GE TRIEBE UND SCHALTUNG

GANGSCHALTAUTOMAT FÜR VOLLAUTOMATISIERTE TRAKTORLASTSCHALTGETRIEBE Lastschaltgetriebe empfehlen sich für industrielle Anwendungen, die schnelle Richtungsumkehr und ein sanftes Einrücken der Kupplung erfordern. ZF bietet nun für seine synchronisierten Gruppengetriebe der Baureihe T-7000 und deren Nachfolgegeneration TerraPower einen Gangschaltautomaten zur automatisierten Synchrongruppenschaltung an. Mithilfe eines elektrohydraulischen Ventilblocks und eines eigens für die Getriebesteuerung entwickelten Softwaremoduls ist es hierdurch möglich, die Getriebe vollautomatisch und komfortabel zu schalten. Weiterhin stehen eine Teilautomatik und auch ein manueller Modus zum Gangwechsel per Knopfdruck (shift-by-wire) zur Verfügung. 70

AUTOREN

DR.-ING. KARL GRAD ist Leiter Forschung und Entwicklung Landmaschinengetriebe der ZF Friedrichshafen AG in Passau.

DIPL.-ING. (FH) THOMAS CAPPELLARO ist Leiter Entwicklung Stufengetriebe und Hinterachsen für Landmaschinen getriebe bei der ZF Friedrichshafen AG in Passau.

DR.-ING. BASTIAN VOLPERT ist Teamleiter Vorentwicklung OffHighway der ZF Friedrichshafen AG in Friedrichshafen.

MOTIVATION

Als vor gut zehn Jahren die stufenlosen Getriebe in einer breiten Serienanwendung auf den Markt gekommen sind, haben nicht wenige erwartet, dass die Ära der Lastschaltgetriebe damit zu Ende gehen würde. Mittlerweile ist klar, dass die Schaltgetriebe in Form von teillastschaltbaren Getrieben aufgrund von Vorteilen bei Kosten und beim Verlustverhalten ihren Platz erfolgreich verteidigen. Allerdings kann man erkennen, dass Lastschaltgetriebe im Wettbewerbsumfeld der Stufenlosgetriebe merklich weiterentwickelt wurden. So hat sich nicht nur die Zahl der lastschaltbaren Gänge erhöht, auch zahlreiche Komfortund Automatisierungsfunktionen [1] tragen mittlerweile dazu bei, die Bedienung und die Leistungsfähigkeit der Traktoren mit Schaltgetriebe denen mit Stufenlosgetrieben anzunähern. Die einfache Bedienung, schon früh als wichtiger Kundennutzen der stufenlosen Getriebe betrachtet [2], wird zunehmend auch zu einem anerkannten Attribut der Lastschaltgetriebe. VORTEILE VON SHIFT-BY-WIRE

Ein wesentlicher Schritt zu einer vollständigen Shift-by-wire-Betätigung von teillastschaltbaren Traktorgetrieben stellt die Hilfskraft unterstützte Schaltung des Gruppengetriebes dar. Die Vorteile einer Hilfskraft unterstützten Gruppengetriebeschaltung im Traktor sind zum Teil die gleichen wie auch in Straßenfahrzeugen [3]. Für den Anwender bringt die Shiftby-wire-Lösung vor allem einen deutlich erhöhten Schaltkomfort, der sich konkret in niedrigeren Betätigungskräften, aber auch in einer optimierten Ergonomie äußert. Schalthebel können deutlich kleiner dimensioniert und freizügiger positioniert werden als bei mechanischen Lösungen. Der Anwendernutzen erschließt sich vor allem bei Transporteinsätzen und Feldarbeiten mit geringer Leistungsanforderung, bei denen die Gruppen oft gewechselt werden. Über die Hilfskraftunterstützung hinaus eröffnet die Aktuatorik vor allem ein breites Feld der Automatisierungsmöglichkeiten. Die Limitationen der schon weitverbreiteten automatisierten Lastschaltung werden hiermit aufgehoben. Für den Fahrzeughersteller schlägt die Vereinfachung und Standardisierung April 2014

zwischen Schalt- und Stufenlosgetrieben beim Kabinendesign positiv zu Buche. Mehrkosten für den Getriebeaktuator werden durch den Entfall der äußeren Schaltungsbauteile teilweise kompensiert. Konzepte von Multifunktionsarmlehnen können von Traktoren mit stufenlosen Getrieben übernommen werden. Die Geräuschentkopplung in der Kabine wird durch fehlende Durchbrüche für Schaltgestänge oder Bowdenzüge verbessert. Kabinenfederungen und optionale Rückfahreinrichtungen lassen sich durch den Entfall mechanischer Koppelelemente einfacher realisieren. ANFORDERUNGEN

