TRAKTORTECHNIK
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Bernd Va h lensieck, Garehing
Ste igende Motora uslastu ng d u rc h ge rege lte stufe n l ose Getri ebe
D ie Motorauslastung bei Traktoren steht immer dann im Blickpunkt, wenn es um Produktivität oder Bearbeitungsintensität in der Landwirtschaft geht [1, 2]. Die Verwendung von stufenlosen Getrieben in Traktoren eröffnet diesbezüglich Kon
strukteuren und Anwendern neue Chan cen zu weiterer Optimierung. Die gleich
zeitige freie Wahl von Arbeitsgeschwin
digkeit und Motorbetriebspunkt - verbunden mit einer stark vereinfachten Automatisierung des Motor-Getriebe
Managements - ist vorteilhaft gegenüber konventionell gestuften Getriebekonzep
ten. Durch den leistungsgeregelten Betrieb des stufen losen Getriebes kann besonders bei Zugarbeiten eine Erhöhung der Motorauslastung erreicht werden.
D
as Getriebe eines Traktors hat d ie Aufgabe, Drehza h l und Drehmoment des Motors zu wa ndeln und der Anwendung zur Verfügung zu stellen. Jede Stufe - jeder Gang- des Getriebes stellt dabei eine Möglichkeit für die Wandlung dar, so daß theoretisch m it der Anza h l der Gänge der N utzen für die Anwend u ng steigt. Optimal ist daher folgerichtig ein stufenloses Ge
triebe, welches neben unend l ich vielen Gängen in einem bestimmten ü berset
zu ngsbereich auch einen höheren Schaltkomfort und eine bessere l ntegrier
ba rkeit in Traktormanagementsysteme bietet (3] als vergleichbare gestufte Ge
triebe.
Am Lehrstuh l für Landmaschinen steht m it dem Münchner Forschungstraktor ein Versuchsträger zur Verfügung, der über ein einfaches stufenloses Getriebe verfügt - bestehend aus einem Ketten
wandler der Firma P. I .V. Rei mers und ei
nem nachgeord neten Stufengetriebe mit zwei Vorwärtsgä ngen und einem Rück
wärtsga ng (4]. M it d iesem Versuchsfahr
zeug wurden bereits zahlreiche Untersu
chungen zur Ermittlung von Lastkollekti
ven am Getriebeeingang d u rchgeführt.
H ierbei konnten U ntersch iede zwischen Kollektiven herköm m I icher Schaltgetrie
be und denen leistungsgeregelter stufen-
Dipl. -lng. Bernd Vahlensieck ist wissenschaft
licher Assistent am Lehrstuhl für Landma
schinen der Technischen Universität Mün
chen, Boltzmannstraße 15, 85747 Garehing (Leitung: Prof Dr.-lng. Dr. h.c. K. Th. Renius).
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loser Getriebe nachgewiesen werden (5].
Durch d iese Ergebnisse angeregt, wurde n u n auch die Motorauslastung bei Ver
wendung eines leistungsgeregelten stu
fenlosen Getriebes ei ner genaueren Un
tersuchung unterzogen . Pflügen , Eggen, Transport
Potential zur Steigerung der Motora usla
stu ng haben Zugarbeiten wie zum Bei
s piel das Pflügen, das Eggen oder Trans
portarbeiten, also Arbeiten an der Lei
stungsgrenze des Motors. Vor allem bei wechselnden Lasten hat h ier ein rechner
gestützter und kontinuierlich auf u nend
lich viele Ü bersetzungen zugreifender Regler Vorteile gegenüber dem ., Regler Mensch ", dem bisher auch n u r eine end
liche Anzahl von Gä ngen zur Verfügung steht. Der Grund für wechselnde Last ka nn bei einer Transportfa hrt das Gelän
de sein, beim Pflügen ohne Zugkraftrege
l u ng eine Änderung der Bodenverhältnis
se und bei m Eggen ein Wechsel bei
spielsweise der Steigungsverhältnisse.
