Arten von Hydraulikzylindern: Leitfaden zur Dimensionierung und Auswahl

Hydraulikzylinder sorgen für eine kontrollierte lineare Kraft in Baggern, landwirtschaftlichen Maschinen, Pressen, Materialtransportsystemen, Schiffsausrüstung und Fabrikautomation.

Beim richtigen Zylinder kommt es nicht nur auf Bohrung und Hub an. Erforderliche Kraft, Einbauraum, Lastrichtung, Druck, Umgebung, Einschaltdauer und Montagegeometrie beeinflussen alle die Wahl. In diesem Leitfaden werden die Hauptzylindertypen, ihre Konstruktion, die grundlegende Größe und die Informationen erläutert, die US-Käufer vor der Bestellung einer Standard- oder Sondereinheit einholen sollten.

Arten von Hydraulikzylindern und wo sie verwendet werden

Hydraulikzylinder können nach Betätigungsmethode, internem Design, Konstruktion und Montageanordnung klassifiziert werden. Die Kategorien überschneiden sich. Beispielsweise kann ein geschweißter Zylinder auch doppelt-wirkend sein, während ein Teleskopzylinder einfach- oder doppelt-wirkend sein kann.

*Bei diesen Zahlen handelt es sich um breite Anwendungsbereiche, nicht um universelle Nennwerte. Verwenden Sie stets die Betriebs--Druck- und Prüfdruckwerte-des Herstellers.

Einfach-wirkende und doppelt-wirkende Zylinder

A einfachwirkender Zylinder nutzt hydraulischen Druck, um den Kolben in eine Richtung zu bewegen. Normalerweise sorgt die Schwerkraft, eine Feder oder eine äußere Last für die Rückbewegung. Diese Anordnung eignet sich gut für Anwendungen wie das Heben von Kipp-{2}Körpern, bei denen ein motorischer Rückzug nicht erforderlich ist.

A doppelt-wirkender Zylinderverfügt über Druckanschlüsse auf beiden Seiten des Kolbens, sodass Hydrauliköl das Aus- und Einfahren steuert. Es ist die bessere Wahl, wenn eine Maschine eine kontrollierte Bewegung in beide Richtungen, konstante Zykluszeiten oder eine genaue Positionierung benötigt.

Teleskopzylinder

A Teleskop-Hydraulikzylinderauch mehrstufiger Zylinder genannt, enthält mehrere ineinander verschachtelte Rohrstufen. Sein Hauptvorteil ist das Verhältnis von Hub zu eingefahrener Länge. Ein relativ kurzer geschlossener Zylinder kann ein Vielfaches seiner ursprünglichen Länge erreichen.

Dieses Design ist bei Muldenkippern, Anhängern, Müllfahrzeugen, Hebebühnen und anderen Maschinen mit begrenztem Montageraum üblich.

Kolbenstangenlose Zylinder

Ein stangenloser Zylinder überträgt die Kolbenbewegung auf einen externen Schlitten, ohne dass eine herkömmliche Stange aus dem Gehäuse herausragt. Es bietet lange Verfahrwege, wenn nicht genügend Platz für ein Zylinderrohr und eine verlängerte Stange vorhanden ist.

Die Lastführung ist die Haupteinschränkung. Die bewegte Last sollte im Allgemeinen eine externe Führung haben, anstatt den Zylinder zu zwingen, große Momente oder Seitenlasten aufzunehmen.

Kolben, Zugstange und geschweißte Zylinder

Ein Kolben oder Stößelzylinder erzeugt durch einen Kolben mit großem -Durchmesser eine Druckkraft und wird häufig zum Heben und Drücken verwendet.

Zugstangenzylinder verwenden Stangen mit Außengewinde, um die Endkappen zusammenzuhalten. Aufgrund ihrer standardisierten Einbaumaße und ihrer wartungsfreundlichen Konstruktion sind sie in Industriemaschinen weit verbreitet.

