Diskussionen und Meinungen unserer Nutzer
Hydraulik vs. Pneumatik
Unsere Community tauscht sich über die Unterschiede aus
Egal ob Du ein Hobby-Erfinder bist und ein neues Projekt planst, eine Referat in Physik vorbereiten musst oder einfach nur aus Neugier wissen willst, wie hydraulische und pneumatische Systeme funktionieren und wo der Unterschied liegt - in unserer Community wurden die meisten Fragen zu diesem Thema schon beantwortet.
Inhalt
- Was ist Hydraulik und was ist Pneumatik - Die Erklärungen unserer Nutzer
- Wo die Unterschiede liegen - Hinweise aus der Community
- Die Vor- und Nachteile der beiden Methoden - Meinungen der gutefrage Nutzer
Was sind Hydraulik und Pneumatik und wie funktionieren solche Systeme?
Die Begriffe Hydraulik und Pneumatik bezeichnen zunächst einmal ganz allgemein die Lehre vom Fließ- oder Strömungsverhalten von Flüssigkeiten (Hydraulik) und Gasen (Pneumatik). Flüssigkeiten und Gase werden als fließfähige Stoffe auch Fluide genannt, deswegen werden Hydraulik und Pneumatik unter dem Begriff Fluidtechnik zusammengefasst. Aus technischer Sicht geht es dabei immer darum, eine Kraft und somit eine Bewegung mit Hilfe eines solchen Fluids von einem Ort zum anderen zu übertragen. Die Kraft wird dabei durch eine Pumpe oder einen Verdichter erzeugt, über Steuerventile geregelt und über Rohrleitungen zu einem Hubkolben oder einem rotierenden Motor übertragen.
Die gutefrage Community hat sich mit beiden Systemen beschäftigt und erklärt sie folgendermaßen:
Antwort“[Hydraulik beschreibt] Physikalische Kräfte die durch Leitungen mit Hilfe von Flüssigkeiten übertragen werden. Beispiel: Bremsen bei Autos und Motorrädern.”
Antwort“[Hydraulik ist die] Kunde vom Strömungsverhalten der Flüssigkeiten, Flüssigkeit als Energie-, Kraft- und Signalübermittler.”- Antwort“[...] Bei Pneumatik handelt es sich ganz einfach um Druckluft. Gemeint ist die Luft, die durch technische Hilfsmittel (Kompressor) unter hohem Druck verdichtet wird. Ein Autoreifen zum Beispiel wird pneumatisch aufgepumpt.”
- Antwort“Pneumatik ist nichts anderes als komprimierte Luft. In Steuerungen ist es so möglich über Signalglieder, Prozessoren, Stellglieder Aktuatoren zu steuern”
- Antwort“[Hydraulik] ist im Grunde genommen ein erweitertes Hebelgesetz. Dadurch, dass du mit einem kleineren Durchmesser drückst, musst du mehr Weg zurücklegen, bis das selbe Volumen verdrängt ist. Mehr Weg bedeutet auch gleichzeitig weniger Kraftaufwand, da erst bei Erreichen des […]
- Antwort“Jeder hydraulische Wagenheber ermöglicht es auch sehr schwächlichen Benutzern sehr schwere Lasten so weit anzuheben, dass man bestimmte Arbeiten leicht erledigen kann: Ein Vordach meines letzten (sehr alten) Hauses drohte wegen sehr weichen Untergrundes abzustürzen. Nachdem ich […]
Antwort“p=F/A Also: Druck ist proportional zur Kraft und umgekehrt proportional zur Fläche. Alles weitere darfst du dir selbst ausreimen.”
Eine Besonderheit dabei ist, dass hier auch eine Form des Hebelgesetzes gilt. Ein Kolben mit kleiner Querschnittsfläche in der Pumpe kann also ein vielfaches der Pumpenkraft auf einen größeren Arbeitskolben übertragen, welcher sich dann aber nur um einen entsprechenden Bruchteil der Strecke bewegt, die der Pumpenkolben zurückgelegt hat. Dadurch lassen sich auch mit relativ kleinen Pumpen sehr große Kräfte erzeugen, denn sie müssen auf diese Weise nur schneller, aber nicht stärker pumpen.
