Seit 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 Traktorhersteller verwenden Kübler Drehgeber in ihren CVT-Systemen. Die Auffassung, dass in einem modernen Traktor mehr Hightech als in jeder S-Klasse 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 Entwicklungsprojekte – 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 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 Versorgungsspannungsbereich 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 CVT-Getriebe 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.
