Schlauch-Nachgiebigkeit und Zylinder-Positioniersteifigkeit

Die Nachgiebigkeit von Pneumatikschläuchen verringert die Positioniersteifigkeit eines Zylinders, weil sich bei einer belasteten Kolbenbewegung das Druckniveau in jedem angeschlossenen Luftvolumen ändern muss. Berechnen Sie zunächst das eingeschlossene Gasvolumen. Behandeln Sie die Dehnung der Schlauchwand als separaten Effekt, für den produktspezifische Daten oder eine kontrollierte Messung erforderlich sind. Positioniersteifigkeit ist weder Wiederholgenauigkeit noch Haftreibung, Sensorauflösung oder Servogenauigkeit. Definieren Sie sie als lokales Verhältnis von Kraft zu Weg um einen Betriebspunkt. Dokumentieren Sie für die Messung Ventilzustand, Kammerdrücke, Kolbenposition und Reglermodus; ohne diese Randbedingungen ist ein Steifigkeitswert nicht reproduzierbar.

Wichtigste Erkenntnisse

Zehn Meter SMC-Schlauch mit 8 mm Außendurchmesser und 5 mm Innendurchmesser enthalten etwa 196 cm³ Luft.

Addieren Sie das Schlauch- und Fittingvolumen zum angeschlossenen Zylinderraum, bevor Sie die Gassteifigkeit berechnen.

Verwenden Sie den Absolutdruck und bewerten Sie beide Kammern.

Wählen Sie den Schlauchinnendurchmesser anhand der Anforderungen an Steifigkeit und Durchfluss nach ISO 6358.

Unser umfassenderer Leitfaden zur Luftkompressibilität erläutert die Druckdynamik während der Bewegung. Dieser Artikel konzentriert sich auf kleine Laststörungen nahe einer gehaltenen Position und zeigt, warum der Schlauchinnendurchmesser und nicht allein die Angabe des Außendurchmessers das Ergebnis verändert.

Was bedeutet Schlauch-Nachgiebigkeit in einem pneumatischen Positioniersystem?

SMC gibt für seinen Polyurethanschlauch TU0805 einen Außendurchmesser von 8 mm und einen Innendurchmesser von 5 mm sowie einen maximalen Betriebsdruck von 0,8 MPa bei 20 °C an (Webkatalog SMC TU0805, abgerufen am 23.07.2026). Diese Abmessungen bestimmen das eingeschlossene Luftvolumen, quantifizieren jedoch nicht die Dehnung der Schlauchwand.

Nachgiebigkeit der Pneumatikleitung ist die Änderung des gespeicherten Luftvolumens, die mit einer Druckänderung zwischen dem Steuerventil und einer Zylinderkammer verbunden ist. Sie besteht aus zwei Anteilen, die nicht zu einem dimensionslosen Werkstofffaktor zusammengefasst werden sollten:

Gasvolumen-Nachgiebigkeit: die Druckänderung der eingeschlossenen Druckluft in Zylinderkammer, Anschluss, Fitting und Schlauch.
Schlauchwand-Nachgiebigkeit: die zusätzliche Änderung des Innenvolumens durch die elastische Dehnung der Schlauchwand unter Druck.

Für ein geschlossenes Gasvolumen mit einer kleinen polytropen Druckänderung lautet die Gasvolumen-Nachgiebigkeit

C_g = \frac{V}{n p_{\mathrm{abs}}}

In diesem Ausdruck ist $C_g$ die Volumennachgiebigkeit in m³/Pa, $V$ das effektive angeschlossene Gasvolumen, $n$ der polytrope Exponent und $p_{\mathrm{abs}}$ der Absolutdruck. Eine langsame Störung mit Wärmeaustausch nähert sich einem isothermen Modell mit $n$ nahe 1. Eine schnelle Störung wird für Luft üblicherweise näher am adiabatischen Wert modelliert.