Geschweißte Zylinder verwenden eine geschweißte Zylinder- und Endkappenstruktur. Sie verfügen über eine kompakte Bauform und eine hohe strukturelle Festigkeit, was für mobile Hydraulikgeräte geeignet ist.

Zylinderkomponenten und Montagekonfigurationen

 

Die meisten herkömmlichen Hydraulikzylinder enthalten die gleichen Grundteile:

- Das Zylinderrohr enthält Druck und führt den Kolbenweg.
- Der Kolben trennt die Druckkammern und wandelt Druck in Kraft um.
- Die Kolbenstange überträgt diese Kraft auf die Maschine.
- Der Zylinderkopf und die Kappe schließen den Zylinder und stützen die Innenteile.
- Das Stangenlager oder die Stangenführung stützt die Stange und hält die Ausrichtung aufrecht.
- Kolben- und Stangendichtungen begrenzen interne und externe Öllecks.
- Der Wischer verhindert, dass Schmutz und Feuchtigkeit um die Stange herum eindringen.
- Hydraulikanschlüsse verbinden den Zylinder mit Ventilen, Schläuchen oder Schläuchen.

Ein beschriftetes Schnittdiagramm neben diesem Abschnitt kann einem Einkäufer ohne -technischen Hintergrund dabei helfen, Zylinder, Kolben, Stange, Stopfbuchse, Dichtungen und Anschlüsse zu identifizieren.

Gängige Montagearten

Flanschhalterungen sorgen für eine starre Befestigung und bewältigen axiale Belastungen effektiv, wenn sie richtig ausgerichtet sind.

Fuß- oder seitliche -Laschenbefestigungen sichern den Zylinderkörper an einem Maschinenrahmen. Sie erfordern eine sorgfältige Ausrichtung, um eine seitliche Belastung zu verhindern.

Gabelkopf- und Stiftösenhalterungen ermöglichen die Drehung des Zylinders, wenn sich der Mechanismus bewegt. Sie kommen häufig bei Bau- und Landmaschinen vor.

Zapfenhalterungen ermöglichen eine Winkelbewegung um einen festen Drehpunkt und eignen sich für Mechanismen, bei denen der Zylinder seinen Winkel über den Hub ändert.

Kugelgelagerte Stangenenden gleichen begrenzte Winkelfehlausrichtungen aus und eignen sich für Gelenkmechanismen, die hohe Lasten tragen.

Welche Halterung auch immer verwendet wird, sie muss dem tatsächlichen Lastpfad folgen. Ein Hydraulikzylinder ist in erster Linie für die Axialkraft ausgelegt und nicht als strukturelle Führung. Eine Fehlausrichtung kann zu vorzeitigem Verschleiß der Stangendichtung, Riefenbildung, ungleichmäßigem Laufverschleiß, Blockieren, Stangenverbiegung und Ermüdung an Schweißnähten oder Halterungen führen.

Stift- und Kugellager eignen sich im Allgemeinen für Mechanismen, die sich in einem Bogen bewegen. Starre Flansch- und Fußbefestigungen erfordern eine besonders genaue Ausrichtung.

NFPA-Standards befassen sich mit Bohrungs- und Stangenabmessungen in Zollserien, industriellen Montageabmessungen, Anschlüssen, Knickung und Druckbewertungsmethoden. Sie sind besonders relevant, wenn US-Ausrüstung Austauschbarkeit erfordert.

Größen-, Kraft- und Druckberechnungen

Die Dimensionierung von Zylindern beginnt mit der Beziehung zwischen Druck, Kolbenfläche und Kraft:

**Kraft=Druck × Fläche**

oder:

**F = P × A**

Wo:

- **F**=Kraft in Pfund-Kraft (lbf)
- **P**=Hydraulikdruck in psi
- **A**=effektive Kolbenfläche in Quadratzoll

Zur Erweiterung:

**A=π × Bohrung² ÷ 4**

Zum Widerruf:

**A=Kolbenfläche − Stangenfläche**

Da die Stange die wirksame Fläche auf einer Seite des Kolbens verringert, erzeugt ein herkömmlicher Zylinder mit einfacher -Stange und doppelter Wirkung bei gleichem Druck normalerweise eine geringere Zugkraft als eine Druckkraft.

