Hydraulische Anlagen – Grundlagen, Aggregate und Einsatzbereiche

In hydraulischen Systemen werden Kräfte durch Druck über Flüssigkeiten übertragen. Maschinen und Anlagen, die nach dem hydraulischen Prinzip arbeiten, haben Vor- und Nachteile – doch auf manchen Gebieten sind sie nach wie vor unschlagbar.

Beim Aufbau einer hydraulischen Anlage müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Je umsichtiger die Planung vonstattengeht, desto effektiver kann die Anlage später arbeiten – das betrifft sowohl den Energieverbrauch als auch die Wartungsintervalle.

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Vergleich von Hydraulik und Pneumatik

Hydraulik und Pneumatik lassen sich sehr gut miteinander vergleichen, da bei beiden Signale, Kräfte und Energie mittels Druck übertragen werden. Während bei der Pneumatik (das Wort ist abgeleitet vom griechischen Wort für Atem) Druckluft als Übertragungsmedium dient, funktioniert Hydraulik mit unter Druck stehenden Flüssigkeiten. Der Begriff stammt ebenfalls aus dem Griechischen und setzt sich zusammen aus dem Wort Hýdor (= Wasser) und Aulós (= Rohr). Als Hydraulikflüssigkeiten können Wasser, Mineralöle, schwer entflammbare Flüssigkeiten sowie Flüssigkeiten, die biologisch abbaubar sind, verwendet werden.

Die in der Pneumatik bzw. in pneumatischen Anlagen eingesetzte Druckluft bildet keinen Luftkreislauf mit Hin- und Rücklauf. Stattdessen entsteht Abluft, die einfach nach aussen abgeblasen wird. Sie muss nicht mit anderen Stoffen vermischt werden und ist daher für Menschen und Umgebung unbedenklich. In der Regel wird ein Schalldämpfer eingebaut, damit sie beim Verlassen des Systems weniger Lärm macht – Druckluft kann sehr laut sein.

In hydraulischen Systemen entsteht die übertragene Leistung durch den Flüssigkeitsdruck und den Volumenstrom in den Leitungen, der für Bewegung sorgt. Zum Erzeugen und Aufrechterhalten des benötigten Stroms und Drucks dient in aller Regel eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe. Ausser bei der Wasserhydraulik, die wie die Pneumatik mit einem neutralen Medium zur Kraftübertragung arbeitet, brauchen hydraulische Systeme einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf, also einen Hin- und Rücklauf: Die verwendete Hydraulikflüssigkeit wird von der Pumpe zum Verbraucher bzw. zur Verbrauchsstelle gefördert und von dort über Rücklaufrohre oder -schläuche zurück zum Flüssigkeitsbehälter.

Aufbau und Einsatzgebiete hydraulischer Anlagen

Hydraulische Systeme bestehen fast immer aus einer Pumpe, einem Flüssigkeitsbehälter, verschiedenen Steuerelementen (zum Beispiel Ventilen) und dem sogenannten Verbraucher. Das ist in der Regel entweder ein Hydraulikzylinder oder ein Hydromotor, der die hydraulische Energie in mechanische verwandelt.

Der Klassiker unter den Verbrauchern ist der Hydraulikzylinder, der etwa in hydraulischen Gabelstaplern, Hebebühnen, Kränen, Baggern und Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommt. Neben den bereits erwähnten Bremskreisläufen in Fahrzeugen wird Hydraulik auch in der Luftfahrt verwendet, etwa zum Ausfahren der Fahrwerke oder Steuern der Flügelklappen von Flugzeugen. Die Anwendungsbereiche können in diese vier Kategorien unterteilt werden:

• Mobilhydraulik (z. B. hydraulischer Gabelstapler oder Bagger)
• Stationärhydraulik (Anlagen in Werkstätten, Industriebetrieben etc.)
• Fahrzeughydraulik
• Flugzeughydraulik

Auch grosse Fahrgeschäfte auf Rummelplätzen bedienen sich vielfach der Hydraulik, um die gewaltigen Kräfte zu übertragen, die etwa zum Drehen, Heben und Senken tonnenschwerer Karussellarme und Fahrgäste erforderlich sind.

