Article in yearbook 2021

Tractors Tractor Engines and Transmissions

Abstract:

After the expiry of the transition period 2021, only exhaust stage V engines are allowed in new vehicles in Europe. Fundamentally new constructions were not seen in 2021. However, significantly more variants have been developed particularly for 4-cylinder engines. As sustainable energy sources, methane and hydrogen are currently preferred alternatives (examples).

New continuously variable transmissions are discussed with transmission maps: TTV (Deutz-Fahr), eAutoPowr (J. Deere) and variaDRIVE (Pfanzelt). The electric variator part in the
eAutoPowr can drive electric implements. Battery driven commercial vehicles (and tractors) require additional transmissions, as, e. g., realized by KESSLER for an electric axle drive.

Annotated design fundamentals concern “fast“ synchronous shifting, axial PTO driveshaft friction, drag torques, oils, and new off-highway driving strategies.

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Dieselmotoren

Im Berichtszeitraum wurden kaum neue Dieselmotoren vorgestellt. Im Zentrum des Geschehens stand hingegen die Einführung von neuen Traktormodellen mit Abgasstufe-V-Motoren, die in den letzten Jahren bereits präsentiert wurden. Tabelle 1 zeigt, dass gegenüber früher vor allem bei den 4-Zylinder-Motoren eine gewisse Vielfalt entstand (nicht bei DPS = John Deere). Die auf Grund von Covid-19 teilweise verlängerten Fristen für Übergangsmotoren liefen Ende 2021 für alle Leistungsklassen definitiv aus [1].

Tabelle 1: Typische Dieselmotoren, die in Standardtraktoren verwendet werden

Table 1: Typical diesel engines used in standard tractors

Die in der letztjährigen Jahrbuch-Ausgabe beschriebenen Trends bei Motor- und Abgastechnologien gelten weiterhin. Im Zusammenhang mit der Elektrifizierung propagieren Zulieferer zunehmend eTurbolader, mit welchen sich einerseits das dynamische Verhalten von Dieselmotoren im unteren Drehzahlbereich verbessern lässt und mit denen andererseits Möglichkeiten zur Energierückgewinnung gesehen werden [2]. Konkrete Anwendungen sind aber noch nicht bekannt.

Mit der Stufe V wurden für die Topleistungsklasse P > 560 kW erstmals Abgasgrenzwerte eingeführt, diese liegen aber „nur“ etwa auf dem Niveau der Stufe IIIA der bisher höchsten reglementierten Leistungsklasse 130 kW ≤ P < 560 kW. Bei Maximalleistungen über 560 kW profitieren die Hersteller derzeit daher von den „milderen“ Abgasgrenzwerten und kommen z. B. ohne SCR-Katalysatoren aus. Ein Beispiel sind die neuen großen 6-Zylinder-Motoren von John Deere mit 18 l Hubraum [1], die man in den Feldhäckslermodellen 9500 und 9600 einsetzt.

Viele Traktorenhersteller statten ihre Modelle mit einem „Boost“ aus. Für die Freischaltung der Zusatzleistung wurden bisher meistens einfache Kriterien wie „Mindestfahrgeschwindigkeit“ und „Mindestleistung an der Zapfwelle“ berücksichtigt, um den Fahrantrieb nicht zu überlasten. Nach Fendt mit dem Konzept „DynamicPerformance“ [3] bietet jetzt auch John Deere bei der neuesten 6R-Generation ein „smarteres“ Boost-Konzept an und berücksichtigt neu auch die Hydraulikleistung. Das „Hydraulic IPM“ arbeitet nicht nach dem Schwarz-Weiß-Prinzip, sondern misst den effektiven Leistungsbedarf an der Hydraulikpumpe und stellt dann exakt diese Leistung zusätzlich zur Verfügung – beispielsweise bei Sämaschinen mit hydraulisch angetriebenen Gebläsen, wo die üblichen Freischaltkriterien in der Regel nicht greifen. John Deere wertet die Hydraulik damit erneut auf – entgegen dem allgemeinen Elektrifizierungstrend.

