Hydraulik

Die Pumpe wandelt mechanische Antriebsleistung in hydraulische Leistung um. Sie verdrängt Flüssigkeit; der Druck stellt sich entsprechend der Last und den Strömungswiderständen ein. Ein frei zum Tank fördernder Kreis benötigt wenig Druck. Trifft ein Zylinder auf eine schwere Last, steigt der erforderliche Druck. Die zulässige Grenze bestimmt die ausgelegte Anlage mit ihrer Druckbegrenzung, nicht die Kraft des Fahrers am Bedienhebel.

Für einen idealisierten Zylinder gilt: Kraft gleich Druck mal wirksame Fläche. Bei 200 bar und 100 Quadratzentimetern entstehen rechnerisch 200 Kilonewton, vor Abzug von Reibung und Gegendruck. Dieselbe Fläche bewegt sich bei 60 Litern pro Minute mit 0,10 Metern pro Sekunde. Das sind bewusst gewählte Lehrwerte: Sie beschreiben weder die Nutzlast eines bestimmten Kippers noch eine zulässige Druckeinstellung.

Auch Leistung hat ihren Preis. 200 bar bei 60 Litern pro Minute entsprechen 20 Kilowatt hydraulischer Leistung. Wegen der Verluste braucht der Nebenabtrieb mehr mechanische Leistung. Eine größere Pumpe beschleunigt den Hub nur, wenn Antrieb, Leitungsquerschnitte und Ventile den zusätzlichen Volumenstrom verarbeiten können. Mehr Druck ersetzt diesen Volumenstrom nicht.

Beim doppeltwirkenden Zylinder unterscheiden sich Kolbenfläche und stangenseitige Ringfläche. Deshalb sind Kraft und Geschwindigkeit beim Ein- und Ausfahren bei gleichen äußeren Bedingungen verschieden. Ein einfachwirkender Kippzylinder erhält dagegen zum Heben Drucköl; beim Senken drückt das Eigengewicht der Brücke das Öl über den freigegebenen Rückweg zurück.

• Merksatz: Druck und Fläche bestimmen die Kraft; Ölstrom und Fläche bestimmen die Geschwindigkeit.

Quellenhinweis: HAWE · Druck, wirksame Fläche und Zylinderkraft · HAWE · Volumenstrom und Verfahrgeschwindigkeit · HAWE · Energieumwandlung in der Hydraulikpumpe

Ein verbreiteter offener Arbeitskreis führt vom belüfteten Tank zur Pumpe, durch den Steuerblock zum Verbraucher und über den Rücklauf wieder in den Tank. Der Tank stellt Ausgleichsvolumen bereit, lässt Luft entweichen und beteiligt sich an der Wärmeabgabe. Eine Saugleitung muss genügend Öl zuführen; Engstellen und zähes kaltes Öl können den Zulauf begrenzen. Die Pumpe darf deshalb nicht durch eine vermeintlich hilfreiche hohe Drehzahl gegen eine mangelhafte Versorgung arbeiten.

Zahnradpumpen liefern bei festem Verdrängungsvolumen mit steigender Drehzahl annähernd mehr Ölstrom. Axialkolbenpumpen nutzen Kolbenbewegungen; je nach Bauart arbeiten sie mit festem oder verstellbarem Fördervolumen. Ein Lastsignal kann bei einer dafür ausgelegten Load-Sensing-Anlage die Versorgung an den Bedarf anpassen. Die Bezeichnung Axialkolbenpumpe allein sagt noch nicht, dass eine Pumpe verstellbar oder lastfühlend geregelt ist.

Wegeventile bestimmen den Strömungsweg, Stromventile beeinflussen die Bewegungsgeschwindigkeit, Druckventile begrenzen oder regeln Druck. Ein Rückschlagventil sperrt eine Flussrichtung. Ein Lasthalteventil erfüllt wiederum eine andere Aufgabe: Es hält beziehungsweise kontrolliert eine vom Gewicht angetriebene Bewegung. Welche Kombination erforderlich ist, folgt aus der konkreten Maschine. Ein Druckbegrenzungsventil ersetzt keine mechanische Abstützung einer angehobenen Kippbrücke.

