<?page no="5"?> Herausgeber-Vorwort Bei der Bewältigung der Zukunftsaufgaben kommt der beruflichen Weiterbildung eine Schlüsselstellung zu. Im Zuge des technischen Fortschritts und angesichts der zunehmenden Konkurrenz müssen wir nicht nur ständig neue Erkenntnisse aufnehmen, sondern auch Anregungen schneller als die Wettbewerber zu marktfähigen Produkten entwickeln. Erstausbildung oder Studium genügen nicht mehr - lebenslanges Lernen ist gefordert! Berufliche und persönliche Weiterbildung ist eine Investition in die Zukunft: - Sie dient dazu, Fachkenntnisse zu erweitern und auf den neuesten Stand zu bringen - sie entwickelt die Fähigkeit, wissenschaftliche Ergebnisse in praktische Problemlösungen umzusetzen - sie fördert die Persönlichkeitsentwicklung und die Teamfähigkeit. Diese Ziele lassen sich am besten durch die Teilnahme an Seminaren und durch das Studium geeigneter Fachbücher erreichen. Die Fachbuchreihe Kontakt & Studium wird in Zusammenarbeit zwischen der Technischen Akademie Esslingen und dem expert verlag herausgegeben. Mit über 700 Themenbänden, verfasst von über 2.800 Experten, erfüllt sie nicht nur eine seminarbegleitende Funktion. Ihre eigenständige Bedeutung als eines der kompetentesten und umfangreichsten deutschsprachigen technischen Nachschlagewerke für Studium und Praxis wird von der Fachpresse und der großen Leserschaft gleichermaßen bestätigt. Herausgeber und Verlag freuen sich über weitere kritischkonstruktive Anregungen aus dem Leserkreis. Möge dieser Themenband vielen Interessenten helfen und nützen. Dipl.-Ing. Hans-Joachim Mesenholl Dipl.-Ing. Elmar Wippler <?page no="7"?> 1 <?page no="8"?> 2 <?page no="9"?> 3 <?page no="10"?> 4 <?page no="11"?> 5 <?page no="12"?> 6 <?page no="13"?> 7 <?page no="14"?> 8 <?page no="15"?> 9 <?page no="16"?> 10 <?page no="17"?> 11 <?page no="18"?> 12 <?page no="19"?> 13 <?page no="20"?> 14 <?page no="21"?> 15 <?page no="22"?> 16 <?page no="23"?> 17 <?page no="24"?> 18 <?page no="25"?> 19 <?page no="26"?> 20 <?page no="27"?> 21 <?page no="28"?> 22 <?page no="29"?> 23 <?page no="30"?> 24 <?page no="31"?> 25 <?page no="32"?> 26 <?page no="33"?> 27 <?page no="34"?> 28 <?page no="35"?> 29 <?page no="36"?> 30 <?page no="37"?> 31 <?page no="38"?> 32 <?page no="39"?> 33 <?page no="40"?> 34 <?page no="41"?> 35 <?page no="42"?> 36 <?page no="43"?> 37 <?page no="44"?> 38 <?page no="45"?> 39 <?page no="46"?> 40 <?page no="47"?> 41 <?page no="48"?> 42 <?page no="49"?> 43 <?page no="50"?> 44 <?page no="51"?> 45 <?page no="52"?> 46 <?page no="53"?> 47 <?page no="54"?> 48 <?page no="55"?> 49 <?page no="56"?> 50 <?page no="57"?> 51 <?page no="58"?> 52 <?page no="59"?> 53 <?page no="60"?> 54 <?page no="61"?> 55 <?page no="62"?> 56 <?page no="63"?> 57 <?page no="64"?> 58 <?page no="65"?> 59 <?page no="66"?> 60 <?page no="67"?> 61 <?page no="68"?> 62 <?page no="69"?> 63 <?page no="70"?> 64 <?page no="71"?> 65 <?page no="72"?> 66 <?page no="73"?> 67 <?page no="74"?> 68 <?page no="75"?> 69 <?page no="76"?> 70 <?page no="77"?> 71 <?page no="78"?> 72 <?page no="79"?> 73 <?page no="80"?> 74 <?page no="81"?> 75 <?page no="82"?> 76 <?page no="83"?> 77 <?page no="84"?> 78 <?page no="85"?> 79 <?page no="86"?> 80 <?page no="87"?> 81 <?page no="88"?> 82 <?page no="89"?> 83 <?page no="90"?> 84 <?page no="91"?> 85 <?page no="92"?> 86 <?page no="93"?> 87 <?page no="94"?> 88 <?page no="95"?> 89 <?page no="96"?> 90 <?page no="97"?> 91 <?page no="98"?> 92 <?page no="99"?> 93 <?page no="100"?> 94 <?page no="101"?> 95 <?page no="102"?> 96 <?page no="103"?> 97 <?page no="104"?> 98 <?page no="105"?> 99 <?page no="106"?> 100 <?page no="107"?> 101 <?page no="108"?> 102 <?page no="109"?> 103 <?page no="110"?> 104 <?page no="111"?> 105 <?page no="112"?> 106 <?page no="113"?> 107 <?page no="114"?> 108 <?page no="115"?> 109 <?page no="116"?> 110 <?page no="117"?> 111 <?page no="118"?> 112 <?page no="119"?> 113 <?page no="120"?> 114 <?page no="121"?> 115 <?page no="122"?> 116 <?page no="123"?> 117 <?page no="124"?> 118 <?page no="125"?> 119 <?page no="126"?> 120 <?page no="127"?> 121 <?page no="128"?> 122 <?page no="129"?> 123 <?page no="130"?> 124 <?page no="131"?> Hydrostatischer Fahrantrieb Wolfgang Wiest 1. Einleitung Der hydrostatische Fahrantrieb ist seit seiner Anwendung in selbstfahrenden Arbeitsmaschinen immer wieder zu einem Thema des möglichen Einsatzes in Traktoren gemacht worden. Die Gründe hierfür sind in den Merkmalen dieser Antriebstechnologie, die auch für den Fahrantrieb von Traktoren von Interesse sind, zu suchen. · Hohe Leistungsdichte · Gute Regelbarkeit mit Integration von zusätzlichen Leistungsträgern · Automatische Anpassung an den aktuellen Leistungsbedarf aus der Summe Fahr- und Arbeitsantrieb, mit Priorität für die Arbeitsantriebe · Hoher stufenloser Wandlungsbereich · Drehzahlunabhängiger Aufbau von Zugkräften · Freizügige Anordnung der Antriebselemente · In der Verzögerungsphase nutzbares Abstützmoment gegen den Verbrennungsmotor · Einfache Absicherung gegen Fehlbedienungen · Einfache Fahrt- und Drehrichtungsumkehr · Überlastschutz des Verbrennungsmotors (Vermeiden von Abwürgen ) Die Leistungsbilanz bei selbstfahrenden Arbeitsmaschinen, wie z. B. bei Radladern, Mähdreschern oder Baggern, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein wesentlicher Anteil der installierten Leistung sich auf die notwendige Fahrleistung und die Arbeitsgeräte aufteilt. Es ist hier ein Zusammenwirken der dynamischen Prozesse der Fahr- und Arbeitshydraulik vorhanden. Im Vergleich zu Traktorenanwendungen ist der wesentliche Unterschied dadurch gegeben, dass bei Traktoren nahezu die gesamte verfügbare Leistung in Zugleistung umgesetzt wird. Dies bedeutet, dass der Beurteilung des Gesamt-wirkungsgrades des Fahrantriebes eine besondere Bedeutung zukommt. Es müssen deshalb modifizierte Technologien eingesetzt werden, die aber auf den bisherigen Erkenntnissen bei hydrostatischen Fahrantrieben bei den vorgenannten Anwendungen aufbauen. Es soll deshalb basierend auf der Technologie bei selbstfahrenden Arbeitsmaschinen auf die Antriebe bei Traktoren hingeführt werden. 125 <?page no="132"?> 2. Komponenten Die Hydrostatikkomponenten für Fahrantriebe werden heute in zwei Druckbereiche eingeordnet: Mitteldruck: Maximaler Auslegungsdruck 350 bar (Druckdifferenz) Hochdruck: Maximaler Auslegungsdruck 450 bar (Druckdifferenz) Hinsichtlich der notwendigen und verfügbaren Steuer- und Regeleinrichtungen besteht aber für beide Druckbereiche kein Unterschied. Im Wesentlichen haben sich aufgrund bestimmter Merkmale nachfolgende Konstruktionsprinzipien durchgesetzt: Verstellpumpe in Schrägscheibenausführung · Einbauraum · Verstelldynamik · Einfacher Anbau von Zusatzpumpen für Arbeitshydraulik · Herstellkosten Üblicherweise sind in der Verstellpumpe folgende Grundfunktion integriert bzw. angebaut: · Hochdruckabsicherung über Druckventile und Druckabschneidung · Hilfspumpe zur Versorgung der Steuerung und Kreislaufspülung · Optionale Anbaumöglichkeit von Druckfilter für die Hilfspumpe · Diverse Steuerungen abgestimmt auf den Anwendungsfall zur Wahl der Fahrgeschwindigkeit und Regelung des Lastzustandes (Bild 1, Bild 2, Bild 3, Bild 4) Bild 1 Bild 2 Schrägscheibenverstellpumpe für den geschlossenen Kreislauf 126 <?page no="133"?> Bild 3 Bild 4 Schrägscheibenverstellpumpe für den geschlossenen Kreislauf Motor mit Schrägachsentriebwerk (Bild 5/ 6) · Gutes Anlaufverhalten · Hohe zulässige Enddrehzahl · Hoher Wandlungsbereich bei Verstellmotoren · Querkraftbelastbarkeit der Abtriebswelle Die Motoren sind üblicherweise mit einem Spül- und Speisedruckventil ausgeführt, das in Verbindung mit der Einspeisepumpe (in der Verstellpumpe integriert) folgende Funktionen erfüllen muss: · Austausch einer ausreichenden Ölmenge zur Kühlung des Hydraulikkreislaufes, um somit eine hohe Ölqualität zu sichern und um vorzeitige Alterung des Mediums durch Verlust der Additive zu vermeiden und somit: Absicherung der zulässigen Beharrungstemperatur und Viskosität · Ausreichende Ölmenge, um über ein entsprechendes Filtersystem nachhaltig die erforderliche NAS-Klasse sicherzustellen · Versorgung von Vorsteuerventilen · Achtung: Bei Versorgung von Nebenverbraucher darf in Schaltphasen ein Druck von < 6 bar nicht unterschritten werden. Im anderen Fall kann eine Unterversorgung des geschlossenen Kreislaufes auftreten und zumindest zu einer Vorschädigung führen ( Bild 5, Bild 6, Bild 7, Bild 8, Bild 9 ) 127 <?page no="134"?> Bild 5 Bild6 Schrägachsenverstellmotor Bild 7 Bild 8 Flushing Charge Relief Valve Loop Flushing Shuttle Valve System (Loop) Ports Spül und Speisedruckventil 128 <?page no="135"?