Lernfeld 6 · Prüfung Teil 1

Hydraulik: Grundlagen und Schaltpläne

Hydraulik von Grund auf: Druck, Kraft und Fläche, hydraulische Presse, Druckübersetzer, Schaltzeichen nach DIN ISO 1219 und die vier Ventilgruppen.

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Darum geht es

In der Hydraulik überträgt eine Flüssigkeit, meist Hydrauliköl HLP, Energie von der Pumpe zum Antrieb. Grundlage ist das Gesetz von Pascal: Der Druck in einer eingeschlossenen Flüssigkeit wirkt nach allen Seiten gleich. Daraus folgt die Kraftübersetzung der hydraulischen Presse, bei der sich die Kräfte wie die Kolbenflächen verhalten, also wie die Quadrate der Durchmesser. Was an Kraft gewonnen wird, geht an Weg verloren. Ein Druckübersetzer nutzt dasselbe Prinzip, um aus einem niedrigen Druck einen hohen zu machen. Weil Öl fast nicht zusammendrückbar ist, arbeiten Hydraulikantriebe steif und gleichmäßig.

Der Volumenstrom bestimmt die Geschwindigkeit. Nach der Kontinuitätsgleichung ist der Volumenstrom überall gleich, in engen Leitungen strömt das Öl deshalb schneller. Druckleitungen werden für etwa 3 bis 6 m/s ausgelegt, Saugleitungen für deutlich weniger, damit an der Pumpe keine Kavitation entsteht.

Im Schaltplan nach DIN ISO 1219 sind die Bauteile als Symbole in Ruhestellung gezeichnet, der Energiefluss verläuft von unten nach oben: Aggregat mit Motor, Pumpe, Tank und Druckbegrenzungsventil unten, darüber die Ventile, oben die Antriebe. Ausgefüllte Dreiecke bedeuten Hydraulik, leere Pneumatik. Die Ventile gliedern sich in Wegeventile, Sperrventile, Druckventile und Stromventile. Wegeventile werden nach Anschlüssen und Schaltstellungen benannt; bei 4/3-Wegeventilen entscheidet die Mittelstellung, ob Pumpe und Antrieb gesperrt, entlastet oder frei sind.

Das solltest du dir merken

Der Druck wirkt in der eingeschlossenen Flüssigkeit nach allen Seiten gleich (Pascal).
Die Kräfte der Presse verhalten sich wie die Flächen, also wie die Quadrate der Durchmesser.
Enge Leitung bedeutet hohe Strömungsgeschwindigkeit; die Saugleitung wird weit ausgeführt.
Ausgefülltes Dreieck im Schaltzeichen steht für Hydraulik, leeres für Pneumatik.
Schieberventile haben Leckage; Lasten hält man mit einem entsperrbaren Rückschlagventil.

Formeln

Druck: $p = \frac{F}{A}$; $p$ in N/mm² (1 N/mm² = 10 bar), $F$ Kraft in N, $A$ Kolbenfläche in mm²
Kraftübersetzung der hydraulischen Presse: $\frac{F _{2}}{F _{1}} = \frac{A _{2}}{A _{1}} = (\frac{D _{2}}{d _{1}})^{2}$; $F_{1}$ , $A_{1}$ , $d_{1}$ am kleinen Kolben, $F_{2}$ , $A_{2}$ , $D_{2}$ am großen Kolben
Druckübersetzer: $p_{1} \cdot A_{1} = p_{2} \cdot A_{2}$; $p_{1}$ , $A_{1}$ Niederdruckseite, $p_{2}$ , $A_{2}$ Hochdruckseite
Kontinuitätsgleichung: $Q = A \cdot v$; $Q$ Volumenstrom in m³/s, $A$ Leitungsquerschnitt in m², $v$ Strömungsgeschwindigkeit in m/s

Typische Fehler in der Prüfung

Mit dem Durchmesserverhältnis statt mit dessen Quadrat gerechnet.
Liter je Minute nicht in mm³/s oder m³/s umgerechnet.
Beim Druckübersetzer die Seiten verwechselt und einen kleineren Druck berechnet.
Umlauf- und Schwimmmittelstellung des 4/3-Wegeventils verwechselt.

Tipps aus der Werkstatt

Bei der hydraulischen Presse verhalten sich die Kräfte wie die Flächen, also wie die Quadrate der Durchmesser: doppelter Durchmesser, vierfache Kraft. Im Schaltzeichen heißt ausgefülltes Dreieck Hydraulik, leeres Pneumatik, und die Spitze zeigt, wohin die Energie fließt.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

14 Aufgaben zu „Hydraulik: Grundlagen und Schaltpläne“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Industriemechaniker, Lernfeld 6 (Installieren und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme); DIN ISO 1219. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.