Alternative Antriebe

Das Thema „Nachhaltigkeit“ steht bereits auf dem Titel des Koalitionsvertrags der neuen Bundesregierung. Auch das Ziel, den CO2-Ausstoß bis 2030 um 55 Prozent im Vergleich zum Jahr 1990 zu reduzieren, wird fortgeschrieben [4]. Primärenergiespeicher und -wandler für nachhaltige Energieträger gewinnen daher an Bedeutung. Möglichkeiten für mobile Arbeitsmaschinen, unter die auch Traktoren fallen, wurden bereits in [5] diskutiert.

New Holland baut das zur Agritechnica 2019 vorgestellte Traktormodell T6.180 „Methane Power“ seit Ende 2021 in Serie. Erste Prüfstandmessungen zeigen, dass die maximalen Drehmoment- und Leistungswerte sowie der Drehmomentanstieg und Drehzahlabfall sehr ähnlich sind wie beim Diesel-Pendant. Auffallend ist das auf sehr hohem Niveau liegende Drehmomentplateau im unteren Drehzahlbereich, aus welchem u. a. sehr hohe Anfahrdrehmomente resultieren. Berichtet wird im Vergleich zu aktuellen Dieselmotoren von über 99 % weniger Partikeln, 70 % weniger Stickoxiden, 90 % weniger Kohlenmonoxiden und 90 % weniger Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffen [6]. Am Beispiel eines Mähdreschers werden in [7] CNG- und LNG-Konzepte verglichen.

Die Deutz AG kündigte an, ab 2024 mit einem Wasserstoffverbrennungsmotor (6 Zylinder, 7,8 l Hubraum) in die Serienproduktion zu gehen. Anwendung finden soll dieser vorerst aber nur in stationären Anlagen und im Bahnbereich. Mit Cummins und JCB arbeiten weitere Hersteller aus dem Off-Highway-Bereich an H2-Verbrennungsmotoren.

Ganz allgemein ist ein steigendes Interesse am Energieträger Wasserstoff zu beobachten, wie der oben genannte H2-Verbrennungsmotor der Firma Deutz [8] sowie die Publikation eines VDI Bezirksvereins [9] bestätigen.

Im Verbundprojekt H2Agrar soll gezeigt werden, wie die Verwendung des alternativen Energieträgers Wasserstoff mit dezentraler Stoffwirtschaft zur Dekarbonisierung der Landwirtschaft beitragen kann [10].

Mit Wasserstoff können auch Brennstoffzellen betrieben werden, deren erwartete Marktdurchdringung in einer Studie des VDMA in [11] für den On- und Off-Highway Bereich vorgestellt wurde. Betrachtete Märkte waren Europa, USA, China, Japan und Südkorea. Im Ergebnis wird für alle Off-Highway Anwendungen der Einsatz von Brennstoffzellen erwartet, außer derzeit beim Traktor [12].

Zur Charakterisierung der Nachhaltigkeit werden dem Wasserstoff Farben gegeben, obwohl das Gas eigentlich farblos ist. „Grün“ steht dabei für Wasserstoff, der durch Elektrolyse aus Wasser CO2-neutral mittels Wind- oder Photovoltaikstrom hergestellt wurde. „Blauer“ Wasserstoff wird klimaneutral aus der Dampfreduzierung von Erdgas gewonnen, wobei das Zusatzprodukt CO2 weiterverwendet oder in sogenannten Carbon Capture Storages gespeichert wird. Wird das CO2 bei der Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas oder Kohle hingegen in die Atmosphäre abgegeben, spricht man von „grauem“ Wasserstoff. Auch wenn es weitere Farben gibt, sei zuletzt „weißer“ Wasserstoff genannt, der als Abfallprodukt chemischer Verfahren anfällt [13].

Gestufte Fahrantriebe und Zapfwellen

Neu entwickelte Stufengetriebe wurden im Berichtszeitraum nicht bekannt. Das Marktangebot an Teillastschaltgetrieben beinhaltet aktuell eine „durchgängig schaltbare“ Anzahl von Lastschaltstufen von 2 bis 8. In [14] gab es hierzu einen Beitrag mit Übersichtstabelle.

Das Erreichen der maximalen Fahrgeschwindigkeiten bei reduzierten Motordrehzahlen gehört bei Stufengetrieben heute zum Standard (wie bei Stufenlosgetrieben). Bei den Heckzapfwellen von Premium-Modellen bieten die meisten Traktorhersteller drei Drehzahlen an, einige sogar vier (z. B. 540/540E/1000/1000E). Damit sich die Vorteile der Eco-Zapfwellen auch bei Front-Heck-Kombinationen (z. B. mit Mähwerken) nutzen lassen, bietet man auch in der Front zunehmend zwei Drehzahlen an (1000/1000E).

