Hydraulikzylinder

Hydraulikzylinder sind grundsätzlich dazu entworfen, Kraft in linearer Richtung aufzubringen. Auf den Zylinder einwirkende Seitenkräfte sind nach Möglichkeit zu vermeiden. Lässt sich eine signifikante Seitenbelastung der Kolbenstange nicht verhindern, kann dieser durch Einsatz eines speziellen Zylinders (stärkere Kolbenstange, längere Führung und Stützweitenverlängerung) begegnet werden. Diese Maßnahmen müssen auch in Betracht gezogen werden, wenn große Hubbewegungen horizontal ausgeführt werden.

Für eine einwandfreie Funktion des Zylinders bzw. der Dichtungen ist in der Regel ein minimaler Betriebsdruck von 10 bar (Richtwert) notwendig. HEB-Zylinder sind grundsätzlich brüniert. Abweichend davon können sie auch unbehandelt, vernickelt (Sonderausstattung S3) oder in RAL lackiert geliefert werden. Empfohlen werden Hydrauliköle der Type H, HL oder HLP nach DIN 51524 / 51525.

Hydraulische Zylinder arbeiten bei korrekter Anwendung und richtigem Einbau langjährig und störungsfrei, die einzigen echten Verschleißteile sind Dichtungen, die in regelmäßigem Abstand erneuert werden müssen.

Wirkungsgrad von Hydraulikzylindern

Unterschieden wird zwischen volumetrischem und hydraulisch-mechanischem Wirkungsgrad. Anzunehmen ist, dass mit zunehmender Betriebszeit der volumetrische Wirkungsgrad ab- und der hydraulisch-mechanische Wirkungsgrad zunimmt. Im Folgenden wird letztgenannter näher betrachtet.

Der hydraulisch-mechanische Wirkungsgrad resultiert im Wesentlichen aus den Reibungsverlusten von Dichtungen und Führungen, deren Größe bauart-, werkstoff- und oft auch druckabhängig ist. Einige von weiteren Faktoren sind Schmierungszustand, Eigenschaften des Hydraulikmediums und Temperatur. In der Praxis können möglicherweise Störeinflüsse wie Verschmutzung der Dicht- und Gleitflächen, Widerstände durch Verkanten, Schwerpunktversatz bzw. Fluchtungsfehler zwischen Zylinder und Lastachse hinzukommen.

Reibungskräfte spielen eher bei kleinen Kolbendurchmessern eine Rolle, da ihre Höhe mit größer werdendem Kolbendurchmesser in Relation zu den Kräften des Zylinders überproportional abnimmt. Konkrete bzw. mit Belegen gesicherte Werte lassen sich nicht finden. Angegeben werden Faktoren für den Wirkungsgrad eines Hydraulikzylinders von 0,86 bis 0,98 oder von 0,8 beim Kolbendurchmesser von 20 und von 0,98 beim Durchmesser 100, so dass man die Reibungsverluste bei größeren Kolbendurchmessern vernachlässigen kann.

Minimale Reibungskräfte in einem Hydraulikzylinder werden mit dem Einsatz einer Ringspalt-Dichtung und einer hydrostatischer Stangenführung erreicht, wobei dann wiederum der volumetrische Wirkungsgrad schlechter als bei einem herkömmlichen Zylinder ist.

Hydraulikzylinder Kraft berechnen

Es gibt viele Faktoren, die bei der Berechnung eines Hydraulikzylinders berücksichtigt werden müssen. Dazu gehören unter anderem die Zugkraft, Druckkraft, sämtliche Flächen und Volumen. Der Hydraulikzylinder wandelt hydraulische Energie in eine lineare Bewegung um und erzeugt somit mechanische Energie in linearen Hydrauliksystemen. Durch die Berechnung des Hydraulikzylinders können Sie die passenden Komponenten auswählen. HEB bietet Ihnen viele wichtige Formeln an, um die Berechnung korrekt und einfach durchzuführen.

Knickfestigkeit:
Bei drückender Belastung der Hydraulikzylinder und langen Hüben kann es unter Umständen sein, dass der Zylinder nicht voll belastet werden darf, da ansonsten die sogenannte Knickung der Kolbenstange eintritt.

HEB bietet eine Berechnung an, bei der Sie je nach Wunsch den nötigen Kolbenstangendurchmesser, die maximale Druckkraft oder den maximalen Befestigungsabstand berechnen können. Die Art und Weise der Befestigung des Zylinders (Knickfall) hat einen sehr großen Einfluss auf das Ergebnis, weshalb Sie diese auch noch auswählen müssen.

Den Sicherheitsfaktor können Sie frei wählen, HEB empfiehlt jedoch mindestens mit der 5-fachen Sicherheit zu rechnen.

Die maximal zulässige Kolbenstangenlänge bzw. Kraft wird mit den Berechnungen nach Euler bestimmt (Vereinfachung: Zylinder und Kolbenstange werden als ein Stab angenommen). Die zulässige Knicklast variiert mit der Befestigungsart des Zylinders.

Praxisrelevant sind die Euler-Fälle 2 und 3; der Fall 1 spielt keine Rolle und eine Konstruktion gemäß Euler-Fall 4 ist nicht zu empfehlen, weil in diesem Fall die Kolbenstange nicht entkoppelt ist.

Parameter für die Berechnung nach Euler:

E = Elastizitätsmodul (Stahl) = 210kN/mm2
l = Flächenträgheitsmoment (Kreisquerschnitt) = πd4/64 = 0,0491∙d4 [mm4]
d = Kolbenstange-Ø [mm]
LK = Knicklänge [mm] =   β∙ ɭ
ɭ = Stablänge [mm]
ν = Sicherheitsfaktor [i.allg. 3,5]

Weitere Formeln für Berechnung der Kraft für Hydraulikzylinder finden Sie in der PDF-Datei.