Generations-Wechsel. Mit Stufen gegen Stufenlos. aus 8/2012. John Deere Vertrieb. John Deere DirectDrive:

Transkript

1 S o n d e r d r u c k aus 8/2012 John Deere DirectDrive: Generations-Wechsel Ältere Semester kennen die Doppel -Kupplung noch von der getrennten Bedienung des Fahr- und Zapfwellenantriebes beim Schlepper. Mit DirectDrive hält der neueste Trend aus der Automobilindustrie zur Doppelkupplungstechnik nun erstmals auch Einzug in die Schlepper von John Deere. Exklusiver Fahrbericht John Deere 6R DirectDrive : Mit Stufen gegen Stufenlos DirectDrive heißt das neue Doppelkupplungsgetriebe von John Deere. Wie die Schaltbox mit acht Lastschaltstufen und drei Fahrbereichen gegen stufenlose Getriebe antreten will, klärt ein erster Fahrbericht mit einem 6210R. John Deere Vertrieb John-Deere-Str Bruchsal Tel.: / Fax: / Internet:

2 profi TECHNIK Mehrere Schlepperleben unter extremsten Bedingungen werden bei den Getrieben der Vorserie auf den zahlreichen Prüfständen bei John Deere in Mannheim simuliert, bevor die Serienproduktion startet. Fotos: Wilmer John Deere DirectDrive: Generations-Wechsel Ältere Semester kennen die Doppel -Kupplung noch von der getrennten Bedienung des Fahr- und Zapfwellenantriebes beim Schlepper. Mit DirectDrive hält der neueste Trend aus der Automobilindustrie zur Doppelkupplungstechnik nun erstmals auch Einzug in die Schlepper von John Deere. PowrQuad -Getriebe gibt es bereits seit 20 Jahren und es wurde seitdem über IDas mal gebaut. Doch da sich neben den stufenlosen Getrieben auch Lastschaltgetriebe mit automatisiertem Gruppenwechsel durchsetzten, musste John Deere handeln. Dabei wollten die Mannheimer es aber nicht bei einem Lastschaltgetriebe mit robotisierter Gruppenschaltung belassen. So begann man im Jahr 2005 ein Projekt unter dem Namen DPT (Dual Path Transmission). Ziel dieses Zwei-Wege-Getriebes war es, den besseren Wirkungsgrad eines Schaltgetriebes mit dem Fahrkomfort des Versuchstechniker können jeden erdenklichen Betriebszustand auf dem dreidimensionalen Prüfstand anfahren. Alle Temperaturen, Drehzahlen und -momente werden dabei exakt aufgezeichnet. 62

3 Nicht nur die Getriebe, auch die kompletten Schlepper werden in einer regelrechten Folterkammer extremsten Belastungen ausgesetzt. Sensorik bis ins Detail: Jedes Bauteil ist verkabelt, um möglichst viele Informationen während der Prüfstandsläufe zu gewinnen. Fenster in den Gehäusen verdeutlichen, was drinnen passiert. Die optimale Beölung ist ein zentrales Thema, um einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Haltbarkeit in Einklang zu bringen. stufenlosen Getriebes zu kombinieren. Bis zu 100 Mitarbeiter aus den Bereichen Konstruktion, Elektrik, Software und Test waren deshalb im Laufe der Jahre alleine in Mannheim mit der Entwicklung beschäftigt. Hinzu kamen Experten-Ressourcen von anderen John Deere-Standorten in den USA und Indien. So konnte im Jahr 2007 ein erster virtueller Bau realisiert werden, bevor es nur ein Jahr später den ersten fahrbaren Prototypen gab. Im Jahr 2010 begann dann die Produktion der ersten Vorserienmaschinen für die Haltbarkeitsprüfungen. Auf den Prüfständen und in der Praxis werden diese Schlepper härtesten Belastungen unter Extrembedingungen unterzogen, die dem Mehrfachen eines Schlepperlebens entsprechen. Überzeugend ist laut John Deere auch der Wirkungsgrad: Bei internen Messungen lag dieser (bezogen auf das Gesamtfahrzeug) mit dem DirectDrive um 4 % höher als bei dem gleichen Schlepper mit stufenlosem Getriebe. Das bedeutet laut Hersteller eine Senkung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs um durchschnittlich 10 g/kwh Zugleistung. Au- ßerdem eröffnet der modulare Aufbau des neuen Getriebes Möglichkeiten zur Weiterentwicklung. Dazu zählt vor allem die Einbindung elektrischer Antriebe zur Hybridisierung des Getriebes. Wir sind aber zunächst mal sehr gespannt, wie das Getriebe in seiner jetzigen Form bei den Praktikern ankommt. Denn auch das PowrQuad -Getriebe wird laut John Deere auf dem Weltmarkt weiterhin stark nachgefragt, so dass hier die Produktion in nur wenigen Jahren die Millionengrenze erreichen wird. Ein hehres Ziel für die nächste Getriebe-Generation! So funktioniert das DirectDrive I Das DirectDrive -Getriebe besteht aus drei Baugruppen: Herzstück ist das sogenannte Doppelkupplungsmodul mit acht Stufen und zwei Kupplungen. Das Zusammenspiel dieser Doppelkupplung ermöglicht sämtliche Wechsel der Lastschaltstufen ohne Kraftflussunterbrechung. Und dabei ist jeweils nur eine (statt der sonst üblichen sechs bis acht) Lamellenkupplung offen die Schleppverluste sind entsprechend geringer. Fahrbereichsschaltung Doppelkupplungseinheit Wendegetriebe Vor dem Doppelkupplungsmodul befindet sich die lastschaltbare Wendeschaltung, die sich schon fach im PowrQuad - Getriebe bewährt hat. Hinter dem Modul ist Das Getriebe hat drei Baugruppen: erst die (bekannte) Wendeschalt-Einheit, dann das Doppelkupplungsmodul und dahinter die Schaltung der drei Fahrbereiche. Werkbilder 63