Stufenlose Fahrantriebe

Nach dem 8280TTV stellte Deutz-Fahr mit den neuen Serien 6 und 7 weitere Modelle in der 6-Zylinder-Mittelklasse mit Compound-Stufenlosgetrieben vor. Diese weisen eine sehr ähnliche Grundstruktur auf wie das EQ220 von Claas, das im Arion-Topmodell 660 verbaut wird [15]. Getriebe mit Teillastschaltung werden für diese neuen Modelle nicht mehr angeboten.

Mit der Baureihe 6C stellte Same Deutz-Fahr eine weiterentwickelte Version des eigenen TTV-Stufenlosgetriebes vor. Die in [16] gezeigte „Urversion“ mit zwei Fahrbereichen (Eingangskopplung, automatischer FB-Wechsel im Synchronpunkt) wurde vor einigen Jahren um eine zusätzliche Übersetzungsstufe erweitert (Ziel: höhere Zugkräfte, geringere Hydrostatdrücke). Die Vorwahl der Gruppen „Normal“ und „Heavy-Duty“ erfolgte bisher schon elektro-hydraulisch, der Traktor musste hierfür aber stillstehen. Bei der neuesten Version erfolgt der Gruppenwechsel automatisch während der Fahrt. Dazu wird die spezielle Schaltmuffe bei rund 27 km/h auf neutral gestellt und der Schwenkwinkel der Hydropumpe im variablen Zweig schnell angepasst, bis der Synchrondrehzahlpunkt erreicht ist. Beim Anfahren und Beschleunigen auf die maximale Fahrgeschwindigkeit werden neu alle vier Fahrbereiche „durchfahren“.

Auf Basis dieser Struktur, Bild 1, bietet Deutz-Fahr für die Baureihe 6C neu auch die Getriebeversion RVshift an, die als Full-Powershift zwischen dem stufenlosen TTV und den Teillastschaltgetrieben mit zwei oder drei Lastschaltstufen positioniert wird [17]. Für übliche Feldarbeiten und Straßenfahrten stehen insgesamt 20/16 V/R-Gänge mit fest programmierten Übersetzungen zur Verfügung, für Arbeiten zwischen 0,02 und 5 km/h gibt es hingegen eine stufenlose „Kriechgruppe“. Vier der 20 Vorwärtsgänge (Nennfahrgeschwindigkeiten 5,5, 11,5, 18,6 und 39,7 km/h) liegen im Interesse von optimalen Wirkungsgraden bei den Betriebspunkten mit rein mechanischer Leistungsübertragung (Pumpenschwenkwinkel null). Stufenlosgetriebe mit „Powershift-Modus“ werden schon seit Jahren auch von anderen Herstellern angeboten, neu beim RVshift ist aber, dass eine CVT-Einheit als Volllastschaltgetriebe „fix programmiert“ wird.

Bild 1: TTV-Stufenlosgetriebe für die neue Baureihe 6C von Deutz-Fahr

Figure 1: Continuously variable transmission TTV for the new 6C series from Deutz-Fahr

 

Das von John Deere auf der Agritechnica 2019 präsentierte eAutoPowr-Getriebe mit elek-trisch-mechanischer Leistungsverzweigung wird seit Ende 2021 in einer Vorserie im Topmodell 8R410 verbaut. Der große Serienanlauf ist für Ende 2022 geplant. Für die stufenlose Verstellung des Übersetzungsverhältnisses werden hier nicht mehr hydrostatische, sondern elek­trische Maschinen (Bauart PSM) verwendet. Die Generator-Motor-Einheiten sind dabei so dimensioniert, dass sie nicht nur den Fahrantrieb versorgen, sondern zusätzlich bis zu 100 kW elektrische Leistung für externe „Verbraucher“ bereitstellen können (z. B. E-Motoren auf Anbaugeräten und Anhängern oder elektrische Antriebe auf dem Traktor selbst). Die verfügbare „Off-Boarding-Power“ hängt von der Fahrgeschwindigkeit ab. Bei den entsprechenden elektrischen Schnittstellen stehen die Optionen „480 V AC“ und „700 V DC“ zur Verfügung. Der Erfolg dieser neuen Möglichkeiten wird vermutlich stark davon abhängen, wie schnell Hersteller von Traktorgeräten und Anhängern sich auf sie einstellen.

