Een pneumatische cilinder kiest u in vijf stappen: bepaal de kracht die u nodig hebt, kies de boring die die kracht bij uw werkdruk levert, stem de slaglengte af op de beweging, beslis tussen enkelwerkend en dubbelwerkend, en kies de bevestiging en positiedetectie. De kracht berekent u met F = p × A: druk maal zuigeroppervlak, met een marge voor wrijving.
In 5 stappen naar de juiste cilinder
Wie een cilinder vervangt, kan meestal de oude maten overnemen. Wie een nieuwe beweging ontwerpt, begint bij de last en werkt van daaruit naar het product. Deze gids volgt die volgorde:
- Kracht: hoeveel newton moet de cilinder leveren, en in welke richting?
- Boring: welke zuigerdiameter levert die kracht bij uw werkdruk?
- Slag: welke afstand moet de stang afleggen, en past de cilinder in de beschikbare ruimte?
- Werking: enkelwerkend met veerterugstelling of dubbelwerkend?
- Bevestiging en detectie: hoe monteert u de cilinder, en wilt u de positie uitlezen?
Daarna komen de snelheid en het luchtverbruik, en de keuze tussen een ISO-cilinder en een rondcilinder.
Stap 1: Hoeveel kracht hebt u nodig?
Begin bij de taak. Moet de cilinder een onderdeel klemmen, een last duwen of optillen, of een klep openen? Bepaal de kracht in newton. Bij heffen weegt de last mee (massa in kg × 9,81 = gewicht in N). Bij horizontaal duwen telt vooral de wrijving van de last op de ondergrond.
De formule: F = p × A (met A = π × D² / 4)
De theoretische kracht van een cilinder is de werkdruk maal het oppervlak van de zuiger:
- F = kracht in newton (N)
- p = werkdruk; 1 bar = 0,1 N/mm²
- A = zuigeroppervlak in mm², met A = π × D² / 4 en D de boring in mm
In de praktijk rekent u met: F (N) = druk (bar) × A (mm²) × 0,1. Rekent u het oppervlak in cm², dan wordt dat F (N) = druk (bar) × A (cm²) × 10. Beide vormen geven hetzelfde resultaat; het is enkel een omrekening van eenheden.
Uitgaande en ingaande slag: waarom de stang kracht kost
Bij het uitschuiven drukt de lucht op het volle zuigeroppervlak. Bij het intrekken drukt de lucht op de andere kant van de zuiger, waar de zuigerstang een deel van het oppervlak inneemt. Het werkzame oppervlak is dan de ring: A = π × (D² − d²) / 4, met d de stangdiameter. De trekkracht van een dubbelwerkende cilinder is daarom altijd kleiner dan de duwkracht. Moet uw last vooral getrokken worden, reken dan met de ringoppervlakte.
Veiligheidsmarge: waarom u ruimer kiest dan de last
De formule geeft de theoretische kracht. Wat de stang in de praktijk levert, ligt lager: afdichtingen veroorzaken wrijving, er is drukverlies in slangen, fittingen en ventielen, en een last die moet versnellen vraagt extra kracht. Een veelgebruikte vuistregel is daarom een cilinder te kiezen die theoretisch 1,5 tot 2 keer de benodigde kracht levert. Voor een statische klemfunctie volstaat meestal de onderkant van die marge; voor een bewegende last die snelheid moet maken neemt u de bovenkant. Dit is een vuistregel, geen norm: de gegevens op het productblad gaan altijd voor.
Rekenvoorbeeld bij 6 bar
Een voorbeeld, met eigen rekenwerk. Een cilinder moet een last van 600 N duwen. De werkdruk aan de cilinder is 6 bar.
- Marge (vuistregel, factor 1,5): 600 N × 1,5 = 900 N theoretisch nodig.
- Benodigd oppervlak: A = F / (p × 0,1) = 900 / (6 × 0,1) = 1.500 mm².
- Diameter: D = √(4 × A / π) = √(4 × 1.500 / 3,1416) ≈ 43,7 mm.
- Afronden naar de eerstvolgende standaardboring: 50 mm.
- Controle: A = π × 50² / 4 = 1.963,5 mm², dus F = 6 × 1.963,5 × 0,1 ≈ 1.178 N duwkracht.
