Hydraulikzylinderhub: Kraft, Bohrungsgröße und Maschinenanpassung erklärt

Ein hydraulischer Zylinderlift sieht von außen einfach aus. Öl dringt in die Bohrung ein, Druck baut sich auf den Kolben auf und die Stange fährt geradlinig aus, um einen Ausleger, eine Plattform oder eine Last anzuheben. Hinter dieser Bewegung stehen eine Reihe von Entscheidungen über Bohrungsgröße, Arbeitsdruck, Stangendurchmesser, Hub und Montage, die darüber entscheiden, ob eine Maschine ein Jahrzehnt lang reibungslos hebt oder von der ersten Schicht an Probleme hat.

Zhejiang Huanfeng Machinery entwickelt und fertigt seit 2004 Hydraulikzylinder für Kräne, Hubarbeitsbühnen, Spezialfahrzeuge und Rammmaschinen. Die Fragen unserer Kunden sind praktischer Natur: Wie viel kann ein Zylinder tatsächlich heben und wie dimensioniert man ihn, damit er zuverlässig hebt? Die Antwort beginnt beim Rechnen und endet bei der Maschine, die den Zylinder umgibt.

So wird die Hubkraft eines Hydraulikzylinders berechnet

Die Auftriebskraft entsteht durch Druck, der auf eine Fläche einwirkt. Bei einem doppeltwirkenden Zylinder, der sich unter Druck ausdehnt, entspricht diese Fläche der gesamten Kolbenfläche:

F = P × A

F ist die Kraft, P der Arbeitsdruck und A die Kolbenfläche. Nehmen Sie einen Zylinder mit 100 mm Bohrung, der mit 200 bar läuft. Die Kolbenfläche beträgt ca. 78,5 cm², die theoretische Schubkraft beträgt also ca. 157 kN bzw. rund 16 Tonnen. Ändern Sie die Bohrung oder den Druck und die Zahl ändert sich proportional.

Der Rückzug funktioniert anders. Die Stange nimmt einen Teil der Kolbenfläche ein, sodass die wirksame Fläche auf der Stangenseite kleiner ist und die Zugkraft geringer ist als die Schubkraft. Bei einer 100-mm-Bohrung mit einer 70-mm-Stange misst der Ring nur etwa 40 cm², also kaum die Hälfte der Schubfläche. Maschinen, die unter Kraft in beide Richtungen heben und halten müssen, werden daher anhand der Einfahrzahl und nicht anhand der Schubzahl spezifiziert.

Die folgende Tabelle zeigt die theoretische Schubkraft für gängige Bohrungsgrößen bei drei Arbeitsdrücken.

Was begrenzt die tatsächliche Tragfähigkeit?

Eine Katalogabbildung beschreibt einen idealen Zylinder auf einem Prüfstand. Bei einer Arbeitsmaschine entscheiden mehrere Faktoren darüber, wie viel Last ein Zylinder sicher und wiederholt heben kann:

• Arbeitsdruck im Vergleich zum Nenndruck. Überdruckventileinstellungen, Pumpenzustand und Druckverluste durch Schläuche und Ventile bestimmen, welcher Druck tatsächlich die Bohrung erreicht.
• Rute knickt ein. Ein langer Hub mit einer schlanken Stange kann sich unter Druckbelastung verbiegen, daher ist das Verhältnis von Hub zu Stangendurchmesser genauso wichtig wie die reine Kraft.
• Seitenlast. Eine Fehlausrichtung zwischen der Zylinderachse und dem Lastpfad verbiegt die Stange und verschleißt die Führungsbuchse und Dichtungen ungleichmäßig.
• Dichtungsreibung und interne Leckage. Verschlissene Dichtungen erfordern einen höheren Druck, um die Last zu bewegen, und ermöglichen ein Abdriften der Stange, wenn eine Last gehalten wird.
• Öltemperatur und Viskosität. Kaltes Öl erhöht den Druckverlust, während heißes Öl dünner wird und den volumetrischen Wirkungsgrad verringert.
• Verbindungsgeometrie. Die an der Auslegerspitze verfügbare Kraft hängt vom Winkel zwischen dem Zylinder und der Last ab. Daher kann ein Zylinder, der auf dem Papier stabil aussieht, in einem bestimmten Gestänge nur eine untergeordnete Rolle spielen.

Hubzylinder in Kränen und Sonderfahrzeugen

Kräne sind das deutlichste Beispiel für Hebeaufgaben. Ein Wippzylinder hebt und senkt den Ausleger, ein Teleskopzylinder stellt den Arbeitsradius ein, ein Auslegerzylinder sorgt für eine stabile Basis und ein Drehzylinder steuert das Schwenken. Bei seitlich montierten Kränen kommen Oberarm-, Unterarm-, Ausleger-Wipp- und Kufenzylinder hinzu, während bei Autokranen Horizontal-, Wipp-, Teleskop-, Ausleger- und Drehzylinder in einer koordinierten Hubsequenz kombiniert werden.

Sonderfahrzeuge folgen der gleichen Logik mit unterschiedlicher Geometrie. Abschleppwagen-Ausleger basieren auf Ausleger-Wipp- und Teleskopzylindern, Klapparmzylindern und Plattformzylindern, während Brückeninspektionsfahrzeuge Hauptarm-Wipp-, Nivellierungs-, Ausleger-, Heckstabilisator-, Dreh- und Vertikalteleskopzylinder verwenden, um eine Arbeitsplattform unter oder neben einem Brückendeck zu platzieren. Auf die gestalterische Seite dieser Pflicht gehen wir in unserem Artikel ausführlicher ein Wie Kranhydraulikzylinder moderne Hebevorgänge vorantreiben .

