Feine Filter für Funktionen

14. Februar 2002

Mit dem Joystick hat die Proportionaltechnik verstärkt Einzug in den Stapler gehalten. Diese Technik kommt der einfachen Bedienung zugute, erfordert aber bei der Konzeption der Hydraulikanlage auch besonders Augenmerk. Denn die Proportionaltechnik braucht sauberes Öl. Filterung und Ölpflege sind deshalb zu wichtigen Aspekten geworden.

Hydrauliköl, lästig oder hochwertige Komponente?

In den letzten Jahren haben sich die Anforderungen, die der Gabelstaplerfahrer heute an sein Gerät stellt, bezüglich Komfort und Bedienqualität deutlich erhöht. Neben dem Fahrantrieb und der Lenkung stellt die Arbeitshydraulik die wesentliche Mensch-Maschine-Schnittstelle dar, um eine hohe Umschlagsleistung erzielen zu können. Im Laufe der letzten Jahre haben sich hier die Anforderungen ebenfalls erhöht.

Daher bieten Hersteller von Gabelstaplern in den letzten Jahren verstärkt Hilfsmittel zur Bedienung der Arbeitshydraulik und weiterer Funktionen des Gabelstaplers, beispielsweise einen Joystick. Die damit zum Einsatz kommenden Proportionalventile haben gegenüber den mechanisch betätigten viele Vorteile und zwar sowohl hinsichtlich Ergonomie und Handhabung als auch für die Konstruktion. So erfordert ein Joystick nur minimale Betätigungskräfte und die Geräuschbelästigung des Fahrers kann reduziert werden, da der Einbauort des Propventils nahezu frei gewählt werden kann. Außerdem lassen sich Hubzylinder mit der Proptechnik vierl feinfühliger positionieren, zudem sind sogenannte Zoom-Funktionen integrierbar.

Neben diesen Vorteilen, insbesondere für den Bediener, gibt es aber auch Nachteile, wie beispielsweise die erhöhten Kosten sowie größeren Anforderungen an das komplette Hydrauliksystem.

Bei mechanisch betätigten Hydraulikventilen ist die Kraft und die Handbewegung des Bedieners ausschlaggebend für die Position des Schiebers. Dies wird bei elektrisch betätigten Ventilen durch Proportionalmagnete substituiert, die Maximalkraft ist also durch die Höhe des maximal zulässigen elektrischen Stroms begrenzt. Im Falle des & uot;Klemmens& uot; des Schiebers durch ein Schmutzpartikel könnte durch hohe Kraftaufwendung im Falle des mechanisch betätigten Ventils eine Beseitigung desselben erfolgen. Im Proportionalventil ist das nicht möglich.

Daher müssen an die Reinheit des Hydrauliköls in diesem Falle erhöhte Anforderungen gestellt werden. Die Reinheit des Hydrauliköls läßt sich nach festgelegten Normen exakt beschreiben, z.B. nach ISO4406. Nach dieser Norm fordern renommierte Hersteller wie Bosch Rexroth für ein Proportionalventil eine deutlich bessere Reinheitsklasse (17/14) als für ein mechanisch betätigtes Ventil (19/16).

Dieser Unterschied von je zwei Klassen bedeutet in der Praxis eine Reduzierung der Partikelanzahl & t; 2 µm und & t; 5 µm auf zirka 25 Prozent. Eine deutliche Reduzierung der Anzahl von Verschmutzungsteilchen zieht einen deutlich verringerten Verschleiß an allen umströmten Kanten, insbesondere denen an den Schiebern und den entsprechenden Bohrungen im Block nach sich.

Diese Anforderungen betreffen nicht nur die Reinheit des zum Einsatz kommenden Hydrauliköls selbst, sondern auch alle im Kreislauf integrierten Komponenten.

Dafür ist es erforderlich, diverse Veränderungen im Gesamtprozeß herbeizuführen:

- Konstruktive Maßnahmen

- Maßnahmen in der Fertigung

- Maßnahmen beim Lieferanten (extern und intern)

- Maßnahmen im Service.

Die Ölreinheit im Gabelstapler im Betrieb läßt sich vor allem mit einer geeigneten Filtrierung sicherstellen. Bei Einsatz mechanisch betätigter Ventile ist dies heute meist ein Kompromiß zwischen Funktion und Kosten. So findet sich häufig in der Praxis folgende Konfiguration: Ein 20 µm Filter wird im Ansaugstutzen vor der Pumpe installiert. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, die Pumpe und alle anschließenden Bauteile bereits beim ersten Umlauf mit gefiltertem Öl zu beaufschlagen.