> Bild 9 Prinzipdarstellung eines geschlossenen Kreislaufes In anwendungsspezifischen Sonderfällen werden auch Radmotoren eingesetzt, die in der Radfelge integriert werden. Hier wird zwischen zwei Konstruktionsprinzipien unterschieden: · Radialkolbenmotor mit konstanten oder schaltbaren Hubvolumen (Bild 11) · Axialkolbenmotor mit nachgeschalteten ein- oder mehrstufigen Planetengetriebe als Verstell- oder Konstantmotor (Bild 12) Bei dieser Anordnung ist besonders auf den Punkt der erforderlichen Differenzialsperre wie auch Park- und Betriebsbremse zu achten, auf die später noch eingegangen wird. Bild 11 Bild 12 Spülventil 129 <?page no="136"?> 3. Sicherheitsaspekte Ein wesentlicher Punkt ist hier die Bremsbetätigung wie auch die Bremswirkung. Diese unterliegen je nach Fahrzeug, wie auch Geschwindigkeit, gesetzlichen Vorgaben. Zusätzlich haben sich im Rahmen dieser Vorgaben bestimmte Techniken als bedienungsfreundlich und schonend für die Bremsbeläge bewährt. Hier ist die Verbindung von Bremspedalbedienung und gleichermaßen Rückschwenken der Pumpe, man spricht vom Abinchen des Pumpenschwenkwinkels, hervorzuheben. Da im ersten Bereich eine Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit über die Pumpenfördermenge erfolgt, stützt sich anfänglich der Antrieb gegen den Verbrennungsmotor ab, und somit werden die Bremsbeläge geschont, aber auch eine kontinuierliche Bremsverzögerung erreicht. Diese Technik hat sich insbesondere bei Radladern wie auch Staplern bewährt. (Bild 13/ 14) Bild 13 Radmotor mit mechanischer Trommelbremse, hydrostatisches und mechanisches Bremsen verknüpft. Betätigung der Trommelbremse Hydr. Abinchen des Pumpenwinkels 130 <?page no="137"?> Bild 14 Verknüpfung eines hydrostatischen Antriebes mit einer dynamischen Bremsanlage, mit Abinchung des Pumpenschwenkwinkels. Bei der Projektierung der Antriebe ist darauf zu achten, dass bei der Nutzung des Abstützmomentes des Verbrennungsmotors, je nach Ausführung, im Bremsbetrieb (Schubbetrieb) eine Erhöhung der Drehzahl erfolgt. Es ist somit sicher zu stellen, dass auch unter dieser Betriebsbedingung die maximale Drehzahl der Fahrantriebspumpe wie auch des Hydraulikmotors nicht überschritten wird. Wie bereits angemerkt, bestehen im Rahmen der StVZO Richtlinien für hydrostatische Bremsanlagen. Diese beinhalten Ausnahmegenehmigungen nach § 41, aber auch die Vorschriften, welche die Bremswirkung als solche betreffen. Hier sind die erforderlichen Bremswirkungen Mindestabbremsung, je nach Bremsart zu berücksichtigen. · Betriebsbremse mit Fußbetätigung · Hilfsbremsanlage (hydrostatisch) mit Handbetätigung · Feststellbremsanlage (mechanisch) mit Hand- oder Fußbetätigung Bei der Konzipierung des Antriebes muss auch darauf geachtet werden, dass im Störungsfall ein Abschleppen des Fahrzeuges möglich ist. (Bild 15) 131 <?page no="138"?> Bild 15 Abschleppvorrichtung über eine Bypassvorrichtung an den Hochdruckventilen der Schrägscheibenpumpe 4. Verfügbarkeit Um einen funktionssicheren Fahrantrieb mit hoher Verfügbarkeit zu erhalten, sowohl im Hinblick auf die Steuerung als auch auf die Wirtschaftlichkeit, sind Rahmenbedingungen zu erfüllen und zu beachten. (Bild 16/ 17) Bild 16 Bild 17 Wirtschaftlichkeit Einsatzbedingungen Betriebsmedium Filterkonzept Vorbeugende Instandhaltung Betriebsstunden Verfügbarkeit Kriterien bei Verwendung von Fluidmedien auf synthetischer Esterbasis Wassergehalt < 0,1 Bei höheren Werten erhebliche Reduzierung der Standzeit im Vergleich mit Mineralöl Weitere negative Einflüsse durch chem. Reaktionen: Verschließen der Filterelemente und dadurch Verschlechterung der Filtrierbarkeit Kavitationsgefahr Korrosiver Angriff auf Buntmetalle, damit Verschleiß von Gleitpaarungen und Dichtungen Einfache Schaltfunktionen 9 Standardventile 8 - 9 Prop-Servoventile 6 - 8 Ölqualität Reinheitsklasse nach NAS 1638 Es ist ein zinkfreies Filtersystem erforderlich Umstellungsrichtlinien nach VDMA 24569 berücksichtigen Nach der Umölung darf der Restgehalt des Mineralöles nur max.2 % betragen Bei höheren Werten im Schadensfall hohe Schadensforderungen ( WGK / Nachweis ) 132 <?page no="139"?> 5. Filterkonzepte Wie aus den genannten Rahmenbedingungen für die Verfügbarkeit zu ersehen war, kommt dem richtigen Filterkonzept eine große Bedeutung zu. Die nachhaltige Siche einer Reinheitsklasse nach NAS 9 oder ISO 18/ 15 ist von erheblicher Wichtigkeit. Heute stehen für alle Filtertechniken Saug/ Druck/ Rücklauf oder der Kombination Saug/ Rücklauf Filterelemente zur Verfügung, durch welche die Reinheitsklasse sicher gestellt werden kann. ( Bild 18/ 19) Bild 18 Bild 19 Speisedruckfilteranordnung Saugfilteranordnung Als interessante Variante hat sich in den letzten Jahren der Kombinationsfilter bewährt, der eine Saug/ Rücklauffunktion realisiert. Hier wird der Hilfspumpe die erforderliche Ansaugmenge unter einem Vordruck zugeführt. Diese Variante hat folgende Vorteile: · Bei niederen Außentemperaturen und daher ungünstiger Viskosität wird bei Kaltstart Kavitation vermieden. · Es kann ein separater Rücklauffilter eingespart werden. · Achtung: Dieses System setzt voraus, dass bei allen Betriebszuständen eine Überschussmenge (Rücklauf > Speisepumpemenge) vorhanden ist. (Bild 20) Reservoir Filter with Bypass ChargePump Charge Relief Valve ToPumpCase ToLowPressure Side of Loop and Servo Control Strainer Reservoir Filter ChargePump Charge Relief Valve To PumpCase To LowPressure Sideof Loop andServo Control 133 <?page no="140"?> Bild 20 Kombinationsfilter mit Saug- und Rücklauffunktion 6. Anwendungsspezifische Antriebssysteme (geschlossener Kreislauf) Eine Einteilung der selbstfahrenden Arbeitsmaschinen, die mit hydrostatischen Antrieben ausgerüstet werden, kann wie folgt vorgenommen werden: - Es wird ausschließlich mit Konstantgas gefahren (z. B. Mähdrescher, Feldhäcksler oder andere Landmaschinen) Hier findet man heute hauptsächlich im Stillstand schaltbare Getriebe mit einem Konstant- oder Verstellmotor. Die Fahrgeschwindigkeit wird lastunabhängig über die Fahrpumpe vorgegeben. Der größte Leistungsanteil wird für die Arbeitsantriebe verwendet. Es ist demnach im Transportbereich ein Überschuss an Leistung vorhanden. Als Ansteuerung der Fahrpumpe und somit der Fahrgeschwindigkeit wird üblicherweise eine mechanisch-hydraulische oder elektroproportionale Verstellung verwendet. - Es wird mit variablem Gas gefahren (z. B. Radlader, Stapler oder andere Baumaschinen) 134 <?page no="141"?> Bei diesen Anwendungen ist im Normalfall ein Zusammenwirken der verschiedenen Leistungsabnehmern, Arbeits- und Fahrhydraulik, erforderlich. Ziel ist hier, sowohl im Arbeitsprozess wie auch Transport, die installierte Dieselleistung optimal auszunutzen. Dies bedeutet, dass auch die zulässige Dieseldrückung zur Bestimmung des Steuersystems einen wichtigen Aspekt darstellt. Über die variable Dieseldrehzahl wird ein Steuerdruck für die Fahrpumpe und des Hydraulikmotor abgebildet. Zusätzlich muss über eine entsprechende Regelung sicher gestellt werden, dass die Summe der Leistungsanteile aus der Arbeits- und Fahrhydraulik nicht zu einem Abwürgen des Dieselmotors führt. Es wird demnach der aktuelle Lastzustand des Antriebes, wie auch die vorhandene Dieseldrückung, als Regelparameter verwendet. Im Regelfall ist eine Verbundsteuerung von Fahrpumpe und Verstellmotor vorhanden. Dies auch, um den Wandlungsbereich, wie auch die erforderliche Fahrdynamik, sicher zu stellen. Dieses Anforderungsprofil an die Steuerung wird heute durch hydraulische wie auch Microcontroller-Systeme realisiert. Es wird sowohl mit konstanter als auch mit variabler Dieseldrehzahl gefahren (z.B. Kommunalmaschinen, Geräteträger, Forstmaschinen) Die Antriebe bei diesen Geräten sind durch folgende Merkmale gekennzeichnet: · Bei spezifischen Arbeitsprozessen ist es erforderlich, den Verbrennungsmotor mit konstanter Drehzahl zu fahren, aber das Gerät mit unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten zu betreiben. · Bei Übersetzfahrten wird mit variabler Dieseldrehzahl gefahren und es werden analoge Steuerdrücke abgebildet. Aus Geräuschgründen, wie auch um den Kraftstoffbedarf zu reduzieren, wird angestrebt, mit reduzierter Dieseldrehzahl zu fahren. · In allen Fahrbereichen ist eine Grenzlastregelung für den Dieselmotor erforderlich. · Jedem Fahrbereich wird eine eigene Fahrdynamik zugeordnet, um optimale Betriebsergebnisse und Handling zu erreichen. Aufgrund der Vielzahl dieser Forderungen finden sich in diesen Anwendungen hauptsächlich Microcontroller-Steuerungen. 135 <?page no="142"?> 7. Steuersysteme für den geschlossenen Kreislauf Für Anwendungen wie z. B. bei Landmaschinen, werden wie bereits bemerkt, im Wesentlichen vorgesteuerte hydromechanische (Bild 21) wie auch elektroproportionale Verstellungen verwendet. ( Bild 22 ) Bild 21 Pumpenverstellung: mechanisch-hydraulisch (vorgesteuert als Drehschieber) Charge Pressure Displacement Control Valve MDCHandle ServoControl Cylinder (mit Linearschieber) 136 Vorsteuerung <?page no="143"?