Wählen Sie Kolben- und Stangendurchmesser, stellen Sie Druck, Förderstrom und Hub ein. Sie erhalten Druck- und Zugkraft, Aus- und Einfahrgeschwindigkeit und -zeit, den Rücklaufstrom an jedem Anschluss, die Pumpenleistung und die Knickgrenze der Kolbenstange.
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D ist der Kolbendurchmesser, d der Stangendurchmesser, p der Druck, Q der Förderstrom der Pumpe. A₁ ist die volle Kolbenfläche (Bodenseite), A₂ die Kolbenringfläche (Stangenseite). Die Kräfte sind theoretisch; reale Zylinder verlieren etwa 5–10 % durch Dichtungsreibung.
Kolben- und Stangendurchmesser folgen der Vorzugsreihe nach ISO 3320. Als Knicklänge L wird für den voll ausgefahrenen Zylinder Hub + 1,5 × Kolbendurchmesser angesetzt, multipliziert mit dem Befestigungsfaktor K (2 fest–frei, 1 gelenkig–gelenkig, 0,7 fest–gelenkig, 0,5 fest–fest). Prüfen Sie für die endgültige Auslegung das Knickdiagramm des Herstellers. Halten Sie die Ölgeschwindigkeit in Rohrleitungen unter etwa 5 m/s in Druckleitungen und 3 m/s in Rücklaufleitungen.
Dieser Rechner liefert Druck- und Zugkraft, Aus- und Einfahrgeschwindigkeit, Zykluszeit, Rücklaufstrom und Pumpenleistung eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders. Geben Sie Kolbendurchmesser, Stangendurchmesser, Systemdruck, Förderstrom und Hub ein. Zusätzlich prüft er die Kolbenstange mit der gewählten Befestigung auf Knickung und zeigt die Wirkung einer Eilgangschaltung (Differentialschaltung). Hydraulikkonstrukteure, Maschinenbauer, Mechaniker für Mobilhydraulik und Studierende nutzen ihn, um einen Zylinder auszulegen, eine Pumpe zu wählen oder herauszufinden, warum eine Maschine langsam oder schwach ist.
Der Zylinder drückt mit 49,9 kN und zieht mit 33,6 kN, ein voller Zyklus dauert etwa 7,8 s, und die Pumpe braucht einen Antrieb von rund 6,3 kW. Legen Sie die Rücklaufseite für etwa 30 L/min aus, denn beim Einfahren fließt etwa das 1,5-Fache des Förderstroms zurück.
Kraft ist Druck mal Fläche: F = p × A. In metrischen Einheiten gilt F (N) = p (bar) × 0,1 × A (mm²). Beim Drücken wirkt die volle Kolbenfläche A = π × D² / 4, beim Ziehen die Ringfläche π × (D² − d²) / 4, wobei d der Stangendurchmesser ist. Ein Kolben mit 63 mm bei 200 bar ergibt 200 × 0,1 × 3117 = 62,3 kN. In US-Einheiten gilt F (lbf) = psi × in², ein 3-in-Kolben bei 3000 psi drückt also mit 21.200 lbf. Die Dichtungsreibung kostet davon meist 5–10 %.
Geschwindigkeit ist Volumenstrom geteilt durch Fläche: v = Q / A. Rechnen Sie L/min durch Multiplikation mit 1.000.000 / 60 in mm³/s um und teilen Sie durch die Fläche in mm², um mm/s zu erhalten. 20 L/min in einen Kolben mit 63 mm (3117 mm²) ergeben 107 mm/s. Das Einfahren ist schneller, weil das Öl nur die kleinere Ringfläche füllt. In US-Einheiten gilt v (in/min) = 231 × gpm / Fläche (in²). Die Zykluszeit ist für jede Richtung Hub geteilt durch Geschwindigkeit.
Auf der Stangenseite nimmt die Stange einen Teil der Kolbenfläche ein, sodass derselbe Förderstrom pro Millimeter Weg ein kleineres Volumen füllt. Das Geschwindigkeitsverhältnis entspricht dem Flächenverhältnis φ = A₁ / A₂. Bei 63 mm Kolben und 36 mm Stange ist φ = 1,48, das Einfahren ist also 48 % schneller. Dasselbe Verhältnis bedeutet auch, dass beim Einfahren das 1,48-Fache des Förderstroms aus der Bodenseite zum Tank zurückfließt; das ist bei der Auslegung von Rücklaufleitungen und Filtern wichtig.
Hydraulische Leistung ist Druck mal Volumenstrom. In metrischen Einheiten gilt P (kW) = p (bar) × Q (L/min) / 600; danach durch den Gesamtwirkungsgrad teilen, typisch etwa 0,85 für Zahnradpumpe und Motor. Bei 160 bar und 20 L/min sind das 5,33 kW ideal bzw. 6,27 kW Antriebsleistung. In US-Einheiten gilt hp = psi × gpm / 1714; 2000 psi bei 10 gpm erfordern also 11,7 hp ideal, etwa 13,7 hp bei 85 % Wirkungsgrad.
Bei der Eilgangschaltung wird das beim Ausfahren aus der Stangenseite verdrängte Öl nicht zum Tank, sondern zurück in die Bodenseite geleitet. Der Zylinder fährt dann aus, als wirke nur die Stangenfläche: Die Geschwindigkeit wird Q / A_Stange und die Kraft p × A_Stange. Das Ausfahren ist viel schneller, aber viel schwächer. Man nutzt das für schnelle Annäherungshübe an Pressen und Holzspaltern und schaltet meist auf die normale Schaltung zurück, sobald die Last steigt.
Betrachten Sie die ausgefahrene Stange als Euler-Stab: F_k = π² × E × I / (K × L)², mit I = π × d⁴ / 64 und E = 210 GPa für Stahl. L ist die Knicklänge, etwa Hub plus Zylinderkörper im voll ausgefahrenen Zustand, und K hängt von der Befestigung ab: 2 fest–frei, 1 gelenkig–gelenkig, 0,7 fest–gelenkig, 0,5 fest–fest. Teilen Sie durch einen Sicherheitsfaktor von etwa 3,5, um die zulässige Druckkraft zu erhalten. Lange Hübe mit Gabelkopfbefestigung sind der kritische Fall; bestätigen Sie das Ergebnis mit dem Knickdiagramm des Herstellers.
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Geprüft: 11 Ergebnisse von einer separaten Prüfung mit Lehrbüchern, Normen und Herstellerangaben verglichen. Zu den Prüfungen →