mini|Hydraulische und hydrostatische Anwendungen.
Hydraulik (von altgriechisch ὕδωρ hýdor „Wasser“ und αὐλός aulós „Rohr“)griechisches substantiviertes Adjektiv υδραυλική [τέχνη] hydrauliké [téchne] „die hydraulische [Technik]“. bezeichnet die Technik der Verwendung von Flüssigkeiten zur Signal-, Kraft- und Energieübertragung.
Im weitesten Sinne können auch Anlagen zur Nutzung von Wärme- oder Bewegungsenergie oder zum Flüssigkeitstransport als hydraulische Systeme betrachtet werden (z. B. Wasserversorgung, Wasserkraftwerke, Heizungsanlagen und sonstige Leitungsanlagen).
Die Lehre vom Strömungsverhalten von Flüssigkeiten ist die Hydromechanik.
Geschichtliche Entwicklung mini|hochkant=0.4|Blaise Pascal mini|hochkant=0.4|Joseph Bramah mini|hochkant=0.4|William G. Armstrong mini|hochkant=0.4|Reynold Janney
Als Begründer der technischen Hydraulik gilt der Engländer Joseph Bramah. Im Jahr 1795 entwickelte er eine mit Druckwasser betriebene hydromechanische Maschine, die nach dem hydrostatischen Gesetz von Blaise Pascal arbeitete und die eingebrachte Kraft 2034-fach vergrößerte. 1851 entwickelte William G. Armstrong den Gewichtsakkumulator, einen Speicher, mit dessen Hilfe große Volumenströme erzeugt werden konnten. Die London Hydraulic Power Company nahm 1882 eine zentrale Druckwasserversorgung für mehrere Hydraulikanlagen in Betrieb.
1905 gilt als der Beginn der Ölhydraulik, als Harvey D. Williams und Reynold Janney erstmals Mineralöl als Übertragungsmedium für ein hydrostatisches Getriebe in Axialkolbenbauart mit Taumelscheibe verwendeten, das sie für Verschiebungen bei einem maximalen Druck von 40 bar einsetzten. Hele-Shaw entwickelte 1910 die erste brauchbare Radialkolbenmaschine. 1929 erhielten die Ingenieure Hans Thoma und Heinrich Kosel ein Patent auf eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauart. Die erste Servolenkung entwickelte Harry Vickers (um 1925), das erste vorgesteuerte Druckventil entwickelte er 1936. Jean Mercier baute 1950 in größerem Umfang die ersten hydropneumatischen Druckspeicher. Für die Entwicklung der Servo-Hydraulik waren Arbeiten von John F. Blackburn, Shih-Ying Lee und Jesse Lowen Shearer von Bedeutung, die 1958 in den USA erschienen sind.
Hydraulik zur Kraftübertragung Hydraulik ist in der Technik eine Getriebeart im Gegensatz zu mechanischen, elektrischen und pneumatischen Getrieben. Sie dient zur Leistungs-, Energie- oder Kraft-/Momentenübertragung von der Arbeitsmaschine (Pumpe) zur Kraftmaschine (Kolben bzw. Hydraulikmotor), wobei die Leistungsparameter auf die Forderungen der Kraftmaschine angepasst werden. Die Hydraulik überträgt die Leistung durch die Hydraulikflüssigkeit, in der Regel spezielles Mineralöl, in zunehmendem Maß aber auch durch umweltverträgliche Flüssigkeiten, wie Wasser oder spezielle Carbonsäureester oder Glycole. Die übertragene Leistung ergibt sich aus den Faktoren Druck und Volumenstrom. Zu unterscheiden sind: Hydrodynamische Antriebe arbeiten mit einer Pumpe und einer Antriebsturbine. Die Drehzahl- und Drehmomentwandlung geschieht über die kinetische Energie der Flüssigkeit. Hydrostatische Antriebe wandeln primärseitig die mechanische Leistung der Kraftmaschine (Elektromotor, Dieselmotor) durch eine Pumpe (Arbeitsmaschine) in hydraulische Leistung um. Diese Leistung wird in Verbrauchern (Kraftmaschine) wieder in mechanische Leistung umgeformt, und zwar in Hydraulikzylindern in eine lineare Bewegung oder in Hydromotoren in eine Drehbewegung. Hydrostatische Antriebe haben besseren Wirkungsgrad als andere Getriebearten, wenn die abtriebsseitige Geschwindigkeit stufenlos verstellbar sein muss.
Durch das Einleiten von unter Druck stehender Flüssigkeit in den Zylinder werden die darin befindlichen Kolben und Kolbenstangen in lineare Bewegung versetzt, die für Arbeitsvorgänge und zum Antrieb von Maschinen ausgenutzt wird. Auch rotierende Antriebe können durch Flüssigkeitsdruck realisiert werden, etwa mit dem Hydraulikmotor.
