Ein hydraulischer Zylinder erzeugt nicht nur lineare Kraft. Er muss diese Kraft auch sicher in die Maschinenstruktur übertragen. Der Montagetyp des Zylinders bestimmt, wie der Zylinder verbunden ist, ob er während des Betriebs schwenken kann und wie effektiv er mit Ausrichtung, Vibration und wechselnden Lastrichtungen umgeht.
Die Auswahl des falschen Montagestils kann seitliches Laden auf dem Kolbenstangen, den Kolbenlager und den Dichtungen erzeugen. Im Laufe der Zeit kann dies zu ungleichmäßigem Verschleiß, Dichtungsleckagen, gebogenen Stangen, beschädigten Bolzen oder Rissen rund um die Montagstruktur führen. Daher ist die Wahl der richtigen hydraulischen Zylindermontage genauso wichtig wie die Auswahl des passenden Bohrungsdurchmessers, Hub und Betriebsdruck.
Was sind die Hauptmontagetypen für hydraulische Zylinder?
Die Hauptmontagetypen für hydraulische Zylinder umfassen Gabel, Kreuzrohr, Zunge, Kugellager, Welle, Flansch, Fuß und Seitenlagesysteme. Feste Montagen werden für gerade, geführte Bewegungen verwendet, während Pivotmontagen es dem Zylinder ermöglichen, sich zu drehen, während eine Maschinenverbindung durch einen Bogen bewegt.
Was ist eine hydraulische Zylindermontage?
Eine hydraulische Zylindermontage ist die mechanische Verbindung zwischen dem Zylinder und der Ausrüstung. Montagen können direkt am Zylinderkörper geschweißt, in eine Endkappe gefräst, am Zylinder verschraubt oder auf die Kolbenstange geschraubt werden.
Die Montage muss die Druck- und Zugkräfte des Zylinders in den Maschinenrahmen übertragen und dabei eine akzeptable Ausrichtung aufrechterhalten. Einige Montagen halten den Zylinder starr in einer Position, während andere ihm erlauben, sich zu drehen, während sich die Maschinenverbindung bewegt.
Die Montagetypen von Hydraulikzylindern können allgemein in zwei Hauptkategorien unterteilt werden:
- Feste Montagen, wie Flansch-, Fuß- und Seitenlaschenmontagen
- Schwenkbare Halterungen, wie Klemmen-, Querrohr-, Zunge-, Drehgelenk- und Kugelgelenksmontagen
Die richtige Kategorie hängt hauptsächlich davon ab, ob die Last geradlinig oder in einem Bogen bewegt wird.
Feste Montagen vs. Pivotmontagen
Feste Montagen halten den Zylinderkörper in einer stabilen Position in Bezug auf den Maschinenrahmen. Sie sind im Allgemeinen geeignet, wenn die Kolbenstange und das angetriebene Bauteil entlang eines geraden und genau geführten Pfades bewegt werden. Da feste Montagen nur wenig Bewegung zur Kompensation von Montagefehlern zulassen, sind Steifigkeit und Ausrichtung des Rahmens besonders wichtig.
Drehgelenk-Montagen ermöglichen es dem Zylinder, während der Ausdehnung und Kontraktion um einen Stift oder ein Lager zu rotieren. Sie werden häufig in mobilen Maschinen, landwirtschaftlichen Geräten, Anhängern und Baumaschinen eingesetzt, wo der Zylinder zwischen sich bewegenden Verbindungsstellen arbeitet.
| Montagekategorie | Zylinderbewegung | Am besten geeignet für | Hauptanliegen |
|---|---|---|---|
| Feste Montage | Zylinderkörper bleibt stationär | Geradlinige, geführte Bewegung | Präzise Ausrichtung |
| Drehgelenk-Montage | Zylinder rotiert um einen Stift oder ein Lager | Verbindungen, die sich durch einen Bogen bewegen | Korrekte Drehachse und Stütze |
| Selbstjustierende Drehgelenk-Montage | Erlaubt begrenzte angulare Bewegungen in mehrere Richtungen | Strukturen mit geringfügiger angularer Variation | Tragfähigkeit und Schmierung |
Keine der Kategorien ist universell besser. Die richtige Wahl hängt vom tatsächlichen Lastweg und der Bewegungsgeometrie der Maschine ab.
Eine Gabelmontage verwendet eine gabelartige Verbindung und einen Stift, um den Zylinder mit der Ausrüstung zu verbinden. Die Gabel kann sich an der Zylinderbasis, am Kolbenstangenende oder an beiden Enden befinden.