> elektroproportionale Ansteuerung Bild 22 Für Anwendungen wie z. B. Radlader sind Systeme erforderlich, die ein Zusammenwirken der diversen Leistungsträger sicherstellen, und somit eine optimale Ausnutzung der installierten Leistung ermöglichen. Diese Systeme können sowohl mit einer hydraulischen Steuerung wie auch über einen Microcontroller dargestellt werden. Gemeinsame Basis ist jedoch immer, dass der Lastzustand über ein Kräftegleichgewicht zwischen dem drehzahlabhängigen Steuerdruck wie auch den hochdruckabhängigen Rückstellkräften des Pumpentriebwerkes ermittelt wird. (Bild 23) Rückstellkraft des Steuerdruck Triebwerkes Bild 23 137 <?page no="144"?> Aus der Darstellung in Bild 23 ist zu ersehen, dass ein kontinuierlicher Kraftvergleich zwischen der Rückstellkraft des Triebwerkes und dem drehzahlabhängigen Stelldruck vorhanden ist. Der Stelldruck wird entweder über ein spezielles Regelventil (Bild 24) erreicht (Blendensteuerung) oder über ein elektroproportionales Steuerventil. (Bild 25) Dieseldrehzahlabhängiger Steuerdruck Grenzlastregelung Optionale Inchfunktion Bild 24 Regelventil Fahrtrichtungsventil Pumpenverstellung Bild 25 138 <?page no="145"?> Eine charakteristisches Systemsteuerung ist z. B. eine hydraulische Verbundsteuerung, wie sie nachfolgend gezeigt ist. Hier wird der drehzahlabhängige Steuerdruck sowohl der Fahrpumpe wie dem Fahrmotor zugeordnet. (Bild 26,27) Sofern die verfügbare Leistung des Verbrennungsmotor nicht überschritten ist, erfolgen das Ausschwenken der Pumpe und das Einschwenken des Motors nach dem vorgegebenen drehzahlabhängigen Steuerdruck, und somit wird eine der Dieseldrehzahl analoge Fahrgeschwindigkeit erreicht. Bei entsprechendem Zugkraftbedarf wird auf der Motorseite der Steuerdruck soweit übersteuert, dass das notwendige Moment und somit Zugkraft vorhanden ist. Über das Regelventil an der Pumpe erfolgt letztendlich die Drückungsregelung. Bild 26 Bild 27 Drehzahlabhängiger Steuerdruck 139 <?page no="146"?> Wie betont, sind die Anforderungen in Anwendungen wie z. B. bei Forstmaschinen besonders hoch, so dass im Wesentlichen Microcontroller-Steuerungen eingesetzt werden, die alle bisherigen vorgestellten Steuerungen und deren Merkmale in der entwickelten Software beinhalten. Parametrierungsmöglichkeiten auf den jeweiligen Anwendungsfall wie auch entsprechende Diagnoseschnittstellen sind heute Stand der Technik. (Bild 28) Bild 28 · Antischlupfregelung · Tempomatfunktion für Transportfahrt · Grenzlastabsicherung für den Verbrennungsmotor · Wählbare Fahrmodes, je nach Einsatzverhältnissen · CAN-Bus Fähigkeit · Diagnoseschnittstelle · Download und Upload über Standard-PC · Ausreichende Anzahl an PWM (analog) und digitale Ein- und Ausgänge Diagnosestecker Parametrierung Bild 28 140 <?page no="147"?> Neben den vorgestellten Systemlösungen spielen bei Sonderanwendungen auch Radantrieblösungen eine besonderen Rolle. Ist eine große Bodenfreiheit erforderlich oder müssen Arbeitsantriebe zwischen den Antriebsrädern angebracht werden, so sind Radmotorenlösungen ein entsprechendes konstruktives Mittel. Hier stellt sich die wichtigste Frage: Wie soll eine Differenzialsperre realisiert werden, um in allen Einsatzverhältnissen einen Vorschub des Fahrzeuges sicher zu stellen? Es bieten sich hier drei Systemlösungen an: · Volumenstromteiler (Bild 29), der eine Aufteilung des Förderstromes nach der Vorgabe einer Druckwagensteuerung vornimmt (Bild 30). Hier gilt es zu beachten, dass jede Druckdifferenz zum anderen Rad eine Verlustleistung darstellt und sich somit auf den Temperaturhaushalt auswirkt. (Richtige Auslegung des Kühl-Kreislaufes.) Es ist darauf zu achten, dass der Radmotor, der noch Zugleistung übertragen kann, im Hinblick auf sein übertragbares Moment ausgelegt wird. (Bild 30) Differenzialsperrventil Bild 29 Druckwaage Bild 30 141 <?page no="148"?> Bild 31 · Es werden die Drehzahlen der Motoren zueinander gemessen, und bei einer bestimmten Abweichung (inklusive Lenkungsfaktor) wird der Motor mit der höheren Drehzahl über einen Microcontroller in seinem Schwenkwinkel zurückgenommen und so sein spezifisches Moment reduziert. (Bild 31) Bild 32 Durch eine Verknüpfung von zwei Verstellpumpen wird eine hydraulisch-mechanische Sperre realisiert, so dass eine Zwangsführung der Motoren gegeben ist. (Bild 32) Lenkwinkel Schlupfregelung ein/ aus Joystick Verstellpumpe Radmotoren 142 <?page no="149"?> 8. Allgemeine Projektierungshinweise Fahreigenschaften und Anordnung der Leistungsträger Für die Konzeption des Gesamtsystems ist es von wesentlicher Bedeutung, welche Leistungsabnahmen am Gerät im Bereich der Arbeitshydraulik (Arbeitsgeräte) erforderlich sind und welches Zusammenwirken mit dem Fahrantrieb zu erwarten ist, oder ob die verfügbare Leistung hauptsächlich in Fahrleistung umgesetzt wird. · Arbeitsgeräte Müssen Geräte zwischen den Antriebsrädern angeordnet werden? Wie hoch ist der Leistungsbedarf und ist er dominierend zur Fahrhydraulik? Welche Leistungsabnahme hat Priorität? · Bordhydraulik Versorgung von Nebenhydraulik wie Lenkung, Zylinder für Arbeitsausrüstungen wie z. B. Laderschaufel, Getriebeschaltungen, Bremsen usw. · Fahreigenschaften Drehzahlabhängiges Fahren im Transportbereich? Constant-Speed im Arbeitsbereich? Welche definierte minimale Arbeitsgeschwindigkeit muss lastunabängig im jeweiligen Fahrbereich einstellbar sein Unter Umständen muss im Hinblick auf die Arbeitsgeräte eine minimale Dieseldrehzahl eingehalten werden. Auslegungskriterien Fahrpumpe : Fahrmotor: Minimale Drehzahl Minimaler Schwenkwinkel Minimale Drehzahl bei Axialkolbenmotor Minimale Drehzahl bei Radialkolbenmotor 500 U/ min ca. 2 3° ca. 50 U/ min ca.5-10 U/ min 143 <?page no="150"?> Haft und Rollreibungszahlen für Fahrzeuge Gummiluftreifen Asphalt, trocken Asphalt, nass Erdweg, trocken Erdweg, nass Ackerluftreifen Günstiger Boden Schmieriger Boden Trockener Ackerboden Haftreibungszahl 0,85...1,0 0,45...0,65 0,5 0,2 max. 0,87 max. 0,35 max. 0,65 Rollreibungszahl 0,01...0,0015 0,015 0,045...0,08 0,12...0,2 0,02 0,04 0,06...0,08 Berechnung und Wandlungsbereiche Wie bereits eingangs betont, zeichnen sich hydrostatische Fahrantriebe durch einen hohen Wandlungsbereich aus. Dieser Wandlungsbereich ist als der Bereich definiert, der bei konstanter Leistung ohne Geschwindigkeits- und Zugkraftunterbruch durchfahren werden kann. Man unterscheidet zwischen dem primären (Verstellpumpe) und dem sekundären Bereich (Hydromotor). Der stufenlose Wandlungsbereich ist bestimmt durch die zulässigen technischen Daten, wie z. B. maximale Drehzahlen, wie aber auch durch den Wirkungsgrad der Komponenten, der sowohl drehzahl- und druckabhängig ist, wie auch vom minimalen Schwenkwinkel. Aus dieser Betrachtungsweise heraus kann auf der Primärseite ein Wandlungsbereich von etwa 3 bis 3,5 als sinnvoll zugrunde gelegt werden. Zur Erweiterung des Wandlungsbereiches werden Verstellmotoren mit stufenloser Verstellung oder mit schaltbaren festen Hubvolumen verwendet. Bei Verstellmotoren in Standardausführung ist unter den genannten Grenzwerten ein Wandlungsbereich von etwa 3,5 bis 4 erreichbar. Daraus resultiert ein gesamter Wandlungsbereich von ca. 10,5 bis 14. 144 <?page no="151"?> 9. Entwicklungsziele und neue Technologien Wie aus den Darstellungen zu ersehen ist, wurden im Bereich der Komponenten wie auch Steuerungen und Regelungen, in den letzten Jahren durch Weiter- und Neuentwicklungen neue Einsatzmöglichkeiten und Fahrtstrategien möglich. Dies aktualisierte auch wieder das Thema: Sind jetzt die Vorraussetzungen vorhanden, hydrostatische Fahrantriebe in Traktorenanendungen zu verwenden, da im Prinzip die Stufenlosigkeit einen erheblichen Vorteil bieten würde? Hinsichtlich dieser Frage, wie auch für den Einsatz eines hydrostatischen Fahrantriebes in zusätzlichen Anwendungen, sind und waren die Entwicklungsziele für die Komponenten sowie Steuerungen und Regelungen neu zu definieren: · Vergrößerung des Wandlungsbereiches · Verbesserung des Wirkungsgrades · Reduzierung des Schallpegels · Steuerungsstrategie zur Reduzierung des spezifischen Kraftstoffbedarfes · Vereinfachung der Montage und Logistik für die gesamte Antriebslinie · Reduzierung des erforderlichen Einbauraumes. Vergrößerung des Wandlungsbereiches Ziel ist es, mehrstufige mechanische Schaltstufen durch Stufenlosigkeit zu ersetzen, da ein Schalten während der Fahrt bisher nicht möglich war, was für die Bedienung einen großen Nachteil darstellt. Für höhere Leistungsbereiche > ca. 90 KW (Fahrgeschwindigkeiten > ca. 30 km/ h) sind Lösungen, wie z. B. 2-Motorenantriebe auf ein Summierungsgetriebe wirkend (Bild 33), oder 2-Motorenantriebe auf Summierungsgetriebe, wobei über Kupplungen im Synchronzustand die Übersetzungsstufen geändert werden (Bild 34), zum Teil im Einsatz. Aufgrund der zu erwartenden Kosten ist diese Antriebsstrategie zur Erhöhung des Wandlungsbereiches nur für den hohen Leistungsbereich einsetzbar. Im unteren Bereich ist Entwicklungsbedarf vorhanden, der auch vom Lösungsansatz durchgängig für den oberen Leistungsbereich verwendbar sein sollte. Hier liegt ein Technikansatz bei Traktorenantrieben, auf die nachfolgend eingegangen wird. 145 <?page no="152"?