Hochintegrierte Ventiltechnik und Bauteilsauberkeit zunehmend im Fokus

Durch das Verschließen der Ventilanschlüsse können Reinigungsflüssigkeit, Farbe oder Schmutzpartikeln nicht in die Hydrauliksteuerung ein- sowie keine Restölmengen austreten. Bild: Pöppelmann

Es gibt wohl kaum etwas lästigeres als ein mobiles Arbeitsgerät, das unvermittelt ausfällt. Egal ob Gabelstapler, Bagger oder Mähdrescher – die Instandsetzung im Felde ist umständlich und teuer. Gerade in der Mobilhydraulik, wo der Trend zu immer kompakterer Bauweise und hoher Leistungsdichte geht, ist zudem eine besonders hohe Zuverlässigkeit gefragt. Doch je kompakter und automatisierter die Bauteile, desto größer die Anforderung an ein sauberes Inneres. Denn wo aus großen manuellen Handhebeln kleine Magnetschieber werden, können auch aus kleinen Metallspänen unüberwindbare Hindernisse werden.

Eine Firma, die sich mit sauberen Bauteilen auskennt, ist Buchholz Hydraulik aus Schwentinental bei Kiel. Der norddeutsche Hersteller entwickelt und produziert Hydraulikventilsteuerungen für Mobilanwendungen, die speziell auf die Kundenanforderungen und Einbausituation im Fahrzeug zugeschnitten sind. Das mittelständische Familienunternehmen hat seinen Ursprung in einem 1884 in Kiel gegründeten Handwerksbetrieb und wird in vierter Generation von den Inhabern persönlich geführt.

Hydrauliksteuerung nach Maß

Buchholz Hydraulik begleitet die Kunden von der Konzeptphase über die Inbetriebnahme bis hin zur Optimierung im Fahrzeug. Bild: Pöppelmann

Seit 1959 konzentriert man sich bei Buchholz auf die Hydraulik und entwickelt, produziert und liefert handbetätigte und elektroproportionale Steuerventile für Serienanwendungen mittlerer bis großer Stückzahl. Namenhafte Hersteller im Bereich der Flurförderfahrzeuge, Baumaschinen sowie der Fahrzeugtechnik und der maritimen Wirtschaft vertrauen auf die Produkte aus dem Hause Buchholz. Während der Projektierung einer neuen Aufgabenstellung werden Anforderungen und Funktionen bei Buchholz detailliert mit dem Kunden abgestimmt und in einen individuellen Hydraulikschaltplan übersetzt.

Die Elemente des Schaltplans entsprechen dabei bereits bestehenden Ventilbaugruppen, die in anderen Anwendungen oder Standard-Baureihen Verwendung finden. Diese Baugruppen werden während der CAD-Blockkonstruktion in einem virtuellen Ventilmonoblock angeordnet und so verknüpft, wie es Schaltplan und vorhandener Bauraum vorgeben.

Auch komplexe LS-Steuerungen unterschiedlicher Nennweiten können somit in einem Ventilblock kombiniert werden und sind zudem kompakt und wirtschaftlich darstellbar. „Als kompetenter Entwicklungspartner begleiten wir unsere Kunden von der Konzeptphase eines Projektes über die Inbetriebnahme bis hin zur Optimierung im Fahrzeug“, betont Stefan Lukoschek, Geschäftsführer von Buchholz Hydraulik.

Alle Ventile werden in einem rechnergeführten Ablauf zu 100 Prozent hydraulisch überprüft. Die Reinheitsklasse wird nach ISO 4406 gemessen, überwacht und dokumentiert. Bild: Pöppelmann

In den meisten Fahrzeugen sind die Einbauräume stark begrenzt. Deshalb kann eine vordefinierte Position der Rohr- oder Schlauchanschlüsse, aber auch die Verwendung von Sonderverschraubungen kaum vermieden werden. Immer häufiger werden daher die üblichen Einschraubgewinde am Steuerventil durch Steckanschlüsse (Direkt Porting) ersetzt, die enger aneinander und auch gebündelt angeordnet werden können.

Für diese Sonderanschlüsse sind oftmals keine geeigneten Kunststoff-Verschlussstopfen verfügbar. Da diese jedoch für den Transport und zum Schutz der Hydraulikanlage vor Verunreinigungen unverzichtbar sind, arbeitet Buchholz Hydraulik schon seit vielen Jahren mit dem Kompetenzbereich Kapsto der Firma Pöppelmann zusammen. „Neben einem umfassenden Standardprogramm verschiedenster Schutzelemente bietet uns Kapsto auch die Möglichkeit, individuelle Sonderlösungen zu erhalten, die exakt auf unsere Anforderungen zugeschnitten sind“, erläutert Stefan Lukoschek.

