GANGSCHALTAUTOMAT FÜR VOLLAUTOMATISIERTE TRAKTORLASTSCHALTGETRIEBELastschaltgetriebe empfehlen sich für industrielle Anwendungen, die schnelle Richtungsumkehr und ein

sanftes Einrücken der Kupplung erfordern. ZF bietet nun für seine synchronisierten Gruppengetriebe der

Baureihe T-7000 und deren Nachfolgegeneration TerraPower einen Gangschaltautomaten zur automatisierten

Synchrongruppenschaltung an. Mithilfe eines elektrohydraulischen Ventilblocks und eines eigens für die

Getriebesteuerung entwickelten Softwaremoduls ist es hierdurch möglich, die Getriebe vollautomatisch

und komfortabel zu schalten. Weiterhin stehen eine Teilautomatik und auch ein manueller Modus zum

Gangwechsel per Knopfdruck (shift-by-wire) zur Verfügung.

GETRIEBE UND SCHALTUNG

70

MOTIVATION

Als vor gut zehn Jahren die stufenlosen Getriebe in einer breiten Serienanwen-dung auf den Markt gekommen sind, haben nicht wenige erwartet, dass die Ära der Lastschaltgetriebe damit zu Ende gehen würde. Mittlerweile ist klar, dass die Schaltgetriebe in Form von teil-lastschaltbaren Getrieben aufgrund von Vorteilen bei Kosten und beim Verlust-verhalten ihren Platz erfolgreich vertei-digen. Allerdings kann man erkennen, dass Lastschaltgetriebe im Wettbewerbs-umfeld der Stufenlosgetriebe merklich weiterentwickelt wurden. So hat sich nicht nur die Zahl der lastschaltbaren Gänge erhöht, auch zahlreiche Komfort- und Automatisierungsfunktionen [1] tra-gen mittlerweile dazu bei, die Bedienung und die Leistungsfähigkeit der Traktoren mit Schaltgetriebe denen mit Stufenlos-getrieben anzunähern. Die einfache Bedienung, schon früh als wichtiger Kundennutzen der stufenlosen Getriebe betrachtet [2], wird zunehmend auch zu einem anerkannten Attribut der Last-schaltgetriebe.

VORTEILE VON SHIFT-BY-WIRE

Ein wesentlicher Schritt zu einer voll-ständigen Shift-by-wire-Betätigung von teillastschaltbaren Traktorgetrieben stellt die Hilfskraft unterstützte Schaltung des Gruppengetriebes dar. Die Vorteile einer Hilfskraft unterstützten Gruppengetrie-beschaltung im Traktor sind zum Teil die gleichen wie auch in Straßenfahrzeugen [3]. Für den Anwender bringt die Shift-by-wire-Lösung vor allem einen deutlich erhöhten Schaltkomfort, der sich konkret in niedrigeren Betätigungskräften, aber auch in einer optimierten Ergonomie äußert. Schalthebel können deutlich kleiner dimensioniert und freizügiger positioniert werden als bei mechani-schen Lösungen. Der Anwendernutzen erschließt sich vor allem bei Transport-einsätzen und Feldarbeiten mit geringer Leistungsanforderung, bei denen die Gruppen oft gewechselt werden. Über die Hilfskraftunterstützung hinaus eröff-net die Aktuatorik vor allem ein breites Feld der Automatisierungsmöglichkeiten. Die Limitationen der schon weitverbrei-teten automatisierten Lastschaltung wer-den hiermit aufgehoben.

Für den Fahrzeughersteller schlägt die Vereinfachung und Standardisierung

zwischen Schalt- und Stufenlosgetrieben beim Kabinendesign positiv zu Buche. Mehrkosten für den Getriebeaktuator werden durch den Entfall der äußeren Schaltungsbauteile teilweise kompen-siert. Konzepte von Multifunktionsarm-lehnen können von Traktoren mit stufen-losen Getrieben übernommen werden. Die Geräuschentkopplung in der Kabine wird durch fehlende Durchbrüche für Schaltgestänge oder Bowdenzüge verbes-sert. Kabinenfederungen und optionale Rückfahreinrichtungen lassen sich durch den Entfall mechanischer Koppel-elemente einfacher realisieren.