Im Gegensatz zu den stufenlosen Getrieben sind die Lastschaltgetriebe unter anderem aufgrund ihrer Robustheit und der einfachen Wartbarkeit weltweit im Einsatz. Eine zentrale Anforderung war es daher, eine rein mechanische Schaltung weiterhin verwenden zu können; der Gangschaltaktuator soll also optional einsetzbar sein, ohne in den Aufbau des Synchrongetriebes eingreifen zu müssen. Daraus resultieren die weitere Verwendung der inneren Schaltungskomponenten und die Notwendigkeit, dass der Gangschaltaktuator sowohl die Funktion der Gassenwahl als auch die des eigentlichen Schaltens erfüllt. Die zentralen Anforderungen an Stellwege, -kräfte und -geschwindigkeiten des Aktuators lassen sich somit direkt daraus ableiten. Für die ZF-Getriebekonzepte ergeben sich abhängig von den zu schaltenden Gängen und den zu synchronisierenden Massenträgheitsmomenten Stellkräfte von 600 bis 1000 N und Stellwege von 8 bis 10 mm bei Stellgeschwindigkeiten von mindestens 80 mm/s. Aus Standardisierungsgründen soll das vorhandene elektronische Steuergerät weiter verwendet werden. Der Aktuator kann wahlweise für vier, fünf oder sechs Synchrongänge innerhalb eines Gruppengetriebes nutzbar sein beziehungsweise acht, wenn jeweils vier davon in zwei Gruppengetrieben verteilt sind. TECHNISCHE LÖSUNGSANSÄTZE

Zur Festlegung der Stelleinrichtung für den Gangschaltaktuator wurden die in ZF-Produkten üblicherweise eingesetzten elektropneumatischen, -hydraulischen, -motorischen und -magnetischen Aktua-

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GEAR SHIFT ACTUATOR FOR FULLY AUTOMATED TRACTOR POWERSHIFT TRANSMISSIONS Powershift transmissions are recommended for industrial applications that require rapid reversal of direction and a smooth engagement of the clutch. ZF now offers an automatic gear-shifting for synchronous group transmissions of the powershift transmission series ZF T-7000 and its successor generation TerraPower. Using an electro-hydraulic valve block and a module software specially developed for the transmission control makes it possible to automatically and comfortably switch the transmission. Furthermore, a semi-automatic and a manual mode to change gear by pressing a button (shift-by-wire) are available.

MOTIVATION

Just over ten years ago as the continuously variable transmissions came onto the market in a wide range of series applications, quite a few people ex pected that the era of the powershift transmission was coming to a close. Meantime it has become clear that shift transmissions in the form of powershift transmissions are successfully defending their position due to the advantages of cost and their better loss characteristics. However, it can be appreciated that powershift transmissions in the competitive environment of continuously variable transmissions have been developed significantly further. For example, not only has the number of powershift gears increased, also numerous comfort and automation functions [1] have now contributed to bring the operation and performance capabilities of tractors with shift transmissions close to those with the continuously variable type. Easy operation, regarded at an early stage as an important customer benefit of continuously variable transmissions [2], is also increasingly becoming a recognised attribute of powershift transmissions SHIFT-BY-WIRE ADVANTAGES

An important step towards complete shift-by-wire operation on partial powershift tractor transmissions is represented by the shifting of the range gears sup-

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ported by auxiliary power. The advantages of range gear shifting on the tractor supported by auxiliary power are in part the same as for road vehicles [3]. For the user the shift-by-wire solution primarily gives significantly increased shifting comfort, which is actually expressed in lower actuation forces, but it also results in optimised ergonomics. Shift levers can be made substantially smaller and positioned with more freedom than with mechanical solutions. The user benefits primarily include transport trips and field work with a low power requirement during which the ranges are often changed. The actuator system primarily opens up a wide range of automation possibilities, which go beyond auxiliary power support. The limitations of the already very popular automated powershift are therefore removed. For the vehicle manufacturer the simplification and standardisation between shift and continuously variable transmissions has a positive effect in the cab design. Additional costs for the transmission actuator are partially compensated by the omission of the external shift components. Concepts from multifunction armrest controls can be taken over by tractors with continuously variable transmissions. The sound insulation in the cab is improved by the lack of openings for the shift stick or Bowden cables. Cab suspensions and optional reversible driver’s seat can be implemented more simply due to the omission of mechanical coupling elements.

