Hydraulik 05:33 min

Textversion des Videos

Transkript Hydraulik

Hallo, in diesem Video möchte ich euch einen weiteren Kraftwandler vorstellen. Ich möchte euch erklären, wie Flüssigkeiten und Gase es möglich machen, eine größere Kraft in eine kleinere umzuwandeln. Dieses System nennt man Hydraulik. Wir kennen bereits die Formel für den Druck. Diese besagt ja, dass der Druck P das Gleiche ist, wie die Kraft F pro Flächeneinheit A. Diese wird jetzt wichtig werden. Schauen wir uns diese Müllabfuhr an einer schiefen Ebene an. Die Müllabfuhr ist ziemlich schwer und deswegen braucht sie auch sehr gute Bremsen. Schauen wir uns jetzt einmal an, wie diese Bremsen funktionieren. Alle unsere Fahrzeuge funktionieren heutzutage mit einer hydraulischen Bremse. Ich werde euch nun nur das Prinzip erklären. In Wirklichkeit sind die natürlich um einiges komplexer. Also, wir brauchen zwei Gefäße, die in der Mitte miteinander verbunden sind. Diese Gefäße müssen unterschiedlich breit sein, das heißt die Querschnittsfläche von dem einen A1, muss kleiner sein, als die des Anderen, A2. Die Gefäße sind mit einer Flüssigkeit oder Gas gefüllt. Wir nehmen jetzt mal Wasser. Und sie sind oben beide mit bewegbaren Kolben verschlossen. Auf den linken können wir eine Kraft F1 ausüben. Und der rechte trägt beispielsweise die Bremse oder besser die Bremsblätter. Wir drücken nun den linken Kolben nach unten. Haben wir den Kolben auf der linken Seite um ein Stück S1 nach unten gedrückt, so überträgt sich der Druck auf den rechten Kolben und dieser wird um ein kleineres Stück S2 nach oben gedrückt. Wir wissen ja, dass der Druck, den Flüssigkeiten auf ein Gefäß ausüben an jeder Stelle gleich ist. Das heißt, wenn wir links mit einer bestimmten Kraft drücken, also einen Druck auf das Wasser ausüben, so überträgt sich der Druck ganz genau gleich auf die rechte Seite. Betrachten wir nun diese Formel hier. Zunächst die Fläche A. Wir wissen ja, dass A1, also die linke Fläche, kleiner ist als A2, die rechte Fläche. Und außerdem haben wir ja gerade gesehen, dass der Druck überall gleich ist. Das heißt P1=P2. Was folgt nun daraus für die Kraft F? Der Quotient aus F und A muss ja konstant bleiben. Und da A1 < A2 muss auch F1 < F2. Und das bedeutet, dass auf den rechten Kolben eine größere Kraft ausgewirkt wird, als wir es auf den linken getan haben. Aber einfach so geschenkt, eine größere Kraft? Nein. Auch hier gilt die goldene Regel der Mechanik, die ja sagt: Weniger Kraft = mehr Weg. Und wir mussten nämlich den linken Kolben um ein viel größeres Stück S1 herunterdrücken, als der rechte hochgehoben wurde, nämlich nur ein kleineres Stück S2. Daher kommt also die Kraftersparnis. Also Zusammenfassung: Hydraulik hilft: 1. Zu bremsen, denn der Lkw-Fahrer muss ja wegen des Hydrauliksystems nur mit weniger Kraft auf die Bremsen treten, denn die Kraft wird ja dann umgewandelt in eine größere Kraft, die es schafft, den Lkw zu bremsen. Außerdem hilft die Hydraulik schwere Dinge zu heben. Zum Beispiel mithilfe einer Hebebühne in der Autowerkstatt. Damit können dann leicht Autos hochgehoben werden und das Ganze ist auch gar nicht so gefährlich. Oder auch die Feuerwehr benutzt Hydraulik, wenn sie in ihrem Waggon hochgehoben werden muss. Oder Baumbeschneider, und, und, und. Also ihr seht, dieser Kraftwandler ist eine interessante Sache, die viel angewandt wird in der Technik heutzutage. Also, vielen Dank für das Zuschauen, vielen Dank, bis zum nächsten Mal.

13 Kommentare
  1. Default

    Gut gemacht

    Von Y Buse 1, vor etwa einem Jahr
  2. Default

    gut

    Von Tanja Becker27, vor mehr als einem Jahr
  3. Default

    wie berechne ich hier den druck der Flüssigkeit?

