Die Hydrau­lik ist für zahl­rei­che indus­tri­el­le Anwen­dun­gen von ele­men­ta­rer Bedeu­tung. Da die Leh­re der tech­ni­schen Ver­wen­dung von Flüs­sig­kei­ten zur Kraft­er­zeu­gung und ‑über­tra­gung kom­plex ist, müs­sen Inge­nieu­re und Mecha­ni­ker lang­jäh­ri­ge Stu­di­en und Aus­bil­dun­gen durchlaufen.

Wenn Sie im Beruf­li­chen oder Pri­va­ten Berüh­rungs­punk­te mit der Hydrau­lik haben, ist es vor­teil­haft, die wich­tigs­ten Grund­la­gen der Hydrau­lik zu ken­nen und zu verstehen.

Wir erklä­ren Ihnen in die­sem Arti­kel, wel­che phy­si­ka­li­schen Prin­zi­pi­en der Hydrau­lik zugrun­de­lie­gen. Im Anschluss ver­fü­gen Sie über ein grund­le­gen­des Ver­ständ­nis von den phy­si­ka­li­schen Hintergründen. 

Was ist Hydraulik und wie funktioniert sie?

_​

Ein­fach aus­ge­drückt bezeich­net die Hydrau­lik die Erzeu­gung von mecha­ni­scher Ener­gie durch die Ver­drän­gung von Flüs­sig­keit in einem geschlos­se­nen Raum. Die Ener­gie eines Antriebs, etwa eines elek­tri­schen Hydrau­lik­mo­tors, wird über eine Hydrau­lik­flüs­sig­keit in mecha­ni­sche Ener­gie umge­wan­delt, indem die ver­dräng­te Flüs­sig­keit Kraft auf einen Zylin­der aus­übt, der sei­ner­seits mecha­ni­sche Ener­gie erzeugt.

Die Effek­ti­vi­tät der Hydrau­lik liegt in der Kraft­ver­viel­fa­chung. Durch die Druck­über­tra­gung mit einer Flüs­sig­keit als Leit­me­di­um, ist eine Ver­viel­fa­chung der Kraft mög­lich, wie es bei einer direk­ten Kraft­über­tra­gung unmög­lich wäre. Selbst auf klei­nem Raum kön­nen so enor­me Kräf­te erzeugt werden.

Eine aus­führ­li­che Hydrau­lik-Defi­ni­ti­on erhal­ten Sie in die­sem Artikel.

Grundlegende Begriffe

_​
  • Alte Hydrau­lik: Die Leh­re der Flüs­sig­keits­strö­mun­gen durch Roh­re und Kanäle
  • Moder­ne Hydrau­lik: Die Steue­rung und Über­tra­gung von Kräf­ten, Ener­gien und Bewe­gun­gen durch die Ver­drän­gung von Flüssigkeiten
  • Flu­ide: Gase, Dämp­fe und Flüssigkeiten
  • Hydrau­li­sche Flüs­sig­kei­ten: Liqui­de Medi­en, die zur Ener­gie­über­tra­gung genutzt wer­den. Ins­be­son­de­re Hydrau­lik­öl, Was­ser, Was­ser-Öl-Gemi­sche, Mine­ral­öle und syn­the­ti­sche Flüssigkeiten
  • Hydro­me­cha­nik: Sie unter­sucht und beschreibt das mecha­ni­sche Ver­hal­ten von Flu­iden und ist Hydro­sta­tik und Hydro­dy­na­mik zu unterteilen.
  • Hydro­sta­tik: Die Hydro­sta­tik unter­sucht das Ver­hal­ten von ruhen­den Fluiden.
  • Hydro­dy­na­mik: Sie hin­ge­gen unter­sucht das mecha­ni­sche Ver­hal­ten von beweg­li­chen Fluiden.

Die physikalischen Grundlagen

_​

Im Grun­de ist die moder­ne Hydrau­lik ein Teil­ge­biet der Hydro­me­cha­nik, wel­che sich wie­der­um aus der Hydro­sta­tik und Hydro­dy­na­mik zusammensetzt.

Bei­de Teil­be­rei­che fin­den in der indus­tri­el­len Pra­xis Anwendung.

Hydrostatik: Berechnung und Beispiele

_​
Die Hydro­sta­tik befasst sich im Grun­de mit dem Gleich­ge­wicht ruhen­der Flüs­sig­kei­ten wäh­rend der Ein­wir­kung von äuße­ren Kräf­ten. Als zen­tra­le Grö­ße dient dabei der hydro­sta­ti­sche Druck. Er bezeich­net den Druck, der sich inner­halb einer Flüs­sig­keit durch den Ein­fluss der Schwer­kraft einstellt.

Berechnung des physikalischen Drucks

Der Druck ist der Quo­ti­ent aus der Nor­mal­kraft und der Flä­che auf die er wirkt:

Formeln Berechnung des physikalischen Drucks.

In der Hydrau­lik wird Druck aller­dings in Bar angegeben,

Zwei Schwerequader Druck
1
Schweredruck Berechnung

Die Berech­nung des Drucks ist abhän­gig von der Fläche.

Da die Flüs­sig­keit nicht kom­pri­mier­bar ist, erzeugt sie einen Druck.

Berechnung des Schweredrucks

Der hydro­sta­ti­sche Druck bezeich­nen den Druck für nicht kom­pres­si­ble Flüs­sig­kei­ten, den die Flüs­sig­keit auf eine Flä­che ausübt.

