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Die neue Unimog-Generation Teil 1 Die Unimog-Baureihen U 300, U 400 und U 500 sind die konsequente Weiterentwicklung eines technischen Konzeptes, das sich in den letzten fast 50 Jahren mit mehr als 310 000 verkauften Fahrzeugen weltweit bewährt hat. Mit der neuen Unimog-Generation werden die hohen Anforderungen bezüglich Komfort, Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Umweltverträglichkeit eines modernen, allradgetriebenen und geländegängigen Geräteträgers erfüllt. Berichtet wird in diesem ersten Teil über die Entwicklungsmethodik und den Antriebsstrang.
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Einleitung
Die DaimlerChrysler AG führte im April 2000 ihre neue Unimog-Generation mit den Baureihen U 300 und U 400 am Markt ein. Das Programm wird im Februar 2001 um die Baureihe U 500 erweitert. Die neue Fahrzeugbaureihe löst das bisherige Unimog-Geräteträger-Programm der mittleren und schweren Baureihen ab. Dabei ist die neue Unimog-Fahrzeuggeneration konsequent auf die Erfordernisse eines geländegängigen Geräteträgers ausgerichtet. Einsatzfelder sind insbesondere die Straßenunterhaltung, Kommunen, Lohnunternehmer, Gewerbe/Industrie sowie Bau- und Energiewirtschaft. Pro Unimog-Baureihe sind jeweils zwei Radstände und zwei Motorvarianten verfügbar, Tabelle.
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Entwicklung
In zwei Produktkliniken wurden zusammen mit ausgewählten Kunden und Geräteherstellern die Anforderungen für den neuen Geräteträger definiert. Hierbei ergaben sich folgende Schwerpunkte: – hoher Komfort und Funktionalität – Geräteeinsatz auch im Einmannbetrieb – gesteigerte Transportfähigkeit – Zugmaschineneinsatz – Zweiwegebetrieb (Straße/Schiene) – Einsatz neuer sowie vorhandener Geräte – Wirtschaftlichkeit. Die Umsetzung der im Lastenheft zusammengefassten Anforderungen, Bild 1, wurde durch ein konsequentes Projektmanagement realisiert. Die Projektsteuerung erfolgte durch ein Team, besetzt mit Vertretern aus Entwicklung, Produktion, Logistik, Vertrieb, Einkauf, Qualitätswesen, Kosten-
planung und Controlling. Daneben wurden für die einzelnen Bau- und Funktionsgruppen interdisziplinäre Teams mit den jeweiligen Spezialisten und externen Entwicklungspartnern eingerichtet. Für jede Baugruppe waren die Ziele hinsichtlich Funktion, Qualität, Kosten und Terminen vorgegeben. Über einen Masterplan mit entsprechenden Quality-Gates wurden die einzelnen Ziele durch das Projektteam verfolgt. Die Entwicklungszeit vom Designentscheid bis zum Serienanlauf betrug 39 Monate. Die Anzahl der Entwicklungsschleifen wurde durch den Einsatz moderner Hilfsmittel wie CAD, FEM-Berechnung und Fahrdynamiksimulationen reduziert. Parallel hierzu wurden Komponenten und das Gesamtfahrzeug auf Prüfständen, Ge-
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IAA Tabelle: Technische Daten der neuen Baureihen Table: Technical data of the new series
Typ Baumuster Radstand Motor Leistung bei 1/min Drehmoment bei 1/min zul. Gesamtgewicht zul.VA-Last zul. HA-Last Gesamthöhe* Breite Länge Pritschenlänge (Innenmaß) Pritschenbreite (Innenmaß) Überhang vorn Überhang hinten
U 300 405.100 405.120 mm 3080 3600 OM 904 LA kW (PS) 110/130 (150/177)
U 400 405.102 405.122 3080 3600 OM 904 LA/OM 906 LA 130/170 (177/230)
Nm
580 bzw. 675
kg
7500 - 10200
2200 675 bzw. 810 1200 - 1600 11990 - 12500
kg kg mm mm mm m
4600 - 5100 4600 - 5500 2830 2150 5100 5620 2400 2900
6700 7000 2860 2200 5100 2400
m
2050
mm mm
1150 870
5620 2900
U 500 405.200 405.220 3350 3900 OM 906 LA 170/205 (230/280) 810 bzw. 1100 15500 7500 8500 2940 2300 5380 2700
6120 3400
2200
* mit Serienbereifung
lände- und Schlechtwegfahrten, Straßendauerläufen sowie im Geräteeinsatz unter extremen Bedingungen erprobt. Ein wesentlicher Beitrag zur Steigerung der Effizienz bei dieser Entwicklung war die enge Verzahnung zwischen Konstruktion, Berechnung und Versuch. Im Folgenden werden beispielhaft zwei der zum Einsatz gekommenen Entwicklungswerkzeuge vorgestellt.