Qualitätsmerkmal technische Sauberkeit

Vor dem Lackierprozess werden die Bohrungen des Ventils mit Kapsto-Kunststoffstopfen verschlossen.
Bild: Pöppelmann

Die Zuverlässigkeit hydraulischer Komponenten und speziell der hochintegrierten Hydrauliksteuerungen wird durch die technische Sauberkeit des Gesamtsystems maßgeblich beeinflusst. Zunehmend enthalten die Kundenspezifikationen daher konkrete Anforderungen zur Bauteilsauberkeit der hydraulischen Komponenten.

Es reicht nicht mehr aus, die Sauberkeit eines Hydrauliksystems über die Hydraulikflüssigkeit nach ISO 4406 zu definieren, sondern auch im Bereich mobiler Arbeitsmaschinen wird die erforderliche Sauberkeit des Hydraulikkreises mehr und mehr über konkrete Grenzwerte spezifiziert. Bei der Technischen Sauberkeit nach ISO 16232 respektive VDA 19 wird nicht nur die Größe und Anzahl der Partikel in Bezug auf die benetzte Oberfläche definiert, sondern es wird auch nach metallischen und nichtmetallischen Partikeln differenziert. Die Norm gibt bisher keine Grenzwerte oder Empfehlungen hierzu vor, stellt aber deutliche Anforderungen an Extraktionsverfahren und Analysemöglichkeiten, um die Basis für eine Vergleichbarkeit der Messungen zwischen den beteiligten Unternehmen zu ermöglichen. „Die bisher übliche Praxis, Grenzwerte zur Bauteilsauberkeit zu spezifizieren, ohne die Vorgehensweise zu Extraktion und Analyse detailliert zu beschreiben und festzulegen, ist nicht nur widersinnig, sondern schlicht nicht normgerecht“, stellt Stefan Lukoschek fest.

Seit einigen Jahren betreibt Buchholz Hydraulik ein eigenes Labor zur Analyse der Bauteilsauberkeit produzierter Bauteile sowie der montierten und geprüften Endprodukte. Dies erfolgt in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Kiel und im Austausch mit dem Fraunhofer-Institut IPA. Im Rahmen diverser Bachelor- und Masterthesen wurden Grundlagen- und spezifische Untersuchungen der relevanten Produktionsprozesse durchgeführt und daraus Optimierungen sowie Verfahrensanweisungen abgeleitet.

Vermeidung von Rekontamination

Dokumentation und Einhaltung der Montageabläufe sind von wesentlicher Bedeutung für eine kontinuierliche Produktqualität. Bild: Pöppelmann

„Wir wissen um die speziellen Anforderungen unserer anspruchsvollen Kunden, ihre hohen Qualitätsanforderungen und die Wichtigkeit der Technischen Sauberkeit“, erklärt Alfred Blache, Leitung des Qualitätsmanagements im Hause Buchholz Hydraulik. Vor dem abschließenden Reinigungs- und Lackierprozess werden die Anschlussbohrungen des Hydraulikventils, an denen später die Leitungen angeschlossen werden, mit Kunststoffstopfen verschlossen. Diese Verschlussstopfen leisten in zweifacher Hinsicht einen wesentlichen Beitrag zur Technischen Sauberkeit der Produkte.

Einerseits wird durch das professionelle Verschließen der Anschlüsse das Eindringen von Reinigungsflüssigkeit, Farbe und Schmutzpartikeln in die Hydrauliksteuerung verhindert, andererseits wird durch das flüssigkeitsdichte Verschließen sichergestellt, dass während des Lackierprozesses und beim Transport zum Kunden keine Restölmengen austreten.

„Es bestehen wegen der chemischen, thermischen und physikalischen Begebenheiten der Prozesse hohe Anforderungen an Handling, Material und Maßgenauigkeit der Schutzstopfen“, so Alfred Blache. „Diese Herausforderungen konnten wir mit Hilfe der Erfahrungen von Pöppelmann Kapsto umsetzen. Als entscheidende Vorteile sind die technische Unterstützung in der Entwicklungsphase und die flexible Umsetzung durch den eigenen Werkzeugbau des Unternehmens hervorzuheben“. wk

Autor: Carsten Wehri, Pöppelmann

„Hohe Leistungsdichte, Sicherheit und Sauberkeit“

KurzInterview: Stefan Lukoschek, Buchholz Hydraulik

fluid: Wie haben sich die Anforderungen Ihrer Kunden aus der Mobilhydraulik in den vergangenen Jahren verändert?

