Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

Hydraulische Anlagen

Hydraulische Anlagen verstehen und berechnen: Druck, Kolbenkraft, Volumenstrom, Kolbengeschwindigkeit, Pumpenleistung und Ventile im Schaltplan.

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Darum geht es

Eine Hydraulikanlage überträgt Kraft mit Öl. Die Pumpe im Aggregat erzeugt einen Volumenstrom $Q$ , Wegeventile lenken ihn zum Zylinder oder Motor, Druck- und Stromventile begrenzen Druck und Geschwindigkeit. Der Druck entsteht erst durch den Widerstand der Last; die Pumpe fördert nur. Das Druckbegrenzungsventil hinter der Pumpe schützt die Anlage, indem es bei Erreichen des eingestellten Drucks zum Tank öffnet.

Für die Kraft gilt das Gesetz von Pascal, der Druck wirkt in alle Richtungen gleich. Die Kolbenkraft ist Druck mal wirksamer Fläche, beim Einfahren ist das nur die Ringfläche zwischen Kolben und Stange. Die Geschwindigkeit hängt dagegen vom Volumenstrom ab, nicht vom Druck. Weil die Ringfläche kleiner ist, fährt ein Differentialzylinder bei gleichem Volumenstrom schneller ein als aus, aber mit weniger Kraft.

Im Schaltplan stehen die Bauteile als Symbole nach DIN ISO 1219, die Anschlüsse von Wegeventilen heißen meist P (Pumpe), T (Tank) sowie A und B (Verbraucher). Vor jeder Arbeit wird die Anlage drucklos gemacht, auch ein Hydrospeicher wird entladen und gesichert. Beim ersten Anfahren entlüftest du die Anlage, prüfst Ölstand, Drehrichtung der Pumpe und Dichtheit und stellst die Drücke von niedrig nach oben ein.

Das solltest du dir merken

Der Druck entsteht durch den Widerstand der Last, die Pumpe erzeugt nur einen Volumenstrom.
Die Kraft hängt vom Druck ab, die Geschwindigkeit vom Volumenstrom.
Beim Einfahren wirkt nur die Ringfläche, der Zylinder ist schneller und schwächer.
Vor Arbeiten Anlage drucklos machen und Hydrospeicher ölseitig entladen.
Umrechnung 1 bar = 0,1 N/mm² = 10 N/cm².

Formeln

Kolbenkraft: $F = p \cdot A \cdot η$; $F$ in N, $p$ Druck in N/mm², $A$ wirksame Fläche in mm², $η$ Wirkungsgrad des Zylinders
Ringfläche: $A_{R} = \frac{π \cdot ( D ^{2} - d ^{2} )}{4}$; $A_{R}$ in mm², $D$ Kolbendurchmesser, $d$ Stangendurchmesser in mm
Kolbengeschwindigkeit: $v = \frac{Q}{A}$; $v$ in m/s, $Q$ Volumenstrom in m³/s, $A$ wirksame Fläche in m²
Antriebsleistung der Pumpe: $P = \frac{p \cdot Q}{η}$; $P$ in W, $p$ in Pa, $Q$ in m³/s, $η$ Gesamtwirkungsgrad; mit bar und l/min gilt $P$ in kW $= p \cdot Q / (600 \cdot η)$

Typische Fehler in der Prüfung

Bar nicht in N/mm² umgerechnet; die Kraft wird zehnmal zu groß.
Beim Einfahren mit der vollen Kolbenfläche statt der Ringfläche gerechnet.
Liter je Minute nicht in m³/s oder mm³/min umgerechnet; die Geschwindigkeit stimmt dann nicht.
Annahme, die Pumpe erzeuge den Druck; dann wird die Funktion des Druckbegrenzungsventils falsch erklärt.

Tipps aus der Werkstatt

In der Hydraulik hilft die Umrechnung 1 bar = 10 N/cm². Kraft F = p · A, Geschwindigkeit v = Q / A. Der Druck bestimmt also die Kraft, der Volumenstrom die Geschwindigkeit. Beim Einfahren wirkt nur die kleinere Ringfläche.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Hydraulische Anlagen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Industriemechaniker, Lernfeld 10 (Herstellen und Inbetriebnehmen von technischen Systemen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.