4 Traktor. Lastschaltung Kupplung Synchronschaltung Getriebeschema / Varios Geschwindigkeitsdiagramm Differential und Planetengetriebe

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1 4 Traktor Lastschaltung Kupplung Synchronschaltung Getriebeschema / Varios Geschwindigkeitsdiagramm Differential und Planetengetriebe Lastschaltung Ein Lastschaltgetriebe ist eine spezielle Form des Fahrzeuggetriebes, bei dem die Übersetzung unter Last, also während der Fahrt, ohne Unterbrechung des Drehmoments geändert werden kann. Dadurch können auch während des Schaltvorganges Vortriebskräfte übertragen werden, das Fahrzeug kann auch während des Schaltvorganges weiterbeschleunigen, es ergeben sich deshalb beim Schaltvorgang keine Komforteinbußen. Beim Schalten eines Ganges wird ein Schaltelement des alten Ganges geöffnet und gleichzeitig ein anderes Schaltelement des neuen Ganges geschlossen. Gruppenschaltungen mit mehr als zwei beteiligten Schaltelementen werden in der Regel vermieden, können aber bei Traktorgetrieben aufgrund der Gruppenbauweise nicht vermieden werden. In der Regel sind die Schaltelemente als Reibungskupplungen ausgeführt, zumeist Lamellenkupplungen. Konventionelle Automatikgetriebe in Personenkraftwagen sind Lastschaltgetriebe, ebenso ermöglichen Doppelkupplungsgetriebe Schaltvorgänge ohne Zugkraftunterbrechung. Grundlegendes: Klauenschaltung: Bei der Klauenschaltung wird nur eine Schaltmuffe verschoben, die die Verbindung zwischen der Welle und dem Zahnrad formschlüssig herstellt. Alle Zahnräder sind immer im Eingriff. Bei jedem Zahnradpaar lässt sich ein Zahnrad frei auf der Welle drehen; nur das geschaltete Zahnrad kann sich nicht mehr frei auf der Welle drehen. Auch hier muß für den Schaltvorgang nahezu Drehzahlgleichheit vorliegen, weshalb die Klauenschaltung nur bei kleineren Traktoren oder bei seltener benutzten Schaltstellen Anwendung findet, wie z.b. im Gruppen- oder Zapfwellengetriebe. Uma uch während der Transportfahrt problemlos den Gang wechseln zu können, haben sich die synchronisierten Schaltstellen durchgesetzt. 1/16

2 - Synchronschaltung: Hier ist zwischen dem Synchronkörper der fest mit der Welle verbunden ist und dem Zahnrad eine kleine Konuskupplung eingebaut. Mit der Schaltmuffe wird der Synchronring axial verschoben und reibt auf dem mit dem Zahnrad verbundenen Kupplungskörper. Bei ungleicher Drehzahl entseht ein Drehmoment, das den Synchronring gegenüber dem Synchronkörper etwas verdreht und das Weiterschieben der Muffe verhindert. Erst wenn die Konuskupplung für Drehzahlgleichheit (Synchronisation) gesorgt hat, gibt der Synchronring den Weg für die Schaltmuffe frei. Die Die sperrsynchronisation ist bei 'Traktoren im Hauptgetriebe üblich; vielfach werden auch die Gruppengänge synchronisiert, was vor allem bei Frontladerarbeiten und am Vorgewende den Schaltkomfort verbessert. 2/16

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4 - Lastschaltung 4/16

5 2. Kupplung Kupplung Praktische Demonstation 3. Synchronschaltung Mechanischer Kennungswandler: 5/16

