Hydraulik und Pneumatik

Fluidtechnik – Hydraulik und Pneumatik überträgt Kraft und Leistung zum Antreiben, Steuern und Bewegen. Schnelligkeit, Kraft, Präzision – die Dynamik von Maschinen und Anlagen sind häufig Resultate hydraulischer und pneumatischer Antriebs- und Steuerungstechnik. Bei linearen wie auch rotatorischen Bewegungen, gleichmäßigen Huboder Senkbewegungen, Beschleunigungsforderungen, Leistungsübertragungen oder dem Bedarf Positionen anzufahren und zu halten, finden hydraulische und pneumatische Komponenten in fast allen Bereichen der Industrie ihre Anwendung. Im Wettbewerb mit alternativen Antriebstechniken weist sich die Hydraulik vor allem durch ihre wesentlich höhere Leistungsdichte und die Pneumatik durch ihre kostengünstige und effiziente Bauweise aus. Hydraulik und Pneumatik begegnet uns überall im täglichen Leben. Kaum ein Produkt kommt ohne den Einsatz der Fluidtechnik zustande, kaum eine Maschine oder ein Flugzeug bewegt sich ohne sie – nur ist es uns meistens nicht bewusst. Die Hydraulikund Pneumatikhersteller sind Zulieferer für die gesamte Industrie. Zu ihren Abnehmerbranchen zählen z. B. die Automobilindustrie, die Baumaschinen- und Landmaschinenindustrie, die Fördertechnik, die Hersteller von Nahrungsmitteln und Verpackungsmaschinen, von Holzbearbeitungs- und Werkzeugmaschinen, ebenso wie die Elektrotechnik, der Schiffbau, die Hütten- und Walzwerkindustrie bis hin zur Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Umwelttechnik, Gummi- und Kunststoffindustrie und Chemie.

Nachfolgend werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Druckmedien vorgestellt sowie die Charakteristika des Fluids als Konstruktionselement mit seinen spezifischen Parametern beschrieben. Fluid ist der Oberbegriff für Gase und Flüssigkeiten. Fluide bestehen aus Atomen oder Molekülen, die miteinander in Wechselwirkung stehen, aber keine feste Ordnungsstruktur aufweisen; die Substanz ist daher frei beweglich, unbegrenzt deformierbar und gibt beliebig kleinen Kräften nach. Der Fokus liegt nachfolgend auf Druckflüssigkeiten (Hydrauliköl) und Druckluft.

Der statische Druck p, den das ruhende Fluid auf eine Oberfläche ausübt, istdarin ist

Gebräuchliche Einheiten sind PASCAL und bar:

Hydraulik und Pneumatik sind in der Lage, auf begrenztem Raum größere Stellkräfte und Momente bereitzustellen. Das Grundprinzip der Leistungsübertragung in der Fluidtechnik wird anhand eines hydraulischen Wagenhebers erläutert. In Abb. 4.1 soll die linke Seite durch ein schweres Fahrzeug F ₁ und die rechte Seite durch menschliche Muskelkraft F ₂ belastet werden. Aufgrund des hydrostatischen Gleichgewichtes gilt im Ruhezustand

Das Kräfteverhältnis hängt nur vom Flächenverhältnis ab, kann also konstruktiv nahezu beliebig gewählt werden, einzige Begrenzung ist der verfügbare Bauraum.

Der Vorteil der Kraftverstärkung wird mit einem Nachteil erkauft: Soll die linke Seite angehoben werden, so gilt wegen der Kontinuitätsgleichung (3.2)speziell für inkompressible Medien

Hydraulische und pneumatische Komponenten bilden aufgrund ihrer Leistungsdichte oft die Stelleinrichtungen und Aktuatoren von Steuerungen und Regelungen in technischen Systemen. Die Mikroelektronik hat dabei die autonome Steuerung, Regelung und Überwachung des technischen Systems übernommen. Hydraulische und pneumatische Komponenten setzen jedoch die „Stellbefehle kraftvoll und präzise“ um und halten so das technische System unter Kontrolle.