2.1 Hydropuls-Straßensimulator Über die Messungen auf verschiedenen Schlechtwegstrecken wurden die Belastungen für Rahmen und Gesamtfahrzeug ermittelt. Die gemessenen Signale werden durch geeignete Signalverarbeitungsschritte für die Prüfstandssteuerung aufbereitet. Durch diese Signalaufbereitung ergibt sich für die „Simulatorerprobung“ je nach Anwendungsfall eine Zeitreduktion von bis zu 75 %. Ein weiterer Vorteil sind die Kosteneinsparungen durch den automatisierten 24-h-Betrieb der Prüfstände.
2.2 Fahrdynamiksimulation CASCaDE steht für Computer Aided Simulation of Car, Driver and Environment und ist ein Entwicklungs-Werkzeug der DaimlerChrysler-Forschung zur Echtzeit-Simulation des fahrdynamischen Verhaltens von Straßenfahrzeugen. Mit dem auf Fahrzeugmodelle spezialisierten Mehrkörpersystem
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Sechszylinderaggregate (OM 906 LA), Bild 4, der Baureihe 900 eingesetzt, die sich seit mehreren Jahren in den Nfz-Baureihen Vario, Atego und Econic bewährt haben. Die Motoren erfüllen serienmäßig die EuroIII-Abgasgrenzwerte gemäß 1999/96/EG. Die Motorregelcharakteristik kann über einen Schalter verändert werden. Für Straßenfahrt und Transporteinsatz erfolgt eine Momentenregelung (elastisches Drehzahlverhalten wie bei Pkw/Lkw). Zum Betrieb von Arbeitsgeräten kann die Drehzahlregelung aktiviert werden (minimale Drehzahlabweichung wie bei einer Arbeitsmaschine). Durch das über CAN-Bus vernetzte Motormanagement verfügen die Motoren über Diagnosemöglichkeit und umfangreiche Motorschutzfunktionen. Speziell für den neuen Unimog entwickelt wurde der bei Motorstillstand mittels einer Klauenkupplung schaltbare hintere, voll belastbare Motorabtrieb (i=0,944) für den Antrieb der VarioPower-Leistungshydraulik.
wurden die Fahreigenschaften des neuen Unimog bis in den Grenzbereich untersucht, Bild 2. Je nach Anforderung wird die Modellierungstiefe durch skalierbare Komponentenmodelle (zum Beispiel für Reifen, Federung, Dämpfer oder Antriebsstrang) festgelegt. Die Ergebnisausgabe erfolgt in Form von Zeitschrieben, Kennwerten und Bewegungs-Animationen. Durch den entwicklungsbegleitenden Einsatz konnten die Fahreigenschaften in einem sehr frühen Entwicklungsstadium abgesichert und optimiert werden. In einer späteren Entwicklungsphase wurden diese Ergebnisse mit Prototypen bei Fahrversuchen verifiziert.
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Antriebsstrang
Basis des Antriebsstranges des neuen Geräteträgers sind die leistungsstarken Vierund Sechszylinder-Nutzfahrzeugmotoren, das Unimog-Schaltgetriebe mit integriertem Verteilergetriebe und der Permanentallradbetrieb sowie Portalachsen mit hoher Tragfähigkeit.
