Hydraulikzylinder berechnen

Hydraulikzylinder sind Linearmotoren. Sie sind Kraft-Weg-Geräte, die über eine bestimmte Strecke eine gleich bleibende Kraft ausüben. Diese Kraft wird zum Umlenken oder Anheben von weiteren Bauelementen verwendet. Hydraulikzylinder gibt es zwar auch als "Nehmer", in der modernen Hydraulik spielen sie in dieser Funktion aber nur noch eine untergeordnete Rolle. Beispiele für Nehmerzylinder finden sich in Palettenhubwagen, hydraulischen Wagenhebern oder hydraulischen Bremssystemen. Der Großteil der Hydraulikzylinder wird aber als Geberzylinder zur beschriebenen Ausübung großer Kräfte über definierte Wegstrecken verwendet.

Parameter für das Hydraulikzylinder Berechnen

Für das Berechnen eines Hydraulikzylinders arbeitet man sich am besten von "Außen nach Innen". Das bedeutet: Es müssen zunächst die grundlegenden Parameter definiert werden, bis man sich an die exakte Auslegung des Linearmotors heran arbeitet. Die grundlegenden Parameter eines Hydraulikzylinders sind:

  • maximal ausführbare Kraft
  • maximal ausfahrbare Wegelänge
  • maximale Ausfahrgeschwindigkeit

Diese Parameter entscheiden über die grundsätzliche Einsatzfähigkeit dieses Bauelements. Ein bestimmter Hydraulikzylinder kann noch so viele Vorteile bieten, wenn diese Parameter nicht erfüllt sind, ist das Gerät für den Einsatzzweck unbrauchbar.

Der Einbauort bei der Berechnung eines Hydraulikzylinders

Die zweite Stufe der Bedingungen bezieht sich auf den Einbauort. Hier muss festgelegt werden, in welchem Rahmen sich der Hydraulikzylinder bewegen darf:

  • Gewicht des Linearmotors
  • Baugröße des Linearmotors

Das Gewicht es Linearmotors ist vor allem bei Fahrzeugen sehr wichtig. Je leichter der Hydraulikzylinder ist, desto weniger Energie wird für seinen Transport benötigt. Außerdem reduziert ein niedrigeres Gewicht die statische Belastung des Fahrzeugrahmens. Dieser kann dann seinerseits leichter oder aus preiswerteren Werkstoffen gefertigt werden, was wiederum Gewicht und Energie einspart.

Es ist daher sinnvoll, einen Linearmotor so exakt wie möglich zu definieren. Ein punktgenau berechneter Linearmotor lässt auch Rückschlüsse auf die erforderliche Hydraulikpumpe und ihren Antrieb zu. Hier sind es wieder die Fahrzeuge, die besonders von einer genauen Berechnung profitieren: Kleinere Hydraulikpumpen und Antriebe sind leichter und benötigen weniger aktive Kühlung. Das Fahrzeug wird wiederum insgesamt preiswerter und leichter.

Hydraulikzylinder berechne: Formel und Vorgehensweise

Für das exakte Berechnen eines Linearmotors sind folgende Variablen erforderlich:

D = Kolbendurchmesser Ø in mm
d = Kolbenstangendurchmesser Ø in mm
A = Kolbenfläche in cm2 (Berechnet sich über D²/4 × pi)
p = Druck in bar
F = Kraft dN (? kg)
h = Hub in mm (=Strecke)

Der grundlegendste aller Parameter für Hydraulikzylinder ist seine herstellbare Druckkraft. Deswegen ist die Formel für das Hydraulikzylinder Berechnen auf die Kraft ausgelegt. Sie lautet:

F = p × A = dN (Kraft = Druck × Kolbenfläche)

Bei hydraulischen Systemen muss jedoch der Wirkungsgrad in hydromechanischen Systemen mit einbezogen werden. Dieser wird näherungsweise mit 0,85 - 0,95 angenommen.

Drei Formeln zur Berechnung des Hydraulikzylinders

Druckkraft: Fd = (p × D2 × 0,785×?hm)/100 = dN
Druck: p = (Fd × 100)/(0.785 × D2) = bar
Durchmesser: [(Fd × 100)/(0.785 ×p)]^1/2

Es bedarf daher mehrerer Durchgänge, bis man sich an die gewünschten Leistungsparameter des idealen Linearmotors heran gearbeitet hat. Anschließend sucht man sich den am besten passenden Hydraulikzylinder aus einem Normteilekatalog aus. Man darf bei der Auswahl aber immer nur aufrunden, also den nächst höheren Zylinder wählen, sonst kann das hydraulische System seine erforderliche Leistung nicht erreichen.

TIPP: Falls ein normaler Hydraulikzylinder zu groß ist, kann ein Teleskopzylinder eine gute Alternative sein.