Potenzial von Traktormanagementsystemen mit leistungsverzweigten Getrieben

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1 17 Potenzial von Traktormanagementsystemen mit leistungsverzweigten Getrieben Dipl.-Ing. Andreas Schumacher Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Hans-Heinrich Harms Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik der TU Braunschweig Langer Kamp 19a Braunschweig Tel.: 0531/ Fax.: Kurzzusammenfassung Traktormanagementsysteme bieten ein breites Potenzial, die Arbeiten und Aufgaben eines Traktors zu regeln. Hauptaspekt ist dabei die Verbesserung des Arbeitsprozesses und die Einsparung von Ressourcen, sei es einerseits durch Kraftstoffeinsparungen oder andererseits durch erhöhte Flächenleistung. Schlüsselaspekte sind die Möglichkeit, vollautomatisiert zu arbeiten, damit das System nicht auf einen Bedienereingriff angewiesen ist, erhöhte Kommunikation Traktor-Gerät mit gegenseitiger Einflussnahme und maximale Variabilität in den Leistungssträngen. Dazu sind stufenlose Fahrantriebe und Zapfwellenantriebe unerlässlich. Heutige Traktormanagementsysteme befassen sich nur mit der automatischen Regelung des Fahrantriebs um die oben genannten Ziele zu erreichen. Dies ist unter anderem dadurch bedingt, dass die verbauten Komponenten (z.b. Zapfwellenantrieb) die notwendige Variabilität noch nicht aufweisen. Würde man die notwendigen Schritte umsetzen, so ergäbe sich ein vollständig kontrollierbarer Arbeitsprozess, der in Interaktion zwischen dem Bordrechner des Traktors (Traktormanagementsystem) und dem Jobrechner des Geräts zu einem den äußeren Gegebenheiten entsprechenden, optimalen Arbeitsergebnis gebracht werden kann. Das Potenzial zur Entlastung des Maschinenführers und zur Steigerung der Prozessgüte ist dabei sehr hoch. Schlüsselwörter: Traktor, Traktormanagementsystem, leistungsverzweigte Getriebe, Hydrauliksystem, stufenloser Fahrantrieb, stufenlose Zapfwelle, Gerät steuert Traktor

2 18 Potenzial von Traktormanagementsystemen mit leistungsverzweigten Getrieben 2 Einleitung Im Bereich der Landtechnik ist der Traktor eine universell einsetzbare Maschine. Besonders aufgrund der verschiedenen und vielfältigen Anbaumöglichkeiten für Arbeitsgeräte wird der Einsatzbereich vervielfältigt. Er reicht ausgehend vom historisch gesehen Ursprungszweck der wendenden Bodenbearbeitung über weitgehende Boden- und Gutbe- und verarbeitung bis hin zum Transportzugfahrzeug. Durch entsprechende Ausrüstung mit Maschinen und Geräten wird der Traktor auch zur kompletten mobilen Verarbeitungsmaschine. Dies bringt allerdings einige Probleme mit sich. Es wird sofort deutlich, dass das oftmals verwendete Triebwerk Dieselmotor mit dem im Traktor eingebauten Antriebsstrang nicht unbedingt für alle Arbeitszwecke und geräte eine optimale Betriebsumgebung schafft, bzw. aus umgekehrter Sicht: Die Arbeitsprozesse erfordern oftmals ein Betrieb des Dieselmotors in ungünstigeren Betriebspunkten. Diese Problematik kann dadurch gelöst werden, dass die Antriebsstränge für die angebauten Maschinen variabel übersetzbar sind. Es wird dem Dieselmotor nur die Leistung abgefordert, ohne eine bestimmte prozessorientierte Drehzahl zu diktieren. Ein Beispiel dafür ist die Arbeitshydraulik, bei der die geforderte Leistung hydraulisch übertragen und im Arbeitsgerät für den Arbeitsprozess entsprechend gewandelt wird. Begrenzender Faktor ist hier einerseits die maximal übertragbare Leistung und andererseits oftmals die aus einem Arbeitsprozess