Aufgrund des von der Pumpe maximal erzeugbaren Unterdrucks bei entsprechenden Drehzahlen stößt dieses Konzept jedoch unweigerlich an bestimmte Grenzen, weshalb andere Filtrierungssysteme sich immer stärker in den Vordergrund drängen. Eine solche weitere Möglichkeit wäre zum Beispiel eine Hochdruckfilterung direkt nach der Pumpe, um den in der Anlage fließenden Ölstrom so sauber wie möglich zu gestalten. Allerdings sind prinzipbedingt Hochdruckfilter teurer als Niederdruckfilter. Aus diesem Grund erscheint der Ansatz einer Rücklauffilterung in Verbindung mit einem Sieb im Ansaugstutzen (z.B. 120 µm) für die Proportionalventiltechnik besonders geeignet zu sein, wo Filterfeinheiten bis zu 5 µm absolut angestrebt werden können.

Eine gute Filtrierung macht es allerdings erforderlich, dafür Sorge zu tragen, daß alle Komponenten der hydraulischen Anlage wie Pumpe, Ventile, Zylinder, Motore, Schläuche vor Einbau in den Gabelstapler eine Reinheit (ölgefüllt oder aber leer) haben, die der höchsten Reinheitsanforderung aller dieser Komponenten entspricht. Durch den Austausch eines mechanisch betätigten zu einem Proportional-Ventil haben sich damit diese Anforderungen wie beschrieben deutlich erhöht.

Bei der Fertigung der hydraulischen Komponenten, sei es intern oder extern, ist darauf zu achten, daß diese nach dem Fertigungsprozeß die für das Gesamtsystem geforderte Reinheit erfüllen. Nötigenfalls ist diese Komponente solange zu spülen, bis diese geforderte Reinheit gegeben ist. Diese Forderung kann erhebliche Veränderungen im Fertigungsablauf zur Folge haben. Anschließend sind alle Öffnungen der Komponenten so zu verschließen, daß während des anschließenden Transports keine Verunreinigungen eingetragen werden können. Ebenfalls ist auf eine sachgerechte Verpackung zu achten.

Diese erhöhten Anforderungen müssen unter Einbeziehung von Einkauf, Qualitätssicherung, eigener Produktion sowie der Entwicklung (Konstruktion und Versuch) definiert werden und dem Lieferanten in das Lastenheft geschrieben werden. Ebenfalls erscheint es sinnvoll, die Einhaltung dieser Anforderungen ständig zu kontrollieren.

Beispielhaft wurde hierfür bei der Still GmbH, Hamburg, im Rahmen einer prozeßbegeleitenden Untersuchung eine Charge von Hydraulikschläuchen untersucht. Von dem selben Hersteller wurden aus dem selben Lieferlos zehn Schläuche willkürlich ausgewählt und auf einem Prüfstand auf Partikel untersucht. Das Ergebnis zeigt deutliche Streuungen von bis zu sechs Reinheitsklassen je nach Schlauch. Hier ist keine klare Definition der Reinheit erfolgt oder durch Kontrolle sichergestellt worden. Das Ergebnis läßt sich auf andere Komponenten übertragen.

In der Endmontage selbst ist ebenfalls dafür zu sorgen, daß während des Montageprozesses des Bauteils kein Schmutz, wie Bohrspäne, Lackrückstände, Schweißperlen, Asche, in die Anlage eingetragen wird. Außerdem dürfen Verschlußkappen erst unmittelbar vor der Montage entfernt werden. Ebenso kann es notwendig sein, die komplette Hydraulikanlage zu spülen, um die nötige Reinheit der Anlage sicherzustellen. Gegebenenfalls ist ein Austausch des Siebs und des Rücklauffilters nach diesem Prozeß durchzuführen.

Ist der Tank ein Bestandteil des Rahmens, muß im Zusammenspiel von Produktion, Arbeitsvorbereitung, Qualitätssicherung und Entwicklung geprüft werden, ob nach dem Schweißen der Tank selbst den Reinheitsanforderungen genügt. Gegebenenfalls ist ein Reinigungsprozeß, ein anderes Schweißverfahren oder gar ein anderer Tank, etwa aus Kunststoff, konstruktiv vorzusehen.

