1. Von der tatsächlich erforderlichen Kraft ausgehen
A = F / pBeginnen Sie mit der an der Maschine benötigten Nutzkraft und nicht mit dem Zylinderdurchmesser. Teilen Sie diese Kraft durch den verfügbaren Druck und berücksichtigen Sie anschließend Reserven für Reibung, Druckverluste, Beschleunigung und Lastschwankungen.
Der theoretische Kolbendurchmesser folgt aus D = √(4A/π). Die endgültige Auswahl erfolgt anschließend aus einer Baureihe des Herstellers.
2. Ausfahr- und Einfahrkraft unterscheiden
Beim Ausfahren wirkt der Druck auf die gesamte Kolbenfläche. Beim Einfahren verringert die Kolbenstange die wirksame Fläche; bei einem Differentialzylinder ist die Einfahrkraft daher geringer.
Ein Gegendruck in der gegenüberliegenden Kammer reduziert die Nettokraft zusätzlich.
3. Volumenstrom und Geschwindigkeit verknüpfen
v = Q / ABei gleichem Volumenstrom bewegt sich eine größere Fläche langsamer. Da die Ringfläche beim Einfahren kleiner ist, erfolgt das Einfahren in der Regel schneller.
Der tatsächliche Volumenstrom am Zylinder kann wegen Leckagen, Ventilen und Stromregelungen unter dem Nennvolumenstrom der Pumpe liegen.
4. Hub und Fahrzeit prüfen
V = A · L ; t = V / QDas benötigte Ölvolumen hängt von der wirksamen Fläche und dem Hub ab. Aus diesem Volumen ergibt sich für einen gegebenen Volumenstrom die minimale Fahrzeit.
Die reale Zeit kann wegen Beschleunigungsrampen, Endlagendämpfung und Verlusten länger sein.
5. Erforderliche Prüfungen vor der endgültigen Auswahl
Eine reine Kraftberechnung reicht nicht aus, um einen Zylinder als geeignet einzustufen.
- Knicken der Kolbenstange unter Druckbeanspruchung.
- Querkräfte, Führung und Fluchtungsfehler.
- Maximaldruck, Druckspitzen und Gegendruck.
- Zulässige Geschwindigkeit und Endlagendämpfung.
- Befestigung, Hub, Umgebung und Schalthäufigkeit.
Zahlenbeispiel
Durchgerechnetes Beispiel: 20 kN bei 100 bar
Eine Maschine muss mit 20 kN drücken. Der geschätzte nutzbare Druck am Zylinder beträgt 100 bar. Zunächst werden Verluste vernachlässigt, um einen theoretischen Kolbendurchmesser zu bestimmen.
- Umrechnen: F = 20 000 N und P = 100 bar = 10 000 000 Pa.
- A = F/P = 0,002 m² berechnen.
- D = √(4A/π) = 0,0505 m berechnen.
- Der theoretische Kolbendurchmesser beträgt damit ungefähr 50,5 mm.
- Anschließend die nächstgrößere geeignete Kataloggröße wählen und die Nettokraft mit Wirkungsgrad und Gegendruck neu berechnen.
Ergebnis: Ein theoretischer Kolbendurchmesser von 50,5 mm ist das ideale Minimum. In der Praxis muss eine größere Baugröße gewählt und anhand der Herstellerdaten sowie der Sicherheitsanforderungen geprüft werden.
Das Beispiel basiert auf den Grundgleichungen und wird durch die allgemeinen Anforderungen der ISO 4413 eingeordnet. Genaue Quelle öffnen ↗
Zur Prüfung und Vertiefung
Direkte Quellen
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- ISO 4413:2010 — Fluidtechnik — HydraulikInternationale Organisation für NormungAllgemeine Regeln und Sicherheitsanforderungen für Hydraulikanlagen und deren Bauteile.↗
- Das Internationale Einheitensystem, 9. AuflageInternationales Büro für Maß und Gewicht (BIPM)Offizielle Referenz für kohärente Einheiten, Symbole und Umrechnungen.↗
- NIST Special Publication 811 — Leitfaden zum SINational Institute of Standards and TechnologyPraktische Regeln zur korrekten Schreibweise und Umrechnung physikalischer Größen.↗