ANFORDERUNGEN

Im Gegensatz zu den stufenlosen Getrie-ben sind die Lastschaltgetriebe unter anderem aufgrund ihrer Robustheit und der einfachen Wartbarkeit weltweit im Einsatz. Eine zentrale Anforderung war es daher, eine rein mechanische Schal-tung weiterhin verwenden zu können; der Gangschaltaktuator soll also optional einsetzbar sein, ohne in den Aufbau des Synchrongetriebes eingreifen zu müssen. Daraus resultieren die weitere Verwen-dung der inneren Schaltungskomponen-ten und die Notwendigkeit, dass der Gangschaltaktuator sowohl die Funktion der Gassenwahl als auch die des eigent-lichen Schaltens erfüllt. Die zentralen Anforderungen an Stellwege, -kräfte und -geschwindigkeiten des Aktuators lassen sich somit direkt daraus ableiten. Für die ZF-Getriebekonzepte ergeben sich abhängig von den zu schaltenden Gän-gen und den zu synchronisierenden Mas-senträgheitsmomenten Stellkräfte von 600 bis 1000 N und Stellwege von 8 bis 10 mm bei Stellgeschwindigkeiten von mindestens 80 mm/s. Aus Standardisie-rungsgründen soll das vorhandene elekt-ronische Steuergerät weiter verwendet werden. Der Aktuator kann wahlweise für vier, fünf oder sechs Synchrongänge innerhalb eines Gruppengetriebes nutz-bar sein beziehungsweise acht, wenn jeweils vier davon in zwei Gruppenge-trieben verteilt sind.

TECHNISCHE LÖSUNGSANSÄTZE

Zur Festlegung der Stelleinrichtung für den Gangschaltaktuator wurden die in ZF-Produkten üblicherweise eingesetzten elektropneumatischen, -hydraulischen, -motorischen und -magnetischen Aktua-

AUTOREN

DR.-ING. KARL GRAD ist Leiter Forschung und Entwicklung

Landmaschinengetriebe der ZF Friedrichshafen AG in Passau.

DIPL.-ING. (FH) THOMAS CAPPELLARO

ist Leiter Entwicklung Stufengetriebe und Hinterachsen

für Landmaschinen getriebe bei der ZF Friedrichshafen AG in Passau.

DR.-ING. BASTIAN VOLPERT ist Teamleiter Vorentwicklung Off-

Highway der ZF Friedrichshafen AG in Friedrichshafen.

71 April 2014

GEAR SHIFT ACTUATOR FOR FULLY AUTOMATED TRACTOR POWERSHIFT TRANSMISSIONS Powershift transmissions are recommended for industrial applications that require rapid reversal of direction

and a smooth engagement of the clutch. ZF now offers an automatic gear-shifting for synchronous group

transmissions of the powershift transmission series ZF T-7000 and its successor generation TerraPower.

Using an electro-hydraulic valve block and a module software specially developed for the transmission control

makes it possible to automatically and comfortably switch the transmission. Furthermore, a semi-automatic

and a manual mode to change gear by pressing a button (shift-by-wire) are available.

MOTIVATION

Just over ten years ago as the continu-ously variable transmissions came onto the market in a wide range of series applications, quite a few people ex pected that the era of the powershift transmission was coming to a close. Meantime it has become clear that shift transmissions in the form of powershift transmissions are successfully defend-ing their position due to the advantages of cost and their better loss characteris-tics. However, it can be appreciated that powershift transmissions in the compet-itive environment of continuously varia-ble transmissions have been developed significantly further. For example, not only has the number of powershift gears increased, also numerous comfort and automation functions [1] have now con-tributed to bring the operation and per-formance capabilities of tractors with shift transmissions close to those with the continuously variable type. Easy operation, regarded at an early stage as an important customer benefit of con-tinuously variable transmissions [2], is also increasingly becoming a recog-nised attribute of powershift transmissions

SHIFT-BY-WIRE ADVANTAGES

An important step towards complete shift-by-wire operation on partial power-shift tractor transmissions is represented by the shifting of the range gears sup-

ported by auxiliary power. The advan-tages of range gear shifting on the tractor supported by auxiliary power are in part the same as for road vehicles [3]. For the user the shift-by-wire solution primarily gives significantly increased shifting comfort, which is actually expressed in lower actuation forces, but it also results in optimised ergonomics. Shift levers can be made substantially smaller and posi-tioned with more freedom than with mechanical solutions. The user benefits primarily include transport trips and field work with a low power requirement during which the ranges are often changed. The actuator system primarily opens up a wide range of automation possibilities, which go beyond auxiliary power support. The limitations of the already very popular automated power-shift are therefore removed.

