Pneumatikzylinder Kraft Rechner

Die Berechnung der Kraft in einem Pneumatikzylinder ist ein wesentlicher Bestandteil seiner Konstruktion und Auswahl.

Pneumatikzylinder sind eines der wichtigsten Elemente eines Pneumatiksystems. Sie enthalten eine Kolbenstange, die die größte mechanische Spannung ausübt, da ihr kleiner Durchmesser die Kraft des gesamten Zylinders aufnimmt. Deshalb ist die Berechnung der Kraft des Pneumatikzylinders unerlässlich, um mechanisches Versagen zu vermeiden.

Lies weiter, um mehr darüber zu erfahren:

• Was ist ein Pneumatikzylinder?
• Wie ein Pneumatikzylinder funktioniert.
• Wie man die Kraft eines Pneumatikzylinders berechnet.

Ein Pneumatikzylinder ist ein Gerät, das eine Kraft ausübt und eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Seine drei Hauptbestandteile sind:

1. Zylinder – ein Hohlkörper, der die beiden anderen Komponenten einschließt.
2. Kolben – das Bauteil, das direkt dem Druck des Gases ausgesetzt ist, indem es eine Dichtung bildet.
3. Koblenstange – der am Kolben befestigte Teil, der die Kraft über einen äußeren Widerstand ausübt.

Die hin- und hergehende Bewegung besteht aus zwei Hüben: 1. den Vorhub, bei dem der Zylinder vollständig ausgefahren wird, und 2. den Rückhub, bei dem der Zylinder in die Ausgangsposition zurückkehrt.

Sie ähneln den Hydraulikzylindern, aber es gibt einige Unterschiede:

• Statt einer Flüssigkeit ist das unter Druck stehende Fluid ein Gas.
• Die verfügbaren Drücke und Kräfte sind bei einem Gas geringer.
• Sie sind leiser, sauberer und benötigen weniger Platz.

Komprimiertes Gas anstelle einer Flüssigkeit macht sie geeigneter für kleine Räume, in denen keine großen Mengen an Flüssigkeit gelagert oder transportiert werden können.

Das verwendete Gas ist in der Regel Luft, deshalb werden diese Geräte manchmal auch Durckluftzylinder oder Luftzylinder genannt.

Wie funktioniert ein Pneumatikzylinder?

Das Gas wird unter Druck gesetzt und durch einen Kompressor und ein Rohrsystem (das hauptsächlich aus Klima- und Steuergeräten besteht) in den Zylinder gebracht. Dieser Druck übt eine Kraft auf den Kolben aus; folglich übt der Kolben eine gleichgroße Kraft auf die Kolbenstange aus.

Es gibt zwei Haupttypen von Pneumatikzylindern:

• Einfach wirkende Zylinder: Das Gas gelangt nur durch einen Anschluss in den Zylinder und aus ihm heraus. Der Rückhub wird in der Regel durch eine Feder erreicht, kann aber auch durch jede andere äußere Kraft erfolgen.

• Doppeltwirkende Zylinder: Bei diesen Zylindern verwenden wir keine Feder, sondern Druckgas, um den Rückhub zu erreichen. Sie werden verwendet, um Kraft in zwei Richtungen auszuüben.

Jetzt wollen wir sehen, wie man die Kräfte in Pneumatikzylindern berechnet.

Die Kraftberechnung eines Luftzylinders hängt von dem Druck im Inneren des Zylinders, dem Kolbendurchmesser, der Reibung Kraft, die von den Dichtungskomponenten erzeugt wird, und der Federkraft (bei einfachwirkenden Geräten) ab.

Die grundlegende Formel zur Berechnung der Kraft eines Luftzylinders lautet:

F_t = p × A_u

Wobei:

• F_t – die theoretische Kraft, sie ist theoretisch, da sie die Reibung und Federkräfte nicht berücksichtigt;
• p – der Druck im Inneren des Zylinders; und
• A_u – die Nutzfläche, die mit dem Gas in Berührung kommt, ist.

Berechnung eines einfach wirkenden Luftzylinders.

Die effektiv ausgeübte Kraft nimmt aufgrund der Reibung und der Feder ab:

F_effektiv = F_t - F_f - F_s = p × A_u - F_f - F_s

Wobei:

• F_f – die Reibungskraft ist, die vom Betriebsdruck, der Geschwindigkeit des Kolbens und den Materialien abhängt. In der Regel wird sie mit 3-20% der effektiven Kraft für Druckbereiche von 4-8 bar angesetzt.
• F_s – die Federkraft ist, die vom Hookeschen Gesetz abhängt. Bei hohen Drücken können wir sie vernachlässigen, aber wenn du glaubst, dass sie wichtig ist, kannst du sie mit dem Hooke's law calculator 🇺🇸 ermitteln.

Bei einfach wirkenden Zylindern ist A_u = (π/4) × d². Die endgültige Form der Formel lautet also:

F_effektiv = p × (π/4) × d² - F_f - F_s.

Berechnung des doppeltwirkenden Luftzylinders.

Bei diesem Zylindertyp verschwindet die Federkraft, während sich die Reibungskraft ähnlich verhält wie bei einfach wirkenden Zylindern:

F_effektiv = F_t - F_f

Die Nutzfläche, die zur Berechnung der theoretischen Kraft verwendet wird, ist gleich A_u = π × d² / 4 für den Vorhub und A_u = π × (d² - D²) / 4 für den Rückhub, wobei D der Kolbenstangendurchmesser ist. Die endgültige Form der Formel lautet demnach:

• ^AusgangF== = P × (π/4) × d² - F_f für den Vorhub; und
• ^RücklaufF_effektiv = P × (π/4) × (d² - D²) - F_f für den Rückhub.

Angenommen, du möchtest die Kraft eines Pneumatikzylinders (einfachwirkend) mit einem Kolben von 50 mm Durchmesser und einem Druck im Zylinder von 400 000 Pa berechnen. Befolge diese Schritte:

1. Wähle „Einfachwirkend“ bei der Option Zylindertyp.
2. Gib 400 000 Pa in das Feld „Zylinderdruck (p)“ ein.
3. Gib 50 mm in das Feld „Kolbendurchmesser (d)“ ein.
4. Das war's schon. Die berechnete Ausgangskraft deines Pneumatikzylinders sollte 785,4 Newton betragen.

Nehmen wir nun an, du möchtest die Kraft eines doppeltwirkenden Zylinders mit denselben Eigenschaften und einem 5 mm Kolbenstangendurchmesser berechnen. In diesem Fall solltest du zusätzlich „doppeltwirkend“ als Zylindertyp auswählen und im Feld „Kolbenstangendurchmesser (d)“ 5 mm eingeben. Die Kraft für den Vorhub sollte gleich sein und die Kraft für den Rückhub sollte 777,5 N betragen.