Hydraulikzylinder für Harvester, Forwarder und Holzkrane: Ponsse, John Deere, Komatsu und andere aus der Sicht eines Zylinderherstellers

Anfragen zu Zylindern für Forstmaschinen erreichen Hydroforce immer häufiger. Kunden fragen Kran- und Aggregatzylinder an, außerdem Lenk- und Schildzylinder am Fahrwerk. Wir fertigen jeden davon in der eigenen Werkstatt, nach der Zeichnung des Kunden oder nach Maßen, die wir am Altzylinder abnehmen. Im Folgenden gehen wir gängige Maschinenklassen und ihre Zylinder durch und zeigen, was wir vor Beginn der Bearbeitung konstruktiv berücksichtigen.

Was jede Maschinenklasse trägt

Hersteller von Forstmaschinen veröffentlichen die Zylindergrößen selten, und ihre Ersatzteilkataloge sind nur über Händler anhand der Seriennummer zugänglich. Der Maschinenaufbau ist dagegen öffentlich und zeigt, welche Zylinder die Maschine trägt.

Größenbereiche nach Zylindertyp

Die Größen folgen der Reihe nach ISO 3320. Zylinder außerhalb dieser Reihe fertigen wir nach der Zeichnung des Kunden oder nach Maßen, die wir am Altzylinder abnehmen. Die Tabelle zeigt den Bereich der Hydraulikzylinder, die wir fertigen können, nicht die Zylindergrößen einer bestimmten Maschine.

Nach veröffentlichten Angaben arbeiten Holzkrane mit 185 bis 270 bar, und Harvester-Aggregate sind für bis zu 350 bar ausgelegt.

Kranzylinder

Der Hubzylinder sitzt unter dem Hauptausleger, auf der Seite, auf der das Aggregat den Stamm bearbeitet. Dort kann ihn ein Stamm oder das Aggregat selbst treffen. Beim Epsilon M120Z laufen Ausschubzylinder und Schläuche im Inneren des Auslegers. Bei einem offenen Kran nimmt das Zylinderrohr Schläge auf, und die Kolbenstange wird zerkratzt. Das berücksichtigen wir schon in der Konstruktion.

Beim Schwenken des Auslegers wird der Zylinder zusätzlich seitlich belastet, und die Stangenführung verschleißt einseitig. Bei langen Hüben verlängern wir die Führung und setzen ein Hubbegrenzungsrohr ein, damit Kolben und Führung bei voll ausgefahrener Stange weit genug auseinander bleiben. Ausschubzylinder sind die schlankesten am Kran. Bei 50 mm Bohrung und 2500 mm Hub begrenzt die Geradheit der Kolbenstange die Last, die ein solcher Zylinder tragen kann.

Zylinder am Harvester-Aggregat

Ein Aggregat schließt bei jedem Baum viele Male die Messer um den Stamm und presst die Vorschubwalzen gegen die Rinde. Zylinder bewegen die beweglichen Messer und die Vorschubarme. Ein großes Aggregat nimmt 320-360 l/min auf. Die Entastungsmesser sind hoch belastet, deshalb laufen ihre Drehpunkte in Buchsen mit Schmiernippeln.

Bei jedem Schließen der Messer trifft eine Druckspitze den Zylinder. Wir setzen vor die Stangendichtung eine Pufferdichtung und im Kolbenstangenauge ein Gelenklager ein, damit sich der Zylinder nicht verbiegt, wenn sich der Aggregatrahmen unter Last verformt.

Zylinder am Fahrwerk

Lenkzylinder knicken den Rahmen ab, Schildzylinder heben und senken das Schild. Bei einigen Harvestern pendeln proportional gesteuerte Zylinder den Rahmen im Gelenk. Viele Forwarder haben außerdem Zylinder für die Kabinendämpfung und die Kabinennivellierung.

Diese Zylinder sitzen tief, wo Schlamm und Steine fliegen. Die Last am Lenkzylinder kehrt sich bei jeder Kurve um. Nivellier- und Pendelzylinder machen die meiste Zeit kurze Hübe um eine Stellung, deshalb verschleißt die Kolbenstange auf einem schmalen Streifen.

