Pneumatikzylinderkraft und FAD-Luftverbrauch berechnen.
Pneumatikzylinder wandeln Druckluft in lineare Kräfte um, geeignet für die Geschwindigkeiten und Hübe beim Klemmen, Sortieren, Verpacken und bei der Handhabungsautomatisierung. Dieser Rechner legt die Schub- und Zugkraft eines einfach- oder doppeltwirkenden Zylinders aus Bohrungsdurchmesser, Stangendurchmesser und Versorgungsdruck aus – unter Berücksichtigung der reduzierten Ringfläche auf der Stangenseite wie bei Hydraulikzylindern, jedoch bei deutlich niedrigeren Betriebsdrücken.
Schubkraft F = P × π × D² / 4, wobei P der Versorgungsdruck (üblicherweise 60–150 psi bzw. 4–10 bar) und D der Bohrungsdurchmesser ist. Die Zugkraft verwendet die Ringfläche: F = P × π × (D² − d²) / 4, wobei d der Stangendurchmesser ist. Da Luft kompressibel ist, hängt die dynamische Kraft stärker von der Strömungseinschränkung und der Dichtungsreibung ab als bei Hydraulik; Zylinder werden daher typischerweise 20–30 % über der statischen Last ausgelegt, um die Losbrechreibung zu überwinden. Die Geschwindigkeit wird durch den Abluftvolumenstrom und nicht durch den Zuluftstrom bestimmt, sodass Drosseln im Abluftweg (Gegendruckregelung) eine gleichmäßigere Bewegung ergeben als im Zuluftstrom. Einfachwirkende Zylinder mit Federrückstellung liefern am Hubende nur 60–70 % der pneumatischen Kraft, da die Feder der Bewegung entgegenwirkt.
Ein Verpackungslingeningenieur, der einen 25-mm-Ausschieber bei 6 bar Versorgungsdruck auslegt, bestätigt eine Schubkraft von 295 N, addiert eine Reibungsreserve von 30 % und wählt Drosselventile, die den 100-mm-Hub in 0,4 s auf das Taktfenster abstimmen.
Ein Vorrichtungsbauer wählt einen 80-mm-Bohrungs-Klemmer bei 7 bar, erwartet 3.520 N Schubkraft, misst aber am Werkstück nur 2.800 N; der Rechner bestätigt, dass die Differenz der 20-prozentigen Losbrechreibungszulage für eine nicht geschmierte Stangendichtung entspricht.
Ein Automatisierungstechniker, der einen federrücklaufgesteuerten Auswerfer auslegt, überprüft, dass die Lufthubkraft die Last um 30 % übersteigt und dabei die 40-prozentige Gegenkraft der Feder in ausgefahrener Position berücksichtigt, um ein sicheres Einfahren bei Signalusfall zu gewährleisten.
Pneumatiksysteme arbeiten mit 6–10 bar, Hydrauliksysteme mit 70–300 bar. Bei gleicher Bohrung und 6 bar gegenüber 200 bar ergibt sich etwa 1/30 der Kraft – weshalb Hydraulik bei schweren Pressen dominiert.
Luft ist kompressibel, daher ist die Positionierung in Hubmitte ohne Servosteuerung ungenau. Die Wiederholgenauigkeit beträgt ±2–5 mm ohne Rückmeldung bzw. 0,1–0,5 mm mit Servo-Pneumatik.
Moderne Zylinder verwenden selbstschmierende Dichtungen und benötigen lediglich saubere, trockene Druckluft. Ein integrierter Öler kann die Lebensdauer bei Hochfrequenztakten (> 10 Hz) verlängern, ist bei niedrigeren Taktzahlen jedoch nicht erforderlich.