Grundlagen der Hydraulik

Die Hydraulik ist mit zu einem festen Bestandteil des Maschinenbaus und der Werkzeugtechnik geworden. Hydraulisch lassen lineare und rotierende Bewegungen sicher beherrschen, sowohl hinsichtlich größter Kräfte als auch extremer Genauigkeit von Weg und Geschwindigkeit. Die in diesem Kapitel zusammengefassten Informationen zeigen die theoretischen Grundlagen, ergänzt mit praktischen Hinweisen. Inhaltlicher Schwerpunkt ist die Beschreibung der Bauelemente und ihrer Funktion innerhalb Hydraulischer System. Zum besseren Verständnis wurde hierbei die bildliche Darstellung in den Vordergrund gestellt.

Definition

Der Begriff „Hydraulik“ leitet sich aus dem griechischen Wort „Hydor“ ab, was „Wasser“ bedeutet. Hydraulik ist im wissenschaftlichern Sinne die Lehre von ruhenden ( Hydrostatischen) und strömenden (hydrodynamischen) Flüssigkeiten. Auf technische Anwendung bezogen versteht man unter Hydraulik die praktische Anwendung in den Bereichen der Leistungsübertragung sowie der Steuer- und Regelungstechnik.

Hydraulik und Elektrowerkzeuge

Mit Hydraulischen Bauelementen lassen sich sehr hohe Leistungsdichten, d.h. hohe Leistungen bei kleinsten Bauvolumen realisieren. Bei der Kombination hydraulischer Bauelemente mit elektrischen Antrieben lassen sich elektrohydraulische Werkzeuge konzipieren, welche in speziellen Anwendungsfeldern den reinen Elektrowerkzeugen überlegen sind. Hierzu gehören beispielsweise Impulsschreiber, Bolzenschneider und Nietzangen. Die Kombination Hydraulik - Elektrowerkzeug ist noch ein sehr junges Anwendungsfeld, welches aber in der Zukunft an Bedeutung zunehmen wird.

Systemvergleich

Die Hydraulik steht als Mittel zur Leistungsübertagung und der Steuer- und Regeltechnik neben der Mechanik, Elektrotechnik und Elektronik sowie der Pneumatik sowie im Wettbewerb zu diesen zueinander, die Systeme ergänzen sich aber auch und werden deshalb oft miteinander kombiniert. Es ist üblich, für den Energiefluss einer Anlage die Hydraulik zu verwenden, den Signalfluss aber elektrisch auszuführen. Die richtige Entscheidung für eine bestimmte Systemkombination setzt die Kenntnis der Vor- und Nachteile der Einzelsystem voraus. Anhand der von der Anwendung vorgegebenen Beispiele, bei denen alle Randbedingungen feststehen, ist eine meist eindeutige Entscheidung möglich. Im Grenzfall entscheiden Einzelkriterien wie Betriebssicherheit, Wartungsverhalten und Kosten.

Prinzip eines Hydrauliksystems

Bei ölhydraulischen Systemen wird zunächst mechanische Energie umgewandelt in Hydraulische Energie umgewandelt, in dieser Form transportiert und gesteuert und umgesetzt. Entsprechend dieser Funktionen lassen sich die Bauelemente der Hydraulik wie folgt einordnen:

Energieträger - Aufbereitung

Unter Aufbereitung des Energieträgers versteht man: - die Auswahl der Hydraulikflüssigkeit, - die Unterbringung der Hydraulikflüssigkeit, - die Filterung der Hydraulikflüssigkeit, die Kühlung der Hydraulikflüssigkeit. Bei der Aufbereitung ist bereits mit größer Aufmerksamkeit vorzugehen. Nachlässigkeiten in diesen Stufen des Hydrauliksystems können später nur schwer zu beseitigen Störungen hervorrufen.