3.1 Motor In der neuen Unimog-Generation werden die aufgeladenen, ladeluftgekühlten Vierzylindermotoren (OM 904 LA), Bild 3, und
Die Verfasser Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Wischhof ist Leiter des Produktbereiches Unimog der DaimlerChrysler AG, Gaggenau.
Dipl.-Ing. Ewald Seidenglanz ist Leiter des Technischen Bereiches im Produktbereich Unimog der DaimlerChrysler AG, Gaggenau.
Dipl.-Ing. Karl-Heinz Gießner ist Projektleiter des neuen UnimogGeräteträgers der DaimlerChrysler AG, Gaggenau.
Dipl.-Ing. Achim Vogt ist Leiter der Entwicklung Unimog-Geräteträger der DaimlerChrysler AG, Gaggenau.
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Bild 1: Produktmerkmale des neuen Unimog Figure 1: Product features of the new Unimog
Sämtliche Motoren sind serienmäßig mit einer zweistufigen Motorbremse ausgestattet. Sie besteht aus Konstantdrosseln im Zylinderkopf (Stufe 1) und einer Abgasklappe im Auspuffkrümmer (Stufe 2) und kann über den rechten Kombischalter an der Lenksäule betätigt werden oder schaltet sich in Verbindung mit Tempomat automatisch zu. Die Betätigung wird im Kombiinstrument durch eine Kontrollleuchte angezeigt. Die Motoren des neuen Unimog sind mit einer aus Sandwichblech hergestellten Ölwanne ausgestattet. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Geräuschemission und hat geringere Kapselmaßnahmen zur Folge. Alle Motoren sind auch für den Betrieb von Rapsölfettsäuremethylester (RME) freigegeben. Bild 2: Fahrdynamiksimulation mit CASCaDE Figure 2: Driving dynamics simulation using CASCaDE
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3.2 Kühlanlage Um die Sicht auf den vorderen Anbauraum und die Anbauplatte mit Einbau eines stirnseitigen Zapfwellengetriebes zu gewährleisten, erfolgt die Kühlung über zwei hinter den Vorderrädern angeordnete Kühlmodule. Die Kühlanlage ist ausgelegt für den Geräteeinsatz mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten. Die Kühlluftlamellen sind schmutzunempfindlich ausgeführt. Dies wird durch glatte (nicht geschnittene) gewellte Lamellen und eine geringere Rippendichte realisiert. Damit ist gewährleistet, dass auch bei verschmutzungsintensivem Geräteeinsatz wie Mähen oder Mulchen die Kühlfunktion gewährleistet ist, Bild 5. Zur weiteren Verbesserung der Verschmutzungsunempfindlichkeit sowie zur besseren Reinigung bei extremen Einsatzbedingungen ist optional ein zwischen den bei-
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Bild 3: Leistungs- und Drehmomentcharakteristik OM 904 LA Figure 3: Power and torque characteristics of the OM 904 LA
Bild 4: Leistungs- und Drehmomentcharakteristik OM 906 LA Figure 4: Power and torque characteristics of the OM 906 LA
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Bild 5: Verschmutzungstest
kühler ein zweiter Kühlmittel-Luftkühler (KM/LK) angeordnet.
Figure 5: Soiling test
Für eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit werden für alle Kühler Aluminiumlegierungen verwendet; sie sind lackiert und erfüllen die Anforderungen des VDA-Wechseltests.