geforderte Fahrgeschwindigkeit. Die Lösung in Form eines stufenlosen Fahrantriebs war somit eine logische Schlussfolgerung. Ziel des Einsatzes stufenloser Getriebe ist die Entkopplung der Triebwerksdrehzahl von der Fahrgeschwindigkeit. Der Beginn eines größeren Serieneinsatzes des stufenlosen Traktorgetriebes war ab Mitte der 90er Jahre als hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigtes Getriebe Vario von Fendt. Mittlerweile ist ein Stufenlosgetriebe bei vielen Traktorherstellern auswählbar bzw. Seriengetriebe. Im Folgenden soll auf die einzelnen, am Markt verfügbaren Getriebesysteme eingegangen werden und die durch ein Managementsystem erzielbaren Potenziale erörtert werden. 3 Getriebesysteme Zur Realisierung stufenloser Getriebe werden in Traktoren hauptsächlich hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe eingesetzt. Bei diesen Getrieben wird die Leistung über einen mechanischen und über einen hydrostatischen Teil übertragen. Hintergrund der Leistungsverzweigung ist einerseits die Schaffung der stufenlos variablen Übersetzung durch die Hydrostatik und andererseits die Kombination mit der nicht stufenlosen Mechanik zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads. Solche Getriebetypen werden in drei Klassen aufgeteilt, die sich nach der Anordnung des Planetengetriebes richten. Alle drei Varianten verfügen über

3 19 einen variablen, hydrostatischen und einen starren, mechanischen Leistungszweig (Abb. 1): 1.) Geschwindigkeitsaufteilung. Bei dieser Getriebevariante ist das Planetengetriebe am Getriebeeingang angeordnet und fungiert als Differenzial. Die Leistungspfade werden am Getriebeausgang mittels eines Stufengetriebes wieder summiert. 2.) Momentenaufteilung. Im Endeffekt handelt es sich bei dieser Getriebevariante um eine Umkehrung der Geschwindigkeitsaufteilung, das Differenzial am Getriebeeingang wird durch ein Stufengetriebe realisiert, das Summiergetriebe mittels eines Planetengetriebes. 3.) Hybrid. Bei dieser Variante werden Summier- und Differenzialgetriebe mit einem Planetengetriebe realisiert. Dies bedeutet allerdings, dass verglichen mit den beiden erstgenannten Varianten ein zusätzlicher Freiheitsgrad vorhanden ist, der beispielsweise zur Änderung der Verschaltung verwendet werden kann Abbildung 1: Typen leistungsverzweigter Getriebe:1.) Geschwindigkeitsaufteilung, 2.) Momentenaufteilung, 3.) Hybrid Alle drei genannten Varianten haben lohnenswerte Vor- und Nachteile, sodass von jeder Variante Getriebetypen auf dem Markt vorhanden sind: Fendt Vario entspricht der Geschwindigkeitsaufteilung, ZF Eccom entspricht der Momentenaufteilung und einige John Deere AutoPowr Getriebe sind nach Hybridmethode aufgebaut um nur einige Beispiele zu nennen. 4 Leistungsspektrum aktueller Traktormanagementsysteme Oftmals bestehen landtechnische Prozesse, in denen ein Traktor beteiligt ist, in einer flächenabhängigen Bodenbe- und Gutverarbeitung. Diese Arbeit richtet sich dann nach der wegabhängigen Beschaffenheit des zu verarbeitenden Gutes, sei es Bodenbearbeitung in Form von Pflügen, Pflanzeneinsaat oder Ernte (z.b. Roden oder Bergen). Die maximale Arbeitsgeschwindigkeit wird durch ein Zusammenspiel aus der eben angesprochenen Beschaffenheit des zu verarbeitenden Gutes und der Leistungsfähigkeit der Maschine bestimmt. Dies bedeutet, dass aus der Kombination von beidem eine Grenze erreicht wird, oberhalb derer die Maschine nicht ordnungsgemäß arbeiten kann und somit das Prozessergebnis nicht optimal ist.

