur sind Hydraulikzylinder meist nicht mit Öl befüllt. In diesem Zustand sollte man sie auf keinen Fall in Betrieb nehmen. Dies könnte im schlimmsten Fall zum Platzen der Zylinderkörper führen. Hydraulikzylinder müssen vor Inbetriebnahme komplett entlüftet werden. Hierzu schließt man die Schläuche, das Ventil und die Pumpe an und kontrolliert die Verbindungen auf Dichtheit.

Da die entweichende Luft leichter ist als Öl, wird sie nach oben ausströmen wollen. Der einzige Ausweg aus dem System ist durch den Tank der Pumpe. Will man das System also komplett luftleer kriegen, platziert man die Pumpe oberhalb des Zylinders. Während einfachwirkende Zylinder mit dem Kolben nach unten gedreht werden, legt man doppeltwirkende Zylinder so, dass die Kupplungen nach oben zeigen. Nun wird der Zylinder unter leichtem Druck ausgefahren. Bei Erreichen des Anschlags kehrt man die Hubrichtung um und wiederholt den Vorgang bis der Stick-Slip-Effekt am Zylinder aufhört und man sich sicher ist, das die Luft entweicht ist.

System Entlüften Anleitung

Das Entlüften funktioniert auch wenn der Ölanschluss nicht am oberen Rand des Zylinders, sondern unten über der Bodenplatte angebracht ist. Auch dann ist die Luft nach mehreren Zyklen entwichen. Die Erklärung hierfür ist einfach. Wenn das Öl in den Zylinder drückt steigt der Druck. Die Luft ist eingeschlossen und kann nicht weg. Durch den erhöhten Druck beginnt sich die Luft im Öl teilweise zu lösen. Beim Umkehren der Hubrichtung wird das Öl mit der Luft in den Pumpentank befördert. In diesem herrscht normaler Luftdruck. Das Öl-Luft-Gemisch entspannt sich und die Luft kann aus dem Öl entweichen.

Erwähnenswert ist, dass Yale seine Hydraulikgeräte komplett einsatzbereit und entlüftet ausliefert.



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