Hydraulikzylinder – Auslegung

Sie wollen Hydraulikzylinder berechnen? Bei der Dimensionierung von Hydraulikzylindern ist die Kenntnis der auf den Zylinder wirkenden Kräfte Voraussetzung. Die Berechnungen gelten sowohl für doppelt wirkende als auch für einfach wirkende Hydraulikzylinder.

Zunächst betrachten wir die Berechnung der Kolben- und der Ringfläche des Hydraulikzylinders:

Für die Kolbenfläche gilt:

Für die Stangenseite entsprechend:

Bei der Berechnung der Kolbenkräfte muss man den mechanisch-hydraulischen Wirkungsgrad berücksichtigen. Insbesondere durch Reibung an den Dichtflächen treten entsprechende Verluste auf. Die Strömungsverluste im Hydraulikzylinder sind vernachlässigbar.

Berechnung der Kräfte bei Hydraulikzylindern

Die Kraft für den ausfahrenden Kolben berechnet sich wie folgt:

Dabei ist p1 der Druck auf der Kolbenseite, p2 auf der Stangenseite, A ist die Kolbenfläche, a ist die Ringfläche auf der Stangenseite des Hydraulikzylinders.

Bei sehr kleinem Gegendruck p2 kann der zweite Teil der Formel vernachlässigt werden.

Für den einfahrenden Zylinderkolben ergibt sich folgende Formel:

Wirkungsgrad Hydraulikzylinder

Beim Wirkungsgrad ist zu beachten, dass der Druck p auf der Kolbenseite nur eine Kolbendichtung beaufschlagt, während der Druck p auf der Stangenseite sowohl eine Kolben- als auch die Stangendichtung beansprucht. Dadurch ergeben sich für Kolben- und Stangenseite unterschiedliche Wirkungsgrade. Folgende Werte können hierbei angenommen werden:

Wirkungsgrad Kolbenseite: ηK = 0,9 – 0,95
Wirkungsgrad Stangenseite: ηS = 0,8-0,9

Hydraulikzylinder-Rechner

Sie wollen einen Hydraulikzylinder auslegen bzw. berechnen? Dann nutzen Sie einfach unseren Hydraulikzylinder-Rechner!

Berechnung der Kolbenringfläche

Geben Sie den Kolben- und den Kolbenstangendurchmesser ein:

Zylindervolumen beim Ein- und Ausfahren

Berechnet das Zylindervolumen auf der Kolben- und der Stangenseite abhängig vom Zylinderhub.

Berechnung der Druck- und Zugraft eines Hydraulikzylinders

Geben Sie die Kolbenfläche(n), den Druck auf der Kolben- und der Stangenseite und die Wirkungsgrade an. Der Druck auf der Stangenseite kann vernachlässigt werden, wenn der Rücklaufdruck sehr klein ist.

Druckkraft beim Einfahren

Berechnung des notwendigen Kolbendurchmessers
bei vorgegebener Kraft

Bei dieser Berechnung wird der Gegendruck nicht berücksichtigt. Geben Sie die benötigte Kraft und den vorhanden Pumpendruck ein:

Hydraulikzylinder berechnen – Verfahrgeschwindigkeiten

Wichtige Kriterien bei der Auslegung von Hydraulikzylindern sind die Verfahrgeschwindigkeiten. Die Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit berechnet sich wie folgt:

Ausfahren:

Einfahren:

Wobei Q der Volumenstrom in l/min ist. Der volumetrische Wirkungsgrad kann in diesem Fall vernachlässigt und somit auf η = 1 gesetzt werden.

Die Ausfahrzeit des Hydraulikzylinders beträgt dann bei bekanntem Hub:

Berechnung des Volumenstroms bei vorgegebener Ausfahrgeschwindigkeit

Berechnen Sie hier den benötigten Pumpenvolumenstrom, um die gewünschte Ausfahrzeit des Zylinders zu erhalten:

Berechnung von Hydraulikzylindern – Sonstiges

Bei der Auslegung von Hydraulikzylindern sind noch weitere Kriterien zu beachten. Aufgrund ihrer Bauart, die sich aus einer großen Länge gegenüber dem Durchmesser für die Kolbenstange ergibt, müssen Hydraulikzylinder auch auf Knickung berechnet werden. Die für den Zylinder maximal zulässige axiale Kraft wird unter Berücksichtigung der freien Knicklänke lk und eines Sicherheitsfaktors S berechnet:

Dabei ist:

• K4: Korrekturfaktor (oftmals 1)
• E1: Elastizitätsmodul des Kolbenstangenmaterials
• E2: Elastizitätsmodul des Zylinderkörpermaterials
• I1: Trägheitsmoment der Kolbenstange
• I2: Trägheitsmoment des Zylinderkörpers
• S: Sicherheitsfaktor (in der Regel 1-3,5)
• lk: freie Knicklänge

Die Besfestigungsart hat beeinflusst die Knicklänge erheblich. Es gilt für folgende Belastungsfälle:

Für Sonderbauarten bzw. spezielle Einsatzfälle gibt es teilweise gesonderte Vorschriften.