3.3 Kupplung
Bild 6: Rechtes Kühlmodul Figure 6: Right-hand cooling module
Die selbstnachstellende MembranfederEinscheiben-Trockenkupplung wird serienmäßig über einen hydraulischen Zentralausrücker (HZA) betätigt und ist mit asbestfreien Belägen ausgerüstet. Der als kompakte Einheit ausgeführte HZA ersetzt Ausrücker, Nehmerzylinder und Ausrückgabel und zeichnet sich durch seine Wartungsfreiheit aus. Die Wandler-Schaltkupplung (WSK) ist eine Kombination aus hydrodynamischem Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung und einer ölhydraulischen Lamellen-Schaltkupplung. Dabei übernimmt der Wandler die Anfahr- und die Lamellenkupplung die Schaltfunktion. Mit der in das Telligent-Schaltungssystem eingebundenen WSK entfällt das Kupplungspedal, wodurch ein einfaches und ruckfreies Anfahren ohne Kupplungsverschleiß möglich ist. Durch die etwa zweifache Anfahrdrehmomenterhöhung des Wandlers ist das Fahrzeug ideal geeignet zum Ziehen schwerer Lasten (zum Beispiel im Zwei-Wege-Einsatz auf der Schiene, Bild 7).
den Kühlern eingebautes Reinigungssieb erhältlich. Auf der rechten Seite befindet sich ein Kühlmittel-Luftkühler (KM/LK) sowie ein Ladeluft-Luftkühler (LL/LK), Bild 6. Eine Motorregelung regelt in Abhängigkeit verschiedener Parameter wie Kühlmittel- und Ladelufttemperatur das Proportionalventil, das den hydrostatischen Lüfterantrieb für den Druckdüsenmantellüfter steuert. Der Drucklüfter läuft auch im Ruhezustand mit einer Grunddrehzahl. Das zweite Kühlmodul auf der linken Fahrzeugseite besteht aus einem Klimakondensator, einem Hydraulikölkühler für Arbeitsund Lüfterhydraulik sowie einem elektrischen Drucklüfter. In Verbindung mit dem Sechszylindermotor wird über dem Öl-
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Bild 7: Unimog im Zwei-Wege-Einsatz Figure 7: Unimog used for road/rail applications
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Motorabtrieb und Getriebe-Nebenabtriebe sowie Arbeitshydraulik und Leistungshydraulik VarioPower erlauben dem Anwender die gerätegerechte Einsatzabstimmung.
3.5 Frontzapfwellengetriebe Das Zapfwellengetriebe ist vor dem Motor in der Front des Fahrzeuges angeordnet. Der Antrieb des Getriebes erfolgt vom vorderen Kurbelwellenende über eine Gelenkwelle. Im weiteren Kraftverlauf folgt eine drehelastische Kupplung, eine ölhydraulische Lamellenkupplung und ein einstufiges Stirnradgetriebe. Die Zapfwellengeräte werden von dem direkt aus dem Stirnradgetriebe kommenden Zapfwellenstummel angetrieben. Mit einer Getriebeübersetzung von i=2,139 ergibt sich eine Zapfwellen-Normdrehzahl von 1 000/min. Über eine elektrische Schaltung kann die Zapfwellendrehzahl auf 540/min begrenzt werden. Das Zapfwellengetriebe ist für eine Dauerabtriebsleistung von 150 kW ausgelegt.
Bild 8: Getriebe UG 100-8/9,57-0,74 Figure 8: UG 100-8/9.57-0.74 transmission
Bild 9: Getriebeabstufungen Figure 9: Transmission stages
3.4 Getriebe 3.4.1 Schaltgetriebe UG 100
Abgestimmt auf die vielfältigen Einsatzbedingungen des neuen Unimog-Geräteträgers wird das vollsynchronisierte Achtgang-Schnellganggetriebe UG 100-8 von Mercedes-Benz mit jeweils acht Vorwärtsund Rückwärtsgängen eingesetzt. Mit zusätzlichen Arbeits- und Kriechganggruppen kann das Grundgetriebe auf jeweils 24
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Vorwärts- und Rückwärtsgänge erweitert werden, Bild 8. Damit sind Fahrgeschwindigkeiten von 0,1 bis 85 km/h (abgeregelt) realisierbar, Bild 9. Die Getriebeschaltung erfolgt über die im Mercedes-Benz Actros bewährte elektro-pneumatische TelligentSchaltung. 3.4.2 Nebenabtriebe
Der Antrieb von Geräten kann in vielfältigster Weise erfolgen, Bild 10: Frontzapfwelle,
Bild 10: Nebenabtriebe N08 Frontzapfwelle (z.B. Schneefräse) N05 Motornebenabtrieb (z.B. Leistungshydraulik) N16 schneller Getriebe-Nebenabtrieb (z.B. Kran/Bagger) N19 sehr schneller Getriebe-Nebenabtrieb (z.B. Feuerwehrpumpen) Figure 10: PTOs/Auxiliary drives
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wurde für den neuen Unimog übernommen. Der Stabilenker vereint die beiden Funktionen der Achsführung und Wankstabilisierung in einem Bauteil. Der Achsversatz der Portalachsen zwischen Achs- und Radmitte ergibt trotz niedrigem Gesamtschwerpunkt große Bodenfreiheit, was einerseits den Gerätefreiraum zwischen den Achsen vergrößert und andererseits das Überfahren größerer Hindernisse ermöglicht.