Sechs Lösungen, die wir in Forstzylinder einbauen

Die folgenden Lösungen sind zum Standard geworden, sowohl in unserer Werkstatt als auch in der Branche. Eine Sonderausführung für eine bestimmte Maschine fertigen wir auf Wunsch des Kunden.

1. Abstreifer und Faltenbälge

Rinde, Harz, Sägespäne und Eis gelangen alle an den Abstreifer, und ein Hochdruckreiniger drückt feinen Sand in seine Lippe. Ein üblicher Einrast-Abstreifer lässt am Sitz einen kleinen Spalt, in dem sich Schlamm sammelt und gefriert. Wir bevorzugen deshalb einen Abstreifer, dessen äußere Lippe den Sitz überdeckt, oder einen Abstreifer mit Metallmantel, der in den Zylinderkopf eingepresst wird.

Nicht jeder Abstreifer kann Eis entfernen. Viele Polyurethan-Abstreifer arbeiten unterhalb von 0 °C, sind aber nicht dafür ausgelegt, Eis von der Kolbenstange zu schneiden. Steht die Maschine im Winter über Nacht im Freien, rüsten wir ihre Zylinder mit einem eisschneidenden Abstreifer aus. Vor dem Lackieren maskieren wir die Kolbenstange, den Abstreifer, die Anschlüsse und die Schmiernippel.

Bei Hub- und Ausschubzylindern mit langer freiliegender Kolbenstange schlagen wir einen Faltenbalg vor. Staub, Rinde und Schläge von Ästen treffen dann den Balg statt der verchromten Kolbenstange. Das Balgmaterial bleibt bei Frost flexibel. Schellen halten den Balg am Zylinderkopf und am Kolbenstangenauge, und Kondensat entweicht durch eine Ablauf- oder Entlüftungsbohrung.

2. Buchsen, Augen und Gelenke

Seitenlast zerkratzt die Stangenführung, und die Verschleißpartikel zerstören Dichtungen schneller als Schmutz von außen. Wir verwenden bronzegefüllte Führungsringe am Kolben und im Zylinderkopf.

Zeichnungen für Forstzylinder verlangen in den Augen Gelenklager von GE 35 ES bis GE 60 ES. Sand setzt sich in den Schmiernuten fest und trägt die Bronze ab, danach beginnt der Bolzen, das Auge zu riefen. Sobald Spiel entsteht, wird jeder Lastwechsel zum Schlag. Wo ein Gelenk mit der Fettpresse schwer erreichbar ist, schlagen wir ein beidseitig abgedichtetes Lager vor.

Kolbenstangen mit Flach- oder Augenkopf schmieden wir aus einem Stück, ohne Schweißnaht und ohne Gewinde zwischen Stange und Kopf. Eine solche Stange zeigt unser Artikel über einen 350-bar-Zylinder mit massiv geschmiedeter Kolbenstange.

3. Dichtungen und Druckflüssigkeiten

Manche Maschinenhersteller schreiben einen Dichtungssatz vor, der nicht ersetzt werden darf. Wir fertigen dann die Nuten am Kolben und im Zylinderkopf nach diesem Satz und konstruieren den Rest des Zylinders darum herum. Im Betrieb passen Ersatzdichtungen aus demselben Satz direkt.

Polyether-Polyurethan arbeitet bis -40 °C, Polyester-Typen bis -30 °C. FKM als Werkstoff verträgt Wärme bis +200 °C, verliert aber unterhalb von -20 °C an Elastizität. Viele Forstmaschinen laufen mit biologisch abbaubarem synthetischem Ester, und in Ester hat derselbe Dichtungswerkstoff engere Grenzen als in Mineralöl. Polyester-Polyurethan ist am empfindlichsten. Für Esterkreisläufe wählen wir Polyether-Polyurethan oder FKM und fragen den Kunden nach der genauen Ölsorte.