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7 4. Getriebeschema / Varios Stufenlosgetriebe von Traktoren im Vergleich (auszug Bauernzeitung) Bislang bestand wenig Klarheit über den tatsächlichen Wirkungsgrad von Stufenlosgetrieben. Die Diplomarbeit von Andreas Fischereder an der Lehr- und Forschungsanstalt Francisco Josephinum Wieselburg (NÖ) in Zusammenarbeit mit der Firma Landtechnik Bulla Sierning (OÖ) beleuchtet diesen Aspekt. Folgend die wichtigsten Ergebnisse aus der Arbeit. Konzepte zu Stufenlosgetrieben gibt es schon lange: Erste Ideen entstanden bereits am Anfang des 20. Jahrhunderts. Während in der Automobilindustrie in den 60er-Jahren große Fortschritte gemacht wurden, hinkte die Landtechnik in der Entwicklung etwas hinterher. Durch die hohen Drehmomente, welche bei der schweren Ackerarbeit zu übertragen sind, waren die Wirkungsgradverluste zu groß, um die Getriebe erfolgreich vermarkten zu können. Ausreifung und Anpassung der stufenlosen Getriebe an die Anforderungen der Landwirtschaft führten jedoch auch zu deren vermehrten Einsatz bei Traktoren. 7/16

8 Arten von stufenlosen Lösungen Grundsätzlich können nach der Kraftübertragung drei Typen von Getrieben unterschieden werden: mechanische, elektrische und hydraulische Formen. Allerdings werden in modernen Traktoren leistungsverzweigte Getriebe verwendet, das heißt, dass die Leistung in einen mechanischen und hydraulischen Anteil aufgeteilt wird. Durch das Verwenden dieser beiden Zweige werden deren Vorteile kombiniert. Der mechanische Anteil soll einen guten Wirkungsgrad bringen und durch den hydraulischen Zweig wird stufenloses Fahren ermöglicht. Im Rahmen der Diplomarbeit von Andreas Fischereder wurden die drei stufenlosen Getriebe in der 110 kw Klasse untersucht: Vario Getriebe, im Einsatz bei Fendt und Massey Ferguson; getestet wurde ein Fendt Vario 714 TMS; ZF Eccom Getriebe, im Einsatz bei John Deere, Deutz- Fahr und Same; hier getestet wurde das Modell John Deere 6820 Auto Powr; ZF S-Matic Getriebe, im Einsatz bei Steyr, Case IH und New Holland; getestet wurde ein Steyr CVT Fendt Vario 8/16

9 Vario ist Sprintsieger Beim Vario Getriebe wird über einen Planetensatz die Leistung in einen mechanischen und hydrostatischen Kraftstrom aufgeteilt. Die Zusammenführung der Drehmomente erfolgt an der Summierungswelle (siehe Abbildung "Vario Getriebeschema"). Das Vario Getriebekonzept zeichnet sich durch den simplen Aufbau und das schnelle Beschleunigen auf Höchstgeschwindigkeit aus. Es schafft den Geschwindigkeitsbereich 0 bis 50 km/h bei reduzierter Motordrehzahl mit einem Fahrbereich abzudecken. Selbst beim Ausfall der Elektronik ist ein eingeschränktes Weiterarbeiten möglich. Im Geschwindigkeitsbereich über 25 km/h konnte das Getriebe trotz des einfachen Aufbaues keine Wirkungsgradvorteile gegenüber den anderen beiden Getrieben von ZF vorweisen. Im Geschwindigkeitsbereich unter 25 km/h, besonders im Bereich unter zehn km/h, ist der Wirkungsgrad niedriger als jener der ZF Getriebe. Durch den überwiegend hydraulischen Getriebeanteil sei die Ölerwärmung im Getriebe problematisch. Die entstehende Wärmeenergie und die notwendige Kühlleistung würden im Antriebsstrang fehlen, um mit den beiden ZF Getrieben mithalten zu können. Durch die Entwicklung der Firma Fendt von speziellen Hydrostaten mit einem extrem großen Schwenkwinkel von 45 Grad wird der Wirkungsgrad trotz eines hohen hydrostatischen Anteils hoch gehalten. ZF Eccom mit hohem mechanischen Anteil 9/16

