Hydraulikzylinder Aufbau erklärt: von der Kolbenstange bis zum Dichtring

Hydraulikzylinder sind die Kraftpakete moderner Maschinen. In Baggerarmen, Pressen oder Kranen verwandeln sie Öldruck in tonnenschwere Hubkraft.

Hinter der scheinbar einfachen Bauform steckt ein präzises Zusammenspiel aus Zylinderrohr, Kolben, Kolbenstange sowie oftmals umfangreichen Dicht- und Führungssystemen.

Die Lebensdauer eines Hydraulikzylinders wird bereits maßgeblich in der Konstruktionsphase bestimmt. Faktoren wie die Wahl der Werkstoffe, Kolbenstangenbeschichtungen und die Ausführung von Verbindungselementen bestimmen maßgeblich die Lebensdauer, den Wartungsaufwand und letztlich auch die Kosten für Instandhaltung und Reparaturen.

Funktionsweise und Hauptkomponenten von Hydraulikzylindern

Hydraulikzylinder setzen Öldruck in eine geradlinige Kraft um, indem sie den Kolben in einem geschlossenen Arbeitsraum vor- und zurückschieben. Dabei entscheidet das perfekte Zusammenspiel aller Bauteile über Effizienz, Leistung und Lebensdauer.

Die wesentlichen Bauteile im Überblick:

• 1.

  Zylinderrohr – druckbeständiger Gehäusekörper zur Führung des Kolbens
• 2.

  Kolben – trennt Arbeitsräume, überträgt Druckkräfte auf die Kolbenstange
• 3.

  Kolbenstange – leitet axiale Kräfte aus dem Zylinder nach außen
• 4.

  Zylinderboden – stirnseitiger Abschluss
• 5.

  Zylinderkopf – führt die Kolbenstange, nimmt Führungs- und Dichtelemente auf
• 6.

  Dichtungen und Abstreifer – gewährleisten Systemdichtheit und Schutz vor Kontamination

Der Kolben bewegt sich innerhalb des Zylinderkörpers. Die Bewegungsrichtung ergibt sich je nach Zuführung des Fluids: Wird das Fluid in den Kolbenraum geleitet, fährt der Kolben aus; erfolgt die Zuführung in den Stangenraum, fährt der Kolben ein. Gleichzeitig wird das Fluid aus dem jeweils anderen Raum abgeführt.

In der Zylinderkammer wird durch ein hydraulisches Aggregat ein Druck aufgebaut, der auf die jeweilige Kolbenfläche wirkt. Dieser Druck erzeugt eine Kraft, die an der Kolbenstange angreift. Ein Druckaufbau erfolgt jedoch nur dann, wenn eine entsprechende Gegenkraft vorhanden ist.

Primär- und Sekundärdichtungen halten das Öl im Zylinder, Abstreifringe fangen Schmutzpartikel ab, bevor diese die Dichtungen erreichen.

Zylinderarten im Vergleich

Hydraulikzylinder lassen sich in drei praxisbewährte Grundbauformen gliedern. Sie unterscheiden sich hinsichtlich Kraftrichtung, Bauraum und Steuerverhalten. Die Wahl der geeigneten Bauart beeinflusst nicht nur die Funktionalität, sondern auch Wartungsaufwand, Dynamik und Energieeffizienz der Gesamtanlage.

Einfachwirkende / Plunger Zylinder

Diese Zylinder erzeugen eine Kraftwirkung in nur einer Bewegungsrichtung. Die Rückstellung erfolgt passiv – etwa über Eigengewicht, Federkraft oder externe Lasten. Eingesetzt werden sie vor allem als Pressenzylinder, Spannvorrichtungen oder Hubsysteme. Aufgrund ihrer einfachen Konstruktion sind sie besonders wartungsarm.

Teleskopzylinder

Ist der Bauraum begrenzt, bieten mehrstufige Teleskopzylinder eine kompakte Lösung mit hoher Hubleistung. Durch ineinanderlaufende Kolbenstufen lassen sich große Hübe auf kleinstem Raum realisieren. Teleskopzylinder finden sich unter anderem in Kranen, Kippfahrzeugen oder Arbeitsbühnen. Der konstruktive Aufwand ist höher, doch das System bietet Vorteile in puncto Gewicht, Platzbedarf und Flexibilität.