Die Schlauchwand-Nachgiebigkeit kann als lokale Steigung formuliert werden:

C_w = \frac{dV_w}{dp}

Die Summe aus Gas- und Wandanteil ergibt die Kammernachgiebigkeit $C_i = C_{g,i} + C_{w,i}$ . Ihr Beitrag zur Kleinsignalsteifigkeit ist dann

k_i = \frac{A_i^2}{C_i}

Ordnen Sie die wirksame Fläche $A_i$ der jeweiligen Kammer zu. Bei einem Zylinder mit einseitiger Kolbenstange ist die Kolbenfläche auf der Bodenseite größer als die Ringfläche auf der Stangenseite; das Modell benötigt daher getrennte Werte. Nur eine kolbenstangenlose Bauart oder eine Bauart mit beidseitiger Kolbenstange und gleichen Arbeitsflächen erlaubt die Annahme gleicher Flächen.

Die nützliche Unterscheidung lautet: zuerst das Volumen, dann der Werkstoff. Schlauchlänge und Innendurchmesser bestimmen ein berechenbares Gasvolumen. Der Schlauchwerkstoff allein sagt nichts über die druckabhängige Volumenänderung der Wand aus. Veröffentlicht ein Lieferant keine Druck-Volumen-Daten, behandeln Sie die Wandnachgiebigkeit als zu messende Unbekannte, statt einen nicht belegten Korrekturfaktor für Polyurethan einzusetzen.

Warum verringert Schlauchvolumen die Positioniersteifigkeit eines Zylinders?

Eine 2024 veröffentlichte Studie zu pneumatischen Aktoren setzt das Totvolumen des Zylinders und das Schlauchvolumen direkt in den Nenner beider Kammersteifigkeitsterme (Actuators, abgerufen am 23.07.2026). Zusätzliches angeschlossenes Volumen verringert die Druckänderung bei einem gegebenen Kolbenweg, sodass die pneumatische Feder weicher wird.

Das Schlauchvolumen folgt dem üblichen Zusammenhang für Zylindervolumen:

V_t = \frac{\pi d_i^2 L}{4}

Verwenden Sie den tatsächlichen Schlauchinnendurchmesser für $d_i$ und die Länge vom Ventil bis zum Anschluss für $L$ . Der Außendurchmesser ist kein Ersatzwert. Addieren Sie Fittinghohlräume, Enddeckeldurchgänge und Verteilerkanäle separat, wenn sie groß genug sind, um das Ergebnis zu beeinflussen.

Bei der Position $x$ weist ein doppeltwirkender Zylinder die folgenden angeschlossenen Volumina auf:

V_1(x) = V_{d1} + A_1 x + V_{t1}

V_2(x) = V_{d2} + A_2(S-x) + V_{t2}

Die Totvolumenanteile $V_{d1}$ und $V_{d2}$ umfassen Zylinderdurchgänge und Fittinghohlräume, während $S$ der Hub ist. Wird die Dehnung der Schlauchwand vorübergehend vernachlässigt, addieren sich die beiden Gasfederbeiträge:

k_p(x) = \frac{n p_{1,\mathrm{abs}} A_1^2}{V_1(x)} + \frac{n p_{2,\mathrm{abs}} A_2^2}{V_2(x)}

Diese Gleichung beschreibt eine kleine Störung um eine festgelegte Position bei eingeschlossenen Kammermassen. Allein kann sie keine vollständige Servobewegung vorhersagen. Geöffnete Ventile ändern den Massenstrom, Regler ändern den Sollstrom, und Dichtungen bringen Reibung und Hysterese ein. Das frei zugängliche servopneumatische Modell von Rad und Hancu aus dem Jahr 2017 behandelte Totvolumen, Ventiltotzone, Wärmeübergang und nichtlineare Reibung daher als getrennte Effekte, statt sie in einer einzigen Steifigkeitszahl zusammenzufassen (Simulation Modelling Practice and Theory, 2017).