Der stufenlose Getriebeteil mit Reversiergetriebe und Leistungselektrik wurde bereits in [18] mit einem vereinfachtem Getriebeplan besprochen. Bild 2 beinhaltet nun das komplette System samt Funktionsplan. Die eingangsgekoppelte Grundstruktur hat als Summierung ein Doppelplanetengetriebe mit zwei Abtrieben über das linke Hohlrad oder den rechten Steg nach dem „Jarchow“-Prinzip [19]. Im ersten, rein elektrischen Fahrbereich bis ca. 5 km/h sind die Reversierkupplungen KV und KR geöffnet und die Motor/Generator-Einheit 2 treibt über die Kupplung K1 sowohl das Sonnenrad als auch das Hohlrad des Lo-Planetensatzes an, bei entgegengesetzter Drehrichtung. Die Drehzahlverhältnisse sind hier damit fix, die stufenlose Verstellung der Fahrgeschwindigkeit von 0,04 bis 5 km/h sowie der Fahrtrichtungswechsel erfolgen ausschließlich über die Drehzahl resp. Drehrichtung von Motor/Generator-Einheit 2. Damit unterscheidet sich das Getriebe von den eingangsgekoppelten Pendants mit hydrostatisch-mechanischer Leistungsverzweigung, bei welchen das Durchschwenken der Pumpe im ersten Fahrbereich in der Regel zur Darstellung eines „aktiven Stillstandes“ verwendet wird. In den leistungsverzweigten Fahrbereichen 2 bis 5 erfolgt der Abtrieb abwechslungsweise über den Steg des Lo- oder das Hohlrad des Hi-Planetensatzes. Die Kupplungen K2 und K3 übertragen in den Fahrbereichen 4 und 5 keine Leistung, sind hier aber trotzdem geschlossen. Beim Reversieren wird immer zuerst der rein elektrische Fahrbereich 1 durchfahren, danach fließt die Leistung auch über die Kupplungen KV/KR, wobei der Fahrbereich 5 rückwärts nicht zur Verfügung steht.

Bild 2: Elektrisch-mechanisch leistungsverzweigtes Stufenlosgetriebe John Deere eAutoPowr

Figure 2: Electric-mechanical power split CVT transmission John Deere eAutoPowr

 

In [20] wird ein weiteres elektrisch-mechanisch leistungsverzweigtes Getriebekonzept vorgeschlagen, bei dem man zwischen „eingangsgekoppelt“ und „ausgangsgekoppelt“ umschalten kann und so die Vorteile beider Modi kombiniert. Auch dieses Konzept sieht eine elektrische Schnittstelle für Geräte vor.

Diesen Gedanken findet man auch bei einem Hybridgetriebe (Prototyp) für einen chinesischen Traktor mit 132 kW [21], wobei dort die beiden Modi noch hydrostatisch-mechanisch arbeiten, jedoch zusätzlich ein rein elektrischer Antrieb integriert ist (E-Motor 45 kW, Batterie 16 kWh).

Pfanzelt entwickelte mit dem variaDRIVE ein neues Stufenlosgetriebe für den Forsttraktor PM-Trac, Bild 3. Es basiert auf dem VTP1750 1RH2F von VDS und wird für einen flexiblen Einbau in Leichtbauweise ausgeführt. Die Leistungsflüsse zu den Achsen und zum Zapfwellengetriebe erfolgen über Gelenkwellen. Für das Anflanschen von Hydraulikpumpen stehen mehrere Nebenabtriebe zur Verfügung. Der Fahrantrieb weist drei Fahrbereiche vorwärts und zwei rückwärts auf. Wie bei VDS-Getrieben üblich, wird die Leistung im ersten Fahrbereich (V/R) rein hydrostatisch über den rechten Teil des Twin-Planetensatzes übertragen, was auch eine einfache Reversierung über die Hydropumpe ermöglicht. Bei ca. 7 km/h erfolgt über K1 resp. KR die automatische Umschaltung in die leistungsverzweigten Fahrbereiche 2 (V/R, bei Synchrondrehzahlen, ohne Leistungsunterbrechung). Vorwärts steht noch ein dritter, ebenfalls leistungsverzweigter Fahrbereich zur Verfügung. Während der Umschaltung auf K2 ist eine Anpassung des Pumpenschwenkwinkels erforderlich, was zu einer kurzen Reduktion des Leistungsflusses führt.