For the vehicle manufacturer the sim-plification and standardisation between shift and continuously variable transmis-sions has a positive effect in the cab design. Additional costs for the transmis-sion actuator are partially compensated by the omission of the external shift components. Concepts from multifunc-tion armrest controls can be taken over by tractors with continuously variable transmissions. The sound insulation in the cab is improved by the lack of open-ings for the shift stick or Bowden cables. Cab suspensions and optional reversible driver’s seat can be implemented more simply due to the omission of mechani-cal coupling elements.

REQUIREMENTS

In contrast to continuously variable transmissions, powershift transmissions are in use throughout the world in part due to their robustness and easy main-tainability. Therefore, it was a central requirement to be able to use a purely mechanical shift; consequently, the gear shift actuator should be able to be imple-mented optionally without having to intervene in the construction of the syn-chronised transmission. This then results in the further application of the inner shift components and the require-ment that the gear shift actuator fulfils the function of the rod selection as well as the actual shifting. The central requirements on the actuating displace-

AUTHORS

DR.-ING. KARL GRAD is Head of R&D Agricultural

Machinery Transmissions at ZF Friedrichshafen AG

in Passau (Germany).

DIPL.-ING. (FH) THOMAS CAPPELLARO

is Manager Agricultural Machinery Powershift Transmissions and Rear

Axles at ZF Friedrichshafen AG in Passau (Germany).

DR.-ING. BASTIAN VOLPERT is Team Manager Advanced

Engineering Off-Highway at ZF Friedrichshafen AG

in Friedrichshafen (Germany).

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TRANSMISSION AND SHIFTING

April 2014

torprinzipien in die engere Auswahl gezogen. Da der Gangschaltaktuator als Option für ZF-Getriebe entwickelt wurde, sollte auf eine vorhandene Ener-giequelle sowie die bereits im Getriebe vorhandenen inneren Schaltungskompo-nenten zurückgegriffen werden. Weitere Entwicklungsziele waren die Realisie-rung einer kurzen Schaltdauer und ein möglichst geringer Bauraumbedarf.

➊ zeigt eine Gegenüberstellung der aus der Literatur bekannten wesentli-chen Eigenschaften für den technischen Einsatz verschiedener Aktuatoren. Zusätzlich sind dort die ZF-Anforderun-gen an den Aktuator bezüglich Stellkraft, -weg und -geschwindigkeit eingezeich-net. Die größten Stellwege und -geschwindigkeiten bei gleichzeitig größtmöglichen Stellkräften lassen sich mit hydraulischen Aktuatoren erzielen. Bei reiner Betrachtung von Stellweg,

-kraft und -geschwindigkeit erscheint auch der pneumatische Aktuator hin-sichtlich Stellweg und -geschwindigkeit als sinnvolle Lösung. Elektromotorische und -magnetische Aktuatoren sind bei bauraumneutraler Betrachtung zu weit von den Anforderungen – vor allem bezüglich Stellgeschwindigkeit – ent-fernt. Piezoaktuatoren kommen wegen ihrer geringen Stellwege nicht infrage.

Bezieht man die Leistungsgewichte der Aktuatoren [4] mit in die Bewertung ein, kommen pneumatische Aktuatoren wegen geringerer Leistungsdichte um Faktoren schlechter weg als hydrauli-sche. Ferner ist die Druckluftversorgung nicht standardmäßig in Traktoren ver-fügbar. Elektromotorische oder -magneti-sche Aktuatoren liegen bei gleichem Bauraum auf die Energiedichte bezogen nochmals deutlich unter den pneumati-schen Aktuatoren und sind nicht ohne

Weiteres mit dem bereits existierenden Getriebesteuergerät anzusteuern.

