Unser Autor Roger Stirnimann, Dozent Agrartechnik, Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften, Zollikofen, berichtet zu den jüngsten Entwicklungen der Hersteller.
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Lastschaltgetriebe ermöglichen unterbrechungsfreie und schnelle Gangwechsel. Das bringt bei schweren Zugarbeiten Zeiteinsparung und weniger Verschleiß.
Seit den 1990er-Jahren gibt es Teillastschaltgetriebe mit mehreren Stufen, um die Effizienz zu verbessern.
Durch die Kombination von Lastschaltstufen und Gruppengängen entstehen vielseitige Getriebe, die unterschiedliche Marktbedürfnisse abdecken.
Neue Entwicklungen kombinieren die Vorteile der Lastschaltgetriebe mit denen der stufenlosen Systeme.
Kennen Sie die Hauptaufgabe von Fahrzeuggetrieben? Sie passen die Fahrgeschwindigkeiten an die jeweiligen Fahr-/Einsatzbedingungen an und kehren die Fahrtrichtung um. In kleinen Gängen liegt ein großes Übersetzungsverhältnis vor. Dadurch wird die Drehzahl zwischen Motorschwungrad und Radnaben stark reduziert und das Drehmoment entsprechend erhöht.
Hiermit werden hohe Zugkräfte bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten erzeugt. Das ist beispielsweise beim Pflügen erforderlich. In großen Gängen ist es umgekehrt: Das Übersetzungsverhältnis ist hier klein. Das führt zu höheren Fahrgeschwindigkeiten bei geringeren Zugkräften − eine typische Situation bei Transportarbeiten. Getriebe werden deshalb auch als Drehmoment-/Drehzahlwandler bezeichnet.
Teuerste Baugruppe
Die Gegenüberstellung von Merkmalen typischer Traktor- und LKW-Getrieben in Übersicht 1 zeigt die wesentlichen Unterschiede zwischen Traktor- und LKW-Getriebe. Bei Traktoren haben die Getriebe weitere Aufgaben: Die Antriebe von Heckzapfwelle, Allrad und Hydraulikpumpe(n) sowie in vielen Fällen der „Haushalt“ für das Hydrauliköl. Vorderachsträger, Motor, Getriebe und Hinterachse bilden bei Standardtraktoren zudem oft die tragende Struktur (Blockbauweise). Damit kommt dem Getriebegehäuse auch eine Chassis-Funktion zu. Getriebe und Hinterachse weisen überdies zahlreiche funktionale Besonderheiten auf, was diese „Transaxle“ genannte Einheit zur teuersten Traktorbaugruppe machen.
Der Lastschaltung kommt bei Traktoren seit Jahrzehnten eine besondere Bedeutung zu. Denn mit diesen werden oft schwere Zugarbeiten bei geringen Fahrgeschwindigkeiten ausgeführt. Wenn Schaltvorgänge hier mit einer Unterbrechung des Leistungsflusses erfolgen, führt dies zu einem sofortigen Stillstand und erfordert ein Wiederanfahren. Dadurch kommt es zu Zeit- und Komforteinbußen und höherem Verschleiß.
Bei Lastschaltgetrieben erfolgt der Gangwechsel sehr schnell und ohne Leistungsunterbrechung. Deshalb werden sie auch als Power-Shift-Getriebe bezeichnet. Bei Lastwagen treten diese Probleme weniger stark auf. Denn die Schaltvorgänge finden in der Regel bei höheren Fahrgeschwindigkeiten statt. Dann ist genügend Bewegungsenergie zur Überbrückung von Leistungsunterbrüchen vorhanden.
Große Vielfalt bei Teillastschaltgetrieben
Ab 1990 gab es in Europa einen Trend zu Teillastschaltgetrieben (auch Semi-Powershift-Getriebe genannt) mit drei und vier Lastschaltstufen. Beispiele mit vier Stufen: Case IH Maxxum-Power-shift, Fendt Turboshift, Ford Electro-Shift, John Deere PowrQuad und Massey Ferguson Dynashift.
In den vergangenen 20 Jahren wurde die Anzahl an Lastschaltstufen laufend erhöht und die aktuellen Top-Lösungen kommen mit sieben und acht daher. Parallel dazu gab es bei Großtraktoren aus den USA immer auch Volllastschaltgetriebe (Full-Powershift-Getriebe). Bei diesen können alle Vorwärts- und Rückwärtsgänge ohne Kupplungsbetätigung und Leistungsunterbruch geschaltet werden.