Bild 3: Stufenlosgetriebe variaDRIVE für Forsttraktor Pfanzelt PM-Trac

Figure 3: Stepless transmission variaDRIVE for forestry tractor Pfanzelt PM-Trac

 

Bei der Hinterachse des PM-Tracs handelt es sich um eine Eigenentwicklung von Pfanzelt mit speziellen Achstrichtergehäusen, die als Ölbehälter verwendet werden. Auf der einen Seite ist das Hydrauliköl untergebracht, auf der anderen das Getriebeöl.

Der Bau des von New Holland 2009 für die Boomer-Kompakttraktoren vorgestellten Kettenwandlergetriebes „EasyDrive“ wurde 2018 nach etwa 400 Einheiten eingestellt. Die neueren Boomer-Modelle haben wieder einen hydrostatischen Fahrantrieb.

Elektrische Antriebstechnik bei Traktoren

Krone und Lemken stellten unter dem Motto „Combined Powers“ Anfang 2022 die gemeinsame Konzeptstudie eines autonomen „Roboter-Traktors“ vor (ca. 170 kW, keine Kabine), der stufenlos diesel-elektrisch fährt (2 E-Motoren 700 V, 0 bis 20 km/h). Er ist für Bodenbearbeitung, Bestellung und Futterernte vorgesehen und bietet dafür über einen dritten E-Motor eine stufenlose elektrische Zapfwelle [22]. John Deere überraschte mit der Studie eines autonomen Elektro-Traktors mit 1.000 kWh Batterie, siehe Kapitel „Gesamtentwicklung Traktoren“ in diesem Jahrbuch.

Bei dem im letzten Bericht besprochenen Getriebe von Roth für elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge werden drei unter Last schaltbare Bereiche mit einem Stufenplaneten realisiert [1]. Bei Beschränkung auf zwei Bereiche (z. B. für kleine Traktoren [23]) reichen für die Schaltung zwei außenliegende Bremsen aus. Um auch deren Schalthydraulik einzusparen, wird in [24] eine synchronisierte mechanische Schaltung vorgeschlagen, die sehr kurze Lastunterbrechungen ermöglichen soll – Betätigung elektrisch über ein Schneckengetriebe. Dessen Steuerung soll dabei ferner ein stützendes Restmoment aus der Rotationsträgheit des E-Motors ausnutzen.

Für elektrisch angetriebene, schnelle Baumaschinen und Feuerlöschfahrzeuge (bis 11 t Achslast) entwickelte KESSLER eine elektrische Antriebsachse mit zwei integrierten, schaltbaren Fahrbereichen [25], Bild 4. Das linke Planetengetriebe arbeitet als Standgetriebe. Drehzahlniveau und Hi-Lo Stufensprung (3,69) könnten auch für Traktoren passen. Zusätzlich müsste man dafür aber möglichst noch eine Lösung für den „aktiven Stillstand“ finden.

Bild 4: Kompaktes elektrisch angetriebenes Achssystem mit integriertem, mechanischen Hi-Lo Bereichsgetriebe von KESSLER 2022 [25]

Figure 4: Compact electric driven axle system with integrated mechanical Hi-Lo range gearbox, by KESSLER 2022 [25]

Durch gezieltes Ölstandsmanagement und Abschirmungen minimiert man gezielt die lastunabhängigen Verluste. Die Klauenschaltung erfordert eine sehr genaue und schnelle Synchronisierung über den Antriebsmotor. Das System ist nach Aussage von KESSLER bei einem Kunden seit 2022 in Serie, bei einem weiteren noch im Prototypstadium. Es gibt eine modifizierte Version für Hydromotoren, die ohne die linke Standübersetzung auskommt.

Dreiphasen-Asynchronmotoren sind kostengünstig und robust. Gewisse Effizienznachteile werden permanent reduziert, u. a. getrieben durch EU-Effizienzklassen. Seit dem 1.7.2021 müssen Festdrehzahlmotoren von 0,75 bis 1.000 kW (4- und 8-polig) in der EU nach Ökodesignverordnung 2019/1781 die strenge Effizienzklasse 3 erfüllen. Diese fordert z. B. für 75 kW Nennleistung einen Wirkungsgrad von 95 % (ohne Konverter). Für den Bereich von 0,75 bis 375 kW findet man in [26] dazu ein Übersichtsdiagramm.