Da der Stift einen Drehpunkt schafft, kann der Zylinder rotieren, während das Verbindungselement durch einen Bogen bewegt wird. Gabelmontierte Zylinder werden häufig in landwirtschaftlichen Geräten, Entmechanismen, Baumaschinen, Materialhandhabungsmaschinen und anderen mobilen Anwendungen eingesetzt.
Eine Gabelmontage ermöglicht normalerweise eine Bewegung in einer primären Ebene. Der Montagepin sollte senkrecht zu dieser Ebene positioniert werden, und die verbundenen Halterungen sollten auf beiden Seiten der Gabel ausreichende Unterstützung bieten. Übermäßiges Spiel zwischen dem Stift und dem Stiftloch kann zu Stoßbelastungen, Lärm und beschleunigtem Verschleiß führen.
Von Gabelmontagen sollte nicht erwartet werden, dass sie signifikante seitliche Versätze ausgleichen. Wenn sich der Zylinder und das Verbindungselement in unterschiedlichen Ebenen bewegen, kann die daraus resultierende Seitenlast dennoch das Lager und die Dichtungen beschädigen.
Eine Kreuzrohrhalterung besteht aus einem Rohr, das quer über die Zylinderbasis oder das Ende des Kolbenstangs geschweißt ist. Ein Montagestift geht durch das Rohr, wodurch der Zylinder während des Betriebs schwenken kann.
Kreuzrohrhydraulikzylinder sind kompakt, stark und leicht in geschweißte Maschinenrahmen zu integrieren. Sie sind häufig an Ladern, Baggern, Gabelstaplern, Anhängern, landwirtschaftlichen Maschinen und Abfallbewirtschaftungsgeräten anzutreffen.
Im Vergleich zu einer externen Gabel kann ein Kreuzrohr eine einfache und platzsparende Verbindung bieten. Buchsen oder Schmierstellen können integriert werden, um die Stützwirkung des Stifts zu verbessern und den Verschleiß zu reduzieren. Das Kreuzrohr, die Schweißverbindung und der Stiftdurchmesser müssen alle für die erwartete Last und den Arbeitszyklus ausgelegt werden.
Die Halterungen sollten das Kreuzrohr nahe beider Enden stützen. Wenn die Halterungen zu weit auseinander positioniert sind, kann der Stift sich verbiegen und zusätzlichen Druck auf das Rohr und die Schweißnähte ausüben.
Eine Zungenhalterung verwendet einen einzelnen flachen Zapfen oder eine Öse, die zwischen zwei Halterungen an der Maschine passt. Ein Stift geht durch die Halterungen und die Zunge, um die Pivotverbindung zu bilden.
Zungenhalterungen sind nützlich, wo der Installationsraum begrenzt ist oder wo die Maschine bereits eine doppelhohlige Halterung hat. Sie werden in landwirtschaftlichen Geräten, Baumaschinen, Abfallbewirtschaftungsgeräten und anderen Anwendungen mit geschweißten Hydraulikzylindern eingesetzt.
Da eine Zunge durch einen einzelnen zentralen Zapfen gestützt wird, müssen ihre Dicke, die Schweißgröße und die Festigkeit des Stiftlochs an die Zylinderkraft angepasst werden. Die Maschinenhalterungen sollten die Zunge eng stützen, ohne die erforderliche Schwenkbewegung einzuschränken.
Eine Zungenhalterung und eine Gabelhalterung können ein kompatibles Gelenk bilden: Die Zunge bietet die männliche Verbindung, während die Gabel oder doppelte Halterung die weibliche Verbindung bietet.
4. Kugelgelenk- oder Drehkugelhalterung
Eine Kugelgelenkhalterung enthält ein kugelförmiges Gleitlager im Zylinderauge. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Stiftgelenk, das hauptsächlich in einer Ebene schwenkt, erlaubt ein Kugelgelenk eine begrenzte Bewegung in mehreren Richtungen.
Diese selbstjustierende Fähigkeit ist nützlich, wenn der Maschinenrahmen leicht flexiert, die Montagepunkte nicht perfekt parallel bleiben können oder die Verbindung während des Betriebs den Winkel ändert. Zylinder mit Kugelgelenken werden häufig in kompakten Geräten, landwirtschaftlichen Maschinen, Spezialfahrzeugen und Baumaschinen eingesetzt.
Allerdings macht ein Kugelgelenk den Zylinder nicht für unkontrollierte seitliche Belastungen geeignet. Es toleriert eine begrenzte Winkeldifferenz an der Verbindung, aber die Hauptzylinderkraft sollte weiterhin nahe der Stangenmittelachse wirken.
