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Drehgeber-Einsatz bei Stufenlosgetrieben in Traktoren
Bild: Fritz Kübler GmbH
Halle 7A
Stand 506
Bild 1: Dank kundenspezifischer Drehgeber-Entwicklungen konnten optimale
Stufenlosgetriebe für Traktoren realisiert werden.
Katalogware ausgeschlossen
Drehgeber-Einsatz bei Stufenlosgetrieben in Traktoren
Bei den Automobilen sind stufenlose Getriebe wenig beliebt. Dies mag mit dem Gummibandeffekt zusammenhängen. Namensgebend für das Phänomen ist ein jaulendes Motorengeräusch, welches an schleifende
Kupplungen erinnert. Generiert wird es durch – sehr einfache – stufenlose Getriebe, wenn die Drehzahl beim
Gasgeben der Geschwindigkeit vorauseilt. Das Geräusch überdehnten Kautschuks mag also die Ursache sein,
warum Mercedes, Opel und viele andere ganz von der Continuous Variable Transmission, oder kurz dem CVTGetriebe, in PKWs abgerückt sind. In punkto Nutzfahrzeuge ergibt sich jedoch ein ganz anderes Bild.
S
eit über 20 Jahren sind CVT-Getriebe aus mobilen Maschinen
nicht mehr wegzudenken. Unter
allen Anwendern stufenloser Getriebe
innerhalb des Bereichs der Arbeitsmaschinen, sind es landwirtschaftliche
Traktoren, die hier als Vorreiter fungieren. Sie sind die Nutznießer der
vielen positiven Eigenschaften, denn
die Performance-Qualität des leistungsverzweigten Getriebes ist nach
mechanischen und hydrostatischen
Prinzipien unbestritten. Und in diesen
Bereichen sind es die großen Traktorhersteller selbst, die die Technologie
seither zur Reife gebracht haben.
Zwei der weltweit führenden Traktor-
hersteller verwenden Kübler Drehgeber in ihren CVT-Systemen. Die Auffassung, dass in einem modernen
Traktor mehr Hightech als in jeder SKlasse steckt, zieht sich durch die
Branche wie ein roter Faden. Während ein Auto ‘nur fährt’, vollbringt
die Landtechnik wahre Großtaten:
Traktoren trotzen widrigsten Wetterbedingungen und durchfurchen die
lehmigsten und steinreichsten Böden.
Dabei hieven, schleppen oder schneiden sie tonnenweise Erntegut.
Kurzum: Drehgeber für solche Anforderungen stehen nicht im Katalog.
Beide Drehgeber sind daher Ergebnisse umfangreicher Entwicklungspro-
jekte - auf strikte Kundenvorgaben
hin. Die eingesetzten Drehgeber sind
in den Servoaktuator integriert, der
aus perfekt aufeinander abgestimmtem Komponenten, Elektromotor mit
Getriebe und Drehgeber, besteht.
Diese drei Komponenten bilden gemeinsam die Kommunikationsschnittstelle.
Hohe Drehgeber-Anforderungen
Die technische Zielsetzungen bei Arbeitsmaschinen ist eine Kombination
aus der Verbesserung des Wirkungsgrades und des Energieverbrauchs in
Verbindung mit einer Maximierung
Auszug aus dem SPS-MAGAZIN, Fachzeitschrift für Automatisierungstechnik, Ausgabe 11/2015.
Digitales Belegexemplar mit freundlicher Genehmigung des SPS-MAGAZINs. Dieses Dokument ist ausschließlich zur elektronischen Speicherung
durch den Autor sowie zur Weitergabe per E-Mail bestimmt. Abweichende Verwendung nur mit schriftlicher Zustimmung des Verlages.
Bild: Fritz Kübler GmbH
Drehgeber-Einsatz bei Stufenlosgetrieben in Traktoren
Bild 2: Dieses kundenspezifische Produkt
muss den hohen Anforderungen in der
mobilen Automation gerecht werden.
der sogenannten Flächenleistung, also
der Leistung an Arbeitssystemen und
Längsantrieb. Die eigentliche Herausforderung auf dem Weg zum passenden Drehgeber innerhalb dieses Projekts bestand in einem Kompromiss.