Bei elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugen kann ein Elektromotor die Arbeitshydraulik versorgen. Die anschließende Zylinderphysik bleibt gleich. Hydraulischer Gerätebetrieb ist außerdem vom hydraulischen Radnabenantrieb zu unterscheiden: Beim Mercedes-Benz HAD oder Renault Trucks Optitrack wird Drucköl in Drehmoment an den Vorderrädern umgesetzt. Diese vorhandenen Vertiefungen bleiben über denselben Hauptbereich erreichbar.

Quellenhinweis: HAWE · Energieumwandlung in der Hydraulikpumpe · HAWE · getrennte Funktionen für Senken, Halten und Druckbegrenzung

Beim Hinterkipper hebt sich die Vorderseite der Mulde; die Brücke dreht um ihre hintere Kippachse. Ein hoher Frontzylinder ist dafür eine verbreitete Lösung, ein unter der Brücke angeordneter Zylinder eine andere. Einseitenkipper bezeichnet zunächst nur eine freigegebene Entladerichtung. Welche Richtung das ist, ergibt sich aus der tatsächlichen Bauart.

Der Zweiseitenkipper bietet zwei konstruktiv vorgesehene Kipprichtungen, häufig nach links und rechts. Beim Dreiseitenkipper kommen linke Seite, rechte Seite und Heck zusammen. Dazu werden die passenden Lagerpunkte zur Drehachse verbunden, während sich die gegenüberliegenden Punkte lösen können. Die Zahl der Kipprichtungen ist somit keine Zylinderzahl: Eine geeignete bewegliche Zylinderlagerung kann mehrere Richtungen bedienen.

Die Richtung entsteht nicht dadurch, dass das Öl eine andere Seite des Teleskopzylinders beaufschlagt. Entscheidend sind die freigegebenen Kippgelenke und die räumlich bewegliche Anlenkung. Verriegelungen verhindern bei entsprechend ausgelegten Aufbauten unzulässige Kombinationen. Ein diagonal gesperrter Aufbau wäre keine vierte Betriebsart, sondern könnte die Tragstruktur verspannen. Bordwandöffnung und Brückenhub müssen ebenfalls zur Entladerichtung passen.

Bei einem Mercedes-Benz Arocs beschreibt der Fahrzeugname das Fahrgestell. Kippbrücke, Zylinder und Ventilanlage können von einem Aufbauhersteller stammen. MEILLER führt mit TRIGENIUS ein Dreiseitenkipperprogramm mit eigenem Hilfsrahmen und eigener Hydraulik; Hyva bietet unter anderem Unterflurzylinder mit Dreiseitenlagerung an. Das sind Lösungen derselben Aufgabe, deren Lagerungen, Druckfreigaben und Bedienfolgen nicht einfach austauschbar sind.

Quellenhinweis: MEILLER · TRIGENIUS, Hilfsrahmen und Kippaufbau · Hyva · Unterflurzylinder mit Dreiseitenlagerung und Kippwinkelbegrenzung

Im Teleskopzylinder stecken mehrere drucktragende Stufen ineinander. Führungen nehmen die vorgesehenen Querkräfte auf, Dichtungen begrenzen den Ölübertritt und Abstreifer halten äußeren Schmutz zurück. Bei üblichen einfachwirkenden Ausführungen fahren die größeren wirksamen Stufen zuerst aus; die genaue Folge hängt vom Zylinderaufbau und der Last ab. Ein Teleskop ist kein gewöhnlicher Kolben, dessen Stange beliebig verlängert wurde.

Mit einer kleineren wirksamen Stufenfläche sinkt bei gleichem Druck die mögliche Axialkraft. Bei gleichem Ölstrom steigt zugleich die Ausfahrgeschwindigkeit. Dass die Brücke im späteren Hub anders reagiert als beim Anheben aus der Waagerechten, hat deshalb sowohl hydraulische als auch geometrische Gründe. Hinzu kommen veränderliche Hebelarme und eine Ladung, die allmählich abrutscht.