4 20 Potenzial von Traktormanagementsystemen mit leistungsverzweigten Getrieben Die Leistungsfähigkeit bedeutet in diesem Fall nicht nur die reine eingesetzte Triebwerksleistung (des Traktors), sondern die Arbeitsleistung eines Gerätes. Das Prozessergebnis wird somit verschlechtert, obwohl genügend Triebwerksleistung eingesetzt werden kann. Die Maschinenleistung in Kombination mit der Gutbeschaffenheit setzt hier eine Grenze. Gegensätzlich ist allerdings die Forderung nach immer höheren Geschwindigkeiten, um die Flächenleistung pro Stunde zu optimieren. Dies bewirkt, dass in der Regel mit maximal möglicher Fahrgeschwindigkeit gefahren wird. Aus einem zu tätigenden Arbeitsprozess wird somit eine Drehzahl- und Drehmomentanforderung erstellt, die der Dieselmotor zu liefern hat. Im Folgenden wird dieser Vorgang näher betrachtet, um die Wirkungsweise eines Managementsystems besser erläutern zu können. Für den Operator der Maschine ist die Fahrgeschwindigkeit die Regelgröße, die über ein Getriebe gewandelt eine Triebwerksdrehzahl ergibt. Kann der Motor bei entsprechender Drehzahl das nötige Drehmoment bereitstellen, so läuft der Prozess wie gewünscht ab. Kann der Dieselmotor das Drehmoment nicht bereitstellen, z.b. durch eine Störgrößenaufschaltung (Bodenverhärtung o.ä.), so sinkt zwangsläufig die Arbeitsgeschwindigkeit, da die Leistungsanforderung zu groß ist. In einem Motorkennfeld dargestellt bedeutet dies (Abb. 2), dass der Betriebspunkt (1) zuerst drehzahlfest aufsteigt (2) bis das maximale Drehmoment erreicht ist und sich dann entlang der Volllastkennlinie mit sinkender Drehzahl bewegt (3), bis die Leistungsanforderung vom Motor gedeckt werden kann. Dies bedeutet also einen Abfall der Fahrgeschwindigkeit und damit eine Reduktion der Drehmomentanforderung [kw 20 [N [1/min] 25 Abbildung 2: Motorkennfeld eines Dieselmotors Vergleicht man nun ein herkömmliches Stufengetriebe mit einem Stufenlosgetriebe, so kann bei dem letztgenannten die Motordrehzahl festgesetzt und trotzdem die Fahrgeschwindigkeit reduziert werden. Bezogen auf das Motordiagramm folgt, dass die Drehzahl des ursprünglichen Motorbetriebspunktes (1)

5 21 konstant gehalten wird. Der Vorteil ist, dass in Bereichen mit maximal anliegender Motorleistung gefahren werden kann und so die Leistungsanforderung der Arbeitsmaschine bei geringerem Geschwindigkeitsabfall befriedigen zu können. Mit einem Stufengetriebe ist dieses Festsetzen einer Triebwerksdrehzahl natürlich nicht möglich, da diese immer mit der Fahrgeschwindigkeit gekoppelt ist. Durch eine Anzahl an verschiedenen Getriebeübersetzungen ergibt sich die Möglichkeit, bei reduzierender Fahrgeschwindigkeit in einer Umgebung des gewünschten Motorbetriebspunktes zu operieren. Dies erfordert allerdings häufigere Schaltungen, die besonders beim Wechsel einer Gruppe des Getriebes für den Bedienereinsatz aufwändiger ist. Hier wird der Nutzen eines Traktormanagementsystems mit einem stufenlosen Getriebe deutlich: durch eine variable Verstellung der Getriebeübersetzung, die zudem keinen Bedienereingriff benötigt, kann ein System abhängig von der Leistungsanforderung den Motorbetriebspunkt frei wählen. Bei dem oben beschriebenen Szenario bedeutet dies, dass aus dem Arbeitsprozess eine Geschwindigkeitsanforderung an den Motor gestellt wird, die realisiert werden muss. Da