Hydraulische Systeme ähneln prinzipiell den Antrieben der Pneumatik, bei der Druckluft zur Kraft- und zur Signalübertragung verwendet wird, haben aber davon abweichende Eigenschaften. So wird in der Ölhydraulik immer ein Kreislauf des Fluids benötigt (Hin- und Rücklauf), während in der Pneumatik die Abluft – meist über einen Schalldämpfer – in die Umgebung abgeblasen wird. Nur bei der Wasserhydraulik wird gelegentlich auf Kreisläufe verzichtet. Gegenüber der Pneumatik hat die Hydraulik den Vorteil, dass wesentlich höhere Kräfte übertragen werden können und sehr gleichförmige und exakte Fahrbewegungen möglich sind, da die Verdichtung der Hydraulik-Flüssigkeit so gering ist, dass sie bei technischen Anwendungen kaum beeinträchtigend wirkt.
Die Kombination von hydraulischen Elementen mit elektrischen Komponenten zur Steuerung wird als Elektrohydraulik bezeichnet.
Vorteile mini|Hydraulikschläuche Die weite Verbreitung in vielen Industriezweigen verdankt die Hydraulik folgenden Vorteilen: die aufgelöste Bauweise, das heißt die flexible Verbindung zwischen An- und Abtrieb und eine gute konstruktive Anpassung an Raumvorgaben. Als Verbindung zwischen Motor und Pumpe dienen Rohr- und Schlauchleitungen, die weitgehend frei verlegbar sind. Bei mechanischen Antrieben hingegen ist es notwendig, eine direkte Verbindung zwischen Motor und Getriebe und weiter zu Differential über zum Beispiel eine Kardanwelle, Hardyscheibe, Gelenkscheibe oder eine Kette herzustellen. Daher ist dort die Position des Getriebes durch die Position des Motors weitgehend festgelegt. moderne spritzfreie Clean-Break-Schnellkupplungen ermöglichen ein sicheres und sauberes Trennen von Verbraucher und Pumpe. Der Schmutz- und Lufteintrag in die Hydraulikanlage ist gering. stufenlose Geschwindigkeitsstellung des Abtriebes in sehr weiten Grenzen, einfache Umkehr der Bewegungsrichtung Erzeugung linearer Abtriebsbewegungen mit einfachen technischen Bauelementen bei sehr hohen Wirkungsgraden einfache Erzeugung sehr großer Kräfte und Drehmomente sicherer und schnell wirkender Überlastungsschutz durch Druckbegrenzungsventil hohe Leistungsdichte, das heißt vergleichsweise kleine Bauelemente für große Leistungen, vor allem im Vergleich zu Elektromotoren Realisierung parallel arbeitender translatorischer oder rotatorischer Abtriebselemente (Hydraulikzylinder oder Hydromotoren) mit einem Primärteil (Pumpe) in einem gemeinsamen System, dabei ergibt sich die Wirkung eines Differentials ohne weiteren Aufwand hohe Lebensdauer, da das Fluid selbstschmierend ist und als Kühlmedium dienen kann einfache Regelungskonzepte zur optimalen Ausnutzung des Antriebsmotors bei stark variierenden Leistungsanforderungen der Arbeitsmaschine hohe Stellgenauigkeit gleichförmige Bewegungen wegen der geringen Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit Standardisierung durch Anwendung von genormten Bauteilen, Anschlussmaßen, Einbauräumen usw. einfache Anzeige der Belastung durch Druckmessgeräte niedrige Induktivität der Hydromotoren und Zylinder Anfahren aus dem Stillstand bei Volllast schnell (aber bei gleichem Arbeitsdruck langsamer als Pneumatik), feinfühlig, gleichförmig und stufenlos verstellbare Zylinder- und Motorgeschwindigkeiten. Reibung in den Aktoren ist durch hydraulische Öle vermindert. Korrosionsschutz durch Hydraulikflüssigkeit (außer Wasser) kein elektrisches Streufeld der Abtriebe
Nachteile Nachteilig bei hydraulischen Antrieben ist die Kompressibilität des Fluids, die unter Druck zur Kompression führt. Hieraus entstehen unter Umständen Druck- und Bewegungsschwingungen. Dieses Problem wirkt sich aber nur bei Antrieben mit hohen Anforderungen an die Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit bei stark wechselnden Lasten aus, zum Beispiel Vorschubantriebe an Werkzeugmaschinen. Hier muss mit flexiblen Kupplungen gegengesteuert werden, was die Kosten steigert. hohe Anforderung an die Reinheit der Hydraulikflüssigkeit Schaltgeräusche der Ventile Gefahr von Leckagen, Leckölverluste Temperaturabhängigkeit der Hydrauliköle (Viskosität und Energieverlust durch innere Reibung erhöhen sich bei sinkenden Temperaturen) Strömungsverluste, die in Wärme umgesetzt werden und die Anlage aufheizen (Energieverlust) Schwingungsneigung durch Druckstöße und damit verbundene Geräuschentwicklung
Anwendungen Hydraulikzylinder mit linearer Bewegung dienen zum Heben von Lasten in Gabelstaplern, Baggern, Aufzügen, Fahrzeugkranen etc.