Die Druckwerte gehören immer zur konkreten Ausführung. MEILLER nennt für seine Hydraulik einen Bereich bis 320 bar; der beispielhafte Hyva-Frontzylinder FE A169-6-04240-001-K0989 ist mit maximal 250 bar angegeben. Daraus folgt keine Qualitätsrangfolge und keine Freigabe zum Hochsetzen eines Ventils. Zylinderfläche, Anschlussdruck, Hub, Knickfestigkeit und Lagerabstände werden gemeinsam dimensioniert.

MEILLER beschreibt gasnitrierte Laufflächen, metallische Führungen sowie geschmiedete und reibgeschweißte Teile zur Krafteinleitung. Nitrieren verändert die Randschicht; eine solche Oberfläche besteht deshalb nicht aus Edelstahl. Die silberne Darstellung auf dieser Seite dient der Anschauung. Das vom Hersteller als patentiert bezeichnete Selbstentlüftungssystem betrifft dessen Pumpentechnik, nicht pauschal das Grundprinzip jedes Teleskopzylinders.

Quellenhinweis: MEILLER · Hochdruckhydraulik, Zylinderfertigung und Pumpentechnik · Hyva · FE-Frontkippzylinder, ausführungsspezifisch maximal 250 bar

Am unteren Zylinderende treffen zwei unterschiedliche Aufgaben zusammen. Der Ölanschluss führt die Druckflüssigkeit in den Arbeitsraum; die Lagerung leitet die mechanische Gegenkraft in die Tragstruktur. Eine große ringförmige Kontur kann etwa zu einem Lagerauge, einem Lagerkragen oder einer Schwenkaufnahme gehören. Ihre äußere Form allein verrät deshalb noch nicht, ob sie abdichtet, führt oder Last trägt.

Bei einer Augenlagerung verbindet ein querliegender Bolzen das Zylinderauge mit den vorgesehenen Lagerlaschen. Bei einer Gabelaufnahme liegt das Gegenstück zwischen den beiden Schenkeln. Passende Buchsen oder Gelenklager ermöglichen die erforderliche Bewegung. Die tragenden Teile verteilen die Kräfte auf den Träger; Bolzensicherung und Schmierstelle erfüllen jeweils eine andere Aufgabe. Große Materialquerschnitte ersetzen weder die richtige Passung noch eine spannungsarme Ausrichtung. Bei Dreiseitenkippern muss die Aufnahme zusätzlich die vorgesehenen räumlichen Winkel zulassen.

Am Ölanschluss dichtet je nach Verbindungssystem eine definierte Fläche, ein Dichtkegel oder ein Dichtelement. Das Gewinde hält die Verbindung zusammen, ist aber nicht bei jeder Verschraubung selbst die Dichtstelle. Rohrleitung und Schlauch müssen Druck, Bewegung und Umgebung standhalten. Ein bewegter Zylinder benötigt ausreichend Schlauchreserve ohne Scheuern, Knicken oder Zug an der Verschraubung.

Bei einem einfachwirkenden Kippzylinder kann dieselbe Leitung beim Heben Öl zuführen und beim Senken Öl abführen. Ein zweiter sichtbarer Anschluss ist daher kein zwingendes Merkmal jedes Zylinders. Entlüftungs-, Mess- und Schmierstellen dürfen nicht mit einem Arbeitsanschluss verwechselt werden. Für Zuordnung und Befestigung ist die konkrete Zylinder- und Aufbauzeichnung entscheidend.

Quellenhinweis: MEILLER · Hochdruckhydraulik, Zylinderfertigung und Pumpentechnik · Hyva · Unterflurzylinder mit Dreiseitenlagerung und Kippwinkelbegrenzung · HAWE · Druck, wirksame Fläche und Zylinderkraft · Parker · hydraulische Verschraubungen, metallische und elastomere Dichtungen

Der Zylinder drückt auf die Brücke und übt am unteren Lager eine gleich große Gegenkraft aus. Diese Kraft muss über einen geeigneten Querträger und den Hilfsrahmen in die Längsträger gelangen. Die hinteren beziehungsweise seitlichen Kippgelenke bilden den zweiten Teil des Lastpfads. Eine punktuelle Befestigung an einem zufällig verfügbaren Rahmensteg wäre keine konstruktive Lösung.