Einem Abwägen zwischen Präzision,
also hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit, bei gleichzeitig völliger
Magnetfeldfestigkeit und Resistenz
gegenüber Schocks und Dauervibration. Auch ein weiter Temperaturbereich mit zuverlässigem Schutz gegen
Nässe und Feuchtigkeit gehörten zu
den Grundvoraussetzungen des Projektes. Ein Servoaktuator wandelt die
Signale eines Steuergeräts in die gewünschte Getriebeübersetzung am
Fahrzeug um. Hier verschmelzen Präzisionsgetriebe und Servomotor mit
Drehgeber zu einer Einheit. Beim Einsatz in Traktoren muss er durch Drehmoment und Verdrehsteifigkeit den
gesamten Temperatur- und Versor-
gungsspannungsbereich zuverlässig
bewältigen. Erschwerend kommt
hinzu, dass die Werte unter wechselnden Lastsituationen sichergestellt und
dargestellt werden müssen. Ein Servoaktuator ist darüber hinaus Teil einer
Gesamtlösung. Mit im Spiel bei der
komplexen Aufgabe war daher ein
Verbund hochspezialisierter Unternehmen. Neben den Sensorik- und Elektroniklieferanten zählten zu den Ideengebern die Entwickler der Elektromechanik, der Software und der Motoren. Das Ergebnis der gemeinsamen
Arbeit: Beschleunigungs- und Bremsvorgänge lassen sich mit dem CVTGetriebe so gut wie ohne Verstellzeiten realisieren.
Kombination zweier
Schnittstellen
Die speziell für den Einsatz in Servoaktuatoren für die Landtechnik entwickelten hochgenauen optischen Singleturn Drehgeber basieren auf einer
Kombination zweier Schnittstellen:
Einer inkrementellen mit 2.000 Impulsen und der parallelen 5Bit Grey Code
Abtastung. Durch ihre hohe, optische
Auflösung liefern sie exakte Messwerte, sind gleichzeitig aber auch extrem robust. Dazu runden die kundenspezifische Montageoption von
Flansch und Welle den, speziell für
die Aktuator-Integration, kompakten
und flachen Aufbau des Gebers ab.
Die Spezialausführung setzt sich fort
bis hin zum Kabel, dass flacher als üblich ausgeführt wurde. Der Aktuator
setzt einen CAN-Befehl mit hoher
Präzision in die Winkelposition der
Axialkolbenpumpe um, der Drehgeber liefert das Feedbacksignal an die
Steuerung. Ausgelöst wird dieser über
einen Joystick in der Fahrzeugkabine.
Die Winkelposition entscheidet dann
über die Menge an Durchsatz von Hydrauliköl. Die Öl-Menge schließlich regelt die Drehzahl des Hydraulikmotors
und damit die Getriebeübersetzung
stufenlos. Daneben schützt ein robustes Gehäuse die hochpräzise Elektronik – vor Vibration ebenso wie vor
Hitze oder Feuchtigkeit.
Fazit
Die Drehgeber leisten innerhalb eines
Servoaktuators ihren Beitrag dazu, dass
die eingesetzten CVT-Getriebe die gesetzten Bewegungsabläufe mit hohen
Drehmomenten noch flüssiger machen. Traktoren lassen sich auf diese
Weise noch präziser steuern. Zudem
entfällt gemeinsam mit den Schaltvorgängen auch der damit verbundene
Leistungsabfall, und es werden konstante Motordrehzahlen erreicht. In
Japan übrigens erfreuen sich CVT-Getriebe auch in PKWs wachsender Beliebtheit: Bereits 36% aller neu zugelassenen Autos sind dort mit einem
Stufenlosgetriebe ausgestattet.
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www.kuebler.com
Autor: Markus Brunner,
Branchenmanager Mobile
Automation, Kübler GmbH