Was ist nun der Unterschied? Oder ist es irgendwie doch dasselbe?
Obwohl das Grundprinzip bei beiden Methoden identisch ist, macht es einen großen Unterschied, ob Du eine Flüssigkeit wie z.B. Öl oder ein Gas wie z.B. Luft als Medium verwendest.
Die Nutzer in unserer Community haben dazu einige Antworten parat:
- Antwort“Der Überbegriff ist Fluidtechnik. Die Hydraulik ist die Mechanik der Flüssigkeiten (Die sind sehr wenig oder nicht kompressibel). Pneumatik ist die Mechanik der Gase (Die sind kompressibel!).”
- Antwort“[...]Pneumatik = mit Luft, für kleine bis mittlere Kräfte Hydraulik= mit Öl, hohe Kräfte bei kleineren Einbaumaßen.”
- Antwort“[...] der entscheidende Unterschied ist: Dass Luft kompressibel ist und die Hydraulikflüssigkeit nicht. Das impliziert zum einen ziemlich unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten und zum anderen eine jeweils völlig andere Physik zum Berechnen des Ganzen.”
- Antwort“[...]Hydraulik, das sagt schon das Wort selbst also von "Hydro" sprich "Wasser" oder eben Flüssigkeit, Pneumatik, das sagt auch das Wort allein, "Pneuma" für "Luft" oder eben etwas was mit Luft zu tun hat. Der wesentliche Unterschied ist laut meiner Erfahrung zumindest, dass […]
- Antwort“Wenn ein Gas, also auch Luft, strömt, dann sinkt dabei sein Druck und daher auch seine Temperatur. Das ist eine Folge davon, dass die zum Beschleunigen benötigte Energie aus der inneren Energie des Gases aufgebracht werden muss. Wenn die Strömung schnell genug ist, dann werden […]
Die Ursache liegt also darin, dass sich Gase - und damit auch Luft - im Gegensatz zu Flüssigkeiten zusammendrücken lassen. Sie sind kompressibel, während Flüssigkeiten inkompressibel sind. Ein mit Druckluft gefüllter Hubkolben lässt sich also immer noch wie eine (mehr oder weniger harte) Feder zusammendrücken, während ein mit Flüssigkeit gefüllter Hubkolben unabhängig vom Druck nahezu unbeweglich bleibt.
Aber es passiert noch etwas: Wenn Du ein Gas komprimierst, erwärmt es sich dabei auch ziemlich heftig - und kühlt sich genauso schnell wieder ab wenn der Druck nachlässt, das Gas also expandiert. So eine Expansion kann übrigens auch unkontrolliert und schlagartig passieren: Dann spricht man von einer Explosion, die bei hohen Drücken und großen Druckbehältern durchaus verheerende Wirkung entfalten kann.
Für die praktische Anwendung der Pneumatik hat das alles weitreichende Folgen: Zum einen können Bauteile, in denen Gas komprimiert wird, leicht überhitzen und müssen gekühlt werden - andersherum können Bauteile in denen Gas expandiert wird vereisen und spröde werden. Zum anderen geht durch die Erhitzung ein Teil der zum Verdichten aufgebrachten Energie wieder verloren.
Jetzt kennst Du schon einige Einschränkungen bei der praktischen Anwendung von Pneumatik. Aber ist deshalb Hydraulik die überlegene Technologie? Zeit für einen Vergleich.
Hydraulik und Pneumatik im Vergleich
Hier sind die Hauptunterschiede der beiden Techniken übersichtlich für Dich zusammengestellt:
Hydraulik
Vorteile:
- Weil Flüssigkeiten praktisch inkompressibel sind, können extrem große Kräfte und eine hohe Präzision der Bewegung erreicht werden.
