Professorin Katharina Schmitz im Interview zur Hydraulik und Kinderuni

Interview mit Professorin Katharina Schmitz : Hydraulik bewegt Forscher immer noch

Eigentlich ist alles klar: Drückt man einen kleineren Pumpkolben, in dem vorzugsweise Öl ist, hinunter, kann man mit verhältnismäßig wenig Kraftanstrengung eine schwere Last mit Hilfe eines Presszylinders nach oben bewegen. So funktionieren Wagenheber und Bagger.

Schon die Griechen haben sich diese Kraftübertragung – genannt Hydraulik – zu Nutze gemacht. Dennoch beschäftigen sich auch heute noch Forscher damit. Professorin Katharina Schmitz, Leiterin des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Systeme und Dozentin der gestrigen Kinderuni, erklärt im Gespräch mit Rauke Xenia Bornefeld, warum.

Hydraulik – was ist das eigentlich?

Katharina Schmitz: Das ist eine Art der Leistungsübertragung. Sie wird immer da eingesetzt, wo wir große Kräfte oder große Momente benötigen. Da hat die Hydraulik extrem gute Vorteile.

Wie funktioniert Hydraulik?

Schmitz: Hydraulik bedeutet Leistungsübertragung durch Fluide, also durch Flüssigkeiten. Sie wird oft in Getrieben eingesetzt. Durch die Flüssigkeiten funktioniert Hydraulik auch gut modular, das heißt im Baukastenprinzip. Wir können also an einer Stelle eine Pumpe, an der anderen Stelle einen Motor hinsetzen und beide über Schläuche oder Rohre miteinander verbinden.

Wo können wir das nutzen?

Schmitz: Ein schönes Beispiel ist der Bagger. Alles was der hebt oder senkt oder dreht, funktioniert hydraulisch.

Welche Flüssigkeit ist denn die beste für Hydraulik?

Schmitz: Standardmäßig wird Mineralöl eingesetzt, denn es hat sehr gute Eigenschaften bei Schmierung und Leistungsübertragung. Manchmal werden auch synthetisch hergestellte Öle verwendet, zum Beispiel wenn ein hydraulisches Gerät im Wasserschutzgebiet eingesetzt wird. Im Falle eines Unfalls möchte man nicht Mineralöl in die Umwelt einbringen, da Mineralöl im Grundwasser keine gute Idee ist. Also werden dort biologisch abbaubare Öle verwendet.

Haben die Nachteile gegenüber Mineralöl?

Schmitz: Sie sind etwas teurer und es sind noch nicht alle Eigenschaften erforscht.

Es gibt auch Hebesysteme, die über Luft funktionieren. Das nennt man dann Pneumatik. Welche Vorteile hat die Hydraulik gegenüber der Pneumatik?

Schmitz: Luft ist natürlich frei verfügbar und deshalb günstig, aber sie ist komprimierbarer als eine Flüssigkeit. Das heißt, wir können sie sehr viel leichter zusammendrücken, sie ist also deutlich weniger steif. Dadurch ist die Leistung, die wir damit übertragen können begrenzt. Außerdem erwärmt sich Luft sehr stark, wenn sie gepresst wird. So verlieren wir zusätzlich Energie. Pneumatische Systeme sind also nicht so energieeffizient wie hydraulische. In der Automatisierung werden allerdings auch häufig pneumatische Systeme eingesetzt, um zum Beispiel kleine Teile von A nach B zu heben. Der Kostenfaktor ist dann entscheidend.

Wer sich bei dem schönen Wetter solche komplizierten Sachen anhört, wird mit einem Stempel im Kinderuni-Ausweis belohnt. Foto: ZVA/Harald Krömer

Kannten die alten Ägypter denn auch schon die Hydraulik? Haben die damit auch ihre Pyramiden gebaut?

Schmitz: Die Ägypter haben für die Pyramiden Hebel, also mechanische Systeme verwendet. Die Griechen kannten aber schon die Hydraulik. Heron von Alexandria hat zum Beispiel Flügeltüren in Tempeln konstruiert, die sich während und nach einer Opferhandlung automatisch öffneten und schlossen. Die „Maschine Nummer 37“ funktionierte durch eine Kombination von Pneumatik und Hydraulik.

Jedes Kind kennt einen Bagger, die Griechen haben auch schon mit Kraftübertragungen gearbeitet – warum müssen Sie noch daran forschen?

Schmitz: Stimmt, wie es funktioniert, müssen wir nicht mehr erforschen. Wir wollen heute zum einen die Energieeffizienz erhöhen. Wir wollen hydraulische Systeme dynamischer und kompakter gestalten. Dann müsste ein Bagger zum Beispiel nicht mehr so groß sein. Zum anderen – das ist besonders unser Anliegen am Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme – suchen wir Alternativen zum Mineralöl. Denn das werden wir in absehbarer Zeit nicht mehr einsetzen wollen. In den synthetischen Ölen sehen wir ein hohes Potenzial, das aber noch nicht gänzlich bekannt ist. Wir suchen weitere Fluide und wollen zusammen mit Chemikern auch neue Fluide kreieren. Im Moment versuchen wir, Wasser für die Hydraulik nutzbar zu machen, denn Wasser ist noch viel umweltschonender als biologisch abbaubare Öle. Wasser muss nicht abgebaut werden. Wasser hat aber viele Nachteile, beginnend bei der Korrosion der Systembausteine. Und Wasser schmiert auch nicht gut. In Zusammenarbeit mit einem anderen Institut wollen wir Wasser mit einem Verdicker auf Biobasis anreichern, der dem Wasser ähnliche Eigenschaften verschafft wie Öl. Das funktioniert aber leider noch nicht. (lacht)

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