Een boring van 40 mm zou theoretisch 754 N leveren en valt dus af. Moet dezelfde last ook getrokken worden, controleer dan de ringoppervlakte: met een stang van 20 mm is dat 1.649,3 mm², of ongeveer 990 N bij 6 bar. Ook dat haalt de 900 N.
Stap 2: Boring kiezen uit de standaardreeks
U kiest geen willekeurige diameter, maar een boring uit de standaardreeks van de norm. De tabel hieronder geeft de theoretische kracht bij 6 bar voor de gangbare boringen, berekend met F = p × A. De stangdiameters zijn de gangbare waarden bij die boringen; controleer de stang altijd op het productblad van de cilinder die u kiest.
| Boring (mm) | Stang (mm) | Duwkracht bij 6 bar (N) | Trekkracht bij 6 bar (N) | Familie |
|---|---|---|---|---|
| 16 | 6 | 121 | 104 | rondcilinder (ISO 6432) |
| 20 | 8 | 188 | 158 | rondcilinder (ISO 6432) |
| 25 | 10 | 295 | 247 | rondcilinder (ISO 6432) |
| 32 | 12 | 483 | 415 | profielcilinder (ISO 15552) |
| 40 | 16 | 754 | 633 | profielcilinder (ISO 15552) |
| 50 | 20 | 1.178 | 990 | profielcilinder (ISO 15552) |
| 63 | 20 | 1.870 | 1.682 | profielcilinder (ISO 15552) |
| 80 | 25 | 3.016 | 2.721 | profielcilinder (ISO 15552) |
| 100 | 25 | 4.712 | 4.418 | profielcilinder (ISO 15552) |
| 125 | 32 | 7.363 | 6.881 | profielcilinder (ISO 15552) |
Dit zijn theoretische waarden zonder marge. Werkt uw installatie op een andere druk, dan schaalt de kracht recht evenredig mee: bij 5 bar is ze vijf zesde van de waarde in de tabel. Gebruik de druk die aan de cilinder staat, niet de druk aan de compressor.
Stap 3: Slaglengte en inbouwruimte
De slag is de afstand die de zuigerstang aflegt. Kies hem gelijk aan de beweging die u nodig hebt, met eventueel een kleine reserve zodat de zuiger niet hard tegen het einde slaat. Een langere slag dan nodig kost inbouwruimte en lucht bij elke cyclus. Denk ook aan de totale lengte: een cilinder is in ingetrokken stand langer dan zijn slag, door de kop, de bodem en de bevestiging. Bij lange slagen en een zijdelingse belasting op de stang hebt u een externe geleiding nodig: een zuigerstang is gemaakt om in de lengterichting te duwen en te trekken, niet om zijdelingse krachten op te vangen.
Stap 4: Enkelwerkend of dubbelwerkend?
Een enkelwerkende cilinder krijgt lucht aan één kant; een veer brengt de zuiger terug. Dat is eenvoudig en verbruikt minder lucht, maar de veer kost een deel van de kracht en de slag is beperkt. Een dubbelwerkende cilinder krijgt lucht aan beide kanten en levert in beide richtingen een gecontroleerde kracht. Voor een eenvoudige klem- of uitstootfunctie volstaat enkelwerkend; zodra u in twee richtingen kracht of een geregelde snelheid nodig hebt, kiest u dubbelwerkend.
Stap 5: Bevestiging en positiedetectie
De bevestiging bepaalt hoe de kracht in uw machine terechtkomt. Een vaste montage met voeten of een flens past bij een rechte beweging. Beweegt het werkstuk in een boog, dan hebt u een scharnierende bevestiging nodig aan de bodem en aan de stang, zodat de cilinder mee kan draaien en de stang niet zijdelings belast wordt. Voor de koppeling aan de stang bestaan cilindertoebehoren zoals gaffels, kogelstangkoppen en moeren. Wilt u de positie van de zuiger uitlezen voor een besturing, kies dan een cilinder met een magnetische zuiger, waarop u een cilindersensor kunt plaatsen. Controleer op het productblad of de uitvoering die u kiest daarvoor geschikt is.