nun die Motordrehzahl von der Fahrgeschwindigkeit unabhängig stellbar ist, muss der Dieselmotor nur noch die benötigte Leistung bereit stellen. Ist dies möglich, so kann im Verlauf ein günstiger Betriebspunkt gewählt werden. Günstig kann bedeuten, dass ein Motorbetriebspunkt gewählt wird, bei dem die geforderte Leistung bei minimalem Kraftstoffverbrauch bereitgestellt wird. Für den in Abbildung 2 dargestellten Ursprungsbetriebspunkt (1) würde dies eine Verschiebung auf der Leistungshyperbel in Richtung Punkt (4) bedeuten. Ob ein solcher Betriebspunkt für den Arbeitseinsatz in landtechnischen Prozessen wirklich günstig ist, entscheidet sicherlich nicht nur der Kraftstoffverbrauch, sondern zusätzliche externe Einflüsse. Da die zu verarbeitenden Güter nicht immer homogen sind, besteht die Gefahr einer sprunghaft ansteigenden Leistungsanforderung, die über der möglichen Leistungsabgabe bei der gefahrenen Motordrehzahl liegt. Der Motor würde gegebenenfalls abwürgen. Für ein Managementsystem ergibt sich somit die Problematik, dass der zu wählende Motorbetriebspunkt nicht nur vom rein motorwirtschaftlichen Standpunkt zu wählen ist, es muss immer noch eine gewisse Drehmomentreserve vorhanden sein, die es ermöglicht, den Anstieg der Anforderungen solange zu kompensieren, bis das Getriebe die Übersetzung und damit die Motordrehzahl verstellt hat, sodass ein Abwürgen des Dieselmotors ausgeschlossen werden kann. Ein Abwürgen als Resultat des Traktormanagements wird vom Kunden nicht hingenommen und führt letztendlich zum mangelhaften Produktakzeptanz. Kann dieser Betriebspunkt (4) nicht angefahren werden, weil die Leistungsanforderungen vom Triebwerk nicht befriedigt werden können, so regelt das Managementsystem eine Drehzahl ein, bei der minimaler Kraftstoffverbrauch bei geforderter Leistung gegeben ist. Die vielfältigen Stellmöglichkeiten eines leistungsverzweigten Stufenlosgetriebes in Verbindung mit einem Managementsystem ermöglichen also eine bedarfsorientierte Dieselmotordrehzahl, sodass der Vorteil für den Nutzer entweder

6 22 Potenzial von Traktormanagementsystemen mit leistungsverzweigten Getrieben eine höhere Flächenleistung pro Zeiteinheit oder geringere Treibstoffkosten pro Flächeneinheit ist. Solche Getriebe-Motor-Managementsysteme werden bei vielen Traktoren mit Stufenlosgetrieben eingesetzt. Die Leistungsmöglichkeiten eines Managementsystems gehen aber über das hier Beschriebene deutlich hinaus und werden im Folgenden weiter erörtert. 5 Potenzial von Traktormanagementsystemen Die aktuellen Managementsysteme stellen also die Getriebeübersetzung automatisch, um gewisse, definierte Ziele zu erreichen. Diese Ziele beruhen im Wesentlichen auf einer Optimierung des Arbeitsprozesses und dessen Kosten. Die Begrenzung, der die aktuelle Systeme bisher unterliegen, besteht darin, dass die Getriebeübersetzung nur bezogen auf die Bedienereingabe Fahrgeschwindigkeit beruht. Es gibt aber weitere Punkte, in denen ein Managementsystem Einfluss nehmen kann, um die Systembilanz zu verbessern. Mit heutigen Traktorkomponenten ist dies allerdings zum Teil noch nicht möglich, sodass in diesem Kapitel ein Zukunftsausblick auf anstehende Entwicklungen gegeben wird. Betrachtet man die Leistungsflüsse in einem Traktor (Abb. 3), so werden die Eingriffspunkte eines Managementsystems mit hohem