REQUIREMENTS

In contrast to continuously variable transmissions, powershift transmissions are in use throughout the world in part due to their robustness and easy maintainability. Therefore, it was a central requirement to be able to use a purely mechanical shift; consequently, the gear shift actuator should be able to be implemented optionally without having to intervene in the construction of the synchronised transmission. This then results in the further application of the inner shift components and the requirement that the gear shift actuator fulfils the function of the rod selection as well as the actual shifting. The central requirements on the actuating displace-

AUTHORS DR.-ING. KARL GRAD is Head of R&D Agricultural Machinery Transmissions at ZF Friedrichshafen AG in Passau (Germany). DIPL.-ING. (FH) THOMAS CAPPELLARO is Manager Agricultural Machinery Powershift Transmissions and Rear Axles at ZF Friedrichshafen AG in Passau (Germany). DR.-ING. BASTIAN VOLPERT is Team Manager Advanced Engineering Off-Highway at ZF Friedrichshafen AG in Friedrichshafen (Germany).

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fic

eci

Sp

on ati

Actuating force [N]

8

80

Piezo 1000

600

600

100

Hydraulic Pneumatic

10

Electromagnetic 1

DC-motor/spindle 1000

100

10

1

0.1

0.01 0.001

Actuating displacement [mm]

1

10

100

1000

10.000

Actuating velocity [mm/s]

➊ Stellwege, -kräfte und -geschwindigkeiten für gebräuchliche Aktuatoren [4] und ZF-Anforderungen für Traktorgetriebe (grün) Actuating displacements, forces and velocities for common actuators [4] and the ZF requirements for tractor transmissions (green)

torprinzipien in die engere Auswahl gezogen. Da der Gangschaltaktuator als Option für ZF-Getriebe entwickelt wurde, sollte auf eine vorhandene Energiequelle sowie die bereits im Getriebe vorhandenen inneren Schaltungskomponenten zurückgegriffen werden. Weitere Entwicklungsziele waren die Realisierung einer kurzen Schaltdauer und ein möglichst geringer Bauraumbedarf. ➊ zeigt eine Gegenüberstellung der aus der Literatur bekannten wesentlichen Eigenschaften für den technischen Einsatz verschiedener Aktuatoren. Zusätzlich sind dort die ZF-Anforderungen an den Aktuator bezüglich Stellkraft, -weg und -geschwindigkeit eingezeichnet. Die größten Stellwege und -geschwindigkeiten bei gleichzeitig größtmöglichen Stellkräften lassen sich mit hydraulischen Aktuatoren erzielen. Bei reiner Betrachtung von Stellweg,

-kraft und -geschwindigkeit erscheint auch der pneumatische Aktuator hinsichtlich Stellweg und -geschwindigkeit als sinnvolle Lösung. Elektromotorische und -magnetische Aktuatoren sind bei bauraumneutraler Betrachtung zu weit von den Anforderungen – vor allem bezüglich Stellgeschwindigkeit – entfernt. Piezoaktuatoren kommen wegen ihrer geringen Stellwege nicht infrage. Bezieht man die Leistungsgewichte der Aktuatoren [4] mit in die Bewertung ein, kommen pneumatische Aktuatoren wegen geringerer Leistungsdichte um Faktoren schlechter weg als hydraulische. Ferner ist die Druckluftversorgung nicht standardmäßig in Traktoren verfügbar. Elektromotorische oder -magnetische Aktuatoren liegen bei gleichem Bauraum auf die Energiedichte bezogen nochmals deutlich unter den pneumatischen Aktuatoren und sind nicht ohne

➋ ZF-Gangschaltaktuator: zweiachsig wirkender elektrohydraulischer Aktuator, der bis zu sechs synchronisierte Gänge schaltet und sich mit konventionellen inneren Schaltungssystemen einsetzen lässt ZF gear shift actuator: electrohydraulic actuator operating on two axes which shifts up to six synchronised gears and can be employed with conventional internal shift systems April 2014