> Bild 33 Diese Antriebstechnik geht davon aus, dass ein Verstellmotor, im Regelfall der mit dem höheren Hubvolumen, auf 0 Grad Schwenkwinkel reduziert wird, und über unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse der notwendige Wandlungsbereich ohne Zugkraftunterbrechung erreicht wird. Bild 34 2-Motorenlösung ohne Kupplungsfunktion Die vereinfachte Ausführung über ein Summierungsgetriebe, wie dargestellt, realisiert ebenfalls einen größeren Wandlungsbereich, aber im Regelfall ist für beide Motoren die selbe Untersetzung des mechanischen Endantriebes vorhanden. Für beide Lösungen sind jedoch die Verluste der Verstellmotoren, die bei 0 Grad Schwenkwinkel betrieben werden, in Betracht zu ziehen. (Planschverluste) Umschaltkupplungen 146 <?page no="153"?> Verbesserung des Wirkungsgrades Bild 35 Aus den Kennlinien der Wirkungsgrade ist sofort zu erkennen (Bild35), dass mit steigender Endgeschwindigkeit und der damit verbundenen Reduzierung des Schwenkwinkels des Verstellmotors, ein kontinuierliches Abfallen des Wirkungsgrades vorhanden ist. Bei Geräten, die im Schwerpunkt als Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, und nur ein Teil der installierten Leistung in Zugleistung umgesetzt wird, ist der Gesamtmix vertretbar, unter Berücksichtigung der Vorteile, die im Arbeitsbereich vorhanden sind. Bei Geräten, die einen relativen hohen Transportanteil aufweisen (z. B. Überstellfahrten) wirkt sich dieser Kennlinienverlauf mehr negativ aus. Ein Lösungsansatz, allerdings nur sinnvoller einsetzbar im kleineren Leistungsbereich, ist ein mechanisches Durchschalten ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit. Man erhält zwar in diesem Fall eine Verbesserung des Wirkungsgrades, aber eine lastunabhängige Modulation, die eine hydraulische Kraftübertragung bietet, ist nicht mehr möglich. (Bild 36) 147 <?page no="154"?> Bild 36 Wie aus der nachfolgenden Entwicklung für Traktoren zu ersehen ist, ergeben sich auch für vollhydrostatische Antriebe neue Möglichkeiten, den Wirkungsgrad und den gesamten Wandlungsbereich zu verbessern. Im Hinblick auf das Anforderungsprofil bei Traktoren die gesamte Leistung muss in Zugleistung umgesetzt werden sind die bisher vorgestellten Antriebsoptionen für Vollhydrostaten nicht ausreichend. Es ist sowohl für den Wandlungsbereich, aber insbesondere für den Wirkungsgrad eine neue Technologie erforderlich. Für den Gesamtwirkungsgrad sind minimale Kriterien zu erfüllen. Diese sind in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit in einem Diagramm im Zusammenhang mit der Antriebskonzeption der Fa. Fendt dargestellt. (Bild 37) Bild 37 Werte inklusive nasser Kardanbremse und Nebenantriebe Durchschalten auf mechanischen Antrieb 95 % 90 80 75 70 85 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 km/ h Nennfahrgeschwindigkeit (bei Motor-Nennleistung) Fendt-Bereich I Fendt-Bereich II h Gesamt h Gesamt, Ziel (Rhenius) 148 <?page no="155"?> Die Wirkungsgradvorgaben nach Rhenius sind durch unterschiedliche Strategien zu erreichen. · Verwendung von Standardhydraulikeinheiten, wobei nur eine reduzierte Leistung hydrostatisch übertragen wird. Der überwiegende Teil wird mechanisch durch ein Planetenleistungsverzweigungsgetriebe übertragen. Um die Wirkungsgradvorgaben zu erreichen, wird nur mit einem 25 bis 30 Prozent hydrostatischem Anteil projektiert. Da in diesem Fall der Wandlungsbereich der Hydrostatik eingeschränkt wird, sind mechanische Untersetzungsstufen erforderlich. Dies bedeutet, dass die Technologie sehr stark von der Schaltungssicherheit der Kupplungen abhängt und der damit verbundenen Synchronisierungen. Bild 38, Bild 39 Bild 38 Bild 39 ZF Eccom Getriebe mit Standardhydrostaten Schrägscheiben-Axialkolbeneinheiten Hm Hp PG1 B a b Allrad Differenzial Zapfwelle H1 PG2 PG3 PG4 H3 H4 H2 T1 T2 T3 K1 K2 K3 K4 P1 P2 P3 Verzweigung / power split part K1 K2 K3 K4 KR KV Zapfwelle PTO Hinterachse to rear axle Frontantrieb to front axle 149 <?page no="156"?> Soll der Wandlungsbereich der Hydrostatik vergrößert werden, um Schaltstufen zu reduzieren, aber einen ausreichend guten Wirkungsgrad sicher stellen, so ist dies mit hydraulischen Standardkomponenten nicht darzustellen. Es wurden deshalb besondere Triebwerke entwickelt, die eine derartige Konzeption ermöglichen. Man spricht hier von Großwinkeltriebwerken. Der Schwenkwinkel liegt in diesem Fall bei maximal 45 Grad. (Bild 40,41) Bild 40 Es ist aus dieser Darstellung zu erkennen, dass die Vergrößerung des Schwenkwinkels einen höheren Nutzungsgrad der maßgeblichen Tangentialkraft ermöglicht und somit sich die nicht nutzbare Axialkraft reduziert Bild 41 Großwinkeltechnologie mit 45 Grad Schwenkwinkel Synchrongelenk 150 <?page no="157"?> Diese Triebwerkskonzeption zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: · Schwenkwinkel mit 45 Grad, somit höhere Leistungsdichte · Durch großen Schwenkwinkel ist die Kraftvektor zur Momentenübertragung höher und somit Reduzierung der axialen Blindleistung-Wirkungsgradverbesserung des mechanisch-hydraulischen Wirkungsgrades · Da Spaltverluste nahezu konstant wie bei Standardeinheiten, wird durch den größeren Schwenkwinkel der volumetrische Wirkunsgrad verbessert. · Optimiert auf geringes Schwungmoment Ein Triebwerk in Großwinkeltechnik setzt jedoch voraus, dass die Triebwerkstrommel durch ein Synchrongelenk zwangsgeführt und durch ein Schwenkjoch verstellt wird. Diese Triebwerkstechnik ermöglicht eine Konzeption eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Großwinkeltechnik, das eine Reduzierung auf nur zwei Fahrbereiche erlaubt. So beträgt zum Beispiel der hydrostatische Leistungsanteil beim Pflügen immer noch ca. 75 Prozent. Damit ist es möglich, eine sehr gute Lastmodulation innerhalb dieses Geschwindigkeitsbereiches zu erreichen. (Bild 42) Bild 42 Vario beim Pflügen mit 8 km/ h Die ausgeschwenkte Pumpe fördert Öl und treibt die Hydromotoren an, die ca. 75 Prozent der Leistung hydraulisch übertragen. Im mechanischen Teil wird etwa 25 Prozent des Momentes übertragen. Die Summierungswelle addiert beide Antriebsmomente. Summierungswelle Hydrostatischer Kraftfluss Mechanischer Kraftfluss 151 <?page no="158"?> Bild 43 Bei der maximalen Transportgeschwindigkeit erfolgt eine volle mechanische Leistungsübertragung und somit ein hoher Wirkungsgrad. Die auf 0 Grad stehenden Hydromotoren können kein Öl mehr aufnehmen und blockieren ihrerseits damit die Pumpe. Damit kann der Planetensatz am Getriebeeingang die gesamte Motorleistung über den mechanischen Teil übertragen. Basierend auf dieser Großwinkeltechnik wird auch eine Konzeption in Serie produziert, die anstelle des Verstellmotors mit einem Konstantmotor in Großwinkeltechnik und einer Lastschaltstufe arbeitet. (Bild 44) Bild 44 J. Deere IVT-Getriebe mit Großwinkeltechnik Gemeinsam ist allen Lösungen, dass erst durch die Entwicklungen auf dem Microcontrollerbereich mit der entsprechenden Software, ein effektives Antriebsmanagement unter Einbezug des Verbrennungsmotors möglich war. Hydrostatische Leistungsverzweigungsgetriebe für Traktoren sind heute Stand der Technik und die weiteren Entwicklungsstufen liegen im Schwerpunkt in der Optimierung der Handhabung und Steuerungsstrategie. Hydrostatischer Kraftfluss Mechanischer Kraftfluss Hp Hm H1 P1 S1 KR vom Motor zum Vorderradantrieb S2 P2 H2 KL KS zur Hinterachse zur Zapfwelle 152 <?page no="159"?> Wie schon erwähnt, ergeben sich aus dieser jetzt verfügbaren Großwinkeltechnik auch interessante Möglichkeiten, die bedeutende Fortschritte für vollhydrostatische Antriebe ergeben. Sowohl die erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades, wie auch des Wandlungsbereiches, sind Merkmale des Großwinkeltriebwerkes, die auch für selbstfahrende Arbeitsmaschinen von Interesse sind, aber auch für Traktoren im unteren Leistungssegment. Die klassischen Antriebslösungen, wie sie bisher hauptsächlich verwendet werden, sind in den nachfolgenden Bildern dargestellt. (Bild 45, 46, 47) Bild 45 Vollhydostat mit stillstand-schaltbaren Getriebe Bild 46 Bild 47 Verstellmotor mit Lastschaltstufe Summierungsgetriebe 153 <?page no="160"?> Bedingt durch den großen Wandlungsbereich der Großwinkelmotoren ergibt sich die Möglichkeit, mehrstufige mechanische Schaltstufen durch einen Hydraulikmotor zu ersetzen (Bild 48), wie auch teilweise Mehrmotorenantriebe oder Lastschaltgetriebe. Durchgeführt z. B. bei der neuen Radladergeneration der Fa. Neuson Kramer. (Bild 49) Bild 49 Bild 48 Aus der Grafik ist der Unterschied zu der bisher konventionellen Antriebstechnik zu ersehen. Die Großwinkeltechnologie ermöglicht den Ersatz eines zweistufigen Schaltgetriebes und des Vorteiles, dass im gesamten Wandlungsbereich die maximale Zugkraft immer verfügbar ist. (Bild 50) Bild 50 10 20 30 40 Zugkraft 1. Gang Geschwindigkeit [ km/ h ] Wirkungsgrad [ ] 2. Gang Großwinkeltechnik 154 <?page no="161"?