Bild 11: Lenkergeführte Vorder- und Hinterachse des U 300 Figure 11: U 300 front and rear axle guided by arms
3.6 Hydrostatischer Fahrantrieb Bei dem hydrostatischen Fahrantrieb handelt es sich um ein am UG-100-Schaltgetriebe angeflanschtes Hydrauliksystem. Der Hydrostat erlaubt ein stufenloses Regeln der Fahrgeschwindigkeit bei konstanter Verbrennungsmotor- und damit Zapfwellendrehzahl und ist damit besonders geeignet für Böschungs- und Randstreifenmäher, Kehrmaschine, Grabenfräse, Schneefräse und Schneeschleuder. Er bietet einfache Fahrtrichtungsumkehr, stufenlose, feinfühlige und ruckfreie Beschleunigung und damit schnelle Anpassung an die Arbeitsbedingungen. Der hydrostatische Fahrantrieb hat eine CAN-Bus- und diagnosefähige elektroni-
sche Steuereinheit, die mit der TelligentSteuerung kommuniziert. Die Fahrgeschwindigkeit von 0 bis 25 km/h ist über Fahrpedal oder Handsteuerung stufenlos regelbar.
3.7 Achsen Die Achsen sind, wie bei den bisherigen Unimogtypen, als starre Portalachsen ausgeführt und zur Aufnahme hoher Lasten ausgelegt wie sie aus dem Anbau schwerer Frontgeräte und Gerätekombinationen resultieren. Die Portalachsen werden durch Längslenker, „Stabilenker“ und einen Querlenker geführt, Bild 11.
Differentialsperren an Vorderachse (SA) und Hinterachse (serienmäßig) und der sperrbare Längsausgleich sorgen für Vortrieb, solange mindestens ein Rad ausreichend Traktion hat. Eine 100%-ige Sperrwirkung an beiden Achsen bedeutet Gleichlauf aller vier Räder und damit maximale Traktion im Gelände. Die Differentialsperren können ohne Zugkraftunterbrechung pneumatisch während der Fahrt zuund abgeschaltet werden, die Zuschaltung wird im Kombiinstrument angezeigt. Die Unimog-Baureihen haben größtmögliche, gleiche Spurweite vorne und hinten und darüber hinaus ist das Spurmaß von U 300 und U 400 ausgelegt für den ZweiWege-Einsatz (Straße/Schiene). Mit dem entsprechenden Schienenführungssystem können alle gängigen Eisenbahn- und Straßenbahnspurweiten (U-/S-Bahn) abgedeckt werden. In der Oktoberausgabe der ATZ erscheint der zweite Teil dieses Aufsatzes. Er geht ausführlich auf Fahrwerk, Fahrerhaus sowie Elektrik/Elektronik der neuen UnimogGeneration ein.
Das bei den Mercedes-Benz-Lkw-Baureihen Actros und Atego eingeführte innovative Konstruktionsprinzip des „Stabilenkers“
Besuchen Sie uns im Internet: http://www.atz-mtz.de 692
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