Hydraulikzylinderkraft und Geschwindigkeit berechnen

Wie berechnet man die Kraft eines Hydraulikzylinders?

Die Zylinderkraft ist Druck mal wirksame Fläche: F = p × A. Beim Ausfahren wirkt Öl auf die gesamte Kolbenfläche, also A = π × D² / 4. Beim Einfahren nimmt die Stange einen Teil der Fläche ein. Es bleibt die Ringfläche A_h = π × (D² − d²) / 4. Deshalb ist die Zugkraft bei gleichem Druck kleiner als die Druckkraft.

Eine praktische Umrechnung lautet 1 bar = 0,1 N/mm². Somit sind 160 bar gleich 16 N/mm². Mit Fläche in mm² ergibt sich die Kraft in Newton.

Geschwindigkeit und Hubzeit

Die Kolbengeschwindigkeit ist Volumenstrom geteilt durch Fläche: v = Q / A. Da die Ringfläche kleiner ist, fährt der Zylinder bei gleichem Volumenstrom schneller ein als aus. Die Hubzeit beträgt t = L / v.

Beispiel

Ein Zylinder mit 63 mm Kolbendurchmesser und 36 mm Stangendurchmesser arbeitet bei 160 bar. Die Kolbenfläche beträgt 3117 mm² und die Ringfläche 2099 mm². Die theoretische Druckkraft ist 49,9 kN und die Zugkraft 33,6 kN. Mit 20 L/min ergeben sich 0,107 m/s beim Ausfahren und 0,159 m/s beim Einfahren. Ein Hub von 500 mm dauert 4,7 Sekunden hinaus und 3,1 Sekunden zurück.

Grenzen

Der Rechner liefert Kraft und Geschwindigkeit bei gleichförmiger Bewegung. Dichtungsreibung wird durch den eingegebenen Wirkungsgrad erfasst. Der Rücklaufdruck wird mit null angenommen. Stangenknicken, Rohrfestigkeit und Befestigungen benötigen eigene Nachweise. Wählen Sie Zylinder für Hebeaufgaben und Pressaufgaben anhand von Herstellerdaten und der geltenden Norm.

Von der geforderten Kraft zum Kolbendurchmesser

Wählen Sie beispielhaft 30 kN Druckkraft, 120 bar Druck und einen eingegebenen Wirkungsgrad von 90 %. Diese Eingaben empfehlen kein Produkt. Der Druck beträgt 12000000 Pa, der Wirkungsgrad 0,9. Die erforderliche Fläche ist 30000 / (12000000 × 0,9) ≈ 0,00277778 m² beziehungsweise 27,7778 cm². Der Durchmesser beträgt √(4 × 0,00277778 / π) ≈ 0,0594708 m beziehungsweise 59,4708 mm. Dies ist der kleinste theoretische Modelldurchmesser, kein unmittelbar zu bestellendes Maß.

Prüfen Sie nach der Katalogauswahl den tatsächlichen Kolbendurchmesser und Stangendurchmesser im Modus für Kraft und Geschwindigkeit. Ein größerer Kolben erhöht bei gleichem Druck die Druckkraft und senkt bei gleichem Volumenstrom die Ausfahrgeschwindigkeit. Der Wirkungsgrad gilt hier für die Kraft und verringert nicht zusätzlich den Pumpenvolumenstrom. Ändert sich die Wirkungsgrad für die Kraft ohne Geschwindigkeitsänderung, ist dies kein Rechenfehler. Tatsächlicher Rückdruck kann die Nettokraft gegenüber dem Beispiel senken. Hub, Einbau und Betriebsbedingungen sind zusätzlich zu bewerten.