> 10. Ausblick Die Entwicklung der Antriebstechnik für Traktoren und die weiteren Potentiale die sich durch die Elektronikentwicklung wie auch auf der Hydrauliktriebwerkseite, z. B. Großwinkeltechnik ergeben, lässt erwarten, dass auch in anderen Anwendungen sich neue Einsatzmöglichkeiten anbieten werden. Von diesen Entwicklungen werden auch die vollhydrostatischen Antriebe beeinflusst, sodass auch hier in Bezug auf Effektivität, Wirkungsgrad und Handling, eine positive Weiterentwicklung möglich sein wird. 11. Quellennachweis Profi Verlag Technische Unterlagen Fa. Rexroth Bosch Werksbild Fa. Neuson Kramer Technische Unterlagen Fa. Sauer-Danfoss Technische Unterlagen Fa. Hydac 155 <?page no="162"?> Hydropneumatische Vorderachsfederung bei Traktoren Hubertus Schmidt 1. Einleitung Die höheren Transportgeschwindigkeiten in der Landwirtschaft erfordern Fahrbahnschonende, sicher steuerbare und komfortable Fahrzeuge bzw. Traktoren. Die Schwingungsisolierung der Unebenheiten der Fahrbahnen vom Fahrzeugaufbau ist die Aufgabe der Achsfederung. Bei Traktoren und landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen diente bis vor kurzem vorwiegend und ausschließlich der abgefederte Traktorsitz dem Schutz des Fahrers vor Fahrzeugschwingungen und Stößen. Um die Nachteile dieser Anordnung zu verringern und besonders die relativen Bewegungen zwischen Fahrer und Bedienelementen zu reduzieren, sind verschiedene Traktorhersteller den Weg der Abfederung der gesamten Kabine gegangen. Umfangreiche Untersuchungen in Berlin und Völkenrode haben dies als Weg zur Komfortsteigerung bestätigt. [1, 2] Die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und der zunehmende Transportanteil in der Landwirtschaft erfordern höhere Fahrgeschwindigkeiten. Zur Zeit erreichen fast alle Traktoren eine Geschwindigkeit von 40 km/ h. Einige Systemtraktoren erlauben Geschwindigkeiten bis 80 km/ h. Es zeigt sich, daß in der Regel nicht die Motorleistung die Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit ist, sondern daß man durch das Lenk- und Schwingungsverhalten sehr schnell die Grenze der Fahrsicherheit (Lenkfähigkeit) erreicht. Um bei höherer Geschwindigkeit und angebautem, schwerem Heckgerät dem Traktor die notwendige Sicherheit mit entsprechendem Komfort zu geben, ist eine Federung der Vorderachse zwingend notwendig. 2. Historischer Rückblick Schon in den 50er Jahren war man bei den damaligen Traktoren bemüht, durch Federung der Vorderachse die Stöße auf den Fahrer zu verringern. Eine Auswertung des Typenprogramms aus dem Jahr 1954 zeigt, daß ein großer Teil der Traktoren mit Vorderachsfederung ausgerüstet war - 61 % von 150 angebotenen Traktoren sind mit einer Vorderachsfederung serienmäßig ausgerüstet. Mit zunehmendem Einbau einer angetriebenen Vorderachse, hat man die Federung mehr und mehr aufgegeben. Bis auf den Unimog und den MB-Trac hat es in den 70er und 80er Jahren keine gefederten Traktoren gegeben. 156 <?page no="163"?> Tabelle 1: Vorderachsfederungen im Frühjahr 1954 [11] Gruppe Anzahl Typen Federung Serie Federung auf Wunsch Bis 12 PS 6 - - 12 - 17 PS 46 11 5 17 - 24 PS 36 29 4 24 - 34 PS 32 28 4 Über 34 PS 30 24 2 Summe 150 92 15 3. Mechanische Federung Die klassische Form der Federung bildet die Blattfeder. Sie übernimmt neben der Federung auch die Dämpfung durch die Reibung zwischen den Federblättern und teilweise die Radführung. Die Anordnung ist überwiegend quer zur Fahrtrichtung. Bild 1: Blattfedervorderachse Die Einzelradfederung durch Schraubenfedern in den Achsschenkeln ist z.B. beim Lanz-Buldog zu finden. Die Schraubenfeder mit externen Dämpfern hat sich bis heute beim Unimog bewährt. Siehe (Bild 2) und (Bild 3). Bild 2: Lanz-Buldog D 1706 (17 PS) Bild 3: Mercedes Benz Unimog Typ U 3000 157 <?page no="164"?> 3.1 Mischform Mechanische- und hydropneumatische Federung an einem Fahrzeug, wie sie beim JCB Fastrac zu finden ist. Hier wird der hintere Aufbau des Traktors hydropneumatisch gefedert und durch eine Niveauregelung unterstützt. Es wird nur der Aufbau gefedert. Die Last, getragen durch den Dreipunktanbau, ist an der Achse angebracht und somit nicht gefedert. An der Vorderachse verwendet JCB Schraubenfedern mit Stoßdämpfern. Bei diesem System werden im wesentlichen die Nickschwingungen reduziert. Siehe (Bild 4) und (Bild 5). Bild 4: Fastrac Vorderachse Bild 5: Fastrac Hinterachse 3.2 Luftfederung Einen anderen Weg ist die Firma Valmet Valtra gegangen. Sie verwendet das aus dem LKW bekannte Prinzip der Federung mit Luftbälgen. Über einen Kompressor werden die großen Luftbälge entsprechend der Belastung aufgepumpt und über ein Niveauventil geregelt, so dass der Federweg bei unterschiedlichen Lasten konstant gehalten werden kann. Das Resultat ist eine weiche Federung, die zusätzliche Dämpfer benötigt. Bild 6: Valtra Valmet 8150 mit Luftfederung 158 <?page no="165"?> 4. Hydropneumatische Federung Die Möglichkeit der hydropneumatischen Federung ist im Fahrzeugbereich durch den Pkw-Hersteller Citroën seit 1955 bekannt. Der prinzipielle Aufbau ist in Bild 7 dargestellt. Das federnde Gaspolster befindet sich in einem Speicher. Es handelt sich üblicherweise um einen Membranspeicher, dessen Gasseite mit Stickstoff auf einen Druck Po vorgespannt ist. Die Radbewegung wird durch den Zylinder in einen Volumenstrom umgesetzt, der die Schwingungen auf das Gaspolster überträgt. Durch die Zuführung bzw. Ableitung von Öl lässt sich das Fahrzeugniveau beeinflussen. Eine Dämpfung wird durch Drosseln in der Hydraulikleitung am Speichereinlass realisiert. Bild 7: Prinzip der HP-Federung 4.1. Systembaukasten Im Systembaukasten, der schematischen Darstellung einer hydropneumatischen Federung, sind alle notwendigen Komponenten zur Verwirklichung eines Federungsprojektes aufgeführt. Zentrale Bestandteile sind der Speicher und der Federungszylinder. Diese Bauteile bilden die eigentliche Feder und sind vergleichbar mit der bekannten Schraubenfeder. Als Einheit haben sie direkte Auswirkung auf die Achse und ihre Anbindungskonstruktion. Der Steuerblock ist der hydraulische Teil der Niveauregelung und verbindet das Federungssystem mit der Traktorhydraulik. Je nach verwendeter Traktorhydraulik sind Ventilelemente für den geschlossenen Kreislauf oder den offenen Kreislauf vorhanden. Der Steuerblock wird durch eine Absperrvorrichtung ergänzt, die ein Fahren mit abgeschalteter Federung ermöglicht. Im elektrischen Teil der Niveauregelung übernimmt die elektronische Steuerung die eigentliche Regelung des Niveaus. Über die Wegmessung, die digital oder analog arbeiten kann und mechanisch mit der Achse verbunden ist, wird der Regelkreis geschlossen. Das Bedienteil ist im einfachsten Fall ein Schalter in der Fahrerkabine, kann aber mit weiteren Funktionen wie Betriebsartenlampe und manueller Federungsbedienung ausgestattet werden. 159 <?page no="166"?> Bild 8: Systembaukasten Hydropneumatische Vorderachsfederung für Traktoren 4.2. Ausgeführte Konzepte bei Traktoren Bei Traktoren lassen sich die verschiedenen Federungskonzepte durch die Kinematik der Achskonstruktion unterscheiden. Die Konzepte haben mehr oder weniger Einfluss auf den konstruktiven vorderen Aufbau des Traktors und sind entsprechend dem Fahrzeuggrundkonzept gestaltet worden. Einige Traktorhersteller bieten die Vorderachsfederung als Option an. Es soll das Grundkonzept des Fahrzeuges, besonders der vordere Aufbau, nicht verändert werden. Der Pendelbolzen der Vorderachse ist hier die Schnittstelle zum Traktor. Die kinematische Gestaltung der dargestellten Achskonzepte, besonders die Position der Anlenkungs- und Führungselemente hat unterschiedliche Auswirkungen auf die Radantriebs- und Bremskräfte. Besondere Beachtung gilt der Abstützung der Bremsmomente. Das Nick- und Wankverhalten des Traktors kann durch Optimierung der Kinematik günstig beeinflusst werden. Beim mechanischen Aufbau kann man die Funktionen Pendeln, Federn und Sperren unterscheiden. Je nach konstruktiver Gestaltung der Achsanlenkungen sind Kombinationen aus diesen Funktionen realisierbar. Am kostengünstigsten ist es, wenn diese Funktionselemente separat ausgeführt werden. So kann das Pendeln der Achse durch einen Bolzen und das Sperren der Federung an einem Anschlag am Fahrzeugrahmen ausgeführt werden. Vorderachse Schwinge Zylinder Speicher sensing load Closed center Anbindung Open center Anbindung Absperrung Steuerblock Wegmessung elektronische Steuerung Bedienteil Analog Digital 160 <?page no="167"?> Tabelle 2: Achskonzepte verschiedener Hersteller [10] 161 <?page no="168"?