Da die im Getriebe bereits verfügbare Hydraulikenergiequelle maßgeblich die verwendete Technologie beeinflusst und die Hydraulikaktuierung neben höchs-tem Leistungsgewicht zu minimalem Bauraumbedarf führt, fiel die Entschei-dung letztendlich für ein elektrohydrau-lisches System mit bereits verfügbaren Steuerungen und Regelalgorithmen.

AUFBAU UND FUNKTION DES GANGSCHALTAKTUATORS

Der Gangschaltaktuator ist aufgrund der vorhergehenden Betrachtungen als elekt-rohydraulischer Aktuator ausgeführt. Jeweils ein hydraulischer Kolben ist für das Wählen der Gasse und das Schalten der Gänge beziehungsweise Synchroni-sierungen eingerichtet, ➋. Jeweils zwei Proportionaldruckregelventile verschie-ben die Kolben aus der Neutrallage in die gewünschte Position, entweder seit-lich zur Gassenwahl oder in Längsrich-tung zur Gangschaltung.

Der Schaltaktuator muss mehrere spe-zifische Schaltungsvorgänge ausführen können, ➌: : Nullschaltungen aus Neutral

bei ruhendem Fahrzeug gegen die stehende Abtriebswelle

: Folgeschaltungen (Hoch- und Rück-schaltung) in der gleichen Schaltgasse (1n2, 3n4 und 5n6)

: Folgeschaltungen (Hoch- und Rück-schaltung) mit gleichzeitigem Schalt-gassenwechsel (2n3 und 4n5)

: Folgeschaltungen mit gleichzeitig stattfindender Anpassung der Über setzung im Lastschaltmodul (gear matching)

: Folgeschaltungen für Gruppen mit Stufensprüngen zwischen den Gängen drei und vier.

Das System erlaubt neben dem sequen-ziellen Schalten auch das Überspringen von Gängen. Die Realisierung und Absi-cherung der Funktionen erfolgt über ein ausgeklügeltes Zusammenwirken von Sensorik, Aktuatorik und Software.

Der Synchro-Neutralschalter in ② ist ein Stößelschalter, der von Nocken auf dem Schaltfinger angesteuert wird und das Starten des Motors bei eingelegtem Gang verhindert. Über ihn wird auch die Position des Schaltfingers und damit der eingelegte Gang erkannt. Der Schaltweg wird zudem analog berührungslos mit-

➋ ZF-Gangschaltaktuator: zweiachsig wirkender elektrohydraulischer Aktuator, der bis zu sechs synchronisierte Gänge schaltet und sich mit konventionellen inneren Schaltungssystemen einsetzen lässt ZF gear shift actuator: electrohydraulic actuator operating on two axes which shifts up to six synchronised gears and can be employed with conventional internal shift systems

600

8

600

Actuating velocity [mm/s] Actuating displacement [mm]

Actuating force [N]

1 10 100 1000 10.0001000 100 10 1 0.1 0.01 0.001

1000

100

10

1

Piezo

Pneumatic

DC-motor/spindle

Hydraulic

Electromagnetic

80

Specificat

ion

➊ Stellwege, -kräfte und -geschwindigkeiten für gebräuchliche Aktuatoren [4] und ZF-Anforderungen für Traktorgetriebe (grün) Actuating displacements, forces and velocities for common actuators [4] and the ZF requirements for tractor transmissions (green)

73 April 2014

ments, forces and velocities of the actua-tor can therefore be derived directly from this. Depending on the gears to be shifted and the moments of inertia to be synchronised, actuating forces from 600 to 1000 N and actuating displacements from 8 to 10 mm arise in the ZF trans-mission designs for actuating velocities not less than 80 mm/s. For reasons of standardisation the existing electronic control unit should be used further. The actuator should alternatively be suitable for shifting four, five or six synchronised gears inside one group transmission or eight gears if distributed in two groups.

TECHNICAL APPROACH TO A SOLUTION

To specify the actuating device for the gear shift actuator the electrically con-trolled pneumatic, hydraulic, magnetic and motorised actuator principles usu-ally applied in ZF products are all short-listed as possible choices. Since the gear shift actuator was developed as an option for ZF transmissions, an existing power source and the inner shift compo-nents already present in the transmission should be utilised. Other development objectives were the implementation of a short shift duration and the smallest pos-sible required installation space.

