Leistungsverzweigtes Getriebe setzt dynamische Bewegungen optimal um

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SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

SCHMIDT-KUPPLUNG GmbH

ORBIT GmbH Antriebstechnik

Liebherr-Components AG

Stand der Technik

Basis der Entwicklung ist der Stand der Technik von Antriebssträngen mobiler Arbeitsmaschinen mit hohen Anforderungen an das Reversieren. Hierbei kommen sowohl hydrostatische Antriebsstränge, Lastschaltgetriebe mit hydrodynamischem Wandler und neuerdings auch hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe zum Einsatz.

Hydrostatische Getriebe

Die Stärken hydrostatischer Getriebekonzepte (Bild 1) liegen vor allem in geringen Verlusten während des Reversierens und während des Einstechens in das Haufwerk beziehungsweise Schüttgut. Daraus resultiert schließlich ein niedrigerer Energie-, beziehungsweise Kraftstoffverbrauch im Ladezyklus. Ein weiterer Vorteil dieser Konzepte ist das verschleißfreie hydrostatische Bremsen. Schwächen findet man dagegen im Vergleich zu einem Wandlergetriebe mit Überbrückungskupplung im Hinblick auf den niedrigeren Wirkungsgrad bei höheren Geschwindigkeiten.

Lastschaltgetriebe mit hydrodynamischem Wandler

Lastschaltgetriebe mit hydrodynamischen Wandlern (Bild 2) kehren die Vorteile der hydrostatischen Getriebe in Nachteile und ihre Nachteile in Vorteile um. Sie können mit einem hohen Wirkungsgrad durch Schließen der Überbrückungskupplung punkten, vor allem bei höheren Geschwindigkeiten. Durch diesen besseren Getriebewirkungsgrad kann bei konstanter Fahrt ein geringerer Dieselverbrauch erzielt werden. Beim Reversiervorgang und beim Füllen der Schaufel schneiden Wandlergetriebe hinsichtlich des Dieselverbrauchs schlechter ab. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass der Wandler für ein hohes Moment auch eine hohe Dieseldrehzahl und damit eine hohe Dieselmotorleistung benötigt. Bei kleinen Geschwindigkeiten wird dadurch während des Füllvorgangs ein Teil dieser Leistung durch Schlupf im Wandler in Wärme dissipiert.

Hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigtes Getriebe

Das dritte Prinzip, welches neuerdings eingesetzt wird, ist das hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe. Es soll die Vorteile der zuvor genannten Getriebeprinzipien vereinigen.

Allen auf dem Markt bereits vorgestellten Prinzipien gemein ist die Tatsache, dass sie mit zwei Hydrostaten betrieben werden und im zweiten Gang leistungsverzweigt fahren. Unterschiede gibt es in der Ausführung des ersten Ganges. Hier können drei Varianten realisiert werden (Bild 3). Der erste Gang lässt sich entweder voll hydrostatisch oder leistungsverzweigt ausführen. Außerdem kann bei der im ersten Gang leistungsverzweigten Variante das Getriebe eingangs- oder ausgangsgekoppelt ausgeführt sein, das Reversiergetriebe kann dabei am Ein- oder Ausgang sitzen.

Bei der erstgenannten Variante ist eine Hydraulikeinheit direkt mit dem Dieselmotor verbunden, wodurch im ersten Gang ein voll hydrostatischer Gang realisiert werden kann. Dies führt im zweiten Gang zu einem eingangsgekoppelten leistungsverzweigten Getriebe. Bei diesen kommt es in bestimmten Betriebszuständen zu Blindleistung. Sie entsteht, wenn die Hydraulikeinheit am Dieselmotor in den Motorbetrieb wechselt, wodurch zur Dieselleistung zusätzliche hydraulische Leistung in die Eingangsgetriebewelle eingespeist wird (Bild 3, roter Pfeil). Fließt Blindleistung, so fließt zwangsläufig eine höhere Leistung in der Getriebeeingangswelle als der Dieselmotor selbst aufbringen kann. Durch die zusätzliche Leistung entstehen zusätzliche Verluste, die den Wirkungsgrad beeinträchtigen und sich somit nachteilig auf das Getriebekonzept auswirken.

Eine Herausforderung bei den Getrieben, welche bereits im ersten Gang leistungsverzweigt arbeiten, sind die zu schaltenden Kupplungen während des Reversierens. Liegt die Reversiereinheit am Getriebeeingang, muss das ganze Planetengetriebe – inklusive des Hydrostaten, der mit dem Getriebeeingang verbunden ist – die Drehrichtung innerhalb kürzester Zeit ändern. Hier gilt es, einen Kompromiss zwischen einer hohen Dynamik des Richtungswechsels einerseits und einer noch dauerhaft ertragbaren rotatorischen Beschleunigung des Hydrostaten andererseits zu finden, ohne die Kupplungen zu überlasten. Dafür weist diese Variante im Gegensatz zur hydrostatischen Ausführung einen besseren Wirkungsgrad im ersten Gang auf.

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