> 4.3. Vorderachsfederung Fendt (Farmer/ Favorit) An dem Beispiel Fendt wird nun im Detail auf die spezifischen Belange der hydropneumatischen Vorderachsfederungen bei Traktoren eingegangen. Hier ist das Prinzip der pendelnden Vorderachse beibehalten worden. Zwischen dem Pendelgelenk und dem Aufbau ist zusätzlich ein Querlenker mit außermittigem Drehpunkt angebracht. Der Lenker wird durch die Federungszylinder vertikal abgestützt. Membranspeicher, als Federungselemente, sind mit der Kolben- und Stangenseite des Zylinders verbunden. Der Drehwinkelgeber an der Federungsschwinge, Bestandteil der Niveauregelung, meldet die Position der Achse an die Traktorelektronik, die wiederum dafür sorgt, dass die Zubzw. Ablauf-Ventile im Hydraulikblock geschaltet werden. So wird die Lastunabhängigkeit der Federung erreicht. Bild 9: Aufbau der Fendt Vorderachsfederung 4.4. Zusammenwirken von Zylinder - Speicher Zylinder und Speicher sind in ihrem Zusammenwirken voneinander abhängig. Die Bestimmungsgrößen sind die Vorderachslasten, die gefedert werden sollen und die gewünschten Federungswege. Der maximale hydraulische Systemdruck des Traktors ist ein weiterer Eckpunkt bei der Auslegung, der mit dem Kolbendurchmesser des Zylinders die maximal mögliche Last festlegt, die gehoben werden kann. Des weiteren muss bei der Auslegung der durch die Federung aufzufangende Stoß berücksichtigt werden. Da letztendlich die Kräfte am Zylinder maßgebend sind, ist auch der kinematische Aufbau der Achse mit von Bedeutung. Einbauverhältnisse, Platzbedarf, Temperaturbereich und Ölsorte bestimmen mit die Wahl der benötigten Komponenten. 162 <?page no="169"?> 4.5. Achslastverhältnis - Druckkompensation Ein weiterer Einflussfaktor für die Auswahl der Komponenten, besonders der Membranspeicher, ist das Achslastverhältnis. Es ist gleichzeitig das Verhältnis der Lastdrücke, die im Federungszylinder auftreten und auf die Federungsspeicher wirken. Bei Traktoren der 100 kW Klasse treten zum Beispiel gewöhnlich Achskräfte von minimal 1000 daN bis maximal 5000 daN auf. Die Entlastung der Vorderachse durch Anbaugeräte am Heck, wie auch getragene Geräte am Frontkraftheber sind dafür verantwortlich. Berücksichtigt man die ungefederte Masse der Lenkachse und der Reifen mit ca. 600 kg, so kommt man zu einem Verhältnis von Minimallast zu Maximallast von 1: 11, das auch dem Druckverhältnis im Federungszylinder entspricht. Bauartgemäß lassen Membranspeicher ein Druckverhältnis von maximal 1: 8 zu. Das zulässige Druckverhältnis beschreibt die optimale Ausnutzung des Speichervolumens und ist ein Wert für die zerstörungsfreie Verformung der Trennmembran und somit auch eine Kenngröße für die Dauerfestigkeit dieses Bauteiles. Es muss bei der Auslegung der Speicher gewährleistet werden, dass auf der einen Seite der maximal zulässige Druck nicht überschritten wird und auf der anderen Seite das im Speicher befindliche Öl nicht vollständig entleert wird. Dieser Vorgang ist dynamisch zu betrachten, denn Druckspitzen können die Membran zerstören. Durch die Einführung der Druckkompensation ist es nun möglich, das Druckverhältnis für den Speicher auf das zulässige Maß von maximal 1: 8 zu drücken. Hierbei wird auf der Stangenseite des Federungszylinders mit einem zweiten Speicher ein zusätzlicher Druck aufgebracht. Das führt dazu, dass der Vorspanndruck des Federungsspeichers auf der Kolbenseite des Federungszylinders jetzt höher gewählt werden kann. Die maximal auftretende Last liegt im Arbeitsbereich des Speichers. Siehe auch (Bild: 11) Rechnerisch kann man diesen Vorgang wie folgt nach vollziehen: Im vorliegenden Beispiel sind die minimale Last 500 daN und die maximale Last auf der Vorderachse 5000 daN. Das ergibt ein Lastbzw. Druckverhältnis von 1: 10. Für einen Membranspeicher zu hoch. Fügt man nun eine zusätzliche Kraft hinzu. Hier zum Beispiel erhält man ein akzeptables Lastbzw. Druckverhältnis, was die Verwendung eines Membranspeichers zulässt. 10 1 daN 5000 daN 500 Last max.Last min. daN 500 5,5 1 daN 5500 daN 1000 daN 500 daN 500 daN 5000 daN 500 Last max.Last min. 163 <?page no="170"?> 4.6. Federkennlinien Berücksichtigt man die oben genannten Randbedingungen in einem Auslegungsprogramm, so lassen sich die in (Bild 10) und (Bild 11) gezeigten Federungskennlinien berechnen und darstellen. Über dem Federungsweg ist der Zylinderdruck, der mit dem Kolbendurchmesser des Federungszylinders auch die Größe der Federkraft angibt, aufgetragen. Als Parameter sind die minimale Achslast, die statische Ruhelast und die maximale Achslast dargestellt. Man erkennt deutlich den Einfluss der Druckkompensation in (Bild 11).Ohne diese Kompensation lässt sich der Speicher nur begrenzt nutzen, da der erforderliche Vorfülldruck sehr niedrig gewählt werden muss, um den Speicher nicht schon bei niedrigen Lasten und beim Ausfedern zu entleeren. Dies schädigt dann die Trennmembran. Außerdem entsteht eine ungünstige Progression der Federrate mit zunehmender Achslast. Das bedeutet, dass die Federung mit höher werdender Last immer härter wird. Mit der Druckkompensation kann der Vorfülldruck Po höher angesetzt werden, so dass der Speicher wesentlich besser ausgenutzt wird. Der Anstieg der Federkennlinien liegt in der Größenordnung der theoretischen Aufbaueigenfrequenz und somit optimal zum Traktor. Bei größer werdender Last steigt die Federrate in einem Maß, das die Aufbaueigenfrequenz über den gesamten Lastbereich nahezu konstant hält. Bild 10: Federkennlinie ohne Druckkompensation 164 <?page no="171"?> Bild 11: Federkennlinie mit Druckkompensation Die Kennlinien stellen jeweils die minimale, die normale und die höchste Vorderachslast dar. Die gestrichelten Linien sind die Grenzen des gewählten Druckes im Speicher. Die untere Linie bezeichnet Po, der gewählte Gasvorspanndruck im Federungsspeicher. Die obere Linie den zulässigen Betriebsdruck des Speichers mit 8x Po. (Bild 10) zeigt deutlich, dass die einfache hydropneumatische Federung mit einem Speicher auf der Kolbenseite des Federungszylinders nur bei Fahrzeugen mit geringen Achslaständerungen verwendet werden kann. Die Frequenz des Aufbaues errechnet sich nach der mechanischen Schwingung mit folgender Formel: Hier ist c ist die Federkonstante und m ist die Masse bzw. Gewichtskraft des Fahrzeugs, f die Aufbaueigenfrequenz. m c f 165 <?page no="172"?> 4.7. Komfortbedingung Da den Federungssystemen technisch und wirtschaftlich Grenzen gesetzt sind, muss der Arbeitspunkt der Federung in die am häufigsten vorkommenden Fahrzustände gelegt werden. Es gilt folgende, kurze, Beziehung: Zylinder, Speicher = f(Achsaufbau, Achskraft, Komfort) 4.8. Niveauregelung Die mechanische und die hydropneumatische Federung mit Niveauregulierung sind in (Bild 12) zum Vergleich dargestellt. Die rein mechanische Fahrzeugfederung hat den Nachteil, dass der gesamte Federweg nur zum Teil zum Ausgleich von Bodenunebenheiten genutzt werden kann. Ein erheblicher Teil des Federweges geht durch das Einfedern, je nach Beladungszustand des Fahrzeuges, verloren. Dies führt zu einer relativ steifen Federung, die entsprechend weniger Komfort im Leerzustand bietet. Außerdem ist beim beladenen Fahrzeug die Bodenfreiheit geringer. Die mechanische Federung ist nur bei einer Last optimal. Diese Nachteile beseitigt bei der hydropneumatischen Federung die Niveauregelung. Der Abstand des Traktors vom Boden wird unabhängig von der Achslast stets gleich gehalten. Dadurch kann der gesamte Federweg zum Ausgleich von Bodenunebenheiten genutzt werden. Dies führt zu einer weicheren Federung, die entsprechend mehr Komfort bietet. Aus (Bild 12) erkennt man, dass immer aus dem optimalen Arbeitspunkt der Federung gefedert wird, da die Niveauregelung immer in den Nullpunkt bzw. die Mitte des Federweges regelt, was zu einem höchsten Maß an Komfort und Sicherheit führt. Bild 12: Vergleich der Federwege der mechanischen Federung mit der hydropneumatische Federung 166 <?page no="173"?> 4.9. Elektrohydraulische Steuerung Im hydraulischen Steuerblock sind die notwendigen Komponenten für die Niveauregelung und der Absperrung integriert. Leckölfreie Sitzventile übernehmen hier diese Aufgabe. Zur Absicherung der Speicher ist ein Druckbegrenzungsventil eingebaut. (Bild13) zeigt den prinzipiellen hydraulischen Schaltplan eines Federungssystems. Der Lagesensor (Drehwinkelgeber) und die Elektronikbox im Traktor bilden die Niveauregelung. Meldet der Lagesensor eine Veränderung der Position an die Elektronikbox, etwa bei zusätzlicher Belastung durch den Frontkraftheber, so schaltet die Elektronik das Ventil (2). Der Zylinder fährt aus, bis der Regler in der Box die Abweichung ausgeglichen hat. Bei diesem Vorgang wird der Speicher auf der Stangenseite des Federungszylinders mit aufgeladen. Damit genügend Druck zur Verfügung steht, wird gleichzeitig durch Ventil (1) die Pumpe auf Druck geschaltet. Bei Entlastung der Vorderachse wird durch Information des Lagesensors das Ventil (3) geschaltet und der Ölstrom aus dem Zylinder in den Tank geleitet. Damit nicht dauernd Stellsignale durch die dynamische Vorderachseinfederung die Niveauregelung beeinflussen, werden diese Signale durch angepasste Dämpfungs- und Zeitglieder in der Elektronikbox ausgefiltert. Bild 13: Hydraulikschaltplan der Vorderachsfederung 4.9.1. Anbindung an Traktorhydrauliksysteme mit Regelpumpe Mittels Kurzschlussventil (1) wird der Volumenstromregler der Verstellpumpe überbrückt, indem der Load-Sensing-Anschluß des Reglers mit dem Pumpendruck verbunden wird. Die Pumpe schwenkt auf vollen Systemdruck und lädt damit die Federungsspeicher. Der Fahrer bemerkt diese Aktionen kaum, da der Differenzvolumenstrom für die Niveauregelung und damit der Leistungsbedarf an der Pumpe sehr klein ist. 167 <?page no="174"?