Snelheid en luchtverbruik
De boring bepaalt niet alleen de kracht, maar ook hoeveel lucht de cilinder per slag verbruikt. Een te grote boring kost bij elke cyclus extra perslucht, en dus energie. De snelheid van de beweging regelt u met smoorventielen en hangt af van de aanvoer van lucht via ventiel en slangen. Hoe u het verbruik per cyclus en per minuut uitrekent, leest u in onze gids over het luchtverbruik van een cilinder berekenen. Kies dus de kleinste boring die met marge de kracht haalt, niet de grootste die past.
ISO-cilinder of rondcilinder: welke familie?
Twee normen leggen de inbouwmaten van gangbare pneumatische cilinders vast. Daardoor kunt u een genormaliseerde cilinder vervangen door een ander exemplaar met dezelfde maten.
| Kenmerk | Profielcilinder (ISO 15552) | Rondcilinder (ISO 6432) |
|---|---|---|
| Boringen in de norm | vanaf 32 mm | 8 tot 25 mm |
| Typische taak | grotere krachten, machinebouw, zwaardere bewegingen | lichte taken, kleine krachten, weinig ruimte |
| Kracht bij 6 bar (theoretisch, uitgaand) | vanaf 483 N (Ø32) | tot 295 N (Ø25) |
| Uitvoering | meestal dubbelwerkend | enkelwerkend of dubbelwerkend |
Hebt u meer dan ongeveer 300 N nodig, dan komt u in de praktijk bij de profielcilinders uit. Voor kleine bewegingen met weinig kracht is een rondcilinder compacter en lichter.
Cilinders in de webshop
In de webshop vindt u pneumatische cilinders van Metal Work in twee families. Bij de ISO-cilinders staan dubbelwerkende profielcilinders uit de reeksen Serie A, Serie 3 en Serie Standaard. Bij de rondcilinders volgens ISO 6432 staan enkelwerkende en dubbelwerkende uitvoeringen en de RNDC. Op elk productblad vindt u de boringen, slaglengtes en werkdrukken van die reeks; reken daarmee de kracht na met de formule uit deze gids. Wie zijn keuze gemaakt heeft, vindt Metal Work-onderdelen in de webshop van erkend Metal Work-verdeler IMTA, met de bijbehorende toebehoren om de cilinder te monteren en aan te sluiten.
Veelgestelde vragen
Hoe bereken ik de kracht van een pneumatische cilinder?
Gebruik F = p × A. A is het zuigeroppervlak: π × D² / 4. Met de druk in bar en de boring in mm geldt F (N) = druk (bar) × A (mm²) × 0,1. Voorbeeld: een boring van 50 mm heeft 1.963,5 mm² oppervlak; bij 6 bar is dat 6 × 1.963,5 × 0,1 = 1.178 N theoretische duwkracht.
Welke boring heb ik nodig voor een bepaalde kracht bij 6 bar?
Vermenigvuldig de benodigde kracht eerst met uw veiligheidsmarge. Deel het resultaat door 0,6 (6 bar × 0,1) om het benodigde oppervlak in mm² te krijgen, reken de diameter uit met D = √(4 × A / π) en rond af naar de eerstvolgende standaardboring. Voor 900 N is dat 1.500 mm², of ongeveer 43,7 mm, dus een boring van 50 mm.
Waarom is de trekkracht kleiner dan de duwkracht?
Bij het intrekken drukt de lucht op de ringvormige kant van de zuiger. Het oppervlak van de zuigerstang valt daar weg. Bij een boring van 50 mm met een stang van 20 mm daalt het oppervlak van 1.963,5 naar 1.649,3 mm², waardoor de theoretische kracht bij 6 bar zakt van 1.178 N naar 990 N.
Hoeveel marge neem ik bovenop de berekende kracht?
Een veelgebruikte vuistregel is een cilinder te kiezen die theoretisch 1,5 tot 2 keer de benodigde kracht levert. De marge vangt wrijving van afdichtingen, drukverlies in slangen en ventielen en versnellingskrachten op. Het is een vuistregel, geen norm: voor uw toepassing gelden de gegevens op het productblad.
Wat is het verschil tussen een ISO-cilinder en een rondcilinder?
Een ISO-cilinder is een profielcilinder volgens ISO 15552, gebruikelijk vanaf een boring van 32 mm, voor zwaardere taken en grotere krachten. Een rondcilinder volgens ISO 6432 is een compacte cilinder met kleine boringen tot 25 mm, voor lichte taken en weinig inbouwruimte. Beide normen leggen de inbouwmaten vast.