    Von Francisca, vor etwa 4 Jahren
  4. Default

    ich habe die Aufgabe nicht verstanden. Ich bräuchte mal einen genauen Rechenweg. Danke

    Von Darla Of Berlin, vor etwa 4 Jahren
  5. Default

    ich habe die Formel umgestellt zu P x A=F damit ich F2 ausrechnen kann jedoch kommt bei mir 1333.33 raus. was habe ich Falsch gemacht ?

    Von Celik Ahmet1, vor mehr als 4 Jahren
  1. Nikolai

    @Dominique: Du hast vergessen die 500kg mit der Erdbeschleunigung zu multiplizieren. Druck ist Kraft pro Fläche und nicht Masse pro Fläche. Lg

    Von Nikolai P., vor mehr als 5 Jahren
  2. Default

    habe gerechnet wie ich dachte es verstanden zu haben, aber bei der Frage kam dann bei mir 133 raus, warum ist das falsch???
    Bitte erklärt doch die konkrete Rechnung der Testfrage.
    Danke!

    Von Dominique 1, vor mehr als 5 Jahren
  3. Nikolai

    Um die Aufgabe zu berechnen musst du zuerst den Druck berechnen, der ist nämlich auf Last- u. Kraftseite des Kolbens gleich groß. Druck ist Kraft pro Fläche. Auf der Lastseite hast du beides gegeben, die Gewichtskraft des Autos und die Kolbenfläche. Wenn du den Druck auf der Lastseite berechnet hast kannst du nach der Kraft auf der Kraftseite auflösen und diese ausrechnen.

    Von Nikolai P., vor etwa 6 Jahren
  4. Default

    Die Erklärung war gut, aber ich konnte die Aufgabe danach nicht rechnen. Das Video sollte noch erklären, wie die Berechnung erfolgt.

    Von Familie Ohnesorge, vor etwa 6 Jahren
  5. Default

    Hallo, sehr gut erklärt. Leider ist aber das Lkw Beispiel schlecht gewählt, da Lkw keine hydraulischen Bremsen haben. Die haben ein pneumatisches System, mit dem Bremspedal wird nur ein Ventil geöffnet und kein Druck ausgeübt. Ebenso sind die Hebebühnen pneumatisch oder elektrisch, mal abgesehen von den kleinen Wagenhebern.

    Von Volker2011, vor mehr als 6 Jahren
  6. Default

    gutes video hat mir sehr geholfen
    Danke!

    Von Robert Knop, vor mehr als 7 Jahren
  7. Spellbookofjudgment

    aber trotzdem toll!

    Von Bilal Baroud, vor mehr als 9 Jahren
  8. Spellbookofjudgment

    die Zeichnung war nicht gut

    Von Bilal Baroud, vor mehr als 9 Jahren
Mehr Kommentare

Hydraulik Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Hydraulik kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne Eigenschaften von Hydraulik und Druck.

    Tipps

    Denke an das Bremspedal, bei dem man mit wenig Druck stark bremsen will.

    Lösung

    Um Hydraulik zu verstehen, muss man wissen, wie der Druck mit Fläche und Kraft zusammenhängt.

    Der Druck ist definiert als Kraft pro Fläche: $p=\dfrac{F}{A}$

    Da bei der Hydraulik von einer kleinen Fläche $A$ auf eine große übertragen wird, muss die Kraft $F$ auch an der größeren Fläche größer sein, da der Druck ja überall gleich ist.

    Dadurch hat man eine Kraftverstärkung erreicht. Allerdings wird der breitere Kolben weniger bewegt als der schmale.

  • Beschreibe, was Hydraulik ist.

    Tipps

    Hydraulik wird z.B. benutzt, um weniger Kraft aufwenden zu müssen.

    Lösung

    Mit der Hydraulik kann man z.B. mit wenig Kraft das Bremspedal eines Autos stark betätigen.

    Die Bewegung ist hinter der Hydraulik zwar kleiner als vorne, wo man den Kolben rein drückt, dafür aber kräftiger.

    „Weniger Kraft ist gleich mehr Weg". Dieser Satz bedeutet soviel wie: Wenn man am ersten Kolben wenig Kraft reinsteckt, muss man ihn umso weiter bewegen, um die gleiche Energie zu übertragen. Auf der anderen Seite wird dann am breiteren Kolben mehr Kraft bei weniger Bewegung verrichtet. Kraft ist also anti proportional zum Weg. Wie sehr ist sie aber abhängig vom Flächenunterschied der Kolben?