> 4.9.2. Hydrauliksysteme mit Konstantpumpe Moderne Systeme mit Konstantpumpe (Zahnradpumpe) arbeiten mit einer Eingangsdruckwaage an den Wegeventilen, die den Förderstrom bei nicht benötigter Arbeitsfunktion zum Tank leitet. Bei diesem System wird das LS-Ventil als letztes Glied an die Lastmeldekette angehängt, damit unabhängig von den Verbrauchern immer genügend Druck für die Niveauregelung vorhanden ist. 4.9.3. Absperrung Bei der Feldarbeit mit zum Beispiel Frontgrubbern und bei Arbeiten mit dem Frontlader kann die Vorderachse festgesetzt bzw. die hydropneumatische Federung ausgeschaltet werden. Das Ventil (3) wird geschaltet, um die Kolbenseite des Federungszylinders zum Tank zu entlasten. Durch den Druck auf der Stangenseite des Zylinders wird die Federungsschwinge fest an den mechanischen Anschlag am Rahmen des Traktors gedrückt und so die Achse blockiert. 4.9.4. Dämpfung Die Dämpfung des Federungssystems wird durch Düsen zwischen Speicher und Federungszylinder verwirklicht. Die Abstimmung der Dämpfung erfolgt durch Fahrversuche mit unterschiedlichen Lasten und dem Augenmerk auf Fahrstabilität und Komfort. 5. Speicher Das zentrale Bauteil des Federungssystems ist der Hydrospeicher, der in unserem System als Membranspeicher ausgeführt ist. Im Inneren des Behälters trennt eine Membran aus einem elastischen, walkfähigen, besonders gasdichten Werkstoff das Gas (Stickstoff) vom Hydrauliköl. Der eingesetzte Membranspeicher deckt den geforderten Temperaturbereich ab, wobei die Leistungsgrenze für kurzzeitige Temperaturerhöhungen nicht ausgeschöpft wird. Bild 14: HYDAC Membranspeicher Typ SBO 330 -xx Gasventil Membrane Flüssigkeitsanschluss Speicherkörper Schweißnaht 168 <?page no="175"?> Der Druckbehälter dieser Speicher besteht aus zwei geschmiedeten hochfesten Kugelschalen, die im Vakuum mit einem Elektronenstrahl verschweißt werden. Am oberen Ende befindet sich unter einer Plastikschutzkappe das Gasventil. Mit einer geeigneten Prüf- und Fülleinrichtung kann hier Gas eingefüllt werden. Unten befindet sich der Flüssigkeitsanschluss, der mit der Hydraulikanlage verbunden wird. 5.1. Definition der Zustandsgrößen Für die Auslegung des Speichers sind drei Befüllungszustände wichtig. Zustand 0: Die mit Stickstoff vorgespannte Membran nimmt die innere Kontur des Speichers an. Der Ventilteller in der Mitte der Membran verschließt den Flüssigkeitsanschluss und verhindert so den Austritt der Membrane. Zustand 1: Die Stellung bei minimalem Betriebsdruck mit geringster Achslast. Eine kleine Flüssigkeitsmenge soll im Speicher bleiben, damit der Ventilteller nicht bei jeder Entleerung aufschlägt. Daraus ergibt sich, daß P 0 immer kleiner P 1 sein soll. Üblicherweise soll P 0 = 0,8 P 1 sein. Zustand 2: Stellung bei maximalem Betriebsdruck und größter Achslast. Die Volumenänderung zwischen beiden Stellungen entspricht der nutzbaren Flüssigkeitsmenge und resultiert aus dem Federweg des Federungszylinders. Bild 15: Zustandsgrößen eines Membranspeichers P 0 V 0 Öl P 1 V 1 P 2 V 2 Öl Öl 169 <?page no="176"?> 5.2. Thermodynamik Die Kompressions- und Expansionsvorgänge in einem Membranspeicher unterliegen den Gesetzen der polytropen Gaszustandsänderung. Für ideale Gase gilt: Je nach Austauschgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist der Vorgang: isotherm n=1, polytrop n= 1,1 - 1,3 oder adiabat n=1,4 Im Federungsfall rechnet man mit dem Faktor 1,4, da hier schnelle Vorgänge vorliegen. Für das Temperaturverhalten bei konstantem Volumen gilt: Eine Nachrechnung zur Überprüfung der zulässigen Druckwerte ist erforderlich. 5.2.1 Speicherauslegungsprogramm Im Internetauftritt von der Firma HYDAC (http/ / www.hydac.com) wird eine Software zur Speicherauslegung zur Verfügung gestellt. Auf der Seite der Speichertechnik kann man das Programm als ZIP- Datei downladen. Außerdem ist eine Bedienungsanleitung im PDF-Format vorhanden. Mit der vorliegenden HYDAC-Software ASP hat man ein bisher einzigartiges Werkzeug an der Hand, welches ermöglicht, Hydrospeicher zu berechnen und Realgassimulationen darzustellen. Nach Auswahl einer Speicherbauart und Eingabe der Zyklusdaten, wie Verbraucherströme und Pumpenströme, ist die exakte Realgassimulation eines Speicherzyklus möglich. ASP simuliert die Gaszustände im Speicher unter Berücksichtigung der verschiedenen Speicherbauarten wie Kolben-, Blasen- und Membranspeicher, sowie der Temperaturverhältnisse im Betrieb. Mehrspeichersysteme mit Stickstoffflaschen können simuliert werden. Speichervolumen zur Pulsationsdämpfung können ebenfalls sehr einfach bestimmt werden. Die dabei angewendeten mathematisch sehr komplexen Gleichungssysteme ermöglichen erstmals eine Speichersimulation auf einer Windows-Oberfläche. ASP erlaubt die Darstellung der Verbraucher und Pumpenvolumenströme, sowie die Darstellung der Simulationsergebnisse als Druck-Zeit-, Temperatur-Zeit- oder Speichergasvolumen- Zeit-Kurven. Mit ASP ist man in der Lage, die erzeugten Dateien auszudrucken und als *.asp Format abzuspeichern. Die Handhabung erfolgt ähnlich Text-Dateien, jedoch mit der Dateierweiterung (Extension) .asp (Beispiel: Speicher.asp). P P 0 0 V V 0 0n n = = P P 1 1 V V 1 1n n = = P P 2 2 V V 2 2n n P P 1 1 / / P P 2 2 = = T T 1 1 / / T T 2 2 170 <?page no="177"?> 5.3. Sicherheitsmaßnahmen und Prüfungen Die Druckbehälter der Speicher sind nach den technischen Regeln der AD- Merkblätter und dem Sicherheitsstandard der europäischen Druckgeräterichtlinie RL 97/ 23/ EG ausgelegt und gefertigt. Die Druckgeräterichtlinie schreibt die Berechnung, die Fertigung und die Qualitätssicherung vor, nach der diese Bauteile hergestellt werden. Die in der Federung verwendeten Speicher sind für einen maximalen Betriebsdruck von 330 bar zugelassen und sind mit dem CE-Zeichen gekennzeichnet. In Kraftfahrzeugen, wie zum Beispiel Traktoren, regelt die Betriebserlaubnis den Einsatz von Komponenten. Hier werden besondere Wiederholungsprüfungen durch Prüfgesellschaften (TÜV etc. ) nicht vorgeschrieben. 6. Nutzen der hydropneumatischen Vorderachsfederung Messungen bei der Firma AGCO Fendt haben eine deutliche Verbesserung der Fahreigenschaften ergeben. Besonders die Nickschwingungen lassen sich erheblich reduzieren, was zu einer höheren Fahrsicherheit führt. Der Kontakt der Vorderräder zur Straße wird durch die reduzierten Radlastschwankungen wesentlich verbessert. 36% 100% 37% 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 20 km/ h 50 km/ h gefedert ungefedert Dynamische Vorderachslast 28% 100% 23% 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 20 km/ h 50 km/ h gefedert ungefedert Nickbeschleunigung Bild 18: Effizienter Fahrzeugeinsatz [Quelle AGCO Fendt] Auch die Zeitschriften Top Agrar und Profi kommen zu dem Ergebnis, dass sich die Fahrsicherheit auf der Straße durch die Vorderachsfederung wesentlich verbessert. Dies wird durch den höheren Bodenkontakt der Räder hervorgerufen, der auch einen wesentlich besseren Geradeauslauf und eine höhere Kurvenstabilität zur Folge hat. Jeder Traktor hat, bedingt durch Fahrbahnbeschaffenheit, Aufbau und Reifen, eine bestimmte Eigenfrequenz, die ihn zum Springen anregt. Diese rhythmischen Anregungen, die vor allem bei schnelleren Straßenfahrten auftreten, werden durch die Federung deutlich verringert. 171 <?page no="178"?> Der Fahrkomfort wird nur zum Teil verbessert, da die Hinterachse bei Standardtraktoren ungefedert ist und der Sitz sich unmittelbar darüber befindet. Hier hilft eine Kabinenfederung weiter. 