Weiteres mit dem bereits existierenden Getriebesteuergerät anzusteuern. Da die im Getriebe bereits verfügbare Hydraulikenergiequelle maßgeblich die verwendete Technologie beeinflusst und die Hydraulikaktuierung neben höchstem Leistungsgewicht zu minimalem Bauraumbedarf führt, fiel die Entscheidung letztendlich für ein elektrohydraulisches System mit bereits verfügbaren Steuerungen und Regelalgorithmen. AUFBAU UND FUNKTION DES GANGSCHALTAKTUATORS

Der Gangschaltaktuator ist aufgrund der vorhergehenden Betrachtungen als elektrohydraulischer Aktuator ausgeführt. Jeweils ein hydraulischer Kolben ist für das Wählen der Gasse und das Schalten der Gänge beziehungsweise Synchronisierungen eingerichtet, ➋. Jeweils zwei Proportionaldruckregelventile verschieben die Kolben aus der Neutrallage in die gewünschte Position, entweder seitlich zur Gassenwahl oder in Längsrichtung zur Gangschaltung. Der Schaltaktuator muss mehrere spezifische Schaltungsvorgänge ausführen können, ➌: : Nullschaltungen aus Neutral bei ruhendem Fahrzeug gegen die stehende Abtriebswelle : Folgeschaltungen (Hoch- und Rückschaltung) in der gleichen Schaltgasse (1n2, 3n4 und 5n6) : Folgeschaltungen (Hoch- und Rückschaltung) mit gleichzeitigem Schaltgassenwechsel (2n3 und 4n5) : Folgeschaltungen mit gleichzeitig stattfindender Anpassung der Übersetzung im Lastschaltmodul (gear matching) : Folgeschaltungen für Gruppen mit Stufensprüngen zwischen den Gängen drei und vier. Das System erlaubt neben dem sequenziellen Schalten auch das Überspringen von Gängen. Die Realisierung und Absicherung der Funktionen erfolgt über ein ausgeklügeltes Zusammenwirken von Sensorik, Aktuatorik und Software. Der Synchro-Neutralschalter in ② ist ein Stößelschalter, der von Nocken auf dem Schaltfinger angesteuert wird und das Starten des Motors bei eingelegtem Gang verhindert. Über ihn wird auch die Position des Schaltfingers und damit der eingelegte Gang erkannt. Der Schaltweg wird zudem analog berührungslos mit-

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ments, forces and velocities of the actuator can therefore be derived directly from this. Depending on the gears to be shifted and the moments of inertia to be synchronised, actuating forces from 600 to 1000 N and actuating displacements from 8 to 10 mm arise in the ZF transmission designs for actuating velocities not less than 80 mm/s. For reasons of standardisation the existing electronic control unit should be used further. The actuator should alternatively be suitable for shifting four, five or six synchronised gears inside one group transmission or eight gears if distributed in two groups. TECHNICAL APPROACH TO A SOLUTION

To specify the actuating device for the gear shift actuator the electrically controlled pneumatic, hydraulic, magnetic and motorised actuator principles usually applied in ZF products are all shortlisted as possible choices. Since the gear shift actuator was developed as an option for ZF transmissions, an existing power source and the inner shift components already present in the transmission should be utilised. Other development objectives were the implementation of a short shift duration and the smallest possible required installation space. A comparison of the main characteristics as known from the literature for the technical application of various actuators is given in ➊. In addition, the ZF requirements on the actuator with regard to actuating force, displacement and velocity are also shown. The large actuating displacements and velocities at high level forces can be obtained with hydraulic actuators. Just taking the actuating displacement, force and velocity into consideration the pneumatic actuator also appears a practicable solution with regard to the actuating displacement and velocity. For the same installation space electric motors and electromagnetic actuators are far from fulfilling the requirements, particularly in relation to the actuating velocity. Piezoelectric actuators are out of the question due to their low actuating displacements. If the power-to-weight ratios of the actuators [4] are taken into account in the assessment, pneumatic actuators turn out far worse than hydraulic ones due to the lower power density. Also, a compressed air supply is not available as