Optimierungspotenzial deutlich. PHyd = p * Q 40 % Pmax PZug = F * v 100 % Pmax PWelle = M * ω 100 % Pmax Abbildung 3: Leistungsstränge in einem Traktor [Fe] 5.1 Zapfwellenarbeit Bei Zapfwellenarbeit entsteht das Problem, dass die Motordrehzahl festgelegt wird. Dies ist dadurch bedingt, dass die Zapfwelle über feste Stufengetriebe mit der Motorabtriebswelle verbunden ist. Weiterhin sind die Zapfwellengeräte in der Regel so ausgelegt, dass der Arbeitsprozess bei einer vorgegebenen Drehzahl optimiert abläuft. Diese Drehzahlen sind genormt auf 540 1/min und /min Zapfwellendrehzahl und werden in der Regel bei Abregeldrehzahl des Dieselmotors (ca /min) erreicht. Soll somit ein Zapfwellengerät am Traktor betrieben werden, so muss der Dieselmotor an der Abregelgrenze betrieben werden,

7 23 auch wenn die dort mögliche Leistung gar nicht benötigt und gegebenenfalls bei niedrigerer Drehzahl bereitgestellt würde. Um den dann durch eigentlich (von der Leistungsabgabe) unnötig hohe Motordrehzahlen entstehenden Kraftstoffmehrverbrauch etwas zu mindern, wurde die Sparzapfwelle eingeführt, bei der diese Normdrehzahlen bei niedrigeren Drehzahlen (ca /min ) des Dieselmotors erreicht werden. Die bisherigen Möglichkeiten eines Managementsystems beschränken sich darauf, zu dieser Triebwerksdrehzahl eine frei wählbare Fahrgeschwindigkeit zu ermöglichen. Zur Optimierung des Arbeitsprozesses bzw. des Kraftstoffverbrauches muss zwingend eine Entkopplung der Triebwerksdrehzahl von der Zapfwelle erfolgen. Der Einsatz einer stufenlosen Zapfwelle ist durchaus kein neues Thema. Ein aktueller Einsatz einer stufenlosen Zapfwelle in Traktoren scheiterte bisher an Kosten, benötigter Bauraum oder zu hoher Verlustleistung, je nachdem, ob die Leistung hydrostatisch oder leistungsverzweigt übertragen wird. Im Hinblick auf ein Managementsystem bieten sich dennoch Vorteile, die dieses Thema nicht unattraktiv machen. Mit Hilfe einer stufenlos angetriebenen Zapfwelle würde die Triebwerksdrehzahl bei jeglichem Arbeitseinsatz des Traktors nur noch von der geforderten Leistung abhängen. Die starre Bindung der Drehzahl des Dieselmotors an die Zapfwellendrehzahl entfällt und mit gleichzeitigem stufenlosem Fahrantrieb kann auch bei Zapfwellenarbeit die Motordrehzahl variiert werden. Abbildung 4: Betriebspunktwahl bei Zapfwellenarbeit Es kann dann auch für den kombinierten Betrieb ein jeweils günstiger Betriebspunkt gewählt werden (Punkt (4) in Abbildung 4), natürlich unter den gleichen Bedingungen, wie auch für den Fahrantrieb. Etwas problematische kann dann allerdings das Verhindern des Abwürgens des Dieselmotors sein, da nicht nur die Leistungsanforderung aus dem Fahrantrieb, sondern auch aus dem zusätzlichen Zapfwellenantrieb berücksichtigt und für beide eine gewisse Reserve

8 24 Potenzial von Traktormanagementsystemen mit leistungsverzweigten Getrieben geschaffen werden muss, sodass der optimale Betriebspunkt nicht immer der Punkt des geringsten Kraftstoffverbrauches bei entsprechender Leistungsabnahme (4) ist, sondern ein Betriebspunkt mit geringem Verbrauch und hinreichend Leistungsreserven (5). Die letztendliche Wahl des Betriebspunktes hängt dann von vielen Faktoren, wie eingesetzter Motor, abgeforderte Leistung, Auslegung des Regelsystems etc. Aber es ergeben sich auch weitere Vorteile einer stufenlosen, drehzahlgeregelten Zapfwelle. Der Anfahrvorgang angekoppelter Maschinen kann deutlich sanfter und materialschonender durchgeführt werden. 