Aufbau und Wirkungsweise
Eine hydraulische Anlage besteht aus zwei unterschiedlich großen Zylindern mit beweglichen Kolben,
die durch eine Leitung miteinander verbunden sind (Bild 2). In den Zylindern
und in der Leitung befindet sich Öl oder eine andere Flüssigkeit.
Man nennt eine solche für hydraulische Anlagen genutzte Flüssigkeit
auch Hydraulikflüssigkeit.
Erzeugt man an einem Kolben einen Kolbendruck,
so tritt dieser Druck in der gesamten Flüssigkeit und auch am anderen
Kolben auf, denn in einer abgeschlossenen Flüssigkeit ist der Druck
überall gleich groß und breitet sich allseitig aus. Damit gilt
für den Druck an den beiden Kolben:
Setzt man in diese Gleichung für den Druck den Quotienten aus jeweiliger Kraft F und Fläche A ein, so erhält man das Gesetz für hydraulische Anlagen. Es besagt:
Für jede hydraulische Anlage im Gleichgewicht gilt:
Die an den Kolben wirkenden Kräfte verhalten sich wie die Flächen der Kolben, mit anderen Worten: Auf einen Kolben mit größerer Fläche wirkt eine größere Kraft als auf einen Kolben mit kleinerer Fläche. Man kann auch sagen: Mit einer kleinen Kraft am Kolben mit der kleinen Fläche (Pumpkolben) kann man eine große Kraft am Kolben mit der großen Fläche (Arbeitskolben) hervorrufen.
Wie bei allen kraftumformenden Einrichtungen gilt
auch für hydraulische Anlagen die Goldene
Regel der Mechanik:
Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen.
Bei Vernachlässigung der Reibung ist die Arbeit am Pumpkolben genauso
groß wie die Arbeit am Arbeitskolben.
Beispiel: Hydraulische Presse
Eine hydraulische Presse dient dazu,
um z. B. Bleche in eine bestimmte Form zu bringen. Auf diese Weise stellt
man Karosserieteile für PKW her. Der Aufbau einer solchen Presse
ist in vereinfachter Form in Bild 3 dargestellt.
Mit dem Pumpkolben wird in der Flüssigkeit ein Druck hervorgerufen,
der auch auf den Arbeitskolben (Presskolben) wirkt. Da die Fläche
des Presskolbens wesentlich größer ist als die Fläche
des Pumpkolbens, ist nach dem Gesetz für hydraulische Anlagen auch
die Kraft am Presskolben wesentlich größer als die am Pumpkolben.
Das Werkstück, z. B. ein Blech, wird mit großer Kraft in eine
Form gedrückt und nimmt damit diese Form "auf kaltem Wege"
an.
Weitere Anwendungen
Weitere Beispiele für hydraulische Anlagen sind hydraulische Hebebühnen,
hydraulische Wagenheber oder hydraulische
Bremsen. Bei Baggern und LKW werden ebenfalls hydraulische Anlagen
genutzt, z. B. zum Heben des Baggerarmes, zur Betätigung des Greifers
oder zum Abheben der Ladefläche eines LKW.
Auch die Bremsen von PKW und LKW sind hydraulische Anlagen. Genauere Informationen
zu Bremsen sind unter diesem Stichwort zu finden.
Pneumatische Anlagen
Anlagen, die nicht mit einer Flüssigkeit, sondern mit Druckluft arbeiten, bezeichnet man als pneumatische Anlagen. Solche pneumatischen Anlagen nutzt man z. B. für die Betätigung von Bremsen bei Zügen oder für die Betätigung des Schließmechanismus von Bustüren. Sie sind ähnlich aufgebaut wie hydraulische Anlagen. Es gelten auch die oben genannten Gesetze und Zusammenhänge.