Die Eigenfrequenz hängt außerdem von der bewegten Masse ab:

f_n = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k_p}{m}}

Die bewegte Masse $m$ umfasst Kolben, Schlitten und die auf den Aktor zurückgerechnete Last. Eine geringere Steifigkeit senkt diese ideale ungedämpfte Eigenfrequenz, doch Einschwingzeit und Überschwingen hängen weiterhin von Dämpfung, Ventildynamik, Reibung und Regler ab. Ein solches Verhältnis allein rechtfertigt keine behauptete Verbesserung von Frequenz oder Positionierung. Die Verzögerung vom Befehl bis zur ersten Bewegung durch dasselbe Leitungsvolumen hat eine andere Systemgrenze, die in der Analyse von Ansprechzeit und Totvolumen.

Bei durchflussbegrenzter Bewegung benötigen Sie den separaten Leitfaden zur Auslegung von Schläuchen und Fittings. Ein Schlauch muss beide Anforderungen erfüllen.

Ein korrigiertes 10-m-Schlauchbeispiel

Die SMC-Spezifikation mit 8 mm Außendurchmesser und 5 mm Innendurchmesser ergibt in einem 10-m-Schlauch ein eingeschlossenes Volumen von 196,35 cm³ und nicht 503 cm³ (SMC TU0805, abgerufen am 23.07.2026). Für den größeren Wert wäre ein Innendurchmesser von 8 mm erforderlich. Dieses Beispiel hält alle Durchmesser und Druckbezüge ausdrücklich fest.

Nehmen wir einen kolbenstangenlosen Zylinder mit gleichen Flächen und den folgenden Werten an:

Eingangsgröße	Wert	Begründung
Bohrungsdurchmesser	40 mm	Ergibt in diesem vereinfachten kolbenstangenlosen Beispiel eine gleiche wirksame Fläche
Hub	300 mm	Kolbenbewertung in Hubmitte
Schlauch an jeder Kammer	10 m, 5 mm ID	Das Ventil befindet sich entfernt vom Zylinder
Totvolumen je Kammer	10 cm³	Angegebene technische Annahme
Druck in jeder Kammer	7 bar absolut	Entspricht nahe dem Atmosphärendruck auf Meereshöhe etwa 6 bar Überdruck
Polytroper Exponent	1.4	Annahme einer schnellen Klein-Störung
Aufgebrachte Störung	20 N	Nur zum Vergleich der idealen elastischen Durchbiegung verwendet

Die Kolbenfläche beträgt

A = \frac{\pi D^2}{4} = 1.2566 \times 10^{-3}\ \mathrm{m^2}

In Hubmitte beträgt das geometrische Kammervolumen

V_c = A\frac{S}{2} = 188.50\ \mathrm{cm^3}

Das Schlauchvolumen auf jeder Seite beträgt

V_t = \frac{\pi (0.005\ \mathrm{m})^2(10\ \mathrm{m})}{4} = 196.35\ \mathrm{cm^3}

Ohne den entfernten Schlauch enthält jede modellierte Kammer $V_c + V_d = 198.50\ \mathrm{cm^3}$ . Der entfernte Schlauch verdoppelt diesen Wert nahezu auf $V_{\mathrm{eff}} = 394.85\ \mathrm{cm^3}$ . Vergleichen Sie die folgenden Ergebnisse.

Ergebnis	Ventil nahe am Zylinder	10-m-Schlauch auf jeder Seite
Effektives Volumen je Kammer	198.50 cm³	394.85 cm³
Berechnete Zweikammer-Steifigkeit	15.59 kN/m	7.84 kN/m
Relative Steifigkeit	100%	50.3%
Ideale Durchbiegung bei 20 N	1.28 mm	2.55 mm

Behandeln Sie diese Werte als Berechnungen aus den genannten Annahmen. Sie berücksichtigen weder die Dehnung der Schlauchwand noch Dichtungsreibung, strukturelle Nachgiebigkeit, Ventilleckage oder Reglereingriffe. Ändern sich Kolbenposition, Schlauchinnendurchmesser, Druck, Totvolumen oder Ventilzustand, kann sich die Kraft-Weg-Antwort so stark verändern, dass eine Bauteilentscheidung umgekehrt ausfällt.