5.2 Hydrauliksystem [1] Das Traktorhydrauliksystem übernimmt vielfältige Antriebsfunktionen und darüber hinaus Funktionen im Bereich der Bedienung und der Komforteinrichtungen des Traktors. Aktuell werden Traktoren mittlerer und höherer Leistung überwiegend mit Load-Sensing-Systemen ausgestattet, die mit Verstellpumpen realisiert werden. Der Pumpenvolumenstrom passt sich immer dem Verbraucherbedarf an. Bei herkömmlichen Traktorhydrauliksystemen wird die hydraulische Leistungsabgabe unabhängig von den Leistungsflüssen der Hauptantriebe Fahrantrieb und Zapfwelle gesteuert. Hierbei kann es, wenn bereits die gesamte zur Verfügung stehende Leistung des Dieselmotors über die Hauptantriebe übertragen wird, durch eine zusätzliche Betätigung des Hydrauliksystems zu einer Überlastung des Dieselmotors kommen. In diesem Fall ist eine sinnvolle Steuerung der Leistungsflüsse erforderlich, um die Überlastung des Dieselmotors zu beseitigen. Bei herkömmlichen Traktoren wird dies entweder durch den Eingriff der Grenzleistungsregelung in den Fahrantrieb realisiert oder der Fahrer muss manuell in den Prozess eingreifen Management des Closed-Center Load-Sensing Systems Abbildung 5 zeigt das Schaltungsprinzip eines hydraulisch-mechanisch geregelten Closed-Center Load-Sensing Systems. Hierbei kommen zunehmend elektrisch betätigte Wegeventile zum Einsatz. Externe Hydrauliksysteme können durch das so genannte Power-Beyond angeschlossen werden, wobei hier eine für das Traktormanagementsystem unbekannte Strukturerweiterung des Hydrauliksystems erfolgt. Der über das Power-Beyond abgegebene Volumenstrom ist der Hydrauliksteuerung bei aktuellen Traktoren nicht bekannt. Ein System zur Übertragung von Leistungsdaten zwischen angebautem Gerät und Traktor besteht heute nicht. Eine aktive Steuerung der Hydraulikleistung ist für die internen Hydraulikantriebe des Traktors möglich, indem die Ventilöffnungen reduziert werden. Dies ist jedoch nicht für die am Power-Beyond angeschlossenen Verbraucher möglich, da hier keine aktive Steuerungsmöglichkeit besteht.

9 25 Ein Austausch der Informationen zwischen angebautem Gerät und dem Traktor kann für die Integration des Power-Beyonds in die Hydrauliksteuerung benutzt werden. Hierbei können die Volumenstromwerte, die vom Gerät angefordert werden, in die Kalkulation des Belastungszustands des Hydrauliksystems und damit des Traktors einbezogen werden. Die Traktorsteuerung kann darauf den aktuell für das Gerät am Power-Beyond verfügbaren Volumenstrombereich als elektronische Information an das Arbeitsgerät melden. Die Steuerung des Arbeitsgeräts wiederum kann mit dieser Information eine sinnvolle Prozesssteuerung auf dem Arbeitsgerät durchführen. Stehen dem Traktormanagement die Informationen über den hydraulischen Leistungsfluss zum Gerät zur Verfügung, entstehen vielfältige weitere Möglichkeiten für die Optimierung des Systems Traktor-Gerät. Hierbei kann der Betriebszustand des Dieselmotors im Bereich der Verstellmöglichkeiten der Antriebe immer in den optimalen Zustand gebracht werden, indem die Übersetzung des Fahrantriebs und das Fördervolumen der Pumpe an den jeweiligen Betriebszustand angepasst wird. Gerade im Bereich der Teilleistung können hier Einsparpotenziale erreicht werden, wie die Arbeiten [2], [3], [4] aufzeigen konnten. Abbildung 5: Schaltplan eines CC-Load-Sensing Systems mit Anschlussmöglichkeit externer Wegeventile (Power-Beyond) bei Traktoren