Hydrau­lik­zy­lin­der bei­spiels­wei­se unter­lie­gen immer dem hydro­sta­ti­schen Druck.

Die Nor­mal­kraft ent­spricht hier­bei eben­falls der Schwerkraft:

Berechnung des Schweredrucks

Der hydro­sta­ti­sche Druck ist von fol­gen­den Grö­ßen abhängig:

  • p = hydro­sta­ti­scher Druck
  • h = Höhe der Flüssigkeitssäule
  • ρ = Dich­te der Flüssigkeit
  • g = Erdbeschleunigung

Die For­mel lau­tet dann:

Hydrostatischer Druck

Das hydrostatische Paradoxon

Das hydro­sta­ti­sche Para­xodon beschreibt den Umstand, dass der Gewichts­kraft und die Druck­kraft zwei­er Zylin­der nicht iden­tisch sind und die Druck­kraft zwei­ter Zylin­der, trotz unter­schied­li­cher Volu­mi­na übereinstimmen.

Nicht das Volu­men des aus­ge­füll­ten Behäl­ters, son­dern ledig­lich die Grund­flä­che und die Höhe sind für den hydro­sta­ti­schen Druck ver­ant­wort­lich. Das bedeu­tet, dass trotz eines höhe­ren Gewichts der Flüs­sig­keit, der Schwe­re­druck des Behäl­ters nicht abweicht.

1
Das hydrostatische Paradoxon

Das Pascalsche Gesetz

Eine moder­ne Hydrau­lik­an­la­ge fun­giert mit der­art hohen Drü­cken, dass der Schwe­re­druck zu ver­nach­läs­si­gen ist.

Der Druck des Hydrau­lik­sys­tems ist dann über das Pas­cal­sche Gesetz zu ermit­teln, das besagt, dass der hydro­sta­ti­sche Druck an jedem Punkt der Flüs­sig­keit gleich stark auf alle ande­ren Punk­te der Flüs­sig­keit über­trag­bar ist.

Wird also Druck auf ein ruhen­des Flu­id, wie etwa ein Hydrau­lik­öl, inner­halb eines geschlos­se­nen Behäl­ters in einer Form aus­ge­übt, die das Gleich­ge­wicht nicht stört, so wird der glei­che Druck über die Flüs­sig­keit über­tra­gen und kann auf eine grö­ße­re Flä­che wirken.

Dadurch kann durch die Druck­über­tra­gung eine ein­ge­setz­te Kraft poten­ziert werden.

Beispiel: Hydraulikheber und Kraftübersetzung

Ein ein­fa­ches, aber den­noch rea­li­täts­na­hes hydrau­li­sches Sys­tem, das auf dem Pas­cal­schen Gesetz beruht, ist der Hydraulikheber.

Zwei Kol­ben mit unter­schied­li­chen Flä­chen, 5 cm² und 50 cm² sind über einen Flüs­sig­keits­raum mit­ein­an­der ver­bun­den. In dem Raum befin­det sich eine inkom­pres­si­ble Flüs­sig­keit, wie Hydrauliköl.

Auf den ers­ten Kol­ben kann über eine Pum­pe manu­ell Kraft aus­ge­übt werden.

Das pascalsche Gesetz - Hydraulikheber und Kraftübersetzung

Die Kraft­über­set­zung sorgt aller­dings dafür, dass die ein­ge­setz­te Kraft deut­lich gerin­ger ist, als für das Heben der Last ohne Hydrau­lik­he­ber not­wen­dig wäre.

Da

Berechnung Kraftübersetzung & Hydraulikheber

Wenn die Flä­che des Kol­ben 1 also gerin­ger ist, als die Flä­che des Kol­ben 2, so ist die Kraft 2 im umge­kehr­ten Ver­hält­nis zur Kraft 1 ungleich größer.

In die­sem Bei­spiel wäre es etwa:

Hydraulikheber Ergebnis

Der Kraft-Out­put des Hydrau­lik­he­bers ist also um ein Zehn­fa­ches grö­ßer als die ein­ge­setz­te, kör­per­li­che Kraft, wodurch ein Viel­fa­ches der Last geho­ben wer­den kann.

Druckübersetzung

In einem hydrau­li­schen Sys­tem kann eben­so der Druck als über­tra­gen­de Grö­ße die­nen und ver­viel­facht wer­den. Dafür müs­sen zwei Hydrau­lik­zy­lin­der mit­ein­an­der kom­mu­ni­zie­ren, also über eine Kol­ben­stan­ge mit­ein­an­der ver­bun­den sind.

Die Kraft bleibt zwar gleich, doch der Druck der Flüs­sig­keit inner­halb der bei­den Zylin­der wird ver­viel­facht und ver­än­dert sich.

Die zurück­ge­leg­te Stre­cke des Kol­bens ist in Zylin­der 1 und 2 eben­falls iden­tisch. Durch die ver­än­der­te Flä­che ent­steht jedoch ein ande­rer Druck:

Druckübersetzung Formel
Kolben bei der Druckübersetzung 2

Durch die Ver­rin­gern der Flä­che wird der Druck um den Fak­tor 10 maximiert.

Wie können wir Sie unterstützen?

Unse­re Erfah­rung und Fle­xi­bi­li­tät macht uns um best­mög­li­chen Ansprechpartner,
wenn Sie zufrie­den­stel­len­de und nach­hal­ti­ge Lösun­gen zu den The­men Hydrau­lik, Pneu­ma­tik und Dich­tungs­tech­nik suchen.