4 profi TECHNIK die Schaltung der drei Fahrbereiche angeordnet (siehe Tabelle: Die Gang-Geschwindigkeiten ): A (2,7 bis 10,8 km/h), B (5,4 bis 21,5 km/h) und C (40 km/h bei U/min oder 50 km/h bei U/min). Geschaltet werden die Stufen und Fahrbereiche mittels elektromagnetischer Aktuatoren, wie sie bislang nur aus der Formel 1 bekannt waren. Die Vorteile im Vergleich zu hydraulisch betätigten Aktuatoren liegen neben der sensorlosen Positionserkennung in der Schnelligkeit der Schaltvorgänge, der flexibleren Regelbarkeit und vor allem in der Temperaturunabhängigkeit. Die Aktuatoren bewegen die Schaltgabel auf einer Welle und sorgen so für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem jeweiligen Zahnrad und der Antriebswelle. Anschließend wird in dem Doppelkupplungsmodul eine Kupplung geöffnet und gleichzeitig die andere geschlossen die nächste Stufe ist eingelegt. Dieser Wechselvorgang zwischen den geraden Stufen auf der einen Welle und den ungeraden Stufen auf der anderen Welle wiederholt sich, bis alle acht Stufen durchgeschaltet sind. Die Gang-Geschwindigkeiten I Endgeschwindigkeiten bei Nenndrehzahl Fahrbereich A B C (40/50 km/h-version) 1. Stufe 2,7 5,4 13,8/16,5 km/h 2. Stufe 3,3 6,6 16,7/20,0 km/h 3. Stufe 4,1 8,1 20,5/24,5 km/h 4. Stufe 4,9 9,8 24,9/29,7 km/h 5. Stufe 6,0 12,0 30,4/36,4 km/h 6. Stufe 7,3 14,5 36,9/44,1 km/h 7. Stufe 8,9 17,7 45,1/53,9 km/h 8. Stufe 10,8 21,5 (54,6/65,3 km/h) 1) 1) 40 km/h bei 1538 U/min, 50 km/h bei 1608 U/min Vom Motor geht die Kraft über die Schaltwelle für die ungeraden (oben) bzw. geraden Stufen (unten) zum Gruppengetriebe. So kann sequenziell durch das Wechseln der Doppelkupplung ohne Lastunterbrechung geschaltet werden. Im Bild ist gerade die 4. Stufe geschaltet Kupplung Vier Schaltgabeln wählen auf den zwei Schaltwellen die insgesamt 8 Stufen vor. Betätigt werden sie mit elektromagnetischen Aktuatoren (unten) Durch die gleichmäßige Abstufung der Übersetzungen betragen die Geschwindigkeitssprünge fast durchweg exakt 22 %. Zusammen mit dem blitzschnellen Wechsel der Stufen sind deshalb in der Praxis die Schaltvorgänge selbst unter Last kaum spürbar. Aktuator Schaltgabel Ebenfalls elektromagnetische Aktuatoren gibt es in dem Fahrbereichsgetriebe. Hier werden die drei Übersetzungen über eine Synchronisation geschaltet. Dabei sind entweder die Hauptkupplung im Wendegetriebe und/oder beide Kupplungen im Doppelkupplungsmodul geöffnet. Das heißt, der Kraftfluss wird kurz unterbrochen. Das ist unter (schwerer) Last natürlich spürbar. Aufgrund des breiten Geschwindigkeitsbandes in jedem Fahrbereich ist der Wechsel aber in der Regel bei Feldarbeiten nicht erforderlich. Lediglich bei Transportfahrten muss man den Wechsel zwischen den Bereichen B und C in Kauf nehmen. Hubert Wilmer 64