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Vorteile und Nachteile der Hydraulik in Technik und Industrie

Ein gut konzipiertes und intaktes hydraulisches System erlaubt die Übertragung sehr hoher Kräfte auf besonders exakte und gleichmässige Weise. So könnten die gleichförmigen und präzisen Fahr- oder Arbeitsbewegungen hydraulischer Maschinen mit einem pneumatischen System kaum realisiert werden. Zudem brauchen auch leistungsstarke hydraulische Anlagen vergleichsweise wenig Platz. Das geringe Bauvolumen macht sie attraktiv für Betriebe, in denen die Fläche knapp bemessen ist und jeder für andere Nutzungsmöglichkeiten frei bleibende Quadratmeter bares Geld bedeutet.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Hydraulik ist, dass sie sich nicht langsam warmlaufen oder erst richtig in Schwung kommen muss, bevor sie ihre volle Leistung entfaltet. Auch gibt es keine Nachlaufzeiten (wie etwa das typische „Nachdieseln“ älterer oder schwerer Motoren) nach der Belastung: Hydraulik kann aus dem Stillstand heraus auf Volllast gehen und umgekehrt. Die Kraft und auch die Geschwindigkeit lassen sich stufenlos und präzise regeln.

Dazu kommt, dass man bei hydraulischen Anlagen vergleichsweise wenig Angst haben muss, sie könnten einem bei starker oder dauerhafter Überlastung buchstäblich um die Ohren fliegen. Der Überlastungsschutz ist recht einfach zu realisieren: Wenn der Druck über das vorher festgelegte und eingestellte Maximum steigt, öffnet sich ein Druckbegrenzungsventil, so dass die Leistung stagniert bzw. zur Verlustleistung wird. Der Volumenstrom wird einfach in den Flüssigkeitsbehälter zurückgeleitet.

Zu den prinzipiellen Nachteilen der Hydraulik gehören flüssigkeitsbedingte Eigenschaften, etwa die Temperaturempfindlichkeit der verwendeten Hydraulikflüssigkeit, die den Einsatzbereich des Systems einschränkt. Die Flüssigkeit muss gefiltert und regelmässig kontrolliert werden, ausserdem muss eine hydraulische Anlage, um optimal zu arbeiten, frei von Leckagen sein. Sie stets überall dicht zu halten, stellt je nach Alter, Grösse und Aufbau des Systems eine ständige und schwierige Herausforderung dar.

Hydraulische Komponenten, Aggregate und Adapter

Als Hydraulikaggregat wird in der Regel die Einheit aus Motor, Pumpe, Tank und Ventilblock bezeichnet. Die Pumpe wird auch das Primärteil genannt, denn sie steht am Anfang der Kraftübertragung. Am anderen Ende sitzt der Motor, der aus der hydraulischen Kraft wieder eine mechanische macht. Er wird als Sekundärteil des Hydraulikaggregats bezeichnet.

Darüber hinaus müssen für alle geplanten Komponenten, also Verbraucher bzw. Geräte, geeignete Schläuche, Leitungen, Filter und Anschlüsse installiert werden – nicht mehr als nötig und jeder so klug geführt bzw. positioniert wie möglich, um die Gefahr von Leckagen und Sollbruchstellen einzudämmen und die Energieeffizienz der Anlage zu steigern.

Die Behälter, technischen Komponenten, Leitungen und Anschlüsse orientieren sich dabei idealerweise genau an den Platzverhältnissen vor Ort – oder den Bedingungen des mobilen Einsatzes. Je nachdem, welche Aufgaben das Aggregat wo zu erfüllen hat, werden flexible (Hochdruck‑)Schläuche oder starre Metallrohre verlegt.

Hydraulik will verstanden und gepflegt werden

Ältere und dynamisch gewachsene Hydraulikanlagen arbeiten oft nicht mehr zeitgemäss bzw. bringen weniger Leistung, als sie könnten. Doch auch neue Anlagen brauchen viel Aufmerksamkeit und regelmässige Wartung, um bei bestmöglicher Energieeffizienz ein möglichst langes und störungsfreies Maschinenleben zu führen.

Ähnlich wie bei Druckluftsystemen ergeben sich die besten Ansätze zur Optimierung einer Hydraulikanlage aus einem besseren Verständnis für deren Funktionen und gängige Fehlerquellen. Damit und mit den empfohlenen Kontroll- und Wartungsarbeiten rund um die Hydraulik beschäftigt sich der zweite Teil dieser Serie.

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Fazit: In puncto Energieeffizienz hinkt Hydraulik der Elektromechanik hinterher. Doch die Kraftübertragung mittels Flüssigkeiten bietet etliche Vorteile und ist darum für viele Einsatzgebiete optimal – sofern die Anlage stimmig konzipiert und frei von Leckagen ist.

 

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