Mobile Arbeitsmaschinen wie Baumaschinen oder Landmaschinen werden häufig mit Hydraulik-Antrieb ausgestattet.
Fahrzeuge werden oft mit hydraulischen Getrieben bzw. Flüssigkeitswandlern angetrieben, beispielsweise mit so genannten Schrägachsen- und Schrägscheibenmaschinen, mit denen hohe Leistungen übertragen werden können. Mit Hydraulikgetrieben lässt sich die Kraftübertragung eines mit festgelegter Drehzahl arbeitenden Motors flexibel an die Betriebsbedingungen anpassen, so etwa in Automatikgetrieben und hydraulischen Antrieben von Diesellokomotiven.
mini|hochkant|Zweiwegebagger mini|Hydraulikstempel zum Heben schwerster Lasten (Transformator) mini|Hydraulische Bohrmaschine für den Einsatz unter Wasser Weitere typische Anwendungsbeispiele sind: Hydraulikschrauber und Bolt Tensioners zur Schraubenvorspannung Aufzüge mit geringer Hubhöhe, aber hoher Zuladung Kraftfahrzeuge und muskelbetriebene Zwei- und Dreiräder diverser Bauart: Bremsen (Bremsflüssigkeit, auch bei Fahrrad), automatisierte Getriebe, Servolenkung, Fahrwerksregelung, Cabrioverdecke Verbrennungsmotor: Nockenwellenverstellung, Ventilbetätigung, Betätigung von Einspritzeinheiten Flugzeug: gesamte Steuerung der Flügelklappen (konzipiert während des Zweiten WeltkriegsSpruce Goose Rules: How the Hughes H-4 Hercules Set Aviation History (With Just 1 Flight), The National Interest, 6. April 2019) sowie Ein- und Ausfahren des Fahrwerks Gleisbremsen im Rangierbahnhof Landwirtschaft/Traktoren: Lenkhydraulik, Dreipunkt-Kraftheber, Antreiben und Steuern von Arbeits- und Anbaugeräten Kfz: Fahrzeuge werden mit Hilfe hydraulischer Hebebühnen angehoben Bagger: hydraulischer Antrieb aller Arbeitsgeräte einschließlich Dreh- und Fahrwerk Mobilkrane: hydraulischer Antrieb der Teleskopmasten, Hub- und Windwerk, Drehwerk, Abstützung, Lenkung sowie teilweise Fahrantrieb Flurförderzeuge; zum Beispiel Gabelstapler: alle Bewegungen einschließlich Fahrantrieb und Lenkung Kletterkrane und Vorschubrüstungen werden hydraulisch gehoben und verschoben. Forstmaschinen: hydrostatische Fahr- und Arbeitsantriebe Nutzfahrzeuge: Kipphydraulik, Ladebordwände, Lenkhilfen (Servolenkung), Kupplungs- und Bremsenbetätigung, hydrostatischer Fahrantrieb an der Vorderachse (MAN) Panzer und Fregatten: hydrostatische Überlagerungslenkung, servohydraulische Richtantriebe für die Hauptwaffe beziehungsweise für die Geschütztürme Werkzeugmaschinen: Haupt- und Hilfsbewegungen an Pressen, Scheren und Abkantmaschinen; Vorschubbewegung an Schleifmaschinen, Betätigungsfunktionen wie Werkzeugwechsler, Werkstück- und Werkzeugspannung und Achsenklemmung an allen spanenden Werkzeugmaschinen. Dabei kann die Kraft durch Druckwandler vervielfacht werden. Handwerkzeug, das besonders hohe Kräfte erzielt: zum Schneiden von Drahtseil, Verpressen von Seilklemmen, Wasserrohr-Fittings, Elektro Metallurgie: Antriebe an Elektro- und Hubbalkenöfen; Stranggießanlagen, Chargier- und Kühlbetten Walzwerke: Walzspaltregelungen (Regelung der Dicke des gewalzten Materials mittels sog. hydraulischen Anstellzylindern); alle Hilfsbewegungen für die Zuführung des Walzgutes; Richt- und Scherantriebe Stellantrieb: elektrohydraulische Regelung von Fluiden (Druck, Durchfluss) in der Verfahrenstechnik, Kraftwerke, Pipelines Bergbau: Zylinder im Schreitausbau, hydrostatische Antriebe in Gewinnungsmaschinen und Vortriebsmaschinen