Hydraulische Presse

Nimm zwei Spritzen mit deutlich unterschiedlicher Größe, zum Beispiel 5 ml und 50 ml. Miss den Innendurchmesser jeder Spritze mit einer Schieblehre.

Berechne die Flächen: A = π d² / 4.

Berechne das Verhältnis A₂/A₁. Diese einzelne Zahl sagt voraus, was die Maschine insgesamt leisten wird, also notiere sie, bevor du irgendetwas testest.

Verbinde die beiden Spritzen mit einem Schlauch und fülle den gesamten Kreislauf mit Wasser, wobei du jede Blase herausarbeitest.

Luft ist der Feind, und das ist kein Detail. Luft lässt sich komprimieren; Wasser im Wesentlichen nicht. Eine Blase nimmt deinen Hub wie ein Schwamm auf, anstatt ihn weiterzugeben, sodass sich die Presse schwammig anfühlt und nur einen Bruchteil ihrer Kraft liefert.

Jedes hydraulische System, das je gebaut wurde, hat aus diesem Grund eine Entlüftungsprozedur.

Stelle die große Spritze aufrecht hin und lege eine Küchenwaage unter ihren Kolben. Drücke die kleine Spritze mit einer bekannten Kraft – lege dazu eine bekannte Masse darauf.

Lies die Kraft an der großen Spritze ab.

Vergleiche sie mit deinem vorhergesagten Verhältnis aus Schritt 1. Erwarte eine Übereinstimmung innerhalb von vielleicht 10–20 % – die Differenz ist Dichtungsreibung, also die reale Abgabe, die jede hydraulische Maschine zahlt, und das Problem, das Bramah nicht allein lösen konnte.

Markieren Sie beide Kolben. Drücken Sie den kleinen um gemessene 50 mm und messen Sie, wie weit sich der große bewegt hat.

Erwarten Sie, dass er 50 mm ÷ (A₂/A₁) beträgt.

Multiplizieren Sie Kraft × Weg an jedem Ende. Die beiden Produkte sollten ungefähr gleich sein. Sie haben keine Energie erzeugt — Sie haben nur ihre Bedingungen verändert. Das lohnt sich, bewusst zu betrachten, denn genau dieser Punkt wird bei der Hydraulik am häufigsten übersehen.

Wiederholen Sie Schritt 3 mit trockenen Kolben, danach mit leicht gefetteten Kolben.

Erwarten Sie, dass die gefettete Version bei gleicher Eingangskraft messbar mehr Kraft liefert.

Der Unterschied liegt in der Dichtungsreibung, und diese skaliert mit dem Druck – je stärker Sie drücken, desto stärker wird die Dichtung gegen die Bohrung gepresst. Eine Presse, die bei niedrigem Druck effizient arbeitet, kann bei hohem Druck schlecht sein, genau das Problem, für dessen Lösung die Ledermanschette und später der O-Ring erfunden wurden.

Das Patent. Britisches Patent 2045, „Obtaining and Applying Motive Power“, Joseph Bramah, 31. März 1795. Pascal hatte das Prinzip bereits 1653 formuliert; Bramah baute die Maschine.

Sie war undicht, und Henry Maudslay behob den Fehler. Die ersten Pressen konnten den Druck nicht halten – die Dichtung um den Stößel wurde genau durch den Druck herausgedrückt, den sie eigentlich eindämmen sollte. Bramahs Mitarbeiter Henry Maudslay entwickelte die selbstspannende Ledermanschetten-Dichtung: eine Ledermanschette, die dem Druck zugewandt ist, sodass je stärker die Flüssigkeit drückt, desto stärker wird die Dichtung gegen die Bohrung gepresst. Der Druck dichtet also seinen eigenen Behälter ab. Ohne diese Lösung wäre Patent 2045 eine gute Idee, die nicht funktioniert, und Maudslays Name gehört neben den Bramahs – er wurde später selbst einer der grundlegenden Werkzeugmaschinenbauer.

Selbstdichtende Abdichtung ist die Idee, die die Presse überdauert hat. Die Ledermanschette, die moderne Lippendichtung, der O-Ring in seiner Nut und der Kolbenring in einer Bohrung funktionieren alle nach demselben Prinzip: Geometrie, die den abzudichtenden Druck in die Kraft umwandelt, die die Abdichtung bewirkt.

Wohin sie führte. Bramahs Presse ermöglichte das Schmieden, das Pressen von Ballen und – zusammen mit Armstrongs Akkumulator ein halbes Jahrhundert später – die hydraulischen Druckleitungsnetze, die in den viktorianischen Städten Hafenkräne, Drehbrücken und Theateraufzüge antrieben. Zentrale hydraulische Leitungen waren ein echtes städtisches Versorgungsnetz, in London bis 1977.

Die ehrliche Einschränkung. Eine hydraulische Presse ist langsam und ihr Hub ist kurz, wegen Schritt 4. Sie ist die falsche Maschine überall dort, wo Geschwindigkeit oder Verfahrweg zählen, und die richtige, wo es auf Kraft ankommt – deshalb sind Pressen hydraulisch und Drehbänke nicht.