Hydraulik vs. Pneumatik – Vorteile und Nachteile

Bustüren, Baumaschinen, Brücken und Bagger – viele für uns, wie selbstverständlich ablaufende Antriebe und Kräfte, beinhalten eine geniale Technik. Eine Technik, die Kraft und Bewegung entwickelt, indem sie eine Flüssigkeit oder Luft unter Druck setzt. Sie ahnen es: es geht um Hydraulik und Pneumatik.

Sowohl mit Hydraulik, als auch mit Pneumatik wird Energie und Bewegung erzeugt – doch, wo liegen die Unterschiede? Was sind die jeweiligen Vor- und Nachteile und für welche Anwendungen bzw. für welchen Einsatz ist welches Verfahren geeignet.

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Die Anwendung und Funktionsweise

Fangen wir einmal von vorne an und rufen uns kurz ins Gedächtnis zurück, wie hydraulische und pneumatische Antriebe funktionieren: Sowohl die Hydraulik, als auch die Pneumatik erzeugen Kraft, indem sie durch einen Kompressor Druck erzeugen. Einmal durch die Verwendung von Wasserdruck und einmal durch die Nutzung von Druckluft.

Hydraulik

Die Hydraulik verwendet als Übertragungsmedium Hydrauliköl und macht sich dessen gleichmäßiges Strömungsverhalten zu Nutze. Energie und Bewegung werden erzeugt, in dem das Öl, mit Hilfe einer Pumpe, Kolben und mehrerer Zylinder, unter Druck gesetzt wird.

Das Grundprinzip läuft so ab: Zwei Zylinder werden über Leitungen, in denen sich Hydrauliköl befindet, miteinander verbunden. Drückt man die Kolbenstange des einen Zylinders (in diesem Falle „Geberzylinder“) hinunter, wird die Kolbenstange des anderen Zylinders („Nehmerzylinder“) herausgedrückt.

Da sich Flüssigkeit stets gleichmäßig ausdehnt, kann man Druck erzeugen, in dem man sie durch Kolben und Zylinder einengt und ihr Platz wegnimmt. Der entstehende Druck wird in Strömungsenergie umgewandelt, mit der es möglich ist, schwere Last zu heben oder große Maschinen zu bewegen.

Mehr dazu hier: Funktionsweise einer Hydraulikanlage

Funktionsweise der Hydraulik

Pneumatik

Die Pneumatik funktioniert ähnlich, nur dass sie keine Flüssigkeit zur Druckerzeugung nutzt, sondern Luft oder Gase. Da sie kein geschlossenes System von Leitungen benötigt, sind die Anlagen weniger komplex aufgebaut.

Übrigens steckt die Funktionsweise schon im jeweiligen Begriff an sich drin: Pneumatik stammt von dem griechischen Wort „pneuma“ ab, was „Wind“ oder auch „Atem“ bedeutet, während sich Hydraulik von den Worten „Hydro“ (Wasser) und “Aulos” (“Rohr”) ableitet.

Funktionsweise der Pneumatik

Ein wesentlicher Unterschied

Beide Verfahren sind sich auf den ersten Blick sehr ähnlich, es gibt aber entscheidende Unterschiede, wie wir in diesem Beitrag sehen werden.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Pneumatik und Hydraulik liegt darin, dass sich die Gase bzw. die Luft, die in der Pneumatik genutzt werden, zusammendrücken lassen, also kompressibel sind. Eine Flüssigkeit hingegen, die bei der Hydraulik verwendet wird, ist inkompressibel.

Welche Auswirkungen dies hat und was die Nach- und Vorteile sind, werden wir uns nun einmal genauer ansehen:

Vorteile der Hydraulik

• Extrem große Kräfte: Durch die Verwendung von inkompressiblen Flüssigkeiten können bei der Hydraulik extrem große Lasten bewegt werden. Der Druck , der unteranderem durch unterschiedlich große Zylinder entsteht, wird ohne Energieverluste als Kraft übertragen und kann komplett genutzt werden.
• Präzise Steuerung: Druck, der durch inkompressible Flüssigkeiten und Öle entsteht, verteilt sich gleichmäßig im ganzen System. Daher lässt sich die gewonnene Kraft kontrolliert, zielgerichtet und präzise steuern.
• Hohe Leistung auf kleinem Raum: Hydraulischer Antrieb kann sehr große Leistungen mit nur kleinen Bauelementen erbringen.
• Sichere Energiegewinnung: In Hydraulikanlagen lässt sich Kraft ungefährlich generieren, auch bei extrem hohem Druck besteht kaum eine Explosionsgefahr. Dies kommt daher, da Flüssigkeiten keine Druckenergie speichern.
• Langlebigkeit: Ein weiterer Vorteil von Hydraulikanlagen ist ihre Langlebigkeit. Die Systeme sind robust und haben eine hohe Beständigkeit in ihrer Funktion.