Die Lagergröße, der zulässige Winkel, die Schmiermethode, die Stifthärte und die dynamische Tragzahl sollten bei der Auswahl berücksichtigt werden. Wo das Lager Schmierung benötigt, muss der Schmierpunkt nach der Installation zugänglich bleiben.
5. Trunnion-Halterung
Ein trunnionmontierter Zylinder hat zylindrische Drehstifte, die von beiden Seiten des Zylinderkörpers herausragen. Je nach Konstruktion können die Trunnions nahe dem Kopf, nahe der Kappe oder um die Mitte des Zylinders positioniert sein.
Die Maschine unterstützt die Trunnionstifte mit Lagern oder Lagerblöcken, wodurch der gesamte Zylinder rotieren kann, während der Kolbenstange der Verbindung folgt. Trunnionhalterungen werden in Hebezeugen, Pressen, Materialhandhabungsmaschinen und großen industriellen oder mobilen Mechanismen eingesetzt.
Trunnionstifte sind hauptsächlich dafür vorgesehen, Scherbelastungen zu tragen. Ihre Stützen sollten nahe den Trunnionschultern positioniert sein, um Biegebeanspruchungen zu minimieren. Die beiden Lager müssen ebenfalls genau ausgerichtet sein, damit der Zylinder ohne Bindung schwenken kann.
Die Position des Trunnions beeinflusst die Zylindermovement, den Installationsraum und die Kolbenstangenlast. Anwendungen mit langem Hub oder hoher Kraft sollten daher einzeln bewertet werden, anstatt die Trunnionposition nur basierend auf dem verfügbaren Raum auszuwählen. Parker empfiehlt ebenfalls eine enge Trunnionunterstützung und warnt vor Biegebelastungen auf Trunnionstiften.
6. Flanschhalterung
Eine Flanschmontage verbindet den Zylinderkopf oder die Kappe starr mit der Maschinenstruktur. Da die Montagesfläche im Allgemeinen senkrecht zur Zylinderachse steht, kann die Last direkt in ein starkes Rahmenmitglied übertragen werden.
Flanschmontierte Hydraulikzylinder werden häufig in Hydraulikpressen, Spannvorrichtungen, Industriegeräten und anderen Anwendungen mit gerader, genau geführter Bewegung eingesetzt. Sie bieten eine starre Verbindung und sind gut geeignet für hohe axiale Kräfte.
Die Montagefläche muss flach, stark und senkrecht zur beabsichtigten Fahrtrichtung sein. Eine Flanschmontage bietet wenig Möglichkeit zur Kompensation von Fehlstellungen. Wenn die Last nicht ordnungsgemäß geführt wird, kann der Kolbenstangen seitlich gedrängt werden, selbst wenn der Flansch selbst sicher befestigt ist.
Ob ein Kopf- oder Kappenflansch bevorzugt wird, hängt von der Hauptkraftrichtung und der Maschinenstruktur ab. Der Flansch, die Befestigungselemente und die Unterstützungsscheibe müssen als eine tragende Baugruppe bewertet werden, anstatt als separate Komponenten.
7. Fuß- oder Seitenlaschenmontage
Fußmontierte Zylinder werden durch Füße oder Seitenlaschen, die parallel zum Zylinderrohr angeordnet sind, an einer Maschinenbasis befestigt. Sie sind praktisch für horizontale Industrieinstallationen und ermöglichen einen einfachen Zugang für Wartungsarbeiten.
Im Gegensatz zu einer Flanschmontage in Mittellage überträgt eine Fuß- oder Seitenlaschenmontage die Kräfte durch Montierungspunkte, die von der Zylinderachse versetzt sind. Diese Versetzung erzeugt ein Drehmoment, wenn der Zylinder drückt oder zieht. Der Maschinenrahmen, die Montagebolzen und die Zylinderlaschen müssen diesem Moment widerstehen.
Die angetriebene Last sollte extern geführt werden, und der Zylinder muss sorgfältig ausgerichtet sein. Schlüssel, Dorne oder positives Stoppen können erforderlich sein, um zu verhindern, dass sich der Zylinder unter wiederholtem Lastwechsel auf seiner Montagesfläche bewegt.
Fuß- und Seitenlaschenmontagen sind am geeignetsten, wenn der Rahmen ausreichend steif ist und der Lastweg gerade bleibt. Sie sollten nicht als Ersatz für eine Drehgelenkmontage verwendet werden, wenn der angetriebene Mechanismus durch einen Bogen bewegt wird.