Das Beispiel wird weich, weil das Schlauchvolumen auf jeder Seite nahezu dem Kammer- und Totvolumen zusammen entspricht. Bei konstantem Druck und polytropen Annahmen halbiert eine Verdoppelung des effektiven Volumens die Gassteifigkeit nahezu. Dieser proportionale Zusammenhang gilt nicht, wenn eine Kammer, Reibung, ein aktives Ventil oder ein mechanischer Anschlag die Antwort dominiert.

Berechnungsschema: Behandeln Sie die beiden Kammerzweige getrennt und addieren Sie anschließend ihre Steifigkeitsbeiträge am Kolben.

WerkzeugDruckluftSchlauchvolumen-RechnerBerechnen Sie das eingeschlossene Volumen anhand von tatsächlichem Schlauchinnendurchmesser und Länge, bevor Sie es zu jeder Zylinderkammer addieren.Schlauchvolumen = Fläche x LängeSchlauchinnendurchmesserSchlauchlängeBetriebsdruckRechner öffnen

Warum die Angabe 8 mm keine Steifigkeit vorhersagt

Der Außendurchmesser allein kann das eingeschlossene Volumen nicht bestimmen. SMC gibt für TU0805 einen Innendurchmesser von 5 mm an, Festo für PUN-H-8X1.25 dagegen 5,7 mm (SMC; Festo, abgerufen am 23.07.2026). Dieser Unterschied beim Innendurchmesser erhöht das Volumen eines 10-m-Schlauchs von 196 auf 255 cm³, also um etwa 30 %, bevor die Wanddehnung berücksichtigt wird.

Dieser Unterschied besteht bereits, bevor eine Bewegung der Schlauchwand berücksichtigt wird. Schlauchdaten sollten daher mindestens fünf getrennte Eigenschaften erfassen:

Eigenschaft	Bedeutung für die Steifigkeit	Warum sie nicht austauschbar ist
Außendurchmesser	Bestimmt Steckfitting und verfügbaren Wandbereich	Bestimmt das Innenvolumen nicht
Innendurchmesser	Bestimmt das eingeschlossene Luftvolumen und beeinflusst die Durchflussfläche	Kann bei Produkten mit gleichem Außendurchmesser abweichen
Länge	Multipliziert das Schlauchvolumen direkt	Die Verlegelänge ist oft größer als die Strecke in der Zeichnung
Werkstoff und Aufbau	Beeinflussen Wandverhalten, Biegung und Temperaturgrenzen	Der Werkstoffname allein liefert keine Druck-Volumen-Steigung
Druck- und Temperaturfreigabe	Definiert den freigegebenen Betriebsbereich	Eine Druckfreigabe ist keine Nachgiebigkeitskurve

Festo bezeichnet PUN-H-8X1.25 als TPE-U-Polyurethan mit 5,7 mm Innendurchmesser, Shore D 52 +/-3 und 8 mm Außendurchmesser. Diese Angaben unterstützen die Produktauswahl. Weder sie noch die Geometrie- und Betriebsdruckwerte von SMC geben $dV_w/dp$ . Für eine wertvolle Positionieranwendung sollten Sie eine Druck-Volumen-Kurve des Lieferanten anfordern oder die Baugruppe messen. Bei einem Labormessverfahren wird der isolierte Schlauch mit einer schwer komprimierbaren Flüssigkeit gefüllt, die Temperatur geregelt, das eingespritzte Volumen über dem Druck erfasst und die Nachgiebigkeit der Vorrichtung abgezogen. Ein praxisnaher Maschinentest vergleicht ansonsten identische Kreise mit einer kurzen starren Referenzleitung und dem Produktionsschlauch. Wiederholen Sie den Test an den Temperaturgrenzen der Anwendung, weil sich Polymerverhalten und Gasdichte ebenfalls ändern.

Übertragen Sie den Elastizitätsmodul des Grundharzes nicht direkt in die Nachgiebigkeit des eingebauten Schlauchs, sofern das Schlauchmodell nicht tatsächliche Wandstärke, Querdehnung nach Poisson, Verstärkung, Fittings, Temperatur und nichtlineares Werkstoffverhalten berücksichtigt. Allgemeine Polyurethanverhältnisse sind keine Produktspezifikationen.