10 Das Eccom Getriebe arbeitet ebenfalls mit einem mechanischen und hydrostatischen Kraftstrom. Im Aufbau ist es jedoch viel komplexer und aufwendiger (siehe auch Abbildung "ZF Eccom Getriebe"). Das Getriebe besteht aus vier Planetensätzen, sieben Lamellenkupplungen und dem hydrostatischen Getriebeteil. Das ZF Eccom Getriebe besitzt Ähnlichkeiten mit dem S-Matic Getriebe, allerdings ist der Aufbau etwas kompakter, weil die Schaltwalze auf der Durchtriebswelle zur Zapfwelle liegt. Der größte Unterschied zum S-Matic besteht darin, dass das Umschalten der Geschwindigkeitsbereiche nicht durch Klauen-, sondern mit Lamellenkupplungen erfolgt. Besonderheiten bei dem ZF Eccom Getriebe sind der hohe mechanische Anteil über dem gesamten Geschwindigkeitsbereich und die aktive Stillstandsregelung. Um die Hydrostatik klein zu halten und um einfache Industriehydrostaten verwenden zu können, ist ein mechanisches Vier-Bereichsgetriebe integriert. Bei Geschwindigkeiten unter zehn km/h wie beim Pflügen oder bei schneller Bodenbearbeitung bis 20 km/h zeigte dieser komplexe Aufbau Vorteile im Wirkungsgrad, so die Studie. Durch die Schwankungen des Wirkungsgrades über den gesamten Geschwindigkeitsbereich könne mit Hilfe eines Motor-Getriebe-Managements Kraftstoff eingespart werden. Beim Geschwindigkeitsbereich über 30 km/h werde die Kraft, im Gegensatz zum Vario Getriebe, zu umständlich durch das Getriebe geleitet, womit die Wirkungsgradvorteile verloren gingen. Im oberen Geschwindigkeitsbereich sei der Wirkungsgrad ähnlich wie bei den anderen beiden Typen. ZF S-Matic das kraftvolle Getriebe. ZF S-Matic 10/16

11 Die ZF S-Matic Getriebeeinheit ist als Getriebeeinschub, als sogenannte "Cartridge" konstruiert (siehe auch Abbildung "ZF S-Matic Getriebe"). Das gesamte Getriebe inklusive Hydrostatik, Schmierversorgung und Elektronik sitzt auf diesem Bauteil. Durch diese neue Getriebekonstruktion kann das ZF S-Matic Getriebe auf einem Traggestell in kurzer Zeit aus- und wieder eingebaut werden. Das S-Matic Getriebe ist ähnlich dem aus dem selben Hause stammenden Eccom Getriebe, jedoch ist der Aufbau etwas "feiner" durchgeführt. Anstatt der sieben Lamellenkupplungen, von denen jede ein Schleppmoment aufweist, hat das S-Matic Getriebe sechs Klauenkupplungen verbaut. Durch die Vorwärts- und Rückwärtskupplungen, die im Gegensatz zum ZF Eccom auch als Klauenkupplungen ausgeführt sind, wird das Entstehen von Gefahrensituationen am Hang mit schweren Lasten verhindert. Der Wirkungsgrad verhält sich sehr ähnlich wie beim ZF Eccom Getriebe und spielt seine Stärken besonders im unteren Geschwindigkeitsbereich aus. Im Gegensatz zu seinen beiden Konkurrenten kann das Getriebe kraftvoller und schneller aus dem Stillstand anfahren, was auf eine ausgeklügelte Motor-Getriebesteuerung zurückzuführen sei. Ein weiteres Highlight ist die aktive Stillstandsregelung, welche bei den beiden ZF Getrieben eingesetzt wird. Damit konnte bei den Testfahrten mit angehängter Last an steilen Straßenstücken ohne Bremsenbetätigung angehalten werden. Was Stufenlosgetriebe bringen Vorteile Enorme Steigerung des Bedienungskomforts (auch unterstützt durch einfacher realisierbare Automatikfunktionen); Keine Zugkraftunterbrechungen durch Schaltvorgänge; Erhöhung der Sicherheit in bestimmten Fahrsituationen; Stufenlose Einstellung der Übersetzung im Getriebe; Motor wird immer im optimalen Betriebspunkt gefahren (volle Leistung oder reduzierter Kraftstoffverbrauch); Fahrtrichtungsumkehr unter voller Last möglich; Geringere Anforderungen an die Charakteristik des Motors; Zapfwellendrehzahl unabhängig zur Fahrgeschwindigkeit; "Kriechganggetriebe" integriert. Nachteile Erhöhter technischer Aufwand komplexe Steuerung; Etwas schlechterer Wirkungsgrad als einfache konventionelle Getriebe; Höherer Anschaffungspreis (zwischen rund 5000 bis 7000 Euro teurer) Problem bei geringer Auslastung. 11/16

