Biler som gjennom historien har hatt mest avansert hydraulikk er Citroën DS og C5-serien. Og Rolls og Maserati fikk sin derfra. De første flyene med moderne oljetrykksystem var Messerschmitt 109 og Spitfire fra 2. verdenskrig. Nå: Alle biler har hydraulikk …
Av Stein Bekkevold
Dagens bil har smarte bremser: Du trykker foten mot en pedal, og en egen enhet forstørrer kraften. Bilen har bremse-servo. Dette skjer med hydraulikk. Som er hva?
Jo: Formelt sett er hydraulikk læren om væsker i bevegelse. Faget hører til fluidmekanikken, som gir det teoretiske grunnlaget. Hydraulikk ser på flyt av væsker i rør, og i elver og kanaler – og hvordan de oppfører seg i demninger og tanker.
Noen av prinsippene gjelder også for gasser, når variasjon i tetthet er liten. Derfor kan læren om hydraulikk også ta for seg vifter og gassturbiner, i tillegg til pneumatiske (trykkluft) anlegg. I bil mener vi væske i bevegelse under trykk når vi sier hydraulikk.
Heron
Væske i bevegelse gjorde nyttig arbeid for folk i mange århundrer, først i jordbruksområder som fikk organisert vanning – Heron i Egypt var tidlig ute. Etter hvert ble væskestrømning gransket teoretisk, og så kom den franske vitenskapsfilosofen B. Pascal og den sveitsiske fysikeren D. Bernoulli med lovene som styrer hydraulisk kraftteknologi.
Slik øker trykket: Kraften F1 ganges opp og blir kraften F2 i takt med økningen av trykk-flaten. Tegningen har jeg laget selv …
Bremsevæske
Du kan bruke en hvilken som helst inkompressibel væske til overføringen av kraft fra fot til kloss og skive – væsken må være umulig å trykke sammen – den skal jo direkte overføre kraft. Alt trykk øker temperaturen i mediet som bærer trykket, varme er energi. Så bremsevæsken må ikke koke, for gassbobler klapper sammen under trykk. Og derfor må bilens bremsevæske være fri for fuktighet/vann, vann blir damp, og med damp/blærer i systemet mister du fort bremsene.
Citroën DS og C5 kom med et ultramoderne gass-hydraulisk hjuloppheng der en spesiell hydraulikkolje sto for hjuloppheng og bremser. Rolls og Maserati brukte det på lisens.
Forskerne
Pascals prinsipp, utgitt rundt 1650, sier at trykket i en væske overføres likt i alle retninger; så når vann fylles i en lukket beholder, vil trykk overføres til alle sider av beholderen. Dette var utgangspunktet for all forskning i hydraulikk.
I en hydraulisk presse og i servobremser vil dette øke kraften; en liten kraft mot et lite stempel i en liten sylinder overføres til et stempel i en stor sylinder, der den trykker væske likt mot alle sider av sylinderen, også mot det store stempelet.
Bernoullis lov kom omtrent et århundre senere, og sa at energi i en væske kommer av høyde, bevegelse og trykk, og hvis det ikke oppstår tap på grunn av friksjon så forblir summen av energiene konstant. Altså kan bevegelsesenergi delvis omdannes til trykkenergi ved å øke diameteren i røret. Dette bremser væskestrømmen, men øker området som væsken trykker mot. Snedig.
Pumper
Frem til 1800-tallet var det ikke mulig med vannhastigheter og -trykk større enn de naturlige (fallhøyde osv), men nymotens pumper ga snart store muligheter.
I 1882 bygde London et hydraulisk system som sendte trykkvann rundt i gatenettet for å drive maskiner i fabrikker. I 1906 ble oljehydraulikk satt inn for å rette inn kanonene til USS Virginia. På 1920-tallet kom hydrauliske enheter med pumpe, styring og motor for bruk i biler, traktorer, anleggsmaskiner, lokomotiver, skip, og så i fly og romfartøy.
Flyet er en Spitfire, 2. verdenskrigs berømte jagerfly – med et av de første mer moderne høytrykks hydraulikksystemene. (Foto: Citroen SA/Royal Air Force)
Hydraulikk-væske
Egypterne brukte vann til kraftoverføring i Herons pumper som forsynte åkrene. Vann er flott, men trykkoker altså fort og damp er dumt. Olje må til.
Rundt 1920 kom anleggsmaskiner og sånt med mineralolje, med gode smøreegenskaper og evne til å tåle høy arbeidstemperatur. I dag er mange hydraulikkvæsker en mineralolje. Naturlige oljer – som raps – brukes der biologisk nedbrytbarhet – og fornybare kilder – er viktig.Andre materialer brukes til spesialoljer med økt brannmotstand og ekstrem brukstemperatur.
De fleste bremsevæsker er nå glykol-ester, men mineralolje (Citroën / Rolls-Royce liquide hydraulique minéral (LHM)) og silikonvæsker (DOT 5) brukes også.
DOT4 er vanligst på nyere biler. Glykolvæsker kan blandes (DOT 3, DOT4 og DOT5.1), men IKKE med silikonbaserte (DOT5). Og bremsevæske er giftig. Og etsende for lakk, men silikonbasert er mindre etsende enn glykoleter. Hva glykol egentlig er? Ifølge læreboken dreier det seg om etandiol, kalt glykol, eller etylenglykol eller monoetylenglykol (MEG). Stoffet er en alkohol med to –(OH)-grupper. Den tilhører derfor gruppen dioler – toverdige alkoholer. Glykol er giftig, og har kjemisk formel C2H4(OH)2. I ren form er den en lukt- og fargeløs væske med søt smak. IKKE DRIKK!
Sånn ser den jo ut, skivebremsen i de fleste moderne biler, den røde, smarte tjener-enheten trykker klossene inn mot skiven via oppganget pedaltrykk. (Foto: Renault)
Litt til
Enda mer spesialiserte hydrauliske væsker inneholder en mengde kjemiske saker: utover oljer finner vi butanol, ulike estere (ftalater, som DEHP, og adipater, polyalkylen-glykoler (PAG), organofosfat (f.eks. tributylfosfat), silikoner, alkylerte aromatiske hydrokarboner, poly-alfaolefiner (PAO) (f.eks. polyisobutener), korrosjonsdempere (inkl. syrefjernere), erosjonshemmende stoffer – for å si litt om hvor avansert dette teknikkfeltet er.
Som altså startet med vanlig vann, i Egypt, for mange tusen år siden … Og som vi alle har i vårt mer eller mindre effektive bremsesystem …
Enhet
Alt trykk måles i Pascal, 1 newton per kvadratmeter, til hverdags bruker vi kilopascal kPa, men vi kan bruke bar. Enheten står ikke i SI- eller cgs-systemet, men er godkjent for bruk med SI.
Én bar er 100 kPa, og atmosfæretrykket ved havnivå er 1,01325 bar, altså cirka én bar. Bar ble innført av Vilhelm Bjerknes i 1906. Ordet er avledet av gresk baru, som betyr tung. Men bar kom alt i 1666 ved Robert Boyle i barometer.
Om Pascal: Du har kanskje sett av våre skriverier at fasthet i materialer måles i MPa, megapascal. Og en newton N? Det er den kraften som klarer å akselerere 1 kg over en meter med fartsøkningen en m/s per sekund, altså 1 m/sek2 … og et kilogram er ikke lenger vekten av en dm3 platinalegering i glass i vakuum i Paris, men er nå direkte basert på Plancks konstant (6,626 070 15 · 10⁻³⁴ J·s). Der J betyr joule.
Sånn er det med den saken …