Verwenden Sie den Leitfaden zur Verlegung von Pneumatikschläuchen zur Bestimmung der tatsächlichen Einbaulänge. Messen Sie den Verlauf nach Bögen und Service-Schlaufen, statt die geradlinige Strecke aus dem Maschinenlayout zu verwenden.

Wie messen Sie die Positioniersteifigkeit an der Maschine?

Bei der servopneumatischen Validierung von Rad und Hancu aus dem Jahr 2017 lag der mittlere absolute Kammerdruckfehler außerhalb der Ventil-Mittentotzone nach der Identifikation der Systemparameter unter 0,04 bar (frei zugängliche Veröffentlichung, abgerufen am 23.07.2026). Dieses Ergebnis spricht dafür, Totvolumen, Druck und Reibung getrennt zu messen, statt jede Positionsänderung dem Schlauch zuzuschreiben.

Beginnen Sie mit der Definition des Haltezustands. Drei Fälle verhalten sich unterschiedlich: ein Ventil mit geschlossener Mittelstellung und isolierten Anschlüssen, eine druckgeregelte Servohaltung und ein mechanischer Anschlag. Dokumentieren Sie Mittelstellungsbedingung, Steuersignal und Reglerverstärkungen. Die nominelle Mittelstellung garantiert weder Leckagefreiheit noch eine konstante Kammermasse, wie der Leitfaden zum 5/3-Wegeventil erläutert.

Verwenden Sie diese reproduzierbare Prüfsequenz:

Stabilisieren. Erreichen Sie normalen Versorgungsdruck und normale Schlauchtemperatur.
Wählen Sie eine Kolbenposition. Prüfen Sie bei 10 %, 50 % und 90 % des Hubs, wenn die Anwendung den gesamten Hub nutzt.
Erfassen Sie beide Kammerdrücke. Verwenden Sie synchronisierte Sensoren nahe den Zylinderanschlüssen und rechnen Sie die Manometerwerte für das Modell in Absolutdruck um.
Bringen Sie kontrollierte Laststufen auf. Montieren Sie den Kraftsensor am tatsächlichen Lastpunkt und erhöhen beziehungsweise verringern Sie die äußere Kraft um den Betriebspunkt, ohne einen Anschlag zu erreichen, die Führung zu verdrehen oder die Haftreibung schlagartig zu überwinden.
Messen Sie den tatsächlichen Weg am Lastpunkt. Ein Zylindersensor erfasst möglicherweise weder Durchbiegung von Schlitten und Halterung noch der Führung.
Bestimmen Sie die lokale Steigung. Verwenden Sie mehrere Punkte in jeder Richtung und geben Sie die Hysterese an, statt ein bequemes Punktepaar auszuwählen.

Die gemessene Systemsteifigkeit ist

K_{\mathrm{sys}} = \frac{\Delta F}{\Delta x}

Auf Systemebene $K_{\mathrm{sys}}$ umfasst pneumatische, durch die Schlauchwand, Befestigung, Führung und Struktur verursachte Effekte. Eine flexible Halterung kann beispielsweise die gemessene Steifigkeit am Lastpunkt verringern, selbst wenn beide Druckverläufe mit dem pneumatischen Modell übereinstimmen. Dichtungsreibung erzeugt getrennte Be- und Entlastungspfade, sodass ein einzelner Sekantenwert Hysterese verdecken kann. Vergleichen Sie beide Steigungen, bevor Sie die Leitung als Ursache diagnostizieren. Um Leitungseffekte zu isolieren, wiederholen Sie den Test bei gleicher Zylinderposition, gleichen Kammerdrücken, gleichem Reglerzustand und gleicher Lastvorrichtung nach Einbau der kürzestmöglichen Referenzverbindung. Diese Änderung repräsentiert die vollständige Leitungsbaugruppe einschließlich Fittings und Wandverhalten; bezeichnen Sie sie erst dann als reine Schlauchwand-Nachgiebigkeit, wenn Gasvolumen- und Vorrichtungseffekte entfernt wurden.

