Welche Zylinderdaten benötigt werden
Ist ein Zylinder bereits vorhanden, die Pumpe oder das Hydraulikaggregat jedoch nicht, beginnt die Auswahl mit der erforderlichen Kraft und Geschwindigkeit der Maschine. Die folgende Berechnung bestimmt den Volumenstrom zum Ausfahren eines doppeltwirkenden Zylinders und das Verdrängungsvolumen einer Pumpe bei bekannter Antriebsdrehzahl. Verwendet wird das Volumen der kolbenstangenlosen Seite; beim Einfahren ist zusätzlich der Stangendurchmesser zu berücksichtigen.
1. Das kolbenseitige Volumen berechnen
D ist der Innendurchmesser des Zylinders beziehungsweise der Kolbendurchmesser in Millimetern, C der nutzbare Hub, ebenfalls in Millimetern. Der Hub ist die Differenz zwischen vollständig ausgefahrener und eingefahrener Position, nicht die gesamte äußere Zylinderlänge. Das beim Ausfahren zu füllende Volumen beträgt:
V [l] = 0,7854 × D² [mm²] × C [mm] / 1.000.000
2. Den Volumenstrom aus der Verfahrzeit bestimmen
Legen Sie die Zeit t in Sekunden fest, in der der Zylinder seinen gesamten Hub ausführen soll. Der Volumenstrom Q wird in Litern pro Minute angegeben. Die Zeit muss mit der zulässigen maximalen Zylindergeschwindigkeit und dem Maschinenzyklus vereinbar sein. Eine Erhöhung des Volumenstroms zur Verkürzung der Verfahrzeit erfordert auch die Prüfung der Grenzen von Ventilen, Leitungen und Aktuatoren.
Q [l/min] = 60 × V [l] / t [s]
3. Das Verdrängungsvolumen der Pumpe berechnen
Das Verdrängungsvolumen Vg ist das geometrisch je Wellenumdrehung verdrängte Volumen in cm³/U. Benötigt werden die Antriebsdrehzahl n in U/min und der volumetrische Wirkungsgrad ηv. In der ersten Formel ist ηv eine Dezimalzahl: Für 90 % wird 0,90 eingesetzt. Wird der Wirkungsgrad als Prozentzahl, etwa 90, angegeben, ist die zweite Formel zu verwenden.
Vg [cm³/U] = 1.000 × Q [l/min] / (n [U/min] × ηv)
Vg [cm³/U] = 100.000 × Q [l/min] / (n [U/min] × ηv [%])
Beispiel: 80 mm Kolbendurchmesser und 600 mm Hub
Für D = 80 mm und C = 600 mm ergibt sich ein Volumen von etwa 3,016 Litern. Für das Ausfahren in 10 Sekunden werden ungefähr 18,10 l/min benötigt. Bei 1.500 U/min und einem angenommenen volumetrischen Wirkungsgrad von 0,90 beträgt das berechnete Verdrängungsvolumen etwa 13,4 cm³/U. Wird das Volumen für eine Vorberechnung von Anfang an auf 3,0 Liter gerundet, ergeben sich 18 l/min und 13,3 cm³/U. Die endgültige Auswahl ist anhand der Herstellerkennlinien und verfügbaren Baugrößen zu prüfen.
Welcher volumetrische Wirkungsgrad anzusetzen ist
Der volumetrische Wirkungsgrad hängt von Druck, Viskosität, Temperatur, Pumpenzustand und Bauart ab. Der Bereich von 80–95 % und der Beispielwert von 90 % sind Rechenansätze, keine zugesicherten Eigenschaften jeder Pumpe. Verwenden Sie für die Auslegung den Wert des tatsächlichen Betriebspunkts.
Einfahren und Rücklaufvolumenstrom prüfen
Bei einem doppeltwirkenden Zylinder ist die wirksame Fläche auf der Stangenseite kleiner als die kolbenseitige Fläche. Bei gleichem Zulaufvolumenstrom fährt der Zylinder deshalb schneller ein. Dabei kann der kolbenseitig austretende Volumenstrom größer sein als der Pumpenstrom. Rücklaufleitung, Wegeventil und weitere Ölkanäle müssen darauf ausgelegt sein; andernfalls nehmen Druckverluste und Erwärmung zu.
Der Volumenstrom allein reicht zur Pumpenauswahl nicht aus
Nach der Berechnung der Baugröße sind der für die Last erforderliche Druck, die Antriebsleistung, Lauf- und Stillstandszeiten sowie die Maschinengeschwindigkeit zu prüfen. Auch Pumpentechnologie—Zahnrad-, Flügelzellen- oder Kolbenpumpe—konstantes oder variables Verdrängungsvolumen sowie mechanische und hydraulische Anschlüsse sind festzulegen. Flansch, Welle und Drehrichtung müssen zum Einbau passen. Weitere Hinweise bieten Druck und Volumenstrom einer Pumpe und hydraulische Leistung.