Vergleich der Montagetypen für hydraulische Zylinder
| Montageart | Fest oder drehbar | Ausrichtungstoleranz | Typische Anwendungen | Wichtigste Entwurfsüberlegung |
|---|---|---|---|---|
| Gabel | Drehung in einer Ebene | Mäßig | Landwirtschaft, Anhänger, Baumaschinen | Ausrichtung von Stift und Halterung |
| Querrohr | Drehung in einer Ebene | Mäßig | Lader, Bagger, Gabelstapler, Anhänger | Stützkraft und Schweißfestigkeit |
| Zunge | Drehung in einer Ebene | Mäßig | Kompakte mobile Maschinen | Lugdicke und Halterunterstützung |
| Sphärisches Lager | Pivotieren in mehreren Richtungen | Relativ hoch | Flexible Rahmen und komplexe Verbindungen | Lagerwinkel und Schmierung |
| Drehwelle | Drehung in einer Ebene | Mäßig | Hebesysteme, Pressen und schwere Maschinen | Lagerposition und Bolzenbiegung |
| Flansch | Fest | Niedrig | Pressen, Klemmen und industrielle Maschinen | Flache Montagefläche und axiale Ausrichtung |
| Fuß- oder Seitenlasche | Fest | Niedrig | Horizontale industrielle Installationen | Drehmoment und Rahmensteifigkeit |
Wie wählt man den richtigen Montagetyp für hydraulische Zylinder aus?
Beginnen Sie damit, die Bewegung beider Zylinderanschlusspunkte während des gesamten Betriebszyklus zu studieren. Wenn der Zylinder stationär bleibt und die Last sich auf einem geraden, extern geführten Weg bewegt, kann ein Flansch- oder Fußmontage angebracht sein. Wenn einer der Anschlusspunkte einem Bogen folgt, ist normalerweise eine Lasche, ein Kreuzrohr, ein Tang oder eine Drehgelenkmontage geeigneter.
Der nächste Schritt besteht darin, die primäre Kraftrichtung zu identifizieren. Bestimmen Sie, ob der Zylinder hauptsächlich drückt, zieht oder unter erheblichem Druck in beide Richtungen arbeitet. Die Halterung, die Bolzen, Schweißnähte und Maschinenhalterungen müssen alle der maximalen Zylinderkraft standhalten, einschließlich Stoß- und Druckspitzen.
Der Installationsraum muss ebenfalls berücksichtigt werden. Der Montagetyp beeinflusst die geschlossene Länge des Zylinders, den Pivotstandort, die Zugänglichkeit der Anschlüsse und den Platzbedarf für Schläuche. Eine mechanisch geeignete Halterung kann dennoch Probleme verursachen, wenn sie Schlauchüberlappungen verursacht oder den Zylinder daran hindert, sich frei zu drehen.
Bei Langhubzylindern, die in Kompression arbeiten, muss das Knicken der Kolbenstange getrennt überprüft werden. Eine Änderung der Halterung oder der Pivotposition kann die effektive ungestützte Stangenlänge verändern und daher den Widerstand der Stange gegen das Knicken beeinflussen.
Warum seitliches Laden ein wichtiges Anliegen ist
Hydraulische Zylinder sind hauptsächlich darauf ausgelegt, axiale Kraft zu erzeugen. Wenn die angelegte Last nicht mit der Zylinderachse ausgerichtet ist, wirkt ein Teil dieser Kraft seitlich auf die Stange, die Manschette, den Kolben und die Dichtungen.
Wenn beispielsweise ein Zylinder eine Gesamtlast anwendet FF bei einem Fehlwinkel θ\theta, beträgt die ungefähre Seitkraftkomponente:
Fseitlich = F × sin(θ)
Selbst ein kleiner Winkel kann eine signifikante Seitenkraft erzeugen, wenn die gesamte Zylinderkraft hoch ist. Eine Last von 100 kN, die unter einem Winkel von nur 2° wirkt, erzeugt etwa 3,5 kN seitliche Kraft.
Diese Seitenkraft kann zu ungleichmäßigem Verschleiß der Stangenlager, beschädigten Dichtungen, Riefen im Zylinderinneren und einer Verformung der Kolbenstange führen. Eine Pivot- oder Kugelgelenkaufnahme kann eine angemessene Winkelbewegung ermöglichen, kann jedoch keine schlechte Verbindungsgeometrie oder eine ungestützte externe Last korrigieren.
