Kraft, Geschwindigkeit und Luftverbrauch eines Pneumatikzylinders

Wie wird die Kraft eines Pneumatikzylinders berechnet?

Die Kraft ist Überdruck mal Kolbenfläche: F = p × A mit A = π × D² / 4. Beim Einfahren verkleinert die Kolbenstange die wirksame Fläche auf die Ringfläche A_h = π × (D² − d²) / 4. Mit 1 bar = 0,1 N/mm² und der Fläche in mm² ergibt sich die Kraft in Newton.

Dies ist die theoretische Kraft. Ein Wirkungsgrad berücksichtigt die Dichtungsreibung. Bei bewegten Lasten wird die Zylinderkraft nicht vollständig genutzt, sondern eine Lastreserve vorgesehen.

Luftverbrauch

Jeder Hub füllt das Zylindervolumen mit Druckluft. Die entsprechende Menge bei Atmosphärendruck, also freie Luft, folgt aus dem Druckverhältnis r = (p + p_atm) / p_atm. Ein doppeltwirkender Zylinder benötigt pro Zyklus V = (A + A_h) × L × r. Die Multiplikation mit den Zyklen pro Minute ergibt den mittleren Verbrauch. Nach dieser Gesamtmenge werden Kompressor und Wartungseinheit ausgelegt.

Beispiel

Ein Zylinder mit 50 mm Durchmesser, 20 mm Kolbenstange und 200 mm Hub arbeitet bei 6 bar. Die theoretische Druckkraft beträgt 1178 N und die Zugkraft 990 N. Das Druckverhältnis von 6,92 ergibt 5,0 Liter freie Luft pro Zyklus. Bei 10 Zyklen pro Minute beträgt der Verbrauch 50 L/min.

Warum gibt es keine einfache Geschwindigkeitsformel?

Luft ist kompressibel. Die Kolbengeschwindigkeit hängt daher nicht allein vom Durchfluss ab. Last, Ventilgröße, Schlauchlänge und Drosseleinstellung wirken ebenfalls mit. Aus der eingegebenen Hubzeit liefert das Werkzeug die mittlere Geschwindigkeit und den freien Luftstrom, den das Ventil dafür durchlassen muss. Nutzen Sie für tatsächliche Geschwindigkeiten die Auslegungssoftware des Herstellers oder Messungen.