A comparison of the main characteris-tics as known from the literature for the technical application of various actu-ators is given in ➊. In addition, the ZF requirements on the actuator with regard to actuating force, displacement and velocity are also shown. The large actu-ating displacements and velocities at high level forces can be obtained with hydraulic actuators. Just taking the actu-ating displacement, force and velocity into consideration the pneumatic actua-tor also appears a practicable solution with regard to the actuating displace-ment and velocity. For the same installa-tion space electric motors and electro-magnetic actuators are far from fulfilling the requirements, particularly in relation to the actuating velocity. Piezoelectric actuators are out of the question due to their low actuating displacements.

If the power-to-weight ratios of the actuators [4] are taken into account in the assessment, pneumatic actuators turn out far worse than hydraulic ones due to the lower power density. Also, a compressed air supply is not available as

standard in tractors. For the same instal-lation space electrically motorised or electromagnetic actuators clearly lie below pneumatic actuators with regard to power density and, without further ado, cannot be controlled with the exist-ing transmission control unit.

Since the hydraulic power source available in the transmission decisively affects the applied technology and hydraulic actuation with its minimum installation space requirement leads to the highest power-to-weight ratio, the decision was finally made in favour of an electrohydraulic system using currently available controllers and control algorithms.

CONSTRUCTION AND FUNCTION OF THE GEAR SHIFT ACTUATOR

Following the above considerations, the gear shift actuator is implemented elec-trohydraulically. One hydraulic piston is set in each case for the rod selection and shifting the gears or synchronising sys-tems, ➋. In each case two proportional pressure control valves move the pistons from the neutral position into the desired position, either to the side for rod selec-tion or in the longitudinal direction for gear shifting.

The shift actuator must be able to exe-cute several specific shifting processes, ➌: : zero shifting from neutral against the

stationary output shaft with the vehi-cle at rest

: subsequent shifts (up and down) in the same selector gate (1n2, 3n4 and 5n6)

: subsequent shifts (up and down) with simultaneous change of selector gate (2n3 and 4n5)

: subsequent shifting with simultaneous matching of the ratio in the powershift module (gear matching)

: subsequent shifting for groups with step increments between three and four.

Apart from sequential shifting, the system also facilitates skipping gears. The implementation and securing of the functions occurs via an elaborate interaction of sensors, actuators and software.

The synchro neutral switch in ② is a tappet switch, which is actuated by cams on the shift finger and prevents the engine starting with a gear engaged. It also indicates the position of the shift

finger and therefore the engaged gear. The shift finger displacement is also analogously acquired by a non-contact-ing position sensor. The controller deter-mines the shift pressure progression in dependence of this position. A plausibil-ity interrogation of the valve combina-tion and of the position sensor signal mutually back up the signals. If incorrect plausibility is detected, an error reaction is initiated and changeover to a substi-tute programme takes place. Depending on the severity of the error, the reaction can extend from indication of the error code through continuous neutral gear selec-tion to the limp home mode. For errors, such as for example the failure of the bus communication or failure of the valve power supply, there are substitute strate-gies, which at least permit restricted driving and working. For example, with the failure of one gate valve work can still proceed in the other four gears and with the failure of both gate valves driv-ing can continue with gears three and four due to the mechanical spring cen-tring in the centre gate. With the failure of a gear valve the electronics first tries to engage the previous gear again. Alter-natively, a gear that is still functioning is selected. With the failure of the bus communication a limp home mode is activated in which the third gear is engaged and the driving direction is determined via the permanently wired driving direction lever. Setting off then takes place using the similarly perma-nently wired clutch pedal.

CONTROL AND PERFORMANCE

With the aid of the actuator and the transmission controller basically all group transmissions of the powershift transmission series ZF T-7000 and its successor generation, TerraPower, can be manually shifted or operated fully auto-matically. A shifting process starts with the reduction of the engine torque and the opening of the main clutch. After rapid filling pressure is applied to the valve Y1, ➍ (black line), of the gear to be engaged and sets the synchronisation to neutral. The position sensor, ④ (green line), gives the position at which the pres-sure is briefly released from the valve in order to carry out the rod selection by the valve X2, ④ (orange line below), and to energise it until the new synchronisa-tion is reliably engaged (position signal).