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standard in tractors. For the same installation space electrically motorised or electromagnetic actuators clearly lie below pneumatic actuators with regard to power density and, without further ado, cannot be controlled with the existing transmission control unit. Since the hydraulic power source available in the transmission decisively affects the applied technology and hydraulic actuation with its minimum installation space requirement leads to the highest power-to-weight ratio, the decision was finally made in favour of an electrohydraulic system using currently available controllers and control algorithms. CONSTRUCTION AND FUNCTION OF THE GEAR SHIF T ACTUATOR

Following the above considerations, the gear shift actuator is implemented electrohydraulically. One hydraulic piston is set in each case for the rod selection and shifting the gears or synchronising systems, ➋. In each case two proportional pressure control valves move the pistons from the neutral position into the desired position, either to the side for rod selection or in the longitudinal direction for gear shifting. The shift actuator must be able to execute several specific shifting processes, ➌: : zero shifting from neutral against the stationary output shaft with the vehicle at rest : subsequent shifts (up and down) in the same selector gate (1n2, 3n4 and 5n6) : subsequent shifts (up and down) with simultaneous change of selector gate (2n3 and 4n5) : subsequent shifting with simultaneous matching of the ratio in the powershift module (gear matching) : subsequent shifting for groups with step increments between three and four. Apart from sequential shifting, the system also facilitates skipping gears. The implementation and securing of the functions occurs via an elaborate interaction of sensors, actuators and software. The synchro neutral switch in ② is a tappet switch, which is actuated by cams on the shift finger and prevents the engine starting with a gear engaged. It also indicates the position of the shift

finger and therefore the engaged gear. The shift finger displacement is also analogously acquired by a non-contacting position sensor. The controller determines the shift pressure progression in dependence of this position. A plausibility interrogation of the valve combination and of the position sensor signal mutually back up the signals. If incorrect plausibility is detected, an error reaction is initiated and changeover to a substitute programme takes place. Depending on the severity of the error, the reaction can extend from indication of the error code through continuous neutral gear selection to the limp home mode. For errors, such as for example the failure of the bus communication or failure of the valve power supply, there are substitute strategies, which at least permit restricted driving and working. For example, with the failure of one gate valve work can still proceed in the other four gears and with the failure of both gate valves driving can continue with gears three and four due to the mechanical spring centring in the centre gate. With the failure of a gear valve the electronics first tries to engage the previous gear again. Alternatively, a gear that is still functioning is selected. With the failure of the bus communication a limp home mode is activated in which the third gear is engaged and the driving direction is determined via the permanently wired driving direction lever. Setting off then takes place using the similarly permanently wired clutch pedal. CONTROL AND PERFORMANCE

With the aid of the actuator and the transmission controller basically all group transmissions of the powershift transmission series ZF T-7000 and its successor generation, TerraPower, can be manually shifted or operated fully automatically. A shifting process starts with the reduction of the engine torque and the opening of the main clutch. After rapid filling pressure is applied to the valve Y1, ➍ (black line), of the gear to be engaged and sets the synchronisation to neutral. The position sensor, ④ (green line), gives the position at which the pressure is briefly released from the valve in order to carry out the rod selection by the valve X2, ④ (orange line below), and to energise it until the new synchronisation is reliably engaged (position signal). April 2014

GEAR SHIFT

Y1

X1

Ng1

X2

Y2

X

Ng2

X

X

X

Ng3

X

Ng4

MOVE WITH OUR EXPERIENCE

X

Ng5

X

Ng6

X

X

X

N = Neutral

ROD SELECTION

➌ Ventilzuordnung des Gangschaltaktuators für Gangschalten und Gassenwahl in einem SechsgangGruppengetriebe Valve arrangement of the gear shift actuator for gear shifting and rod selection in a six-gear group transmission

tels eines Positionssensors erfasst. Die Steuerung bestimmt den Schaltdruckverlauf in Abhängigkeit von dieser Position. Eine Plausibilitätsabfrage der Ventilkombination sowie des Signals des Positionssensors sichern die Signale gegenseitig ab. Bei erkannter fehlender Plausibilität wird eine Fehlerreaktion ausgelöst und auf ein Ersatzprogramm umgeschaltet. Je nach Schwere des Fehlers kann die Reaktion von Anzeige eines Fehlercodes über Dauerneutral bis zum Limphomemodus reichen. Für Fehler wie zum Beispiel Ausfall der Buskommunikation oder Ausfall der Spannungsversorgung der Ventile gibt es Ersatzstrategien, die zumindest eingeschränktes Fahren und Arbeiten erlauben. So kann bei Ausfall eines Gassenventils noch in den restlichen vier Gängen gearbeitet und bei Ausfall beider Gassenventile durch die mechanische Federzentrierung in der Mittelgasse mit den Gängen drei und vier weitergefahren werden. Beim Ausfall