10 26 Potenzial von Traktormanagementsystemen mit leistungsverzweigten Getrieben 5.3 Gerät steuert Traktor Der Traktor hat neben der Aufgabe, Zugkraft bereitzustellen, auch die Funktion eines Geräteträgers, sodass viele verschiedene Geräte an den Traktor angebaut werden, welche zum Teil sehr komplexe und vielschichtige Aufgaben zu erfüllen haben. Daher verfügen diese komplexen Anbaugeräte oftmals über eigene Sensorik und Jobrechner, um den Prozess optimal regeln zu können. Betrachtet man den heutigen Stand der Kommunikation zwischen dem Traktor und dem Gerät, so muss man feststellen, dass es zwar die genormte Schnittstelle ISOBUS gibt, der Datenaustausch zwischen Traktor und Gerät allerdings recht gering ist. Es gibt einerseits die Möglichkeit, auf einem ISO-Bedienterminal die Bedienoberfläche einer Maschine hochzuladen und so das Gerät ohne ein weiteres, gegebenenfalls provisorisch zu montierendes Bediengerät zu steuern. Der Vorteil liegt in der Einfachheit und im Komfort der Bedienung, da nicht viele Zusatzinstrumente angeschlossen werden. Der Datenaustausch zwischen Komponenten des Antriebsstrangs und der Arbeitshydraulik hingegen ist sehr einseitig, denn es werden nur wenige Daten vom Traktor auf das Gerät transferiert (Fahrgeschwindigkeit zum Beispiel) und keine Daten vom Gerät auf den Traktor geladen. Dies beruht auf der Tatsache, dass der Traktor bisher keine Informationen verarbeiten kann. Eine Optimierung dieses Arbeitsprozesses sähe nun so aus, dass eine tiefer gehende Kommunikation mit gegenseitiger Einflussnahme besteht. Das Arbeitsgerät kennt aufgrund der eingebauten Sensoren und Berechnungen auf dem Jobrechner den Arbeitsprozess und dessen aktuelle Leistungsfähigkeit recht genau. Ableitend daraus könnte ein Gerät auch berechnen, was geändert werden muss, dass der Prozess weiter optimiert wird. Heutzutage kann nur der Maschinenoperator das Prozessergebnis bewerten, daraus auf vielleicht vorliegende Unzulänglichkeiten schließen und Maßnahmen anhand von Erfahrungswerten abschätzen. In einem ersten Ansatz kann das Gerät diesen Änderungswunsch auf einem Display ausgeben und so dem Maschinenoperator mitteilen, welche Maßnahmen für einen besseren Prozess zu ergreifen sind. In einem zweiten, verbesserten Ansatz kann das Gerät selbst Einfluss auf den Traktor nehmen. Dazu könnte es entsprechende Anforderungen an das Traktormanagement senden, die dann umgesetzt werden. Berechnet das Gerät also, dass die Prozessgüte bei einer Geschwindigkeitssteigerung von 1km/h ansteigt, so sendet es diese Botschaft über einen BUS an das Managementsystem, welches entsprechend reagiert und die Fahrgeschwindigkeit den Forderungen anpasst. Bei dieser Anforderungssendung des Geräts an den Traktor ist allerdings der Motorauslastungszustand von Bedeutung. Der Traktor muss dem Gerät mitteilen, wie weit der Motor ausgelastet ist, sodass das der Geräterechner unter Umständen erfassen kann, dass die Anforderung nicht umgesetzt wird, da der Motor an der Leistungsgrenze operiert. Damit kann der Jobrechner eventuelle Änderungen am Prozess auf dem Gerät veranlassen.

