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Diese Art von Zylinder ist auch als Differentialzylinder bekannt. Differentialzylinder arbeiten auf den zwei gegenüberliegenden Kolbenflächen. Das bedeutet, dass sie in zwei Richtungen arbeiten können: hinaus und hinein. Aufgrund der Kolbenstange arbeitet der Druck auf zwei verschiedenen Oberflächen, die im allgemeinen zwei Geschwindigkeiten und zwei unterschiedliche Kräfte erzeugen: eine beim Ausfahren, die andere beim Einziehen. Die doppelt wirkenden Hydraulikzylinder finden in einer breiten Vielfalt von Anwendungen Verwendung und sind sicher die am meist verbreiteten.

Bei diesem Zylindertyp werden zwei oder mehr Zylinder miteinander verbunden. Beispielsweise ist die Zylinderstange des ersten Zylinders mit dem Kopf des zweiten verbunden, wie man auf der Darstellung unten sehen kann. Durch das Anbringen in Serie von 2, 3, oder sogar 4 Zylindern gleichen Durchmessers, ist die Druckkraft größer als bei herkömmlichen Zylindern.

Diese Art von Zylinder hat nur einen Kolbenkopf, auf die die Hydraulikflüssigkeit wirkt. Auf diese Weise wird die Bewegungsarbeit nur in eine Richtung ausgeführt. Die Rückbewegung der Kolbenstange erfolgt sowohl durch ihr Eigengewicht als durch eine Last oder externe Kraft (z.B. eine Feder). Scheren-Arbeitsbühnen, Gabelstapler, Kipper und Hubanlagen werden oft von einfach wirkenden Zylindern betätigt.