Auswahl der Hydraulikflüssigkeit

Aufgaben der Hydraulikflüssigkeit. Die einwandfreie Funktion, Lebensdauer, Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit einer Hydraulikanlage wird entscheidend  von der Auswahl der geeigneten Hydraulikflüssigkeit beeinflusst.
Im allgemeinen werden Flüssigkeiten auf der Basis von Mineralölen eingesetzt, die man als Hydrauliköle bezeichnet. Neben diesen Ölen kommen schwer entflammbare Flüssigkeiten zur Verwendung, wobei u.U. die Einsatzbedingungen der Geräte einzuschränken sind. Zunehmend werden auch umweltschonende, biologisch abbaubare Flüssigkeiten eingesetzt.
Die Aufgaben der Hydraulikflüssigkeit sind sehr vielfältig. Im Einzelnen sind dies:

Entsprechend diesen Aufgaben ist auf bestimmte Eigenschaften zu achten, die teilweise in genormten Kenngrößen zum Ausdruck gebracht werden.

Viskosität

Die bedeutendste Kenngröße einer Hydraulikflüssigkeit ist ein Maß für den Zähflüssigkeit. Die Viskosität  wird nach genormten Verfahren bestimmt, indem die Durchlaufzeit einer Flüssigkeit durch eine kalibrierte Kapillare gemessen wird. Die Maßeinheit für die (kinetische) Viskosität ist mm²/s (früher cSt).

Saug- und Rücklaufleitung

Diese beiden Leitungen sollten möglichst weit voneinander entfernt liegen, so dass ein Austausch des umlaufenden Flüssigkeitsvolumen gewährleistet ist. Beide Leitungen enden deutlich unterhalb des niedrigsten Flüssigkeitsspiegels. Um das Ansaugen bzw. Aufwirbeln von Bodensatz zu vermeiden, sollte jedoch ein Abstand vom 2 .. 5 fachen Rohrdurchmesser zum Boden eingehalten werden.

Filterung der Hydraulikflüssigkeit

In ölhydraulischen Anlagen durchströmen große Volumenströme unter hohen Drücken extrem kleine Spalte. Deshalb sind diese Anlagen gegenüber den im Öl enthaltenen Verunreinigungen wesentlich empfindlicher. Erfahrungsgemäß sind über die Hälfte der in ölhydraulischen Anlagen auftretenden vorzeitigen Ausfälle auf verschmutzte Druckflüssigkeiten zurückzuführen. Aufgabe der Hydrofilter ist es, diese Verschmutzung auf ein zulässiges Maß bezüglich Größe und Konzentration der enthaltenen Schmutzteilchen zu reduzieren, um dadurch die Bauelemente vor übermäßigem Verschleiß zu schützen.

Auswirkung der Verschmutzung

Schmutzpartikel selbst sind. z.B. Sand, Staub, Metall- und Rostteilchen, sie fördern den Abriebverschleiß der in den Hydraulikbauelementen gegeneinander bewegten Metallteile und Dichtungen. Von der Verschmutzung betroffen sind z.B. die Lager, Flügel, Zahnflanken und Kolben der Hydromotoren und -pumpen sowie die Kolben, Kolbenstangen und Buchsen der Arbeitszylinder. Der Verschleiß der Gleitflächen vergrößert die Passungen und hat erhöhte innere Leckage, verringerte Förderleistung und erhöhte Temperaturen zur Folge. Während relativ große Feststoffteilchen häufig plötzliche Maschinenausfälle kurz nach der Erstinbetriebnahme verursachen, führen Verunreinigungen kleinerer Partikelchen  allgemein zu schleichendem Verschleiß mit langsamer Schadensentwicklung. Der schädliche Einfluss fester Verunreinigungen hängt von der Härte, Größe und Konzentration der Teilchen sowie von der Schmutzempfindlichkeit der einzelnen Bauelemente ab. Zu Verschluß führen insbesondere die Feststoffteilchen, deren Größe annähernd der Passung der aufeinander gleitenden Teile entspricht.

Energieumwandlung

Die Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und umgekehrt erfolgt durch:
Hydraulikpumpen und -motoren arbeiten nach dem Rotationsprinzip. Es gibt Pumpentypen, welche auch motorisch arbeiten können. Sie werden deshalb am besten zusammen beschrieben.
Hydraulikzylinder ermöglichen eine lineare Bewegungsumsetzung. Von kleinen Handpumpen für Prüfzwecke abgesehen, werden Hydraulikzylinder zur Umsetzung von hydraulischer Energie in eine Stellbewegung eingesetzt.


 

 

erstellt am: 10.05.2005

geändert am: 24.08.2006

Quelle: Taschenbuch für Handwerk und Industrie von der Firma Bosch