Hydraulik Grundlagen: Übertragung von Kräften über Flüssigkeiten

Die Hydraulik ist die Übertragung von Kräften über Flüssigkeiten. Sie macht sich die Eigenschaft von Fluiden zu Nutze, dass sie nicht komprimiert werden können. Wird ein geschlossenes, mit Flüssigkeit gefülltes System unter Druck gesetzt, verteilt sich dieser Druck im gesamten System gleich. Das ist der wesentliche Unterschied zur Pneumatik, der Übertragung von Kräften durch Gase.

Hydraulik Grundlagen: das Grundprinzip

Der Hydraulikzylinder bzw. Linearmotor ist zwar nur eine von vielen Komponenten von hydraulischen Systemen. An seinem Beispiel kann die Funktionsweise dieses technischen Prinzips aber gut veranschaulicht werden:

Werden zwei hydraulische Zylinder mittels einer ölgefüllten Leitung miteinander verbunden, geschieht folgendes: Drückt man die Kolbenstange von einem Zylinder ein (dadurch wird er zum "Geberzylinder"), fährt die andere Kolbenstange (vom "Nehmerzylinder") hinaus. Haben die Kolbenstangen beider Zylinder den gleichen Querschnitt, ist diese Bewegung absolut gleichförmig: Der Nehmerzylinder bewegt sich ebenso schnell und so weit, wie der Geberzylinder bewegt wird.

Wenn aber beide Zylinder einen unterschiedlichen Querschnitt haben, ist die Bewegung nicht mehr absolut gleichförmig. Jedoch sind die Bewegungen der Kolbenstangen proportional zueinander, abhängig vom verdrängten Volumen. Was der einfahrende Zylinder an Volumen verdrängt, wird vom ausfahrenden Zylinder aufgenommen.

Hydraulik Grundlagen: Kraftverstärkung durch unterschiedliche Querschnitte

Fährt eine schmalere Kolbenstange in das hydraulische System ein, wird eine Kolbenstange mit breiterem Querschnitt nicht exakt gleich weit ausfahren. Da der Druck sich aber nicht ändert, wird die Kraft entsprechend gesteigert. Die Kraft steigert sich proportional zur Fläche: Ein Kreisquerschnitt mit verdoppeltem Radius hat eine vier mal so große Fläche. Entsprechend wird die Kraft am Nehmerzylinder vier mal so groß, wie sie auf den Geberzylinder aufgebracht wurde. Die Kraftverstärkung wirkt dabei exponentiell zur Differenz der Querschnitte.

Grundbausteine hydraulischer Systeme

Ein einfaches hydraulisches System besteht deshalb aus:

Mit Hilfe von Tank und Rückschlagventil ist es möglich, den Geberzylinder wieder in seine Ursprungsposition zu versetzen, ohne dabei den Nehmerzylinder ebenfalls wieder zurück zu fahren. Wenn der Nehmerzylinder nun auf eine gewünschte Strecke ausgefahren werden soll, werden einfach mehrere Hübe am Geberzylinder durchgeführt. Soll das System wieder zurück gesetzt werden, wird das Rückschlagventil wieder geöffnet. Der Nehmerzylinder fährt wieder ein und die hydraulische Flüssigkeit läuft in den Tank zurück.
Diese sehr einfachen hydraulischen Systeme findet man beispielsweise bei hydraulischen Wagenhebern oder Palettenhubwagen.

Bauteile komplexer hydraulischer Systeme

Die Bandbreite an Bauteilen für hydraulische Systeme ist inzwischen sehr groß geworden. Allen gemeinsam ist, dass mit der Hydraulik vor allem sehr große Kräfte erzeugt und übertragen werden können. Da die Kombination aus Geberzylinder und Rückschlagventil für viele Anwendungen zu sperrig ist, wurde beispielsweise eine ganze Reihe an hydraulischen Pumpen entwickelt. Ebenso stehen zur Erzeugung von Drehbewegungen auch eine ebenso große Anzahl an hydraulischen Radial-Motoren zur Verfügung. Für ihre Steuerung und Regelung hat die Hydraulikindustrie eine riesige Auswahl an Ventilen, Blenden, Abzweigen und vielen anderen Komponenten mehr entwickelt.

Hydraulik Grundlagen: Anwendungen hydraulischer Systeme

Hydraulische Systeme kommen überall dort zum Einsatz, bei der Arbeitsgeschwindigkeit eine geringere Rolle spielt als die erzeugte Kraft. Typische Anwendungen sind der Bau von hydraulischen Pressen, Kinematik von Arbeitsgeräten (Bagger, Stapler) oder Antrieb von hydraulisch betriebenen, landwirtschaftlichen Geräte.