4. Schwere Beanspruchung

Ein Forstzylinder arbeitet während seiner gesamten Lebensdauer im Freien, und Äste und Steine zerkratzen ihn. Eine dünne Schicht beginnt am ersten tiefen Kratzer zu rosten. Zeichnungen für Forstzylinder verlangen ein System aus Grundierung und Decklack von insgesamt 80 bis 150 µm und mehr, manche fordern einen Zweikomponentenlack, der für 500 Stunden Salzsprühnebel ausgelegt ist. Wir tragen Dickschichtbeschichtungen auf und prüfen die Trockenschichtdicke mit einem Messgerät an den fertigen Zylinderrohren. Wie wir die Kolbenstangen härten und verchromen, beschreibt unser Artikel über Kolbenstangen.

Die Seriennummer gravieren wir vor dem Lackieren ein, damit sie unter der Lackschicht lesbar bleibt.

5. Endlagendämpfung und Druckspitzen

Die Kran- und Aggregatkreisläufe dieser Maschinen führen hohe Volumenströme: Große Aggregate nehmen 320-360 l/min auf. Bei diesem Volumenstrom erreicht der Kolben das Hubende mit hoher Geschwindigkeit und schlägt hart auf den Bodendeckel und über ihn auf die Kranstruktur. Wir bauen deshalb eine Endlagendämpfung ein: Am Hubende taucht ein Dämpfungszapfen in eine Bohrung im Bodendeckel und drückt das restliche Öl durch eine Drossel aus. Die Zeichnung legt fest, ob sie beim Einfahren, beim Ausfahren oder in beiden Richtungen wirkt. Die Drossel legen wir für den Volumenstrom aus, den der Kunde angibt.

Die Pufferdichtung nimmt die Spitzen auf. Sie muss einen dünnen Ölfilm in Richtung Stangendichtung durchlassen, sonst wird zwischen beiden Dichtungen Druck eingeschlossen, und die Kolbenstange beginnt zu haften und zu rucken. Wir ziehen den Kolben mit dem vorgegebenen Drehmoment an und sichern ihn, damit ihn Vibrationen nicht lösen können.

6. Kälte und Hitze

Bei Kälte wird das Öl stark zäh, und die Aggregatantriebe werden träge und ruckelig. Öl in langen Leitungen bleibt am längsten kalt. Komatsu stattet den 845 mit einer Dieselheizung für das Hydrauliköl aus. Trotzdem laufen die ersten Hübe an einem frostigen Morgen mit zähem Öl unter hohem Druck, solange die Dichtungen noch kältesteif sind.

Die niedrigste Umgebungstemperatur in den Forstzeichnungen, die wir erhalten, beträgt -40 °C. Den Dichtungswerkstoff wählen wir für den Temperaturbereich der jeweiligen Zeichnung, nicht einen Werkstoff für alle Zylinder. Im Sommer droht Überhitzung, und bei einem Aggregatkreislauf mit Esterflüssigkeit wechseln wir auf FKM.

Kennzeichnung und Dokumente

Unser Stahl wird mit Zeugnissen nach EN 10204 3.1 geliefert. Die eingravierte Seriennummer verknüpft jeden Zylinder mit diesen Dokumenten. Auf Wunsch des Kunden informieren wir über den Fortschritt der Fertigung.

Was Sie uns senden sollten

• die Zeichnung oder den Altzylinder, damit wir seine Maße abnehmen können;
• Hersteller, Modell und Einbaulage des Zylinders an der Maschine (Kranhub, Lenkung, Aggregatneigung);
• Betriebsdruck und Ölvolumenstrom für diese Funktion;
• den Dichtungssatz, falls er vorgegeben ist;
• Ölart: Mineralöl oder biologisch abbaubarer Ester;
• Umgebungstemperaturbereich;
• Lacksystem, Farbe und Kennzeichnung;
• Menge je Typ.

Die oben beschriebenen Lösungen gehören zu unserer Standardkonstruktion. Sonderausführungen fertigen wir auf Anfrage.

Senden Sie Ihre Anfrage an office@hydroforce.ee oder nutzen Sie die Kontaktseite.