Im Internet gibt es unter „Steyr Hybrid“ Informationen über die neueste Stufe des bereits auf der Agritechnica 2019 vorgestellten Konzept-Traktors [27]. Man arbeitet mit Superkondensatoren, die z. B. für eine Minute 60 kW (oder für 4 Minuten 15 kW) Boostleistung bereitstellen können und bergab oder beim Bremsen wieder aufgeladen werden. Eine variable Leistungsverteilung zwischen Hinterachse und Frontachse soll z. B. auf dem Acker „pull-in-turn“ ermöglichen und den Wendekreisradius verringern.

Autoagri stellt einen neuen diesel-elektrischen Geräteträger vor [28]. Ein 44 kW Dieselmotor treibt dabei einen Generator an, der die Lithium-Batterien lädt. Jedes Rad besitzt einen eigenen Elektromotor, ebenso die Zapfwelle.

Entwicklungswerkzeuge und konstruktive Grundlagen

Die Auslegung formschlüssiger Fahrbereichsumschaltungen stellt insbesondere bei Kombinationen mit Teillastschaltmodulen sehr hohe Anforderungen. In [29] wird dazu aus Korea für einen 75 kW-Traktor ein Getriebe mit 4 Lastschaltstufen, 2 Fahrbereichen und synchronisierter Reversierung untersucht. Die Lastschaltstufen bestehen aus zwei separaten Hi-Lo-Modulen, zwischen denen sich zentral je eine elektrisch betätigte, synchronisierte Doppelschaltstelle für die 2 Vorwärtsfahrbereiche und das Reversieren befindet. Zu deren Mechanik werden Grundlagen erarbeitet und mit einem Mehrkörper-Modell Synchronisationszeiten für vorgegebene Schaltkräfte errechnet. Die Schleppmomente der Lamellenkupplungen werden mit einem Zwei-Platten-Modell von S. Iqbal berücksichtigt und bestätigen das z. B. in [30] gemessene (hilfreiche) Freischleudern bei Drehzahlsteigerung. Theoretisch werden Schaltzeiten um 0,10 - 0,15 s erreicht – allerdings ohne Berücksichtigung einer thermischen Auslegung.

In Gelenkwellen zwischen Traktor und Gerät können beim Teleskopieren unter Last infolge von Reibung große Längskräfte auftreten, die an Traktor und Gerät Lager und Gehäusewände belasten. ISO 5673-1 definiert dazu Grenzwerte in 3 Klassen, z. B. für < 48 kW +/-9 kN Axialkraft am Stummel. In Indien wurden Axial- und Querkräfte an Traktoren der 25 kW-Klasse (540er Zapfwelle) in der hinteren Lagerebene beim Fräsen gemessen [31]. Man ermittelte Axialkräfte bis 7,5 kN (Querkräfte geringer) – also noch normgerecht. Nach einem Rechenmodell in [23] sind im Teleskopierbereich von Gelenkwellen große Durchmesser, optimierte Profile und eine gute Schmierung günstig. Dieses wird in [29] bestätigt.

Die Schadensart „Fressen“ tritt bei Traktorgetrieben eher selten auf, lässt sich aber bei niedrigen Nennviskositäten, hohen Temperaturen und mäßigen Ölqualitäten nicht völlig ausschließen. In [32] wird das problemorientierte Arbeiten mit Schadenskraftstufen am FZG Verspannungsprüfstand geschildert. Ergebnisse zeigen den positiven Einfluss geeigneter Additive.

Vorausschauende Fahrstrategien für Off-Highway Fahrzeuge können nach [33] Kraftstoffverbrauch und Emissionen reduzieren. Mittels Radar- und GPS-Sensoren werden Steigungen und Gefälle im Gelände erkannt und gespeichert. Vor Erreichen der Steigung oder des Gefälles können Verbrennungsmotor und Getriebe bereits so verstellt werden, dass der Verbrauch zur Bewältigung des Höhenunterschiedes minimiert wird.