Disengage gear 4

eines Gangventils versucht die Elektronik zuerst, den vorherigen Gang wieder einzulegen, alternativ wird eine noch funktionierende Gangstufe gewählt. Bei Ausfall der Buskommunikation wird ein Limphomemodus aktiviert, bei dem der dritte Gang eingelegt und die Fahrtrichtung über den fest verdrahteten Fahrtrichtungshebel bestimmt wird. Anfahren erfolgt dann über das ebenfalls fest verdrahtete Kupplungspedal. STEUERUNG UND PERFORMANCE

Mithilfe des Aktuators und der Getriebesteuerung lassen sich prinzipiell alle Gruppengetriebe der Lastschaltgetriebereihe ZF T-7000 und deren Nachfolgegeneration TerraPower manuell schalten oder vollautomatisiert betreiben. Ein Schaltvorgang startet mit der Rücknahme des Motormoments und dem Öffnen der Hauptkupplung. Das Ventil Y1, ➍ (schwarze Linie), des einzulegenden

Check Valves

Relief Valves

Calibrated Orifices

Flow Controls

Restrictor Checks

Shuttle Valves

Safety Screens

Betaplugs

Engage gear 5

Shift pressure

Shift finger position

Shift rod change

Syncro neutral 0

100

200

300

400

500

600

Time [ms] ➍ Zeitverlauf der Schaltdrücke und Schaltfingerposition während einer Folgeschaltung mit Gassenwechsel Time trace of the shift pressures, output speed and piston position during a subsequent shift with shift rod change

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LEE Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH Am Limespark 2 · 65843 Sulzbach Telefon 06196 / 773 69-0 E-Mail [email protected] · www.lee.de

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Simultaneously, the main clutch starts to close again and the engine torque is gradually increased. The shift process is finished once the required engine torque can be fully transferred again. Here the actual gear change takes place approximately twice as fast compared to a manual shifting action. SUMMARY AND OUTLOOK

Partial powershift transmissions have maintained their permanent position in tractors over the years despite increasing popularity of continuously variable transmissions. In European agriculture with a high proportion of tractor transport, shift transmissions have been well proven as a good technical compromise

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of efficiency and easy operation. The increased expectations of the user for better operating comfort have been taken into consideration through the greater number of powershift gears and their automatic shifting. The electrohydraulic actuator for synchronised range gear shifting fills the last gap in complete shift-by-wire control on the ZF powershift transmissions. Consequently, farreaching improvements in ergonomics can be obtained. Apart from the reduction in the shifting forces, the shift actuator above all opens up the wide field of driveline automation. Even in the manual mode the group gears are changed more often with the shift actuator than in a pure manual force-supported shift system. With the automatic functions the

driver’s work is significantly relieved, particularly during field work with higher speeds and during transport work.

REFERENCES [1] Gruhle, W.-D. et al.: Weiterentwicklungen an Lastschaltgetrieben und die Bedeutung des Entwicklungsprozesses von elektronischen Steuerungen. 62. Internationale VDI-MEG-Tagung Landtechnik Dresden, 7 and 8 October 2004, VDI-Berichte No. 1855, pp. 479-486 [2] Neunaber, M.: 9 Antworten zum Thema Stufenlose Getriebe. In: Profi (2001), No. 7, pp. 54-55 [3] Naunheimer, H.; Bertsche, B.; Lechner, G.: Fahrzeuggetriebe – Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2. Auflage, 2007 [4] Isermann, R.: Mechatronische Systeme – Grundlagen. Springer, 2002

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Gangs wird nach einer Schnellbefüllung druckbeaufschlagt und stellt die Synchronisierung nach Neutral. Der Positionssensor, ④ (grüne Linie), gibt die Position vor, an dem das Ventil kurzzeitig drucklos geschaltet wird, um die Gassenwahl durch das Ventil X2, ④ (orange Linie unten), durchzuführen. So wird das Ventil so lange bestromt, bis die neue Synchronisierung sicher eingelegt ist (Positionssignal). Zeitgleich beginnt die Hauptkupplung wieder zu schließen, das Motormoment wird sukzessive erhöht. Der Schaltvorgang ist abgeschlossen, sobald das erforderliche Motormoment wieder vollständig übertragen werden kann. Dabei erfolgt der eigentliche Gangwechsel ungefähr doppelt so schnell wie bei einer rein manuellen Schaltung. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