11 27 Dem Gerät stehen daher Möglichkeiten offen, mittels der Anforderungsbotschaften an das Managementsystem Einfluss auf den Antriebsstrang des Traktors zu nehmen. Ein stufenloses Getriebe ist natürlich Voraussetzung, diese Einflussnahme einerseits vollvariabel zu gestalten und andererseits vom Bediener unabhängig durchzuführen und somit eine vollautomatisierte Prozessoptimierung durchzuführen. Abbildung 6: Daten- und Anforderungsaustausch zw. Traktor und Gerät 6 Zusammenfassung Ein Traktormanagement kann ein hohes Potenzial mit sich bringen, Arbeitsabläufe auf dem Traktor und einem angebauten/angehängten Gerät zu optimieren. Aktuelle Managementsysteme basieren auf dem zusätzlichen Freiheitsgrad eines leistungsverzweigten, stufenlosen Getriebes im Antriebsstrang und sind auf Effizienzsteigerungen des Motor-Antriebverbundes getrimmt. Kraftstoffminderverbräuche oder gesteigerte Flächenleistungen sind die Ergebnisse dieser Systeme. Aber das Potenzial der Systeme ist durchaus größer, wenn die Interaktion auf weitere Komponenten erweitert wird. Unter Verwendung einer stufenlosen Zapfwelle, Integration des Hydrauliksystems und Ausweitung der Geräte-Traktorkommunikation wird ein Regeln der kompletten Leistungsabgabe und der Arbeitsfunktionen des Traktors ermöglicht. Bezogen auf den Dieselmotor kann das Managementsystem eine Leistungsanforderung aller Leistungsstränge ermitteln und einen optimalen Betriebspunkt errechnen. Dieser wird dann nicht von irgendwelchen Zwängen (festgelegte Drehzahlen durch stufige Übersetzungen) übersteuert, sodass über den gesamten Prozess die Motordrehzahl mit Hilfe des Managementsystems frei gewählt

12 28 Potenzial von Traktormanagementsystemen mit leistungsverzweigten Getrieben werden kann. Weiterhin ist dann das Managementsystem in der Lage, besondere Einflüsse und Anforderungen aus den Arbeitsgeräten umzusetzen und so die Prozessgüte weiter zu optimieren und dies ohne einen Benutzereingriff. Hier ist die Erweiterung der Kommunikationsmöglichkeiten zwischen dem Traktor und dem Arbeitsgerät von entscheidender Bedeutung, da sich dies bisher im Wesentlichen auf Erhöhung des Bedienkomforts und Übertragung der Fahrgeschwindigkeit beschränkt. Kann das Gerät nun Anforderungen an den Traktor in Bezug auf Fahrgeschwindigkeit, Zapfwellendrehzahl o.ä. senden, die auch umgesetzt werden, so kann die genannte vollautomatische Prozessoptimierung und Fahrerentlastung erreicht werden. Die Entlastung des Fahrers und die erzielbare Prozessoptimierung sind dabei so groß, dass dies ein deutlicher Trend in der zukünftigen Entwicklung von Traktormanagementsystemen ist.

13 29 7 Literatur [1] Fedde, T, Lang, T., Harms, H.-H., Funktionserweiterung für die Arbeitshydraulik, 4. Kolloquium Mobilhydraulik, Braunschweig, 2006 [2] Seeger, J., Antriebsstrangstrategien eines Traktors bei schwerer Zugarbeit, Shaker Verlag, Aachen 2001 [3] Forche, J., Harms, H.-H., Antriebsstrangmanagement für Hydraulikbagger, Tagungsband Fachtagung Baumaschinentechnik, Schriftenreihe der Forschungsvereinigung Bau- und Baustoffmaschinen im VDMA, Oktober 2004 [4] Wiegandt, M., Grundlagen eines Traktorbremsmanagement, Shaker Verlag, Aachen 2004 [5] Lang, T., Mechatronik für mobile Arbeitsmaschinen am Beispiel eines Dreipunkthebers, Shaker Verlag, Braunschweig 2002 [6] Harms, H.-H., Umdruck zur Vorlesung Antriebstechnik, Braunschweig 2006 [7] Seeger, J., Leistungsverzweigte Getriebe in Traktoren, Vortrag Tag der mobilen Arbeitsmaschine, Braunschweig 2004 [9] Ossyra, J.-P., Continously variable transmission for Truck application, 5. IFK Aachen, 2006 [8] AGCO GmbH, Diverses Informationsmaterial zu verschiedenen Fendt-Traktorbaureihen, [9] Claas KGaA mbh, Diverses Informationsmaterial zu verschiedenen Claas-Traktorbaureihen, [10] John Deere, Diverses Informationsmaterial zu verschiedenen John Deere-Traktorbaureihen, [11] ZF Friedrichshafen AG, Diverses Informationsmaterial zum ZF Eccom Getriebe, 2006

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