Häufige Fehler bei der Montage von hydraulischen Zylindern
Den Zylinder als tragende Führung behandeln
Ein Hydraulikzylinder sollte Bewegung und Kraft erzeugen; er sollte normalerweise nicht das einzige Bauteil sein, das eine schwere Last führt. Schienen, Lager, Führungen oder Verbindungsarme sollten den Lastweg steuern, damit der Zylinder nicht unnötigen seitlichen Kräften ausgesetzt wird.
Verwendung einer starren Montage für eine bogenförmige Bewegung
Wenn das angetriebene Bauteil um ein Scharnier rotiert, ändert sich der Winkel des Zylinders während des Hubes. Das starr Fixieren des Zylinders kann in dieser Situation die Kolbenstange zur Seite drücken. Eine richtig positionierte Pivot-Aufnahme sollte verwendet werden.
Einschränkung des Pivotgelenks
Ein Gabel- oder Kreuzrohrzylinder muss sich frei um seinen Bolzen drehen können. Halterungen, Schläuche, Fittings oder benachbarte Rahmenmitglieder dürfen diese Bewegung nicht behindern.
Verwendung von nicht unterstützten oder zu kleinen Bolzen
Der Befestigungsbolzen muss richtig in das Gelenk passen und über eine ausreichende Scher- und Biegefestigkeit verfügen. Eine übermäßige Bolzenfreiheit führt zu Stoßbelastungen, während eine schlechte Halterungsunterstützung den Bolzen veranlasst, sich zu verbiegen.
Rahmenverformung ignorieren
Ein Zylinder kann korrekt ausgerichtet werden, wenn die Maschine entladen ist, aber nach der Verformung des Rahmens unter Arbeitslast fehlaligniert werden. Die Montierungsgeometrie sollte daher unter realistischen Betriebsbedingungen überprüft werden.
Schweißen in der Nähe eines montierten Zylinders
Das Schweißen einer Montierungshalterung, während der Zylinder zusammengebaut ist, kann Wärme oder Schweißstrom durch die Stange, Lager und Dichtungen übertragen. Schweißverfahren sollten präzise Oberflächen und interne Komponenten schützen, und die Anweisungen des Zylinderherstellers sollten immer befolgt werden.
Checkliste für die Montageinstallation von hydraulischen Zylindern
Vor der Inbetriebnahme des Zylinders verifizieren Sie bitte, dass:
- Die Basis- und Kolbenfeder-Pivotachsen parallel sind, wo eine Bewegung in einer Ebene erforderlich ist.
- Der Zylinder seinen vollen Hub ohne mechanische Beeinträchtigung abschließen kann.
- Befestigungsbolzen richtig passen und sicher gehalten werden.
- Die Pivotgelenke sich frei drehen, ohne die Stange zur Seite zu drücken.
- Fest montierte Flächen flach, stabil und richtig ausgerichtet sind.
- Schrauben korrekt spezifiziert sind und mit dem erforderlichen Drehmoment angezogen werden.
- Schläuche ausreichend lang sind und die Zylinderbewegung nicht einschränken.
- Schmierteile und Wartungskomponenten zugänglich bleiben.
- Die Last bei Bedarf extern geführt wird.
- Lange Kolbenstangen auf Verbiegen überprüft wurden.
Bosch Rexroth betont auch, dass Montierungsoberflächen und Montierungsbauteile—einschließlich Kugellager, Trunnions, Füße und Flansche—in der Lage sein müssen, die während des Betriebs erzeugten Kräfte zu tragen. Bosch Rexroth Dokumentation für Hydraulikzylinder
Kann Können hydraulische Zylinderhalterungen angepasst werden?
Ja. Geschweißte hydraulische Zylinder können mit maßgeschneiderten Gabeln, Querrohren, Laschen, Bolzenaugen, Kugellagern, Wangen und Montageschienen hergestellt werden. Abmessungen wie Bolzendurchmesser, Montagebreite, Lochabstand, geschlossene Mittelänge und Anschlussoffenheit können an die Ausrüstung angepasst werden.
Die Montagekonfiguration sollte jedoch nicht nur aus einem externen Foto kopiert werden. Um einen Zylinder korrekt zu entwerfen oder zu ersetzen, benötigt der Hersteller normalerweise Zeichnungen oder verifiziertes Maßmaterial, Betriebsdruck, maximale Last, Hub, Bewegungsgeometrie und Anwendungsbedingungen.
Bei Ersatzprojekten ist es besonders wichtig, die Bolzenabmessungen sowohl in voll zurückgezogener als auch in voll ausgefahrener Position zu bestätigen. Die Montagedimensionen müssen mit Bohrung, Stangen Durchmesser und Hub zusammenarbeiten - sie sollten nicht als unabhängige Spezifikation behandelt werden.