Auch nachdem der Gabelstapler mit Proportionalventil beim Kunden in den Betrieb gegangen ist, müssen im Bereich Wartung und Reparatur diesen erhöhten Anforderungen Rechnung getragen werden. So sind in den Reparaturleitfäden entsprechende Anweisungen einzubringen, wie der Monteur vor Ort bei Arbeiten an der hydraulischen Anlage den Partikeleintrag in die Anlage wirkungsvoll verhindern kann, was er tun muß, um gegebenenfalls die komplette Anlage spülen zu können. Hierbei muß auch in Erwägung gezogen werden, die Monteure entsprechend zu schulen.

In der Wartungs- und Bedienungsanleitung müssen die Hinweise überprüft beziehungsweise ergänzt werden, regelmäßig den Zusetzungsgrad der Filter (z.B. Rücklauf und Sieb) in Abhängigkeit von der Einsatzart zu überprüfen sowie diese vorausschauend zu wechseln, um Schaden vom Proportionalventil zu wenden.

Erfahrungswerte bei Still haben gezeigt, daß bei entsprechender Auslegung unter Berücksichtigung der engen Platzverhältnisse im Gabelstapler und der Herstellkosten sich durchschnittlich 3000 Betriebsstunden ohne Filterwechsel zurücklegen lassen. Bei Betreibern mit einer Schicht pro Arbeitstag wird damit etwa alle zwei Jahre ein Filterwechsel nötig sein.

Reinheit genau definieren

Aus all dem wird deutlich, daß Handlungsbedarf besteht, eine Reinheitsspezifikation sowohl für alle Komponenten einer hydraulischen Anlage sowie die entsprechenden Prozesse in Fertigung und Service zu erstellen mit dem Ziel, dem Kunden ein langfristig sicheres und funktionsfähiges Gerät zur Verfügung zu stellen. Diese Reinheitsspezifikation ist allen Beteiligten im Prozeß zur Verfügung zu stellen und von diesen einzuhalten.

Darüber hinaus muß in jedem Bereich des Unternehmens und beim Lieferanten eine Störeinflussanalyse (FMEA) durchgeführt werden mit dem Ziel, konzeptionelle und bereichsübergreifenden Lösungsansätze zu finden und umzusetzen.

Zusammenfassung und Ausblick

Es wurde gezeigt, daß das Hydrauliköl in der hydraulischen Anlage eine ganz entscheidende Rolle spielt, da es der Träger der Verunreinigungen ist, die vor und während der Montage sowie im Betrieb in die hydraulische Anlage eingetragen werden können.

Der Einsatz der Proportionalventiltechnik im Gabelstapler erfordert nicht nur den & uot;einfachen& uot; Austausch für das mechanisch betätigte auf den konstruktiven Seite, es sind vielmehr erhebliche Veränderungen in vielen Prozessen im Versuch, Arbeitsvorbereitung, Produktion, Qualitätssicherung, Einkauf - sowohl beim Lieferanten als auch im eigenen Haus - erforderlich hin bis zum Service mit Wartung und Reparatur.

Aufgrund dieser komplexen Struktur ist es für den Konstrukteur der hydraulischen Anlage empfehlenswert, in einem möglichst frühen Stadium der Entwicklung alle beteiligten Bereiche, auch bei den Lieferanten, mit in den Prozeß einzubeziehen.

Neben den erhöhten Kosten hat aber der Betreiber von mit Proportionalventilen ausgestatteten Gabelstaplern einige Vorteile:

Minimale Bedienkräfte und sehr feinfühliges Positionieren der jeweiligen Zylinder, insbesondere unter Nutzung der & uot;Zoom& uot;-Funktion, lassen einerseits ermüdungsfreieres Arbeiten des Bedieners und andererseits exakteres Positionieren zu. Für spezielle Kundenanwendungen ist eine spezifische Anpassung möglich. Geringerer Verschleiß durch eine höherwertige Filtrierung lassen eine erhöhte Lebensdauer aller Komponenten der hydraulischen Anlage erwarten.

Bei Still werden zur Zeit nahezu alle Modelle der Palette mit einem Joystick angeboten, der Anteil an ausgelieferten Gabelstaplern beträgt momentan zehn Prozent mit steigender Tendenz. Durch weitere Steigerung der Vertriebszahlen ist eine weitere Kostenreduzierung und in deren Folge eine weitere Verbreitung dieser Technik zu erwarten.

Erschienen in Ausgabe: 08/2001