Beispiel 1: Erforderliche Bohrung für 10.000 lbf bei 3.000 psi

Erforderliche Kraft:

**F=10.000 lbf**

Verfügbarer Druck:

**P=3.000 psi**

Erforderliche Kolbenfläche:

**A = F ÷ P**

**A=10.000 ÷ 3,000=3.33 in²**

Bohrungsdurchmesser:

**Bohrung=√(4A ÷ π)**

**Bohrung ≈ 2,06 Zoll**

Eine Bohrung von 2,06 Zoll ist das theoretische Minimum. Eine tatsächliche Konstruktion muss außerdem Reibung, Druckverlust, Lastschwankungen und einen angemessenen Sicherheitsspielraum berücksichtigen. Daher kann statt der Angabe der genauen theoretischen Größe die nächstgeeignete Standardbohrung ausgewählt werden.

Durchfluss und Zylindergeschwindigkeit

Der Durchfluss bestimmt maßgeblich die Zylindergeschwindigkeit:

**Geschwindigkeit=Durchfluss ÷ effektive Fläche**

Eine US-Gallone entspricht etwa 231 Kubikzoll. Daher:

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 in³/Sek**

Beispiel 2: Ungefähre Ausfahrzeit des Teleskop-zylinders

Stellen Sie sich einen vereinfachten drei{0}}stufigen, einfach-Teleskopzylinder vor, der mit 10 GPM geliefert wird.

| Bühne|Wirksamer Durchmesser|Bereich|Schlaganfall |
| --- | ---: | ---: | ---: |
| Stufe 1|4,0 Zoll|12,57 Zoll²|20 Zoll |
| Stufe 2|3,0 Zoll|7,07 Zoll²|20 Zoll |
| Stufe 3|2,25 Zoll|3,98 Zoll²|20 Zoll |

Bei 38,5 in³/s bewegt sich Stufe 1 mit:

**38,5 ÷ 12.57=3.06 Zoll/Sek.**

Seine Verlängerungszeit beträgt:

**20 ÷ 3,06 ≈ 6,5 Sek.**

Für Stufe 2:

**38,5 ÷ 7.07=5.45 Zoll/Sek.**

**Zeit ≈ 3,7 Sek.**

Für Stufe 3:

**38,5 ÷ 3.98=9.67 Zoll/Sek.**

**Zeit ≈ 2,1 Sek.**

Die ungefähre Gesamtverlängerungszeit beträgt:

**6.5 + 3.7 + 2.1=12.3 Sekunden**

Dies ist eine vereinfachte Berechnung. Eine tatsächliche Konstruktion eines Teleskopzylinders muss die effektiven Bühnenflächen des Herstellers nutzen und Reihenfolge, innere Geometrie, Reibung, Druckverlust und Laständerungen berücksichtigen.

Häufige Fehler bei der Größenbestimmung

Bevor Sie eine Bestellung aufgeben, überprüfen Sie bitte, ob die Berechnung Folgendes enthält:

- Für die Rückzugskraft wurde der Vollbohrungsbereich anstelle des Ringbereichs verwendet
- Druckverlust durch Ventile und Schläuche ignoriert
- Der Zylinder wurde ausschließlich anhand des maximalen Systemdrucks ausgewählt
- Das Knicken der Stange während eines langen Kompressionshubs wurde übersehen
- Seitenladen konnte nicht berücksichtigt werden
- Der Hydraulikfluss ist für die erforderliche Zykluszeit zu niedrig dimensioniert
- Dämpfung gegen Ende des Hubs ignoriert

Ein Online-Rechner kann diese Arbeit vereinfachen. Zu den nützlichen Eingaben gehören Bohrung, Stangendurchmesser, Hub, Druck, Durchfluss, Last und Sicherheitsfaktor. Zu den Ausgaben können die Ausfahr- und Einfahrkraft, das Ölvolumen und die geschätzte Fahrzeit gehören.