Wenn zusätzlich die Kraftbilanz untersucht wird, verwenden Sie synchronisierte Druckverläufe und die Methode zur Kraftverlustbestimmung am Zylinder mit zwei Druckanschlüssen. Sie verhindert, dass Dichtungsreibung und Gegendruck auf der Stangenseite doppelt berücksichtigt werden.

Konstruktionsänderungen zum Erhalt von Steifigkeit und Durchfluss

Ein näher am Zylinder angeordnetes Ventil verringert das eingeschlossene Volumen, doch eine Verringerung des Schlauchinnendurchmessers ist erst nach einer Durchflussprüfung sicher. ISO 6358-1 definiert die Prüfung stationärer kompressibler Strömung für pneumatische Komponenten und schließt Zylinder sowie Druckspeicher aus (ISO 6358-1, 2022 bestätigt; Änderung 2 im Jahr 2026 veröffentlicht). Verwenden Sie sowohl Volumen- als auch Leitwertdaten, nicht nur den Schlauchaußendurchmesser.

Priorisieren Sie Änderungen in dieser Reihenfolge:

Schlaufen entfernen. Eine kürzere Verlegung reduziert das Volumen, ohne die Durchflussfläche zu ändern.
Richten Sie das Wege- oder Proportionalventil näher am Zylinder an. Eine lokale Ventilinsel oder ein am Zylinder montiertes Ventil verkürzt beide Kammerleitungen.
Fittinghohlräume und Verteilerkanäle verkleinern. Nehmen Sie sie in die Volumenbilanz auf, bevor Sie den Schlauchwerkstoff ändern.
Wählen Sie den Innendurchmesser anhand des vollständigen Strömungspfads. Prüfen Sie vor einer Durchmesserverringerung Zielhubzeit, erforderlichen Zylinderdurchfluss, Fittingquerschnitt, Biegeradius, Ventilleitwert und das tatsächliche Druckverhältnis von vor zu nach dem Bauteil.
Stimmen Sie den Regler nach Hardwareänderungen neu ab. Eine Volumenänderung verändert die Druckdynamik und die von einem Servoregler wahrgenommene Strecke.
Verwenden Sie bei sicherheitsrelevantem Halten eine mechanische Verriegelung. Pneumatische Steifigkeit und ein Schieber mit geschlossener Mittelstellung sind keine formschlüssige mechanische Haltevorrichtung.

Prüfen Sie Geschwindigkeit und Durchmesser mit dem Schlauchinnendurchmesser-Rechner, und schätzen Sie anschließend den Zielhubdurchfluss mit dem Rechner für den erforderlichen Zylinderdurchfluss. Auch dann benötigt der fertige Kreis modellspezifische Leitwertdaten nach ISO 6358 und eine dynamische Druckprüfung. Ein Druckspeicher vor dem Steuerventil kann einen Versorgungdruckabfall während eines Durchflussübergangs puffern; er versteift eine abgeschlossene Zylinderkammer jedoch nicht automatisch. Die direkte Verbindung eines Druckspeichers mit einer gehaltenen Kammer fügt Gasvolumen hinzu und kann deren statische pneumatische Steifigkeit verringern. Die Einbauposition im Kreis entscheidet über die Wirkung.

Druckrückführung weist einige langsame Laststörungen zurück. Positionsrückführung fordert einen Korrekturdurchfluss an, doch keine der beiden Betriebsarten entfernt eingeschlossenes Volumen. Ventiltotzone, Sensorauflösung, Reibung, Regelbandbreite und Stabilitätsreserve bestimmen gemeinsam, ob die aktive Haltung nützlich bleibt. Der Leitfaden zur Positionierung mit Proportionalventilen behandelt diese Auslegung.

Wenn Druckluftverlust oder Leckage die Last freigeben könnten, verwenden Sie eine Kolbenstangenverriegelung, Bremse, einen Anschlag oder eine andere risikobewertete Haltevorrichtung. Unser Sicherheitsleitfaden für Kolbenstangenverriegelungen trennt Positionierregelung und Lastsicherung.