  • Berechne die Kraftverstärkung durch die Hydraulik.

    Tipps

    Beachte, dass die mittleren Kolben gleich sind und die Verbindung zwischen ihnen ein mechanisches Stangensystem zur Kraftübertragung ist.

    Lösung

    Wie viel mehr Kraft bekommt man nun mit einer Hydraulik?

    Da der Mittelteil, die Kolben mit Fläche $A_2$ und Kraft $F_2$, nur die Kraft vom einen Teil in den anderen überträgt, kann man sie völlig ignorieren und es gilt: $p_1=p_2$.

    Daraus folgt, dass wir lediglich diese beiden Gleichungen brauchen:

    • Für den Druck, den $F_1$ erzeugt: $p=\dfrac{F_1}{A_1}$.
    • Und die Kraft, die daraus am Kolben mit Kraft $F_3$ ankommt: $F_3=p\cdot A_3$.
    $F_2$ können wir als Zwischenprodukt ignorieren.

    $p=\dfrac{3~\text{N}}{0,09~\text{m}^2}=33,3~\text{pa}$

    $F_3=33,3~\text{pa}\cdot 1,00~\text{m}^2=33,3~\text{N}$

    Aus $3~\text{N}$ wurden also $33,3~\text{N}$, also etwa das 11-fache der investierten Kraft!

    Natürlich bewegt sich der letzte Kolben auch nur um ein 11-tel so weit wie der erste, aber das kann ja durchaus genügen.

  • Nenne Beispiele für Hydraulik.

    Tipps

    Bei der Pneumatik werden Gase verarbeitet. Pneumatik ist also nicht gleich Hydraulik.

    Lösung

    Wo steckt nun überall diese Hydraulik drin?

    Wagenheber und Autobremse sind hydraulisch.

    Die Pumpe funktioniert zwar sehr ähnlich, ist aber pneumatisch, d.h. sie funktioniert mit Gas und nicht mit Flüssigkeiten.

    Der Fahrstuhl funktioniert nochmal ganz anders, nämlich mit Seilzug.

  • Erkläre, worin der Unterschied zwischen Pneumatik und Hydraulik besteht.

    Tipps

    In dem Arbeitsmedium wird der Druck aufgebaut.

    Lösung

    Genau genommen muss man zwischen Hydraulik und Pneumatik unterscheiden.

    Denn bei der Pneumatik wird lediglich Druckluft, also komprimierte Umgebungsluft, zur Druckübertragung verwendet.

    Beide Begriffe kommen aus dem Altgriechischen und bedeuten „pneuma":„Wind, Hauch" und „hýdor":„das Wasser".

    Damit erklärt sich der Unterschied, nämlich dass Pneumatik mit Gasen funktioniert und Hydraulik mit Flüssigkeiten. Letztendlich passiert aber dasselbe.

  • Erkläre das Prinzip einer Bremse.

    Tipps

    Beim Bremsen möchte man mit einem kleinen Pedal große Bremsklötze an die Bremsscheibe pressen.

    Lösung

    Bremsen und ähnliche Hydraulik sind überall verbaut und unheimlich wichtig. Wie funktioniert das?

    Der schmale Kolben 1, praktisch das Bremspedal, wird weit hineingedrückt und erhöht den Druck im Medium. Bei der Bremse wird der Kolben dann hochgedrückt und die Bremsklötze damit zusammen.

    Aber wo bleibt da die Kraftersparnis bzw. der Vorteil?

    Die Gleichung für den Druck ist:

    $p=\dfrac{F}{A}$.

    Da der Druck an beiden Kolben gleich sein muss, muss, wenn $A_1$ kleiner $A_2$ ist, auch $F_1$ kleiner $F_2$ sein.

    Der Kraftunterschied kommt dadurch zustande, dass der Bremskolben weniger weit hochgedrückt wird. Letztendlich bleibt deshalb die Energie erhalten.

    Man erhält also ähnlich wie bei der Fahrradschaltung eine gewisse Übersetzung.

    Da die Bremsklötze gar nicht so weit zusammengepresst werden müssen, wie das Bremspedal getreten wird, ist das völlig gut so.