Doppeltwirkende Hydraulikzylinder

Als industrieller Standard ermöglichen doppeltwirkende Hydraulikzylinder eine präzise Steuerung und schnelle Reversierung der Bewegung. Beide Kolbenseiten können aktiv mit Druck beaufschlagt werden, was eine exakte Positionierung sowie kontrollierte Beschleunigungs- und Bremsvorgänge erlaubt. Einsatzbereiche reichen von Werkzeugmaschinen und Pressen über Robotik- und Fördertechnik bis hin zu Anlagen in der Verpackungs- oder Kunststoffverarbeitung.

Verbindungstechniken zwischen Zylinderrohr und -boden

Die Schnittstelle zwischen Rohr und Boden ist konstruktiv, wie wirtschaftlich ein Schlüsselfaktor – in der Praxis wird sie meist als geschweißte Bauweise, verschraubter Boden oder Zuganker-Verbindung ausgeführt.

Schweißverbindungen

Geschweißte Verbindungen sind hierbei weit verbreitet, weil sie sich einfach herstellen lassen und eine sehr kompakte Bauweise ermöglichen. Allerdings bildet die Schweißnaht die schwächste Stelle der Konstruktion. Deshalb haben wir bei ACONA das deep-R-Verfahren entwickelt, um diese Schwachstellen tragfähiger zu machen und die Lebensdauer des Hydraulikzylinders zu erhöhen. Die Vorteile des Verfahrens lassen sich messen: bis zu 100 % längere Lebensdauer, 25 % höhere Leistungsfähigkeit und einer Gewichts- und Volumeneinsparung gegenüber herkömmlichen Schweißkonstruktionen von bis zu 35 % können durch den Einsatz von deep-R realisiert werden.

Schraubenkranzverbindungen

Die Verbindung zwischen Zylinderboden und Zylinderrohr kann durch Schraubverbindungen ausgeführt werden. Dabei übertragen die Schraubverbindungen die axiale Druckkraft des Zylinders in den Boden. Um Schraubverbindungen rechnerisch und konstruktiv sicher auszulegen, müssen Kräfte und Verformungen an den Schraubverbindungen und an den verspannten Teilen genau betrachtet werden. Grundlegend für diese Untersuchung und Berechnungen ist die „VDI2230“.

Gewindeverbindungen

Bei dieser Bauweise wird am Ende des Zylinderrohrs ein großes Innengewinde gefertigt. Der Kopf oder Boden des Zylinders wird über ein passendes Gegengewinde in das Rohr eingeschraubt. Die Bearbeitung des Zylinderrohrs ist unkompliziert und vollständig auf einer Drehmaschine durchführbar. Der Nachteil dieser Verbindung ist, eine mögliche Kaltverfestigung oder Korrosion im Gewinde. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass eine zerstörungsfreie Demontage nicht möglich ist. Die Instandhaltung dieser Zylinder ist aufwendig und teuer.

Fazit: Eine konsequente Planung ist wichtig

Ob in Windkraftanlagen, Spritzgießmaschinen oder einem Mobilkran – die Leistungsfähigkeit eines Hydraulikzylinders steht und fällt mit seinem Aufbau. Eine genaue Abstimmung von Kolben, Stange, Dichtsystem und Materialqualität sorgt für präzise Bewegungen und geringe Reibverluste.

Ebenso entscheidend sind die Verbindungstechnik zwischen Rohr und Boden sowie die gewählte Bauform. Geschweißte Zylinder punkten mit Kompaktheit, verschraubte Ausführungen mit Servicefreundlichkeit. Innovative Techniken wie unser deep-R-Verfahren schließen konstruktive Schwachstellen, verdoppeln nachweislich die Lebensdauer und sparen dabei Gewicht.

Wenn diese Faktoren bereits in der Planungsphase konsequent berücksichtigt, entsteht ein Zylinder, der langfristig zuverlässig arbeitet, Wartungskosten senkt und die Gesamtwirtschaftlichkeit der Maschine spürbar verbessert.

Sie benötigen einen Hydraulikzylinder und stehen aktuell mitten in der Planungsphase? Profitieren Sie vom Fachwissen von ACONA: Wir beraten Sie individuell und zeigen im direkten Vergleich maßgeschneiderte Hydraulikzylinder vs. Standardzylinder, welche Lösung Ihre technischen und wirtschaftlichen Ziele optimal erfüllt.