Materialien, Dichtungen, Beschichtungen und Standards

Die Materialien sollten sowohl zur mechanischen Belastung als auch zur Betriebsumgebung passen. Kohlenstoffstahl wird häufig für Fässer und Strukturteile verwendet. Anwendungen in der Schifffahrt, in der Lebensmittelverarbeitung, in der Chemie und bei stark korrosiven Anwendungen können Edelstahl erfordern.

Für Kolbenstangen wird üblicherweise gehärteter Stahl mit Hartverchromung verwendet. Starker Korrosions- oder Abriebbetrieb kann Induktionshärten, Nitrocarburieren, rostfreie Stabmaterialien oder HVOF-aufgetragene verschleißfeste-Beschichtungen wie WC-CoCr erfordern. Auch bei Außenteilen kommen Lackierungen, Pulverbeschichtungen, Phosphatvorbehandlungen und andere Schutzsysteme zum Einsatz.

Ebenso wichtig ist das Dichtungsmaterial:

| Dichtungsmaterial|Typische Stärke |
| --- | --- |
| NBR|Allgemeiner Mineralöl-Hydraulikservice |
| HNBR|Verbesserte Temperatur-, Verschleiß- und Alterungsbeständigkeit |
| Polyurethan (PU)|Starke Abrieb- und Extrusionsbeständigkeit |
| PTFE|Geringe Reibung und breite chemische Kompatibilität |
| FKM|Hoch-temperatur- und chemikalienbeständige-Anwendungen |

Temperaturgrenzen und Flüssigkeitskompatibilität hängen von der Verbindung ab, nicht nur von der Polymerfamilie. Die Dichtungsleitlinien von Parker zeigen beispielsweise, dass NBR, HNBR, FKM, TPU und andere Materialien je nach Flüssigkeitstyp und ob die Dichtung statisch oder dynamisch ist, unterschiedlich ausgewählt werden können.

Besondere Aufmerksamkeit muss dem Korrosionsschutz bei Küstendiensten, Schiffsmaschinen und Schneeräumgeräten gewidmet werden, die Streusalz ausgesetzt sind.

ASTM B117-26 ist eine aktuelle US-Praxis für kontrollierte Salzsprühtests von Metallen und beschichteten Metallen. ASTM warnt davor, die Ergebnisse von Salzsprühnebeln als direkte Vorhersagen der tatsächlichen Lebensdauer zu betrachten.

Zu den relevanten Normen können auch ISO 6020-2 für bestimmte metrische 160-bar-Zylinder und ISO 6022 für Zylinder der 250-bar-Serie gehören. ISO 6022:2006 ist zum Zeitpunkt des Schreibens noch aktuell, während eine Ersatzausgabe in der Entwicklung ist. Die Beschaffungsvorgaben sollten bei Auftragserteilung die aktuelle Fassung bestätigen.

Anwendungen, Wartung und Fehlermodi

Unterschiedliche Umgebungen bevorzugen tendenziell unterschiedliche Designs:

- Baumaschinen verwenden üblicherweise kompakte, geschweißte, doppeltwirkende Zylinder, die Stoßbelastungen standhalten.
- Bei landwirtschaftlichen Geräten werden häufig geschweißte Zylinder mit Gabelkopf-, Kreuz-rohr- oder Stiftbefestigung verwendet, da sich der Mechanismus in wechselnden Winkeln bewegt.
- Muldenkipper und Anhänger nutzen Teleskopzylinder, um lange Hubwege bei begrenztem Einbauraum zu erreichen.
- Industriepressen und Fabrikanlagen verwenden häufig Zugstangen- oder Hochleistungszylinder im Mühlenstil-, bei denen es auf Wiederholbarkeit und Wartungsfreundlichkeit ankommt.
- Schiffs- und Hafenausrüstung benötigt zusätzlichen Korrosionsschutz und eine sorgfältige Auswahl von Stangen und Dichtungen.