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Hubzylinder in Hubarbeitsbühnen

Hubarbeitsbühnen tauschen Last gegen Reichweite aus, daher muss der Hubzylinder eine präzise Bewegung und nicht eine maximale Tonnage liefern. Arbeitsbühnen kombinieren Wipp-, Teleskop-, Kleinarm-Wipp-, Kleinarm-Nivellierungs-, Rahmennivellierungs-, Brückenverlängerungs- und Lenkzylinder, die alle zusammenarbeiten, sodass der Korb beim Ausklappen des Arms gerade bleibt. Hubarbeitsfahrzeuge verwenden Nivellier-, Wipp-, Teleskop-, Ausleger- und Horizontalzylinder, um eine Person oder ein Werkzeug in der Höhe zu positionieren.

Scherenhebebühnen sehen schlichter aus, sind in der Praxis jedoch anspruchsvoll. Der Hubzylinder trägt die gesamte Plattformlast über einen relativ schmalen vertikalen Hub und hält sie dann, während der Bediener arbeitet. Daher sind die Dichtungsqualität, die Oberflächenbeschaffenheit der Stange und die Gestaltung des Halteventils wichtiger als die Spitzenkraft. Stütz-, Lenk-, Schwimm- und Teleskopzylinder übernehmen die Fahrwerks- und Deckfunktionen rundherum.

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Hubzylinder in Rammmaschinen

Ramm- und grabenlose Geräte bringen Hubzylinder in die härtesten Bedingungen. Drehbohrgeräte verwenden Schwenk-, Armhebe- und Armteleskopzylinder, um den Mast unter ständigen Vibrationen und Stößen zu positionieren und zu halten. Rohrvortriebsmaschinen sind auf Hauptvortriebs-, Relais- und Korrekturzylinder angewiesen, die Schicht für Schicht eine hohe Kraft über lange Hübe in einer Umgebung voller Schlamm und abrasivem Staub liefern. Bei diesen Anwendungen wird ein Zylinder danach beurteilt, wie stabil er seine Kraft hält, und nicht anhand einer Gesamtzahl.

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Einfachwirkende und doppeltwirkende Hubzylinder

Die Wahl zwischen einfachwirkender und doppeltwirkender Ausführung prägt sowohl den Zylinder als auch die Maschinensteuerung. Ein einfach wirkender Zylinder hebt sich unter Druck und kehrt durch die Schwerkraft oder eine äußere Kraft zurück, was den Kreislauf einfach und kostengünstig hält, aber kein angetriebenes Absenken ermöglicht. Doppelt wirkende Zylinder treiben die Last in beide Richtungen an, ermöglichen ein kontrolliertes Absenken und halten die Position präziser, weshalb sie in den meisten modernen Hebegeräten zum Einsatz kommen.

Teleskopkonstruktionen bieten eine weitere Option: Mehrere Stufen lassen sich ausfahren, um aus einer kurzen geschlossenen Länge einen langen Hub zu erzeugen. Dies ist eine gängige Lösung für Schlepperausleger, Kippanwendungen und Geräte, bei denen der Installationsraum begrenzt ist, die Reichweite jedoch nicht.

Passender Hubzylinder für Ihre Maschine

Da jedes Gestänge anders ist, dimensionieren wir Hubzylinder anhand der Last rückwärts und nicht anhand einer Standardkatalognummer:

1. Definieren Sie die maximal angehobene Masse, ihren Schwerpunkt und die dadurch erzeugten dynamischen Faktoren.
2. Berechnen Sie die Kraft, die beim ungünstigsten Winkel des Gestänges erforderlich ist, und fügen Sie dann einen Arbeitsspielraum hinzu.
3. Wählen Sie Bohrung, Stangendurchmesser und Arbeitsdruck so, dass die erforderliche Kraft bequem unterhalb der Systementlastungseinstellung erreicht wird.
4. Überprüfen Sie den Hub, die geschlossene Länge und beide Montagepositionen über den gesamten Bewegungsbereich der Maschine.
5. Überprüfen Sie den Knickwiderstand der Stange und die Lagerlasten bei voller Ausdehnung, nicht nur in der Mitte des Hubs.
6. Passen Sie Dichtungen, Beschichtungen und Materialien an die Umgebung an: Staub, Schlamm, Salznebel, Temperaturbereich und Einschaltdauer.
7. Bestätigen Sie die Leistung vor der Serienlieferung mit Prüfdruck-, Leckage- und Dauertests.

Die Dimensionierung eines Hydraulikzylinders zum Heben ist eine Kette kleiner Entscheidungen: Druck und Bohrung legen die Kraft fest, Stange und Montagegeometrie entscheiden darüber, ob diese Kraft genutzt werden kann, und Dichtungen und Oberflächenbehandlung entscheiden darüber, wie lange die Leistung anhält. Wenn Sie den ersten Link falsch verstehen, wird sich die Maschine nie richtig anfühlen. Wenn Sie alles richtig machen, wird der Lift zum leisen, zuverlässigen Teil der Ausrüstung.

Seit 2004 baut unser Team Hubzylinder für Kräne, Hubarbeitsbühnen, Spezialfahrzeuge und Rammmaschinen, von einzelnen Komponenten bis hin zu komplett aufeinander abgestimmten Baugruppen. Wenn Sie an einer neuen Maschine arbeiten oder einen Zylinder austauschen, der nicht ganz die erwartete Leistung erbringt, können Sie unsere Seite durchsuchen Katalog Hydraulikzylinder oder senden Sie uns Ihre Last-, Hub- und Montagedetails für eine Größenempfehlung.