43% 100% 57% 82% 0% 20% 40% 60% 80% 100% Ohne Pflug Mit Pflug gefedert ungefedert Beschleunigung am Vorderwagen 89% 100% 36% 42% 0% 20% 40% 60% 80% 100% Ohne Pflug Mit Pflug gefedert ungefedert Beschleunigung an der Kabine Bild 19: Auswirkung der Vorderachsfederung [Quelle top agrar] 7. Zusammenfassung Sicher war früher in den Anfängen der Traktorentwicklung die Reduzierung der Fahrbahnstöße auf den Fahrer, bei den damals schlechten Wirtschaftswegen, Ziel der Vorderachsfederung. Seit den fünfziger Jahren ist die hydropneumatische Federung aus dem Pkw-Bereich, dem Citroën DS bekannt. Doch scheuten sich andere Hersteller aufgrund der Komplexität diese Lösung zu übernehmen. Im Nutzfahrzeugbereich, bei Sonderfahrzeugen und bei Mobilkranen, wird die hydropneumatische Federung schon seit längerem eingesetzt. Der Durchbruch bei den Traktoren gelang ihr erst, als die Fa. Fendt zur Agritechnica 1993 die Traktorenreihe Farmer und Favorit mit diesem System vorgestellt hat. Der Erfolg im Markt hat die Erwartungen an das Federungssystem bestätigt. Zur Senkung der Schwingungsbelastung des Fahrers und zur Erhöhung der Fahrstabilität ist die Federung der vorderen Lenkachse des Traktors bestens geeignet. Untersuchungen der Fachpresse und der Traktorhersteller belegen dies. 7.1 Das Resultat Höhere Fahrsicherheit optimale Lenkfähigkeit durch besseren Straßenkontakt reduzierte Radlastschwankungen kein Springen der Vorderachse reduzierte Bauteilebeanspruchung 172 <?page no="179"?> Gesteigerter Fahrkomfort deutlich weniger Aufbauschwingungen Reduzierung der Nickbeschleunigung geringere Fahrerbelastung stressfreies Fahren bei höheren Arbeits- und Transportgeschwindigkeiten Das Zusammenwirken mit dem Schwingungstilgungssystem der elektronischen Pflugregelung (EHR) ist unproblematisch und steigert die Stabilisierungseffekte. Die Schwingungstilgung ist eine gute Ergänzung zur Vorderachsfederung, leider wirkt sie aber nur bei angebautem Gerät. [6] Die Vorderachsfederung stellt einen weiteren Schritt zur Optimierung des Standardtraktors dar. Die Vorteile der Federung in Bezug auf die Fahrsicherheit sind nachgewiesen und kommen dem Wunsch der Praxis nach höheren Geschwindigkeiten (50 km/ h) entgegen. 8. Ausblick Weiteres Optimierungspotential für den Traktor und die Federung ist durch die Eingriffsmöglichkeit in die Hydropneumatik gegeben. So lassen sich umschaltbare Federkennlinien und variable Dämpfung realisieren. Hiermit können verschiedene Fahrzustände und Situationen optimiert werden. So zum Beispiel eine Kompensation des Bremsnickens oder es kann zwischen Straßenfahrt und Arbeit auf dem Acker umgeschaltet werden. Eine weitere Komfortverbesserung kann man mit der Integration einer hydropneumatischen Kabinenfederung erzielen. Das Optimum stellt sicherlich die Vierradfederung des Traktors dar. Ansätze sind vorhanden und werden zur Weiterentwicklung der Technik am Traktor beitragen. 173 <?page no="180"?> Literaturhinweis [1] Greaf; M.: Technische Möglichkeiten zum Senken der Schwingungsbelastung auf fahrenden Arbeitsmaschinen. Grundl. Landtechnik Bd 26 (1976) Nr.2 S56/ 63. [2] Kauß, W.: Aktive, hydraulische Schwingungsisolierung des Fahrerplatzes ungefederter geländegängiger Fahrzeuge. Dissertation Forschungsbericht MEG 64 Berlin 1981 [3] Huth H.P.: Komfort im Nutzfahrzeugbereich O+P 35 (1991) Nr 9 709/ 711 [4] Esders, H., Holländer, C., Römer, A., Tewes, G.: Entwicklungen und Tendenzen der Hydraulik in Traktoren und Landmaschinen O+P 38 (1994) Nr 4 202/ 206 [5] Göhlich, H., Kaplick, C.: Fahrdynamik-Fahrsicherheit-Fahrerplatz Jahrbuch Agrartechnik 7 (1995) 74/ 78 [6] Was bringt die gefederte Vorderachse? Top agrar 11/ 98 S68/ 71 [7] Sicher und komfortabler arbeiten mit einem gefederten Schlepper Profi 2/ 99 S11/ 18 [8] Freimann R., Brenninger, M.: Systematische Betrachtungen zu gefederten Vorderachsen VDI-MEG Tagung Landtechnik 1998 [9] Göhlich, H., Hauck, M., von Holst, C.: Fahrdynamik-Fahrsicherheit-Fahrerplatz Jahrbuch Agrartechnik 11 (1999) 61/ 69 [10] Göhlich, H., Hauck, M., von Holst, C., Müller; N.: Fahrdynamik-Fahrsicherheit- Fahrerplatz Jahrbuch Agrartechnik Band13; 2001; [11] Landtechnische Informationen ”Die Deutschen Ackerschlepper” herausgegeben von BP. 174 <?page no="181"?> 175 175 <?page no="182"?> Dr.-Ing Ele hyd 2008, 19 (Kontakt ISBN 97 Zum Buc Hydraulisc Elektronik Signalgew Dynamik u Das Buch Deren An gezeigt. D Inhalt: Elektronis Elektronis hydraulisc Proportion elektrome maschine maschine nische Hu Die Inter Techniker technisch einsetzen Die Autore g. Horst H ktro draul 95 S., 225 t & Studium 78-3-8169ch: che Antriebe k und Hyd winnung, -Sp und flexibler h gibt einen nwendung w Dabei wird di sch-hydraulis sche Steueru che Antrieb nal- und Re echanische en - Hochd en - Elektroh ubwerksrege ressenten: r und Ingeni en Fachleut und warten en sind ausg Hesse un nisc lisch Abb., 44,0 m, 683) -2590-3 e werden zun draulik kom peicherung u Aufbau sind Überblick ü wird an je zw e Fülle neue sche Steueru ungen und be - Elek gelventile - Antriebstec dynamische hydraulische lung ieure aus Pr e wichtig, di . gewiesene E Be Tel: 071 E-Mail: ex nd 5 Mita chhe Sy 00 €, 73,00 nehmend ele mmen die und -Übertra d die Stärke d über die wic wei exempla er Möglichkei ungen und R Bussysteme ktronische S Elektrohydra chnik von Achsen für Lenksystem rojektierung, ie elektronisc xperten. estellhot 159 / 92 65xpert@exp autoren ystem 0 CHF ektronisch ge jeweiligen agung sind der Hydraulik chtigsten ele arischen Anw iten sichtbar. Regelungen - e für elektro Sensoren - raulische und Spritzgieß r Werkzeug me - Elektro Konstruktio ch gesteuert tline: 0 • Fax: -20 pertverlag.d me esteuert oder Stärken b die Domäne k. ektronischen wendungen . - o- - d ß- oon, Vertrieb te Hydraulik 0 de r geregelt. Be beider Tech en der Elekt und hydrau aus Industr und Service antriebe im ei der Komb hniken zum tronik; Leistu ulischen Kom rie- und Mo . Das Buch Maschinenb bination von m Tragen. ungsdichte, mponenten. bilhydraulik ist für alle bau planen, <?page no="183"?> Dipl.-In Get Praxis zu Lag spielar Abdich 2013, 36 (Reihe T ISBN 97 Zum Buc Der Auto Konstrukt liefert pra hochunter werden, u Lagerung Weiterhin Berechnu dungsbeis Inhalt: Bauarten Getriebe A Getriebe- Energieve Werkstoff Schadens software - Die Inter Das Buch - Konstru - In- und Holzbearb - Herstell Bauarten, Der Auto Dipl.-Ing. maschine Konstrukt ng. Joac trieb hinweise gerungsg rmen Ge htung un 66 S., 246 Technik) 78-3-8169ch: r beschreibt tion und Her axisnahe Lös rsetzende od und ihres vor verschiede erfährt de ngsprogram spiele ergänz von Getrieb Auslegung - Lagerung - erluste und E fe - Antriebs sfrüherkennu - Anwendun ressenten: h ist eine Fun kteure, Meis ausländische beitungsmas er von Masc , Servomotor or: Joachim Kle enfirmen un tionsbüros fü him Klem be-Te e gestaltun triebeba nd Instan Abb., 26 T -2894-2 t aufgrund j rstellung von sungen. Daz der verspan rteilhaften Ei ener Getrieb er Leser N me und We zt. en - Anforde - Verzahnun Schmierung Erwärmung - selemente - ung - Instan gsbeispiele ndgrube für: ster, Vertrieb e Hersteller v schinen, Mes chinenbauein ren und Vors ement verfüg nd war In ür Werkzeugm Be Tel: 071 E-Mail: ex ment echn ng, Verza auarten, S ndhaltung Tab., 59,00 jahrelanger, n Antriebssy zu gehört da nte spielarm insatzes. Die earten sowi Nützliches ü rkstoffe. Der erungen an g von Zahnr g von Zahnr - Dichtung vo - Sensorüber ndhaltung - singenieure von Produkti ssmaschinen nheiten wie R schubachsen gt über eine haber eine maschinen in estellhot 159 / 92 65xpert@exp nolog ahnungs Schmier g 0 €, 97,50 umfassende ystemen für as Aufzeigen me Getriebe e Getriebe-A e die Schm über Instan r Text ist du ein Getriebe radgetrieben radgetrieben on Getrieben rwachung u Berechnung und Maschin ionsmaschin n und Handha Rundtische, D n. langjährige es erfolgrei n Coburg. tline: 0 • Fax: -20 pertverlag.d gie arten, ung, CHF er Erfahrung moderne Pr n von unters sowie der A Auslegung, ih mierung und dhaltung, A rch zahlreich e - n - - n - nd gsnenbau- Stud nen, Werkzeu abungstechn Dreh- und Sc Konstruktion chen mitte 0 de g die Proble roduktionsma schiedlichen Anforderung hre Verzahnu Abdichtung Ausfallursach he instruktive denten ugmaschinen nik chwenkeinhe nspraxis bei lständischen eme, die sic aschinen erg Getriebebau gen, die an ung, die Ges g werden be hen, Wirtsc ve Skizzen u n, eiten, Getrieb namhaften n Entwicklu ch bei der geben, und uarten, wie sie gestellt staltung der eschrieben. haftlichkeit, nd Anwenbe aller Werkzeugungs- und <?page no="184"?> Dr. sc. Mod Tur Grund für Die 3. Aufl. 2 mit akt. 44,80 €, (Edition ISBN 97 Zum Buc Die »Mod Paramete nungskraf Dieses Bu zeug, mit System al Zur Vertie nerisch na Inhalt: Allgemein und Verlu Numerisc Motorsimu Verdichte Die Inter Angespro jetzt oder Der Auto Studium a nen, Fluga Langjährig Nebenber Fernunive Support. Testcente tech. ET dern rboa lagen de esel- und 2014, 118 Rechenpro , 74,00 CH expertsoft 78-3-8169ch: derne Turboa er anhand v ftmaschine u uch zeigt da dem man s ls Ganzes. efung können achvollzogen nes zum Tur uste - Die La he Darstellu ulation - Be rverhalten un ressenten: ochen sind a in Zukunft m or: an der TU D antriebe. ge Tätigkeit ruflich Promo ersität Hagen Experte für A er bei swissa TH Mario ne uflad er Auflad d Ottomo S., ogramm au HF t, 74) -3254-3 aufladung« b von rechneri und Turbolad aher vor dem solche Simu n anhand ein n werden. bolader - D adeluftkühlun ung von Tur erechnung v nd seine Ein lle Ingenieur mit Turboaufla Darmstadt, S bei ABB T otion zum Th n. 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