Zu den häufigsten Ausfällen zählen äußere Leckagen der Stangendichtung, innere Kolbendichtungen, Riefenbildung oder Korrosion an der Stange, verbogene Stangen, verschlissene Stangenlager, Schäden am Lauf, Ermüdungsrisse an Schweißnähten oder Halterungen, Überhitzung, Luftbildung oder Kavitation sowie kontaminationsbedingte Schäden an Dichtungen und Oberflächen.

Wenn ein Zylinder unter Last driftet, stellen Sie fest, ob Öl an den Kolbendichtungen vorbeifließt oder durch das Wege- oder Steuerventil austritt.

Wenn äußere Leckagen auftreten, überprüfen Sie die Stange, bevor Sie die Dichtung austauschen. Eine neue Dichtung, die über eine zerkratzte oder korrodierte Oberfläche läuft, kann schnell wieder versagen.

Eine Erneuerung kann wirtschaftlich sein, wenn die Dichtungen und Verschleißteile beschädigt sind, Lauf, Stange und Strukturteile jedoch innerhalb der Toleranz bleiben. Ein Austausch ist in der Regel attraktiver, wenn die Stange stark verbogen ist, der Zylinder tiefe Riefen aufweist, strukturelle Schweißnähte gerissen sind, die Korrosion stark ausgeprägt ist, Teile nicht verfügbar sind oder die Reparaturkosten sich dem Preis eines neuen Zylinders nähern.

Was US-Käufer in eine Angebotsanfrage aufnehmen sollten

Eine sinnvolle Angebotsanfrage sollte Folgendes enthalten:

- Zylindertyp
- Bohrungs- und Stangendurchmesser
- Schlaganfall
- Eingefahrene und ausgefahrene Länge
- Arbeits- und Spitzendruck
- Erforderliche Druck- und Zugkraft
- Betriebsgeschwindigkeit
-Montageart und Stangen--Endverbindung
- Porttyp, Größe und Position
- Hydraulikflüssigkeit und Betriebstemperatur
- Arbeitszyklus
- Außeneinwirkung oder korrosive Einwirkung
- Menge
- Zeichnungen oder eine vorhandene Zylinderteilenummer
- Prüf- und Zertifizierungsanforderungen

Standard-Ersatzzylinder können Hunderte von Dollar kosten. Spezialisierte geschweißte, teleskopische, rostfreie Einheiten mit großem-Durchmesser, mit Sensoren-ausgestatteten und kundenspezifisch-angefertigten Einheiten können schnell Tausende kosten.

Auch die Lieferzeiten variieren. Lagerprodukte können schnell versandt werden, während kundenspezifische Zylinder oft mehrere Wochen benötigen. Aktuelle Herstellerbeispiele geben für viele kundenspezifische Projekte etwa 3 bis 8 Wochen an, mit längeren Zeitplänen für ungewöhnlich große oder komplexe Systeme.

Wenn Sie einen kundenspezifischen Zylinder im Ausland beschaffen, vergleichen Sie Prototypengenehmigung, Druckprüfung, Dokumentation, Verpackung, See- oder Luftfracht, Ersatzdichtungssätze, Garantieunterstützung und Ersatzteilverfügbarkeit sowie den Stückpreis.

Vorbereitung zur Zylinderauswahl

Beginnen Sie mit der vollständigen Anwendung und nicht nur mit der Bohrungsgröße. Kraft, Hub, Montagegeometrie, Druck, Durchfluss, Umgebung, Arbeitszyklus, Stangenstabilität, Dichtungsmaterial und verfügbarer Platz wirken sich alle auf das endgültige Design aus.