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TRANSMISSION AND SHIFTING

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tels eines Positionssensors erfasst. Die Steuerung bestimmt den Schaltdruckver-lauf in Abhängigkeit von dieser Position. Eine Plausibilitätsabfrage der Ventilkom-bination sowie des Signals des Positions-sensors sichern die Signale gegenseitig ab. Bei erkannter fehlender Plausibilität wird eine Fehlerreaktion ausgelöst und auf ein Ersatzprogramm umgeschaltet. Je nach Schwere des Fehlers kann die Reaktion von Anzeige eines Fehlercodes über Dauerneutral bis zum Limphome-modus reichen. Für Fehler wie zum Bei-spiel Ausfall der Buskommunikation oder Ausfall der Spannungsversorgung der Ventile gibt es Ersatzstrategien, die zumindest eingeschränktes Fahren und Arbeiten erlauben. So kann bei Ausfall eines Gassenventils noch in den restli-chen vier Gängen gearbeitet und bei Ausfall beider Gassenventile durch die mechanische Federzentrierung in der Mittelgasse mit den Gängen drei und vier weitergefahren werden. Beim Ausfall

eines Gangventils versucht die Elektro-nik zuerst, den vorherigen Gang wieder einzulegen, alternativ wird eine noch funktionierende Gangstufe gewählt. Bei Ausfall der Buskommunikation wird ein Limphomemodus aktiviert, bei dem der dritte Gang eingelegt und die Fahrtrich-tung über den fest verdrahteten Fahrt-richtungshebel bestimmt wird. Anfahren erfolgt dann über das ebenfalls fest ver-drahtete Kupplungspedal.

STEUERUNG UND PERFORMANCE

Mithilfe des Aktuators und der Getriebe-steuerung lassen sich prinzipiell alle Gruppengetriebe der Lastschaltgetriebe-reihe ZF T-7000 und deren Nachfolgege-neration TerraPower manuell schalten oder vollautomatisiert betreiben. Ein Schaltvorgang startet mit der Rück-nahme des Motormoments und dem Öff-nen der Hauptkupplung. Das Ventil Y1, ➍ (schwarze Linie), des einzulegenden

➌ Ventilzuordnung des Gangschaltaktuators für Gangschalten und Gassenwahl in einem Sechsgang- Gruppengetriebe Valve arrangement of the gear shift actuator for gear shifting and rod selection in a six-gear group transmission

GEAR SHIFT Y1 X1 X2 Y2

N g 1 X X

N g 2 X X

N g 3 X

N g 4 X

N g 5 X X

N g 6 X X

N = Neutral ROD SELECTION

Engage gear 5Disengage gear 4

0 100 200 300 400 500 600

Time [ms]

Shift pressure

Syncro neutral Shift rod change

Shift fingerposition

➍ Zeitverlauf der Schaltdrücke und Schaltfingerposition während einer Folgeschaltung mit Gassenwechsel Time trace of the shift pressures, output speed and piston position during a subsequent shift with shift rod change

April 2014

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Simultaneously, the main clutch starts to close again and the engine torque is gradually increased. The shift process is finished once the required engine torque can be fully transferred again. Here the actual gear change takes place approxi-mately twice as fast compared to a man-ual shifting action.

SUMMARY AND OUTLOOK

Partial powershift transmissions have maintained their permanent position in tractors over the years despite increasing popularity of continuously variable transmissions. In European agriculture with a high proportion of tractor trans-port, shift transmissions have been well proven as a good technical compromise

of efficiency and easy operation. The increased expectations of the user for better operating comfort have been taken into consideration through the greater number of powershift gears and their automatic shifting. The electrohydraulic actuator for synchronised range gear shifting fills the last gap in complete shift-by-wire control on the ZF power-shift transmissions. Consequently, far-reaching improvements in ergonomics can be obtained. Apart from the reduc-tion in the shifting forces, the shift actua-tor above all opens up the wide field of driveline automation. Even in the manual mode the group gears are changed more often with the shift actuator than in a pure manual force-supported shift sys-tem. With the automatic functions the

driver’s work is significantly relieved, particularly during field work with higher speeds and during transport work.