5 profi FAHRBERICHT ONLINE VIDEO Exklusiver Fahrbericht John Deere 6R DirectDrive : Mit Stufen gegen Stufenlos DirectDrive heißt das neue Doppelkupplungsgetriebe von John Deere. Wie die Schaltbox mit acht Lastschaltstufen und drei Fahrbereichen gegen stufenlose Getriebe antreten will, klärt ein erster Fahrbericht mit einem 6210R. bei dem Begriff Doppelkupplung als Erstes an die ge trennte Bedienung von IWer Fahr- und Zapfwellenantrieb denkt, sollte zuerst den Beitrag Generations-Wechsel im Technik-Teil weiter hinten in diesem Heft lesen. Bei dem Doppelkupplungsgetriebe DirectDrive versucht John Deere nämlich, den Fahrkomfort eines stufenlosen Getriebes mit dem guten Wirkungsgrad eines mechanischen Schaltgetriebes zu vereinen. Mit dem neuen DirectDrive, einem Doppelkupplungsgetriebe mit acht Lastschaltstufen und drei Fahrbereichen, will John Deere beim 6R richtig Fahrt aufnehmen. Fotos: Wilmer Die Antwort auf die Frage nach dem Wirkungsgrad werden wir sicher bald in einem ausführlichen Test klären können. Erste Eindrücke vom Fahrkomfort konnten wir aber bereits jetzt bei einer Probefahrt auf dem John Deere-Testgelände in Bruchsal gewinnen. Im CommandCenter hat der Fahrer die Möglichkeit, die Grundeinstellungen vorzunehmen. Dazu gehört der Anfahrgang genauso wie die Einstellung der Schaltzeitpunkte unter Last bzw. im Teillast-Bereich. Alternativ aktivieren Sie die Auto -Funktion, bei der dann das Motor-Getriebe-Management alle Einstellungen automatisch optimiert, insbesondere auch bei Zapfwellenarbeiten. Auf der Armlehne haben Sie dann noch die Möglichkeit, die Gruppen oder Fahrbereiche A, B oder B/C per Knopfdruck auszuwählen. Dabei deckt A den Geschwindigkeitsbereich von 2,7 bis 10,8 km/h ab, in B Die Fahrbereiche werden einfach per Knopfdruck gewechselt bzw. in B/C automatisch. Mit dem Hebel lassen sich die acht Stufen auch manuell schalten. Steht er auf Auto, werden die Schaltvorgänge dagegen automatisch durchgeführt. Die maximale Fahrgeschwindigkeit wird an dem Drehrad eingestellt...