Die beste erste Änderung entfernt Volumen, ohne Durchflussreserve zu verbrauchen. Die Verkürzung eines Schlauchs mit 5 mm Innendurchmesser entfernt etwa 19,6 cm³ je Meter. Das Entfernen einer 5 m langen Serviceschlaufe beseitigt beispielsweise etwa 98 cm³ eingeschlossenes Volumen. Eine Verringerung des Innendurchmessers verändert das Volumen schneller, weil es mit dem Quadrat des Durchmessers skaliert; sie verändert jedoch auch Geschwindigkeit und Druckverlust. Eine Längenreduzierung ist meist das sauberere erste Experiment.

Was gehört in einen Prüfbericht zur Positioniersteifigkeit?

Forscher untersuchten 1999 in einem Positionsservoprogramm Versorgungsdruck, Reglergröße und zusätzliches vorgeschaltetes Volumen und nannten etwa 7 bar absolut als typischen Industriedruck (Virvalo und Mäkinen, 1999). Nützliche Berichte erfassen ebenso die vollständige pneumatische Systemgrenze und nicht nur den Schlauchwerkstoff.

Verwenden Sie eine Tabelle, mit der ein anderer Ingenieur den Betriebspunkt reproduzieren kann:

Berichtsfeld	Mindestangabe
Zylinder	Typ, Bohrung, gegebenenfalls Stangendurchmesser, Hub und Befestigung
Position	Abstand von einem definierten Ende und Prozentsatz des Hubs
Lastgeometrie	Kraftrichtung, Lastpunkt und Führungsanordnung
Schlauch Seite 1	Produkt, Außen- und Innendurchmesser, gemessene Länge und Anzahl der Fittings
Schlauch Seite 2	Produkt, Außen- und Innendurchmesser, gemessene Länge und Anzahl der Fittings
Ventilzustand	Modell, Mittelstellungsbedingung, Befehl und Reglermodus
Drücke	Beide Zylinderanschlussdrücke, Versorgungsdruck und atmosphärischer Referenzdruck
Temperatur	Umgebungs- und Schlauchtemperatur nach der Stabilisierung
Laststufen	Positive und negative Schritte mit Verweilzeit
Weg	Sensortyp, Auflösung und Messpunkt
Ergebnis	Belastungssteigung, Entlastungssteigung, Hysterese und Unsicherheit

Geben Sie das Schlauchvolumen für jede Seite an und nicht nur eine gemeinsame Zahl. Nahe einer Hubendlage kann eine lange Leitung an der kleineren Kammer deren effektives Volumen dominieren, während die gegenüberliegende Kammer weiterhin wesentlich zur Steifigkeit beiträgt. Führen Sie Kolbenposition und beide Drücke neben dem endgültigen $K_{\mathrm{sys}}$ Wert auf. Trennen Sie außerdem die theoretische pneumatische Steifigkeit von der gemessenen Maschinensteifigkeit. Liegt der Messwert niedriger, untersuchen Sie Schlauchwanddehnung, Ventilleckage, Dichtungshysterese, Halterungsnachgiebigkeit, Führungsspiel und Nachgiebigkeit des Lastaufbaus. Ordnen Sie die gesamte Differenz niemals einer einzigen Ursache zu, ohne eine Isolationsprüfung durchzuführen.

FAQ zur Schlauch-Nachgiebigkeit: Was sollten Ingenieure prüfen?

SMC und Festo bieten beide nominell 8 mm Außenmaß bei Polyurethanschläuchen an, doch die genannten Produkte verwenden 5,0 beziehungsweise 5,7 mm Innendurchmesser. Dieser Unterschied erzeugt über dieselbe Länge von 10 m etwa 30 % mehr Volumen (SMC; Festo, abgerufen am 23.07.2026). Diese Antworten halten Geometrie, Durchfluss und Elastizität der Schlauchwand getrennt.