REFERENCES[1] Gruhle, W.-D. et al.: Weiterentwicklungen an Lastschaltgetrieben und die Bedeutung des Entwicklungsprozesses von elektronischen Steuerungen. 62. Internationale VDI-MEG-Tagung Landtechnik Dresden, 7 and 8 October 2004, VDI-Berichte No. 1855, pp. 479-486[2] Neunaber, M.: 9 Antworten zum Thema Stufen-lose Getriebe. In: Profi (2001), No. 7, pp. 54-55[3] Naunheimer, H.; Bertsche, B.; Lechner, G.: Fahrzeuggetriebe – Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2. Auflage, 2007[4] Isermann, R.: Mechatronische Systeme – Grundlagen. Springer, 2002

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TRANSMISSION AND SHIFTING

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Gangs wird nach einer Schnellbefüllung druckbeaufschlagt und stellt die Synchro-nisierung nach Neutral. Der Positions-sensor, ④ (grüne Linie), gibt die Position vor, an dem das Ventil kurzzeitig druck-los geschaltet wird, um die Gassenwahl durch das Ventil X2, ④ (orange Linie unten), durchzuführen. So wird das Ven-til so lange bestromt, bis die neue Syn-chronisierung sicher eingelegt ist (Positi-onssignal). Zeitgleich beginnt die Haupt-kupplung wieder zu schließen, das Motormoment wird sukzessive erhöht. Der Schaltvorgang ist abgeschlossen, sobald das erforderliche Motormoment wieder vollständig übertragen werden kann. Dabei erfolgt der eigentliche Gang-wechsel ungefähr doppelt so schnell wie bei einer rein manuellen Schaltung.

ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

Teillastschaltbare Getriebe haben in Traktoren über die Jahre, trotz der zunehmenden Verbreitung stufenloser

Getriebe, ihren festen Platz behauptet. In der europäischen Landwirtschaft mit einem hohen Anteil an traktorgebunde-nen Transporten haben sich die Schaltge-triebe als guter technischer Kompromiss aus Effizienz und einfacher Bedienung bewährt. Den gestiegenen Erwartungen der Anwender nach erhöhtem Bedien-komfort hat man durch die vergrößerte Zahl der Lastschaltgänge und deren automatischer Schaltung Rechnung getragen. Mit dem elektrohydraulischen Aktuator für die synchronisierte Grup-penschaltung wird die letzte Lücke hin zu einer vollständigen Shift-by-wire-Steuerung der ZF-Lastschaltgetriebe geschlossen. Damit lassen sich weitrei-chende Verbesserungen in der Ergono-mie erschließen. Neben der Verringe-rung der Schaltkräfte eröffnet der Schalt-aktuator vor allen Dingen das weite Feld der Antriebsstrangautomatisierung. Bereits im manuellen Modus werden die Gruppengänge mit dem Schaltaktuator häufiger gewechselt als in einem rein handkraftgestützten Schaltungssystem.

Mit den Automatikfunktionen wird der Fahrer vor allem bei Feldarbeiten mit höheren Geschwindigkeiten und den Transportarbeiten deutlich entlastet.

LITERATURHINWEISE[1] Gruhle, W.-D. et al.: Weiterentwicklungen an Lastschaltgetrieben und die Bedeutung des Entwicklungsprozesses von elektronischen Steuerungen. 62. Internationale VDI-MEG-Tagung Landtechnik Dresden, 7. und 8. Oktober 2004, VDI-Berichte Nr. 1855, S. 479-486[2] Neunaber, M.: 9 Antworten zum Thema Stufenlose Getriebe. In: Profi (2001), Nr. 7, S. 54-55[3] Naunheimer, H.; Bertsche, B.; Lechner, G.: Fahrzeuggetriebe – Grundlagen, Auswahl, Aus-legung und Konstruktion. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2. Auflage, 2007[4] Isermann, R.: Mechatronische Systeme – Grundlagen. Springer, 2002

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