Feldversuche wurden daher i n leichter Hanglage (Steigung bis maximal 7 %) mit einem a ngebauten Zweischar-Volldreh
pfl ug sowie mit einer Zinkenegge d u rch
gefüh rt. Zur Simulation von Transportver
suchen wurde auf der neuen Versuchs
bah n u nseres Lehrstuhls in Garehing ein U n imag mit laufendem Motor und einge
legtem Gang vom Versuchsfahrzeug ge
zogen; die wechselnde Belastung erfolgte am gezogenen Fahrzeug durch Einlegen verschiedener Gänge. Verglichen wurden d rei versch iedene Fahrstrategien, im ein
zelnen waren dies .,stufenlos geregelt"
und ,. simulierte Lastschaltung" für die
Bild 1 : Klassierte Getriebe-Eingangs
größen Moment und Drehzahl während des Pflügens in leichter Hanglage (vgl. [2]); je eine Furche ohne Vorgewende
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Transportsimulation, zusätzlich für d ie Zugarbeiten auf dem Feld d ie Strategie .,fester Gang". Zur Simu lation der Strate
gien .. Lastschaltung" und .,fester Gang"
kann das für den Kettenwandler ge
sch riebene Regel- und Steuerprogra mm konstante Ü bersetzu ngen vorgeben . Bezugsgrößen, Definition
Gemessen wurden - m i t einer Freq uenz von 400 Hz - das Dreh moment und d ie Drehzah l a m Getriebeeingang. Weitere G rößen wurden zur Aufstellung von Last
kollektiven a ufgezeich net. Außerdem wurden für jeden Versuch d ie Tem peratu
ren von Ansaugl uft und Kraftstoff des Mo
tors festgehalten. Die B ezugsgrößen für d ie Beurte i l u ng der Motora uslastu ng und die Darstellung der Betriebspunktvertei
l u ng- PNutz und Mvo- wurden dan n un
ter Berücksichtigung d i eser Tem peratu
ren nach D I N 6271 berechnet, um die auftretenden Tem peratureinflüsse für je
den Versuch zu berücksichtige n . Somit soll folgende Definition der Motorausla
stung gelten : d u rchsch nittliche gemesse
ne Getriebeei ngangsleistung während des Versuchs bezogen a uf d ie ., blockierte ISO-N utzleistung m it Tem peratur-Korrek
tur".
Konzentration im Kennfeld
Beispielhaft werden die Auswirku ngen der Verwendung eines leistungsgeregel
ten stufenlosen Getriebes in Form einer Häufigkeitsverteilung der gemessenen Betriebspunkte im normierten Motor
kennfeld gezeigt ( Bild 1 ). Verglichen wur
de mit der Strategie .. Lastschaltuhg" beim Pflügen hanga ufwärts (ohne Vorgewen-
Fig. 1: Distribution of transmission input
speed and torque during uphi/1 plowing an a slightly sloped field; one furrow,
headland operation �E Bezogene Motordrehzahl I Rated engine speednlnNenn
exc/uded '---' 52. Jahrgang LANDTEC H N I K 5/97
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Bezogene Motordrehzahl I Rated engine speed nlnNenn ohne Wendevorgänge I without turns Bild 2: Klassierte Gelriebe-EihgangsgdJßen Moment und Drehzahl
während des Eggens hangabwärfs; je eine Oberfahrt ohne Wendevor
gang
Bild 3: Vergleich der Motorauslastungen für drei Arbeiten und drei Fahrstrategien; Feldarbeiten ohne Wendevorgänge
Fig. 2: Distribution of transmiss/an Input speed and torque du ring downhi/1 harrowing an a slightly sloped field; one pass, headland operation excluded
Fig. 3: Comparing engine utilization du ring three different operations (plowing, harrowing, transport) using "one speed", " power shift" and
" CVT" strategy
de). Man erkennt, wie sich die Betriebs
p u n kte d u rch Leistungsregel ung in der Nähe des Nennleistungspunktes konzen
trieren lassen . Für die beiden gezeigten repräsentativen Versuche ergibt sich da
d u rch eine Steigerung der Motorausla
stung von 83,7 % auf 92 % .
I m Bild 2sieht man in der gleichen Dar
stellung den Vergleich der beiden Fah r
strategien für das Eggen hanga bwärts a m sel ben Feldstück. Wiederum wird deut
lich, wie sich d u rch die Leistungsregelu ng die a uftretenden Betriebspu n kte sehr eng auf den Bereich des Leistungsmaximums des Motors zusammenschieben . Dies er
gibt bei den ausgewäh lten Versuchen so
gar eine Erhöhung der Motorauslastung von 70,4 % a uf 91,7 % .
Steigerung der Auslastung
Die durchschnittliche Motorauslastung, die jeweils ü ber mehrere Versuche gemit
telt wurde, ist für alle u ntersuchten Arbei
ten in Bild 3 dargestel lt. Für den geregel
ten Betrieb beträgt ihr Wert una bhängig von der Arbeit und der Hangneigu ng ü ber 90 % . Beim Pflügen bergauf liegt er mit 90,5 % deutlich ü ber den 82,5 % , die sich bei Verwendung ei ner simulierten
Lastschaltung ergeben, und den 86,7 % aus Versuchen mit konstanter Ü berset
zu ng. Versuche, bei denen a uf dem sel
ben Feld hangabwärts gepflügt wurde, er
ga ben insbesondere gegenü ber der Stra
tegie "fester Gang" einen großen Vorteil fü r d en stufenlos geregelten B etrieb. Die Motora uslastung für die Simu lation der Lastschaltung wurde hanga b- und -auf
wärts a uf vergleich barem N iveau gehal
ten .