Nachteile der Hydraulik

• Preis: Eine Hydraulikanlage und deren Flüssigkeit sind teuer. Es wäre natürlich praktisch normales Wasser in hydraulischen Systemen zu verwenden, da dies durch seine unterschiedlichen Aggregatzustände, mögliche Ausdehnung und korrosiven Eigenschaften für die Prozesse auf Dauer allerdings nicht geeignet ist, müssen teurere Hydrauliköle oder Spezialfluide verwendet werden.
• Komplexe Anlagen: Um Strömungsenergie zu erzeugen, müssen die Kreisläufe geschlossen sein. Für diesen Prozess sind unterschiedliche Komponenten nötig: es braucht Leitungen, Filter, die passende Pumpe, Zylinder und Kolben. Diese müssen regelmäßig gewechselt und gereinigt werden.
• Umweltfaktor: Sollte in einer Anlage einmal ein Leck entstehen, kann Fluid, wie beispielsweise Öl, austreten, was die Umwelt verschmutzt. In Maschinen der Forstwirtschaft dürfen aus diesem Grund nur pflanzliche Öle verwendet werden.
• Geschwindigkeit: Mit hydraulischen Prozessen sind keine sehr schnellen Bewegungen möglich, da die Flüssigkeit einen hohe Reibungswiderstand in den Leitungen hat.

Vorteile der Pneumatik

• Verfügbarkeit und Preis: Luft ist allgegenwärtig, kostenlos und jederzeit verfügbar. Sie muss nicht separat angeschafft und in einen geschlossenen Kreislauf eingebracht werden.
• Geschwindigkeit: Mit Druckluft sind hohe Strömungsgeschwindigkeiten möglich, wodurch sehr schnelle Bewegungen erzeugt werden können (durchschnittlich 2m/s).
• Installation: Pneumatische Systeme sind wenig komplex und zeichnen sich durch eine einfache Montage aus. Werkzeuge und Motoren können schnell gewechselt werden, weil die Leitungen weder neu befüllt noch entlüftet werden müssen.
• Sauber: Da lediglich Luft befördert wird, ist der Betrieb der pneumatischen Anlage sehr sauber, was insbesondere in der Lebensmittelindustrie ein Vorteil ist.

Nachteile der Pneumatik

• Unpräzise Steuerung: Luftdruck dehnt sich, im Gegensatz zu einer Flüssigkeit, nicht gleichmäßig aus und „federt ab“, daher sind keine präzisen Steuerungen und exakten Bewegungen möglich.
• Energieverlust: Wenn Luft bzw. Gas komprimiert und unter Druck gesetzt wird, erwärmt es sich, durch diese Erhitzung geht ein Teil der zum Verdichten aufgebrachten Energie verloren.
• Explosionsgefahr: Durch die unkontrollierte Erhitzung und Abkühlung von Luft und Gasen, kann es schlagartig zu sehr hohem Druck kommen. Dieser Druck kann unerwünschte Explosionen verursachen.
• Verschleiß: Die Antriebe von pneumatischen Systemen verschleißen zügiger und müssen regelmäßig ersetzt werden. Der Kompressor und die Luftfilter sollten kontinuierlich gewartet werden.
• Leistung: Möchte man mit pneumatischen Systemen größere Kräfte erzeugen, sind sehr große Zylinderflächen notwendig.

Fazit und Folgen: Der richtige Antrieb für Sie

Wie wir in diesem Beitrag gesehen haben, hat sowohl die Lehre der Hydraulik, als auch die Lehre der Pneumatik entscheidende Vor- beziehungsweise Nachteile.

Um den richtigen Antrieb für Sie zu finden, müssen Sie sich fragen, was Sie genau benötigen: schnelle, geringe Kraft, wie zum Beispiel die, die in Bustüren zu finden ist? Oder möchten Sie schwere Lasten zielgerichtet bewegen können, wie es bei Autokränen und Baggern der Fall ist?

Selbstverständlich stehen wir hier auch beratend zur Seite.

Hydraulik vs Pneumatik

Fassen wir noch einmal zusammen

Auf der einen Seite haben wir die Pneumatik, die überall dort, wo hohe Geschwindigkeiten mit geringer oder mittlerer Kraft benötigt werden, passend ist. Auf der anderen Seite steht die Hydraulik, die sich dann optimal eignet, wenn große Kräfte gebraucht werden, die zwar eine geringere Geschwindigkeit in der Bewegung haben, dafür aber präzise gesteuert werden können.

Die Tower Bridge in London oder das Aufblasen von Tetrapacks – der Einsatz von hydraulischem und pneumatischer Beitrag ist groß – wir freuen uns, wenn auch Sie mit Hilfe dieser Techniken ihren optimalen Antrieb finden.

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