Ein weit verbreiteter Irrglaube bei Hydraulikzylindern ist, dass der Zylinder driftet, wenn die Kolbendichtung undicht ist. Eine undichte Kolbendichtung kann zwar die Hauptursache für ein Abdriften des Zylinders sein, aber die physikalischen Zusammenhänge werden oft missverstanden.
Wenn die Kolbendichtung eines doppeltwirkenden Zylinders vollständig entfernt, der Zylinder mit Öl gefüllt und die Öffnungen verschlossen werden, hält der Zylinder seine Last unbegrenzt, es sei denn, die Stangendichtung ist undicht.
In diesem Zustand gleicht sich aufgrund des ungleichen Volumens auf beiden Seiten des Kolbens der Flüssigkeitsdruck aus und der Zylinder wird hydraulisch blockiert. In diesem Fall kann sich der Zylinder nur noch bewegen, wenn Flüssigkeit über die Stangendichtung oder die Anschlüsse aus dem Zylinder entweicht.
Abbildung 1. Doppelstangenzylinder - das Ölvolumen ist auf beiden Seiten des Kolbens gleich
Ausnahmen von der Regel
Es gibt zwei Ausnahmen von dieser Theorie. Die erste ist ein Doppelstangenzylinder (Abbildung 1), bei dem das Volumen auf beiden Seiten des Kolbens gleich ist.
Die zweite Ausnahme ist eine Last, die an einem doppelt wirkenden Zylinder hängt (Abbildung 2). Bei dieser Anordnung kann das Volumen der unter Druck stehenden Flüssigkeit auf der Stangenseite leicht auf der Kolbenseite untergebracht werden. Wenn der Zylinder jedoch driftet, entsteht aufgrund der ungleichen Volumina ein Unterdruck auf der Kolbenseite, und je nach Gewicht der Last kann dieser Unterdruck schließlich zu einem Gleichgewicht führen, das ein weiteres Driften verhindert.
Dies ist nicht das Ende des Zyklus, aber es ist wichtig, zumindest diese Theorie zu verstehen, bevor man fortfährt.
Ungeachtet dieser beiden Ausnahmen wird sich der Druck auf beiden Seiten des Zylinders ausgleichen, wenn die Arbeitsanschlüsse eines doppeltwirkenden Zylinders durch einen geschlossenen Steuerkolben (Abbildung 3) blockiert sind und die Kolbendichtung einen Bypass bildet. An diesem Punkt kommt es zu einer hydraulischen Verriegelung, und es kann kein weiteres Abdriften erfolgen, es sei denn, es wird zugelassen, dass Flüssigkeit aus dem Zylinder oder dem Zylinderkreislauf austritt.
Abbildung 2. An einem doppeltwirkenden Zylinder hängende Last
Verlust der effektiven Fläche
Aufgrund des Verlusts an effektiver Fläche durch den Druck, der nun auf den stangenseitigen Ringraum wirkt, muss der statische Druck im Zylinder steigen, um die gleiche Last zu tragen. Zur Erinnerung: Die von einem Zylinder entwickelte Kraft ist ein Produkt aus Druck und Fläche.
Beträgt beispielsweise der lastbedingte Druck auf der Kolbenseite des Zylinders 2.000 PSI und Null auf der Stangenseite, wenn das Wegeventil geschlossen ist, kann der Druckausgleich je nach Verhältnis zwischen Kolben- und Ringraumfläche 3.000 PSI betragen, wenn keine Leckage am Kolben auftritt.
Stellen Sie sich nun vor, was passieren kann, wenn dieser Kreislauf ein Überdruckventil (Abbildung 4) hat, das auf 2.500 PSI eingestellt ist. Wenn sich der Druck über die Kolbendichtung ausgleicht und der steigende statische Druck auf der Kolbenseite des Zylinders den Öffnungsdruck der Anschlussentlastung erreicht, fährt der Zylinder trotzdem nicht ein.
Eine ähnliche Situation kann in Kreisläufen auftreten, in denen ein Lastregelventil (Ausgleichsventil) installiert ist. In diesem in Abbildung 5 dargestellten Kreislauf hat das Wegeventil einen schwimmenden Mittelkolben (die Serviceanschlüsse A und B sind zum Tank hin offen).
Wie bereits erwähnt, wird bei einer undichten Kolbendichtung durch ungleiche Ölmengen auf der Stangen- und Kolbenseite des Zylinders eine hydraulische Verriegelung erreicht, die ein merkliches Abdriften verhindert. Aber auch hier gilt, dass aufgrund des Verlusts der wirksamen Fläche infolge des gleichen Drucks, der nun auf den kolben- und stangenseitigen Ringraum wirkt, der statische Druck im Zylinder steigen muss, um die gleiche Last zu tragen.
Das Ausmaß dieses Druckanstiegs hängt vom Verhältnis der Kolben- und Ringraumflächen des Zylinders ab. Wenn der Anstieg des statischen Drucks die eingestellte Höchstlast des Ausgleichsventils übersteigt, öffnet sich das Ventil, so dass Öl von der Kolbenseite des Zylinders in den Tank fließen kann und der Zylinder eingefahren wird.
Diagnose der Zylinderabweichung
Obwohl die Ursache des Problems in beiden Beispielen die undichte Kolbendichtung ist, unterscheidet sich die Physik grundlegend von der allgemeinen Annahme. Und wenn man die Theorie verstanden hat, kann ein Manometer ein nützliches Hilfsmittel sein, um die Ursache des Zylinderdrifts zu ermitteln.
Wenn in einem dieser Beispiele der Zylinder driftet, aber kein Druckausgleich über die Kolbendichtung stattfindet, ist das Wegeventil oder das Lastregelventil die Ursache des Problems.