Antriebsstranguntersuchungen für Kompaktbaumaschinen bis 50km/h

Abstract

Fahrzeugantriebe, die dem Prinzip der mechanisch-hydrostatischen Leistungsverzweigung zugeordnet werden können, haben sich in den letzten zwei Jahrzehnten in Traktoren und Baumaschinen hoher Leistungsklassen etabliert. Sie bieten hohen Fahrkomfort und gute Wirkungsgrade. Durch hohe Getriebespreizungen können zudem hohe Fahrgeschwindigkeiten bei akzeptablen Wirkungsgraden erreicht werden. Eine höhere Bauartgeschwindigkeit bringt differente gesetzliche Anforderungen an das Fahrzeug mit sich. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die gesetzlichen Anforderungen in Europa für Zugmaschinen und selbstfahrende Arbeitsmaschinen bei einer Maximalgeschwindigkeit von 50 km/h. Auf Grund der gesetzlichen Rahmenbedingungen ist ein 50 km/h Antrieb bei Kompaktmaschinen lediglich für Teleskoplader realisierbar. Durch zahlreiche Ausnahmeregelungen für landwirtschaftliche Fahrzeuge kann der Aufwand für vorgeschriebene Fahrzeugadaptierungen gering gehalten werden. Folgend werden die derzeit angebotenen Antriebe sowie Leistungsverzweigungsgetriebe beschrieben. Eine wesentliche Fragestellung behandelt die Integrationsmöglichkeiten von CVT Getrieben in Kompaktmaschinen, wie Teleskoplader, Radlader, Muldenfahrzeuge und Mobilbagger. Final werden die Verbrauchseinsparungspotentiale diverser Antriebsarten gegenübergestellt. Hierzu werden die Zugkraftkurven mit den zugehörigen Wirkungsgradkennfeldern bei charakteristischen Lastfällen verglichen. Bei Überlandfahrten bietet ein Wandler mit Überbrückungskupplung beste Effizienz. Im y-Ladezyklus weist ein Leistungsverzweigungsgetriebe Vorteile auf. Die vielen Ausführungsformen von CVT Getrieben bringen wiederum Unterschiede bzgl. der Effizienz mit sich. Die Stärken und Schwächen der verfügbaren Varianten werden erörtert. Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse werden funktionale, technische und wirtschaftliche Eigenschaften geeigneter Antriebssysteme bewertet. Durch die Bewertungsmatrix wird ein guter Überblick bzgl. der Eignung von 50 km/h Antriebseinheiten geschaffen.

Powertrains based on the principle of hydrostatic-mechanical power split became significant in the two last decades for agricultural and construction equipment in high power ranges. These drivetrains offer advantages regarding driving comfort and efficiency. Due to higher vehicle speeds different legal requirements have to be obeyed. The present work shows an overview about legal requirements in Europe for agricultural and construction equipment with a design speed of 50 kph. Because of the legal framework a 50 kph powertrain for compact construction vehicles is conceivable only for telehandlers. Due to a lot of exceptions for agricultural vehicles the efforts for technical changes can be minimized. Following the available continuously variable transmission (CVT) systems and current powertrains are described. An essential issue treats the integration possibilities of CVTs in compact construction vehicles, like telehandler, wheel loader, dumper and mobile excavator. Finally the energy saving potentials of various drivetrain types are compared. For this reason the drawbar pulls and corresponding efficiency maps are compared at characteristic operating conditions. Torque converters with a lock-up clutch offer the highest efficiency at a high speed drive. In typical loading conditions (Y-driving-cycle) CVT show advantages. Different embodiments of CVT systems imply characteristic behaviour in efficiency and functionality. The strengths and weaknesses of available variants are discussed. By applying a cost-benefit analysis the functional, technical and economic characteristics of suitable powertrain systems are evaluated. The rating matrix gives an overview concerning the suitability of 50 kph powertrains for compact construction and agricultural vehicles.