Ähnliches gilt für die Versuche mit der Zinkenegge und simuliertem Tra nsport.
Deutlich wird auch hier die Steigerung d er Motorauslastu ng d u rch die Verwen-
52. Jahrgang LANDTEC H N I K 5197
d ung des stufenlosen, geregelten An
triebs. Die Auslastungswerte für die un
geregelten Strategien liegen beim Eggen etwas nied riger als beim Pflügen, da die Lastwechsel größer sind und schneller a uftreten und sich so d er Nachteil der fehlenden Regelung stärker auswirkt.
Interpretation der Ergebnisse
Die Ergebn isse aus Versuchen m it unge
regelter Strategie streuen stärker als die mit dem Regler erm ittelten . Da her bergen selbst die aus d rei bis fünf Einzelversu
chen gemittelten Auslastungswerte der u ngeregelten Arbeiten noch gewisse sta
tistische U nsicherheiten . Die Streuung der geregelten Versuche ist dagegen sehr gering, so daß die hierfür ermittelten V, ar
te mit ei niger Sicherheit angegeben wer
den können.
I nsgesa mt ist dabei zu beachten, daß die vor dem Getriebeei ngang a bgenom
mene Nebenabtriebs-Leistung zur hy
draulischen Versorgung des Kettenwa nd
lers nicht berücksichtigt wurde. Bei
spielsweise ergibt sich bei einer aus Druckmessungen geschätzten Hyd raul ik
leistung von 1,5 kW für den geregelten Pflugversuch in Bild 1 eine d u rchschnitt
liche Motorauslastung von 97,6 % . D i e Auslastungswerte, d i e bei Verwen
d ung einer festen Getriebeübersetzung ermittelt wurden , liegen im Vergleich zur Lastschalt-Strategie unerwartet hoch. Das hat verm utlich folgende G ründe:
a) Bei der Auswahl der j eweiligen festen Übersetzung lag kei nerlei Ei nschrän
kung hinsichtlich Gangstufen vor, so daß der Vorteil des stufenlosen Getrie
bes indirekt ausgenutzt wurde.
b) Zufällig lag die gewählte konstante Ü bersetzung, vor a l l em für das B erg
a uf-Pflügen , sehr nah an der optima
len Ü bersetzung.
c) Bei der Simulation d er Lastschaltung lag keine der zeh n zur Verfügung ste
henden Ü bersetzungen (Stufens prung 1,18) in der Nähe des Optimums.
Zusammenfassung
Das Potential eines geregelten stufenlo
sen Getriebes zur Steigeru ng der Motor
a uslastung von Traktoren wird durch M essungen i n Feldversuchen nachgewie
sen und an d rei Beispiel en für Zugarbei
ten dargestellt. Es wird gezeigt, wie sich die Leistungsregelu ng i n einer Konzentra
tion der Motor-Betriebspunkte nahe a n d e r Vollast-Drehmomentkennlinie a us
wirkt. U nter Einbezieh u ng einer ge
schätzten Nebenabtriebs-Leistung wer
den so längerandauernde Motorausla
stungen ü ber 97 % nachgewiesen . Literatur
B ücher sind mit • gezeichnet
[ 1 ] Eimer, M.: Auslastung von Traktoren. Land
technik 51 ( 1996), H. 1, S. 14/15
[2] • Kipp, J.-C.: Optimierung des Leistungsum
satzes von Traktoren durch den Einsatz elek
tronischer H ilfsmittel. Fortschr.-Ber. VDI Rei
he 14, Nr. 35, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1987 [3] Jaufrnann, A.: Traktormanagementsystem .
Jahrbuch Agrartechnik 9, S. 85-90 u . 28314, Landwirtschaftsverlag M ü nster, 1997 [4] • Kirste, T.: Entwicklung eines 30-kW-For
schungstraktors als Studie für lärmarme Ge
samtkonzepte. Fortschr.-Ber. VDI Reihe 14, N r. 43, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1989 [5] Vahlensieck, B.: Lastkollektive für ein lei
stungsgeregeltes stufenloses Traktor-Getrie
be. VDI-Berichte 1 297, S. 23-26, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1996
Sch lüsselwörter
Stufenlose Getriebe, Traktor, Motorausla
stung, Regelung Keywords
Continuously variable tra nsm ission, d igi
tal control, tractor, engine utilization 235