Die Dokumentationsdichte hat sehr zugenommen. Früher waren die Gespräche mit den Kunden, der Umfang der Spezifikation und die Nachweise einfacher. Aber das ist sicher ein Trend nicht nur für unser Unternehmen, sondern gilt generell für Firmen, die mit Entwicklung zu tun haben.

Wenn es um die Technik geht, dann haben wir eine kontinuierliche Erhöhung der Systemdrücke, was vor allem auf den Wunsch nach geringem Bauraum zurückzuführen ist. Außerdem hat sicherlich der weite Bereich der Mecha­tronik in den vergangenen 25 Jahren für gravierende Einschnitte gesorgt. Wir nennen das Hytronik, also Hydraulik mit Elektronik.

fluid: Was meinen Sie? Dass Sensorik in der Hydraulik Einzug hält?

Auch, wobei die Integration von Elektronik und Sensorik bei unseren Produkten etwas geringer ist als in der Industriehydraulik. Das hängt damit zusammen, dass die Baumaschine eher robust sein muss, und damit, dass die Hersteller bereits ihre eigene Elektronik an Bord haben, mit der sie zum Beispiel den Joystick mit den verschiedenen Antrieben und Pumpen vernetzen.

Buchholz Hydraulik wurde 1884 als Handwerksbetrieb gegründet und ist in vierter Generation inhabergeführt. Bild: Buchholz Hydraulik

Für unsere Produkte bedeutet Hytronik, dass es zum einen eine Entwicklung weg von Handventilen hin zu elektroproportionalgesteuerten Ventilen gibt, zum anderen, dass unsere Ventile die Schnittstellen zu den Steuerungen der Hersteller bieten. Ein weiterer Punkt der Mechatronisierung ist die funktionale Sicherheit.

fluid: Sicherheit? Inwieweit?

Nun, es gibt ja zahlreiche Vorschriften, nach denen gewisse Funktionen unter gewissen Randbedingungen nicht mehr ausgeführt werden können oder automatisch stoppen müssen. Das heißt, dass Sie unter Umständen selbst bei einem Handhebelventil zusätzliche Magnetventile installieren müssen, um diese Funktion aus Sicherheitsgründen außer Betrieb setzen zu können.

fluid: Sie haben sich ein Bauteilsauberkeitslabor eingerichtet. Wozu?

Es gibt einen Trend zu höherer Bauteilsauberkeit, und dem wollen wir uns natürlich stellen. Also muss man versuchen, dort besser zu werden. Besser werden ist ja ein wesentliches Kriterium, um wirtschaftlich ganz vorne mitzuspielen. Nachgewiesenerweise ist es ja so, dass die Hydraulik sich verkompliziert, das heißt, immer mehr Regelung, immer weniger Steuerung, immer mehr kleine Kräfte durch Magnete gegenüber großen Kräften durch Handhebel: Also haben auch kleine Partikel einen wesentlichen Anteil daran, die Verfügbarkeit von Systemkomponenten und Maschinen zu beeinflussen und Kosten zu generieren.

fluid: Elektromotoren sind da nicht so sensibel. Glauben Sie, dass sie die Hydraulik ersetzen werden?

Es gibt ja Bereiche, wo die Hydraulik verdrängt wurde, etwa im Werkzeugmaschinenbereich. Glücklicherweise sind die mobilen Arbeitsmaschinen da weniger im Fokus, weil die Leistungsdichte der Hydraulik kaum zu schlagen ist. E-Antriebe sind immer wieder im Gespräch, wenn es um kleinere Kräfte geht.

Dann haben Sie aber eine Inhomogenität. Beispiel Gabelstapler: Wenn Sie zum Heben die Hydraulik brauchen, weil Sie die Kräfte gar nicht anders erreichen, dann können Sie das Vorschieben, das Neigen und das Seitenschieben der Gabeln auch aus dem gleichen Energiezweig bedienen. Wollten Sie diese Funktionen elektrisch betätigen, müssten Sie erst Kabel in den Mast verlegen, die Motoren unterbringen und so weiter. Es gibt immer wieder Überlegungen dies zu tun, aber die Erfolge halten sich sehr in Grenzen.

Das Gespräch führte Wolfgang Kräußlich, Leitender Chefredakteur

„Wir wollen besser werden. Das ist ein wesentliches Kriterium, um wirtschaftlich ganz vorne mitzu­spielen.“

Stefan Lukoschek, Buchholz Hydraulik