Grundlagen der Hydraulik: Druck, Durchfluss und Kavitation

1. Berechnung des Gewichts einer Ölsäule

Wie viel wiegt eine Ölsäule von 15 Metern Höhe bei einem Querschnitt von einem Quadratzentimeter? (Angenommenes spezifisches Gewicht des Öls: 0,88 kp/dm³)

2. Druck am Boden einer Ölsäule

Wie hoch ist der Druck am Boden einer Ölsäule von 15 Fuß? (Angenommenes spezifisches Gewicht des Öls: 0,88 kp/cm³)

3. Entstehung von Druck in Hydrauliksystemen

Wie wird Druck in einem hydraulischen System erzeugt?

Druck entsteht, wenn der Volumenstrom auf einen Widerstand trifft. Dieser Widerstand kann durch die Belastung des Antriebs oder durch Verengungen (wie Blenden oder Bohrungen) in den Rohrleitungen verursacht werden.

4. Regelung des Durchflusses

Beschreiben Sie die Durchflussregelung in der Hydraulik.

Zur Regelung werden ein Stromregelventil und ein Druckbegrenzungsventil benötigt. Das Stromregelventil erzeugt einen Druckabfall durch eine Teilöffnung, wodurch der Fluss begrenzt wird. Ein Teil des Stroms wird abgeleitet, was die Fließgeschwindigkeit nach dem Regelventil reduziert.

5. Aufgaben von Hydraulikflüssigkeiten

Nennen und beschreiben Sie die Ziele beim Einsatz von Hydrauliköl in der Industrie:

Energieübertragung (Power Transmission)

Als Medium zur Kraftübertragung muss die Flüssigkeit leicht durch Leitungen und Öffnungen fließen können. Ein zu hoher Strömungswiderstand führt zu erheblichen Leistungsverlusten. Die Flüssigkeit sollte zudem so inkompressibel wie möglich sein, um eine sofortige Reaktion der Ventile und Pumpen zu gewährleisten.

Schmierung

In den meisten Hydraulikkomponenten erfolgt die interne Schmierung durch die Flüssigkeit selbst. Verschleißteile in Pumpen gleiten auf einem dünnen Flüssigkeitsfilm. Um eine lange Lebensdauer der Komponenten zu garantieren, muss das Öl entsprechende Verschleißschutz-Additive enthalten.

Abdichtung

In vielen Fällen dient die Flüssigkeit als einzige Abdichtung gegen den Druck innerhalb der Komponenten. Die mechanische Passgenauigkeit und die Viskosität des Öls bestimmen dabei die Leckage-Rate.

Kühlung

Durch die Zirkulation des Öls durch die Leitungen und entlang der Gehäusewände wird Wärme aus dem System abgeführt.

6. Kavitation: Phänomen und Vermeidung

Was ist Kavitation und wie wird sie verhindert?

Kavitation entsteht, wenn am Pumpeneinlass ein zu starkes Vakuum entsteht. Dadurch verdampft das Öl und es bilden sich Gasblasen. Diese Blasen werden zur Druckseite der Pumpe transportiert und implodieren dort mit erheblicher Kraft. Dies kann die Pumpe schwer beschädigen, den Betrieb beeinträchtigen und die Lebensdauer verkürzen.

Um dies zu verhindern, muss das Vakuum am Pumpeneinlass begrenzt werden. Die meisten Hersteller empfehlen ein Vakuum von maximal 0,84 bar am Eingang. Bei einem atmosphärischen Druck von 1,013 bar im Tank bleibt somit eine Differenz von 0,173 bar, um das Öl in die Pumpe zu drücken.