Gelenkaugen, Schwenklager oder kardanisch bewegliche Aufnahmen erlauben die vorgesehene Winkeländerung. Sie sollen verhindern, dass die Kippbewegung den ausgefahrenen Zylinder seitlich verbiegt. Gerade bei großer Ausfahrlänge wächst die Bedeutung von Knickfestigkeit, Lagerfreiheit und Ausrichtung. Ein besonders kräftiger Zylinder darf daher nicht als seitliche Führung der gesamten Mulde missverstanden werden.

Für das Anheben zählt das Moment um die Kippachse. Vereinfacht muss die Zylinderkraft mal ihrem senkrechten Hebelarm das Gewichtsmoment aus Brücke und Ladung überwinden. Ein kurzer wirksamer Hebelarm kann trotz großer Zylinderkraft ungünstig sein. Die nominelle Kraft in Kilonewton lässt sich deshalb nicht direkt in eine zulässige Ladungsmasse in Tonnen übersetzen.

Beim Kippen wandert der Schwerpunkt nach oben und je nach Entladerichtung seitlich. Schräger oder nachgiebiger Boden, einseitig haftendes Schüttgut und ungleichmäßige Federung können das Fahrzeug zusätzlich belasten. Die Freigaben des Aufbauherstellers zu Untergrund, Federungszustand, Beladung und Abstützung gehören deshalb zur Funktion des Gesamtsystems. Arbeiten unter einer gehobenen Brücke benötigen die dafür vorgesehene mechanische Sicherung; eingeschlossenes Drucköl allein genügt nicht.

Quellenhinweis: MEILLER · TRIGENIUS, Hilfsrahmen und Kippaufbau · Hyva · Unterflurzylinder mit Dreiseitenlagerung und Kippwinkelbegrenzung · HAWE · getrennte Funktionen für Senken, Halten und Druckbegrenzung · DGUV Information 209-070 · mechanische Abstützung angehobener Fahrzeugaufbauten

Hydrauliköl überträgt Energie, schmiert und schützt Bauteile. Seine Viskosität beeinflusst den Zulauf und die innere Leckage. Kaltes Öl erzeugt bei gleichem Durchfluss größere Strömungsverluste; zu dünnes heißes Öl kann stärker durch Spalte fließen. Die richtige Sorte und der zulässige Temperaturbereich sind daher Eigenschaften der Anlage, keine Frage einer möglichst dicken Flüssigkeit.

Eine Drossel vernichtet keine Flüssigkeit, sondern setzt hydraulische Leistung in Wärme um. Fließen beispielsweise 30 Liter pro Minute über einen Druckabfall von 100 bar, entstehen rechnerisch 5 Kilowatt Verlustleistung. Auch ein zu lange gegen die Druckbegrenzung fördernder Kreis erwärmt das Öl. Tankgröße, Rücklauf, gegebenenfalls Ölkühler und tatsächliche Einschaltdauer müssen dazu passen.

Schmutzpartikel können Steuerkanten beschädigen, Ventilsitze offenhalten und Dichtflächen verschleißen. Wasser begünstigt Korrosion und verändert die Eigenschaften des Öls; eingeschlossene Luft macht Bewegungen nachgiebig und kann Schaumbildung fördern. Filter an der vorgesehenen Stelle, saubere Kupplungen und ein geeigneter Tankbelüfter schützen unterschiedliche Eintrittspfade. Ein äußerlich sauberer Zylinder beweist noch keine saubere Flüssigkeit.

Eine absinkende Brücke kann etwa durch undichte Ventilsitze, innere Zylinderleckage oder äußeren Ölverlust entstehen. Ein langsamer Hub kann dagegen an fehlendem Ölstrom, ungünstiger Temperatur oder hoher Last liegen. Diese Symptome werden getrennt untersucht. Lecksuche mit den Händen an einer unter Druck stehenden Leitung ist ungeeignet: Ein feiner Ölstrahl kann die Haut durchdringen. Eingriffe erfolgen drucklos und bei sicher abgestützter Last nach der jeweiligen Wartungsanleitung.

Quellenhinweis: HAWE · Aufgaben der Druckflüssigkeit · HAWE · getrennte Funktionen für Senken, Halten und Druckbegrenzung · DGUV Information 209-070 · Druckentlastung, Restenergie und Hydraulikleitungen