Teillastschaltbare Getriebe haben in Traktoren über die Jahre, trotz der zunehmenden Verbreitung stufenloser

Getriebe, ihren festen Platz behauptet. In der europäischen Landwirtschaft mit einem hohen Anteil an traktorgebundenen Transporten haben sich die Schaltgetriebe als guter technischer Kompromiss aus Effizienz und einfacher Bedienung bewährt. Den gestiegenen Erwartungen der Anwender nach erhöhtem Bedienkomfort hat man durch die vergrößerte Zahl der Lastschaltgänge und deren automatischer Schaltung Rechnung getragen. Mit dem elektrohydraulischen Aktuator für die synchronisierte Gruppenschaltung wird die letzte Lücke hin zu einer vollständigen Shift-by-wireSteuerung der ZF-Lastschaltgetriebe geschlossen. Damit lassen sich weitreichende Verbesserungen in der Ergonomie erschließen. Neben der Verringerung der Schaltkräfte eröffnet der Schaltaktuator vor allen Dingen das weite Feld der Antriebsstrangautomatisierung. Bereits im manuellen Modus werden die Gruppengänge mit dem Schaltaktuator häufiger gewechselt als in einem rein handkraftgestützten Schaltungssystem.

Mit den Automatikfunktionen wird der Fahrer vor allem bei Feldarbeiten mit höheren Geschwindigkeiten und den Transportarbeiten deutlich entlastet. LITERATURHINWEISE [1] Gruhle, W.-D. et al.: Weiterentwicklungen an Lastschaltgetrieben und die Bedeutung des Entwicklungsprozesses von elektronischen Steuerungen. 62. Internationale VDI-MEG-Tagung Landtechnik Dresden, 7. und 8. Oktober 2004, VDI-Berichte Nr. 1855, S. 479-486 [2] Neunaber, M.: 9 Antworten zum Thema Stufenlose Getriebe. In: Profi (2001), Nr. 7, S. 54-55 [3] Naunheimer, H.; Bertsche, B.; Lechner, G.: Fahrzeuggetriebe – Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2. Auflage, 2007 [4] Isermann, R.: Mechatronische Systeme – Grundlagen. Springer, 2002

DOWNLOAD DES BEITRAGS

www.springerprofessional.de/ATZoffhighway

springer-vieweg.de

So funktionieren Hybridantriebe in Nutzfahrzeugen Hoepke, Erich | Breuer, Stefan (Hrsg.)

Nutzfahrzeugtechnik

WWW.VIEWEGTEUBNER.DE

Blindtext, blinder Text und Blind

Grundlagen, Systeme, Komponenten 7. Aufl. 2013. XXXII, 620 S. mit 579 Abb. u. 35 Tab. (ATZ/MTZ-Fachbuch) Geb. ISBN 978-3-8348-1795-2

Das Buch behandelt alle Bereiche der Nutzfahrzeugtechnik. Diese kann in drei Bereiche unterteilt werden: die Typenkunde mit den rechtlichen Grundlagen, die Fahrgestellkonstruktion und die Antriebstechnik. Basierend auf den rechtlichen Vorschriften, deren Kenntnis ausschlaggebend für die Konfiguration eines Nutzfahrzeugs ist und der Fahrmechanik, werden die verschiedenen Nutzfahrzeugtypen vorgestellt. Besonders hervorzuheben ist die Nutzfahrzeugaerodynamik, welche hier intensiv behandelt wird, da sie im Zuge der CO2-Diskussion einen wertvollen Beitrag leisten kann. Dabei steht das Verständnis des Gesamtfahrzeugs im Vordergrund. Der Leser wird über das Zusammenspiel von Einsatzzweck, gesetzlichen Vorgaben, Fahrphysik und den daraus folgenden Nutzfahrzeugkomponenten informiert. Diese 7. Auflage wurde um das Kapitel Elektronik erweitert und um Alternative Antriebe wie Hybridantriebe ergänzt.

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