Ist flexibler Polyurethanschlauch für Positioniersysteme ungeeignet?

Nein. Die Eignung hängt von angeschlossenem Volumen, veröffentlichten Druckgrenzen, gemessenem Wandverhalten, erforderlichem Durchfluss und Regelbandbreite ab. Kurze Polyurethanleitungen können völlig ausreichend sein, während auch lange starre Leitungen ein erhebliches eingeschlossenes Gasvolumen hinzufügen können. Berechnen Sie zunächst das Schlauchvolumen und prüfen Sie anschließend Dynamik und Steifigkeit am Lastpunkt der montierten Maschine.

Verringert ein größerer Schlauch immer die Positioniersteifigkeit?

Bei gleicher Länge fügt ein größerer Innendurchmesser eingeschlossenes Volumen hinzu und verringert daher bei konstanten übrigen Größen die ideale Gassteifigkeit. Er kann außerdem die Durchflussdrosselung verringern und die Hubantwort verbessern. Wählen Sie den Durchmesser als Abwägung: Berechnen Sie Kammersteifigkeit, erforderlichen Durchfluss, Fittingquerschnitt und Ventilleitwert, statt nur eine Variable zu optimieren.

Kann ein lokaler Druckspeicher die Zylindersteifigkeit erhöhen?

Nicht, wenn er direkt mit einer isolierten Arbeitskammer verbunden ist. Zusätzliches Gasvolumen senkt normalerweise die statische pneumatische Steifigkeit dieser Kammer. Ein Druckspeicher vor dem Steuerventil kann den Versorgungsdruck bei Spitzen-Durchfluss stabilisieren und dadurch die dynamische Konstanz verbessern; das ist jedoch etwas anderes als eine Erhöhung der Positioniersteifigkeit einer geschlossenen Kammer.

Bei welcher Kolbenposition ist die pneumatische Steifigkeit am niedrigsten?

Bei einem symmetrischen Zylinder mit gleichen Flächen, ähnlichen Drücken und kleinen Totvolumina ist die gesamte Zweikammer-Steifigkeit häufig nahe der Hubmitte am niedrigsten, weil beide Kammern relativ groß sind. Eine einseitige Kolbenstange, unterschiedliche Drücke, unterschiedliche Schlauchlängen und Reglereingriffe verschieben das Minimum. Berechnen Sie beide Kammerterme an den tatsächlichen Betriebspositionen, statt eine allgemeingültige Position anzunehmen.

Wie kann ich Schlaucheffekte von Dichtungsreibung isolieren?

Bringen Sie mehrere kleine Laststufen in beide Richtungen auf und erfassen Sie dabei den Weg am Lastpunkt sowie beide Kammerdrücke. Die Hysterese zwischen Be- und Entlastung macht Reibung sichtbar. Wiederholen Sie den Test mit einer kurzen Referenzverbindung. Die Differenz zwischen den angepassten Konfigurationen schätzt den vollständigen Leitungseffekt, ohne einen Werkstoffprozentsatz anzunehmen.

Quellen und technische Referenzen

Energieeffizienz pneumatischer Antriebssysteme mit druckbasierter Abschaltung der Luftversorgung, Actuators, 2024. Abgerufen am 23.07.2026.
Verbesserte nichtlineare Modellierungs- und Identifizierungsmethodik für ein servopneumatisches Antriebssystem, Simulation Modelling Practice and Theory, 2017. Abgerufen am 23.07.2026.
Webkatalog für Polyurethanschlauch SMC TU0805. Abgerufen am 23.07.2026.
Technische Daten des Polyurethanschlauchs Festo PUN-H-8X1.25. Abgerufen am 23.07.2026.
ISO 6358-1:2013 und veröffentlichte Änderungen. Abgerufen am 23.07.2026.
Der Einfluss der Versorgungsleitung auf die Leistung eines pneumatischen Positionsservosystems, 1999. Abgerufen am 23.07.2026.

Der Einfluss der Schlauch-Nachgiebigkeit auf die Positioniersteifigkeit von Zylindern

Eric Zhou