- Auch bei extrem hohem Druck besteht kaum Explosionsgefahr, da in der Flüssigkeit keine Druckenergie gespeichert wird.
Nachteile:
- Da Wasser korrosiv ist und Metallteile auf Dauer angreift, müssen meist teure Hydrauliköle oder Spezialfluide auf Wasserbasis verwendet werden.
- Der Ölkreislauf muss geschlossen sein, dazu sind Rückleitungen und Filter nötig.
- Bei einem Leck tritt Öl aus und verschmutzt die Umgebung (deshalb müssen z.B. bei Forstmaschinen pflanzliche Öle verwendet werden).
- Aufgrund des höheren Reibungswiderstandes der Flüssigkeit in den Leitungen sind keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten und damit keine sehr schnellen Bewegungen möglich.
Pneumatik
Vorteile:
- Luft steht überall zur Verfügung, ein geschlossener Kreislauf ist nicht nötig.
- Mit Luft sind hohe Strömungsgeschwindigkeiten und dadurch sehr schnelle Bewegungen möglich.
- Durch seine kompressibilität kann Druckluft auch in Behältern gespeichert werden.
- Einfache Montage, schneller Wechsel der Werkzeuge bzw. Motoren, weil die Leitungen nicht neu befüllt und entlüftet werden müssen.
- Bei einem Leck austretende Luft verursacht keine Verschmutzung.
Nachteile:
Keine ausgesprochen präzisen Bewegungen unter Last möglich, da Luft “federt”.
- Für größere Kräfte werden sehr große Zylinderflächen nötig.
- Hohe Energieverluste durch Erwärmung und Restdruck der “verbrauchten” Druckluft.
- Explosionsgefahr bei hohem Druck.
Unsere Community hat dazu auch einige Ideen zu unterschiedlichen Anwendungsbeispielen der beiden Systeme:
- Antwort“Bustüren werden z.B. pneumatisch geöffnet und geschlossen. Oder Tetrapacks mit Druckluft aufgeblasen, bevor sie gefüllt werden. Angeliefert werden sie nämlich flach. Auch PET-Flaschen entstehen mit Hilfe der Pneumatik. Farbroboter sprühen Lack auf Autos mit Druckluft. Noch näher […]
- Antwort“[...]Im Alltag ist das gar nicht so einfach, was mir am ehesten einfällt sind die Werkzeuge beim Zahnarzt, die sind mit Druckluft angetrieben[...]und dann die Schrauber, die Du in der Autowerkstatt siehst mit denen die Radmuttern angezogen werden.”
- Antwort“Zum Beispiel bei Baufahrzeugen, wie Muldenkipper, Baggern, Autokränen. (Um nur mal ein paar Beispiele zu nennen.)”
Du siehst also, dass beide Techniken etwas können, das die jeweils andere nicht kann. Überall wo hohe Geschwindigkeiten mit wenig oder mittlerer Kraft nötig sind, ist die Pneumatik die richtige Wahl, für hohe Kräfte mit geringer Geschwindigkeit die Hydraulik. Das kannst Du dir besonders Gut vorstellen, wenn Du in Gedanken zum Beispiel mal ein Luftgewehr mit einer hydraulischen Schrottpresse vergleichst - also zwei völlig verschiedene Anwendungen, von denen jede mit der jeweils anderen Technik nicht funktionieren könnte.
Über diesen Text
Aktualisiert am: 20. August 2019
Für diesen Text wurden verschiedene Nutzer-Antworten und Erfahrungsberichte aus der gutefrage-Community gesammelt, redaktionell geprüft und aufbereitet.
Über den Autor
Simon Klaffl hat in Freiburg Geowissenschaften mit Hauptfach Hydrologie studiert und u.a. in den Bereichen Umweltmonitoring, Geostatistik und Gewässerökologie gearbeitet. Er schreibt seit 2019 für die gutefrage Redaktion und kennt sich neben diesen Bereichen noch besonders gut mit technischen Themen wie Elektronik, Tontechnik und sehr großen Lautsprechern aus.
Quellen
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