12 5. Geschwindigkeitsdiagramm Lindner Geotrac 12/16

13 6. Differential und Planetengetriebe Aufbau und Wirkungsweise eines Kegelrad-Differentialgetriebes: Im Inneren des Korbs ist das Getriebe symmetrisch: Rechts und links befindet sich je ein mit den getriebenen Wellen verbundenes Kegelrad. Über den Umfang trägt der Korb mehrere, mit den getriebenen Kegelrädern kämmende Kegelräder (meistens drei, von denen in den Bildern nur eins gezeichnet ist). Bei Kraftfahrzeugen führen die getriebenen Wellen zu den Laufrädern. Beide Räder sind mit gleich großem Drehmoment getrieben, auch wenn sie sich - wie bei Kurvenfahrt ungleich schnell drehen. Bei gleich schnellem Drehen verursachen die Kegelräder keinen Leistungsverlust und keinen Verschleiß, da sie sich untereinander nicht bewegen. Bleibt eines der Räder ganz stehen, so dreht das andere doppelt schnell (bei gleicher Drehzahl des Korbs, zweites Bild links). Dieser Fall kann auch bei Geradeausfahrt auftreten, nämlich dann, wenn eins der beiden Räder die Haftreibung mit dem Boden verliert. Dieses Rad dreht dann "durch", es überträgt kein vorwärts treibendes Drehmoment mehr, und das Fahrzeug bleibt stehen. Solchen Fahrweganforderungen (Matsch, Schnee und ähnliches) lässt sich mit einem sogenannten Sperrdifferential begegnen: Die ausgleichende Wirkung eines gewöhnlichen Differentialgetriebes wird komplett oder zum Teil unterbunden. Bei Teilunterbindung wird jedes Rad immer mit einem TeilDrehmoment angetrieben, so dass das auf "fester" Fahrbahn verbliebene Rad für weiteres Vorankommen sorgt. Der in Actionfilmen beliebte Stunt, ein Auto während der Fahrt auf zwei Rädern zu balancieren, funktioniert mit normalem Differentialgetriebe nicht. Das sich in der Luft befindende Antriebsrad macht das andere gleich wirkungslos als wäre es auf glattem Boden. 13/16

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15 Aufbau und Wirkungsweise eines Planetengetriebes: Umlaufrädergetriebe sind Zahnrad- oder Reibradgetriebe, die neben gestellfesten auch solche Achsen besitzen, die selbst auf Kreisbahnen im Gestell umlaufen. In vielen Ausführungen sind die umlaufenden Achsen parallel zu den gestellfesten Achsen, was anschaulich begründet, dass die Umlaufrädergetriebe oft auch als Planetenrädergetriebe (kurz: Planetengetriebe) bezeichnet werden. Die auf den umlaufenden Achsen drehenden Räder umkreisen ein zentrales Rad ähnlich wie Planeten die Sonne. Umlaufrädergetriebe sind kompakt bauende Getriebe, da alle im Gestell drehenden Teile gleichachsig sind. 15/16

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