6 und mit den Dioden im Tacho angezeigt. Links kann man außerdem erkennen, welcher Fahrbereich und welche Stufe gerade gewählt sind. 50 km/h läuft der Schlepper bei nur Touren! sind es 5,4 bis 21,5 km/h. Der Fahrbereich C beginnt zwar erst bei 16,5 km/h, aber wenn B/C aktiviert ist, kann von B1 bis C8 durchgeschaltet werden. Damit ist der Bereich bis 40 km/h bei min -1 (bzw. bis 50 km/h bei 1608 min -1 ) abgedeckt. Im Alltag werden deshalb wohl die meisten Arbeiten in der Stufe B/C mit ihren jeweils acht Lastschaltstufen zu erledigen sein. Neben den drei Knöpfen für den Fahrbereich gibt es den vom stufenlosen Auto- Powr bekannten Fahrhebel samt integriertem Drehrad. Auch bei DirectDrive stellen Sie damit die gewünschte Höchstgeschwindigkeit ein. Dann wird nur noch mit dem Wendeschalthebel die Fahrtrichtung vorgewählt und schon geht es los! Beim Beschleunigen wechselt das Doppelkupplungssystem auch beim Schlepper mit 20 t Anhängelast nahezu unmerklich die Stufen. Anders ist dies beim (ebenfalls automatischen) Wechsel des Fahrbereichs. Klar, denn hier ist keine Lastschaltung aktiv, sondern der Kraftfluss wird bei der synchronisierten Gruppenschaltung unterbrochen. Beim Beschleunigen und Hochschalten ist das zwar spürbar, aber kein Problem. Beim Runterschalten unter Last am Hang will John Deere die Schaltzeiten bis zum Serienstart allerdings noch reduzieren, um keine Probleme mit einer zu langen Unterbrechung des Kraftflusses zu bekommen. Ist im CommandCenter die Automatik aktiviert, werden sämtliche Getriebeeinstellungen wie z.b. die Schaltzeitpunkte automatisch vorgenommen. Der Fahrer kann aber auch die Grenzlastregelung sowie die Drehzahlabsenkung im Teillastbereich selber einstellen. Außerdem gibt es die Möglichkeit, das Verhältnis zwischen Vorwärts/Rückwärts sowie im Fahrbereich B/C den Anfahrgang zu programmieren. Während der Fahrt regeln Motor und Getriebe dann tatsächlich automatisch das optimale Verhältnis von Drehzahl und Übersetzung ganz wie bei einem Stufenlosen. Aufgrund der (wenn auch sehr gleichmäßigen) Gangsprünge von etwa 22 % ist dies aber natürlich nicht so exakt möglich. Anders wie beim AutoPowr kann man beim DirectDrive sogar für jeden Fahrbereich eine Tempomat -Geschwindigkeit vorwählen. Fehlt nur noch ein Speicher für die Motordrehzahlen. Die Ingenieure wollen aber bis zum Serienstart noch die Möglichkeit schaffen, einen zweiten Anfahrgang zu programmieren, um zwischen beiden Speichern im Terminal schnell wechseln zu können. Das ist bei allen Arbeiten wichtig, bei denen die Anhängelast mal groß und mal klein ist (Güllefass, Ladewagen etc.). Zum einen verhindert man damit ein Abwürgen des Schleppers (was im Gegensatz zu den Stufenlosen durchaus möglich ist). Zum anderen vermeidet man unnötige Schaltvorgänge. Denn das Getriebe schaltet, auch wenn man die Plus/Minus -Funktion des Hebels in der Armlehne nutzt, sequenziell. Das heißt, es kann keine Stufe übersprungen werden. Beim Wechsel des Fahrbereiches gibt es aber ein so genanntes Speedmatching, so dass automatisch die zur Geschwindigkeit passende Lastschaltstufe eingelegt wird. Alles Weitere in Kürze: Das Verhältnis zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang kann im Terminal von - 1 bis + 1 angepasst werden. Einen Kriechgang gibt es für das Direct- Drive nicht. Die niedrigste Geschwindigkeit bei Nenndrehzahl beträgt 2,7 km/h. Rückwärts fährt der Schlepper maximal 30 km/h ( C4 bei 50 km/h-version, C5 bei 40 km/h-version). Wahlweise gibt es die drei Zapfwellendrehzahlen 540/540E/1000 oder 540E/ 1000/1000E. Gewechselt werden sie komfortabel per Knopfdruck. Getriebe und Hydraulik haben einen Ölhaushalt mit 75 Litern und Stunden Wechselintervall. Die maximal entnehmbare Ölmenge beträgt 55 Liter. Das DirectDrive ist ab sofort für die 6R- Modelle vom 6140R bis zum 6210R verfügbar. Der Aufpreis zum (nach wie vor lieferbaren) PowrQuad -Getriebe beträgt aber fast Euro. Dann sind es bis zum stufenlosen AutoPowr -Getriebe nur noch Euro mehr. Das bleibt festzuhalten: Das neue Direct- Drive von John Deere hat acht Lastschaltstufen, die dank der Doppelkupplungstechnologie einen bisher nicht gekannten Schaltkomfort bieten. Hinzu kommt ein vollwertiges Motor-Getriebe-Management mit einstellbarer Höchstgeschwindigkeit, Drehzahlreduzierung im Teillastbereich und Grenzlastregelung. Dinge, wie sie sonst in der Regel nur Schlepper mit stufenlosem Getriebe zu bieten haben. Spätestens beim Wechsel zwischen den drei Fahrbereichen wird dem Fahrer aber auch bei dem DirectDrive klar, dass er nach wie vor auf einem Schaltschlepper sitzt. Wir sind deshalb um so gespannter, wie sich das Getriebe auf dem Prüfstand und in der Praxis präsentiert. Schließlich steht der neue Triebsatz im Vergleich zum bekannten PowrQuad mit stolzen Euro Aufpreis in der Liste. Das sind nur rund Euro weniger als der Preis für das stufenlose AutoPowr. Hubert Wilmer profi Münster Internet: service@profi.de Telefon +49 (0)2501/ Telefax +49 (0)2501/