Im Buch „Miterlebte Landtechnik“ [34] berichten Akteure über ihre Erlebnisse und Erkenntnisse aus der Landtechnik. Unter anderem wird auf eine über 70-jährige Lehrtradition von John Deere und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verwiesen, die mit Anton Lentz, Konstruktions- und Versuchsleiter bei Lanz, im Jahre 1951 begann [35; 36].

Zusammenfassung

Nach Ablauf der Übergangsfrist dürfen ab Ende 2021 in Europa nur noch Abgasstufe-V-Motoren in Neufahrzeugen eingesetzt werden. Oberhalb von 560 kW gilt noch ein relativ mildes Niveau, man kommt ohne SCR aus. Grundlegend neue Konstruktionen gab es 2021 nicht. Vor allem bei 4-Zylindern entstanden aber inzwischen auffällig viele Varianten. Als nachhaltige Energieträger gelten Methan und Wasserstoff derzeit als bevorzugt (Beispiele).

Neue Stufenlosgetriebe werden mit Getriebeplänen besprochen: TTV (Deutz-Fahr), eAutoPowr (J. Deere) und variaDRIVE (Pfanzelt-VDS). Beim nun serienreifen eAutoPowr arbeitet der Variatorteil erstmalig elektrisch, wobei auch elektrische Leistung an Geräte und Anhänger abgegeben werden kann. Das Pfanzelt-Getriebe in Leichtbau (für Pfanzelt Forsttraktoren) basiert auf Entwicklungen der Firma VDS.

Elektrische Fahrantriebe gibt es in kleinen Stückzahlen für kleine Traktoren. Leistungsstärkere Lösungen, wie z. B. Studien von Steyr oder Krone-Lemken, befinden sich noch in einem frühen Stadium. Elektro-Fahrantriebe benötigen meistens Bereichsgetriebe. Ein solches führte KESSLER für elektrische Nutzfahrzeuge in Serie ein.

Kommentierte Konstruktionsgrundlagen betreffen automatisierte „schnelle“ Synchronschaltungen, Messergebnisse für axiale Gelenkwellenreibung, Schleppmomente von Lamellenkupplungen, Öleinflüsse auf Fressen von Zahnrädern und neue vorausschauende Off-Highway Fahrstrategien.

 

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[33]   Traub, S.; Birk, M.; Brehmer, U.; Auer, M.: Intelligente Fahrstrategie für Off-Highway Getriebe. In: Geimer, M.; Synek, P.-M. (Hrsg.): 8. Fachtagung Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen, 23. Februar 2022 Karlsruhe. Tagungsband KIT Scientific Publishing Bd. 85. Karlsruhe: KIT 2021.
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[34]   Krombolz, K.; Giesen, G. (Hrsg.): Miterlebte Landtechnik. Band IV, Frankfurt: DLG-Verlag 2021, ISBN: 978-3-7690-0858-6.

[35]   Kremmer, M.: 70 Jahre landtechnische Ausbildung in Karlsruhe - Beziehungen zu einem 100-Jährigen. In: Krombolz, K.; Giesen, G. (Hrsg.): Miterlebte Landtechnik, Band IV, Frankfurt: DLG-Verlag 2021, ISBN: 978-3-7690-0858-6, S. 85-87.

[36]   Kremmer, M.: Ein Rückblick auf 70 Jahre landtechnische Ausbildung in Karlsruhe und 100 Jahre LANZ Bulldog. URL: https://​publikationen.bibliothek.kit.edu​/​1000130884, Zugriff am: 21.01.2022.

Autorendaten

Prof. Dr.-Ing. Marcus Geimer ist Institutsleiter des Institutsteils Mobile Arbeitsmaschinen am Karlsruher Institut für Technologie.

Dipl.-Ing. agr. FH, Dipl.-Ing. Wirtschaft FH, Executive MBA Roger Stirnimann ist Dozent für Agrartechnik an der Berner Fachhochschule.

Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Karl Theodor Renius ist Professor im Ruhestand am Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik der Technischen Universität München.

Keywords:
transmission, diesel engine, electrics, efficiency, alternative drives
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Geimer, Marcus; Stirnimann, Roger; Renius, Karl Theodor: Tractor Engines and Transmissions. In: Frerichs, Ludger (Hrsg.): Jahrbuch Agrartechnik 2021. Braunschweig: Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge, 2022. – pp. 1-13
Review date 09.04.2022

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