Bereiten Sie Bohrung, Stangendurchmesser, Hub, Montageabmessungen, Betriebsdruck, Anwendungsdetails und vorhandene Zeichnungen vor, bevor Sie eine technische Überprüfung oder ein Angebot anfordern.

Zu den nützlichen unterstützenden Ressourcen können gehören:

- Ein Kraftrechner für hydraulische Zylinder
- Eine Excel-Vorlage zur Zylindergröße-
- Ein Hydraulikzylinder-Spezifikations-PDF
- Eine Installations- und Wartungscheckliste
- Ein benutzerdefiniertes-Zylinder-RFQ-Formular

Unternehmen, die eine garantierte Reaktionszeit, telefonischen Support in den USA, schnelle Prototypen oder Musterzylinder anbieten, sollten diese spezifischen Verpflichtungen neben der RFQ-Schaltfläche angeben, anstatt sich auf allgemeine Angaben zu verlassen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einfach-wirkenden und doppelt-wirkenden Zylindern?

Einfach-wirkende Zylinder nutzen hydraulischen Druck in eine Richtung und verlassen sich bei der Rückführung auf die Schwerkraft, eine Feder oder eine externe Last. Doppelt wirkende Zylinder nutzen Druck zum Aus- und Einfahren und eignen sich daher besser für kontrollierte bidirektionale Bewegungen.

Wie unterscheiden sich Teleskopzylinder von Standardzylindern?

Teleskopzylinder bieten im Verhältnis zu ihrer eingefahrenen Länge einen viel größeren Hub. Sie eignen sich für Installationen mit begrenztem Platzangebot, aber langen Verfahrwegen, obwohl ihre mehrstufige Konstruktion die Konstruktion und Wartung komplexer macht.

Wann ist ein kolbenstangenloser Zylinder die bessere Wahl?

Ein stangenloser Zylinder funktioniert gut, wenn ein langer linearer Weg erforderlich ist, aber nicht genügend Platz für eine ausfahrbare Kolbenstange vorhanden ist. Die bewegliche Last sollte normalerweise eine externe Führung haben, da übermäßige Momente und Seitenlasten die Lebensdauer des Zylinders verkürzen.

Wie berechne ich Bohrung, Stangengröße und Druck?

Verwenden Sie **F=P × A**, um die für die Zielkraft erforderliche Kolbenfläche zu ermitteln. Wählen Sie dann die Bohrung, den Stangendurchmesser, den Systemdruck und den Sicherheitsfaktor und prüfen Sie dabei die Rückzugskraft, die Knickung der Stange, die Durchflussanforderungen und den Druckverlust.

Welche Montagekonfiguration minimiert die seitliche Belastung?

Keine Halterung ist für jede Maschine die beste. Gabelkopf-, Zapfen-, Bolzen--Augen- und sphärische-Lagerhalterungen eignen sich für schwenkbare Mechanismen. Flansch- und Fußhalterungen funktionieren gut, wenn die Last genau auf die Zylinderachse ausgerichtet ist.

Welche Dichtungen und Beschichtungen eignen sich für Küsten- oder Streusalzumgebungen?

Korrosive Umgebungen erfordern möglicherweise rostfreie Komponenten, verbesserte Stangen- und Außenbeschichtungen sowie Dichtungen, die sowohl an die Flüssigkeit als auch an die Betriebstemperatur angepasst sind. Mithilfe von Salzsprühtests können Beschichtungssysteme verglichen werden, die Lebensdauer im Freien lässt sich jedoch nicht direkt vorhersagen.

Was sollte ich vor dem Austausch eines Zylinders prüfen?

Überprüfen Sie die Stange auf äußere Undichtigkeiten, Riefenbildung, Korrosion, Fehlausrichtung, Biegung, innere Undichtigkeiten, Ventillecks, Verunreinigungen, Montageverschleiß, Druckspitzen und ungewöhnliche Temperaturen. Viele dichtungsbedingte Fehler-können repariert werden, während strukturelle Schäden oder schwere Oberflächenschäden einen Austausch rechtfertigen können.