Eine europäische Sonderstellung in Sachen Lastschaltgetriebe nahm Same mit dem 1990 vorgestellten 9-fach-Lastschaltgetriebe für das Traktormodell Titan 160 ein. Dieses wurde 2012 durch das SMARTronic mit zwölf Lastschaltstufen abgelöst. Dieses Getriebe wird heute aber nicht mehr angeboten. Eine Übersicht über aktuelle Teil- und Volllastschaltgetriebe schicken wir Ihnen bei Interesse gerne zu (E-Mail).
Gruppenprinzip und Baukastensystem
Die Gänge von Stufengetrieben werden über Zahnradpaare oder Planetengetriebe mit unterschiedlichen Zähnezahlen dargestellt. Um Bauraumbedarf, Kosten und Gewicht möglichst gering zu halten, nutzen die Hersteller diese Elemente mehrfach. Beim Hexashift-Getriebe von Claas werden beispielsweise vier synchronisierte Gruppengänge mit je sechs Lastschaltstufen kombiniert. Daraus resultieren 24 Vorwärts- und 24 Rückwärtsgänge. Wird diese 4 x 6-Struktur mit einer Kriechgruppe ergänzt, verdoppelt sich die Gangzahl.
Dieses Gruppenprinzip wird von den Traktorenherstellern auch zur Darstellung von Getriebebaukästen benutzt.Dank derer können weltweit unterschiedliche Marktbedürfnisse abgedeckt werden. Als Beispiel seien hier die Baureihen 5M/5R von John Deere genannt. Durch die Kombination von verschiedenen Modulen lassen sich hiermit fünf unterschiedliche Getriebe realisieren, vom einfachen 16/16-Synchrongetriebe bis zum 8-fach-Teillastschaltgetriebe mit 32/16 Gängen.
Lastschaltgetriebe können in Vorgelege- oder Planetenbauweise ausgeführt sein. Oft werden diese auch kombiniert, wie beispielsweise beim vorgenannten Hexashift-Getriebe. Die Vorlegebauweise basiert auf gegenüberliegenden Wellen, die mit Zahnrädern unterschiedlicher Größe bestückt sind. Über Lamellenkupplungen können die jeweiligen Wellen und Zahnräder „unter Last“ miteinander verbunden werden.
Bei der Planetenbauweise wird die Lastschaltung über Lamellenkupplungen und -bremsen in den Planetengetrieben dargestellt. Sonnen- und Hohlrad sowie der Planetenträger sind hier mit ein- oder ausgangsseitigen Wellen verbunden. Werden zwei dieser Wellen über die Kupplung miteinander verbunden, führt das zu einem Blockumlauf mit 1 : 1 Durchtrieb.
Mit der Lamellenbremse lässt sich hingegen eine der Wellen mit dem Getriebegehäuse verbinden, woraus Übersetzungen ins Langsame (Übersetzungsverhältnis i > 1) oder ins Schnelle (i < 1) resultieren. Die Lamellenkupplungen und -bremsen laufen bei Lastschaltgetrieben im Öl und werden deshalb als „nass“ bezeichnet. Das hat den Vorteil, dass sie laufend gekühlt werden und nur geringen Verschleiß aufweisen.
Doppelkupplungsgetriebe mit mehr Lastschaltstufen
Eine besondere Vorgelegebauart sind die Doppelkupplungsgetriebe. Das Prinzip ist seit Jahrzehnten bekannt und wurde beispielsweise schon in den 1990er-Jahren von Renault und Landini bei 3-fach-Lastschaltgetrieben mit lastschaltbarer Reversierung verwendet. Bei Traktoren richtig bekannt wurde das Doppelkupplungsprinzip aber erst durch die Anwendung in Getrieben von CNH und John Deere.
CNH nutzt dieses seit 2009 für den Fahrbereichswechsel bei den kleineren/mittleren Stufenlosgetrieben und seit 2017 auch für die 8-fach-Lastschaltung bei den Getrieben Case IH Active Control 8/New Holland DynamicCommand/Steyr S-Control 8. John Deere verwendet beim DirectDrive-Getriebe ebenfalls acht Lastschaltstufen, führte das Prinzip aber bereits 2012 mit der Baureihe 6R ein.
Gute Wirkungsgrade
Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass mit nur zwei Lamellenkupplungen mehrere Lastschaltstufen realisiert werden können. Im entsprechenden Getriebeteil ist somit immer nur eine offene Kupplung mit Leerlaufverlusten vorhanden. Das verspricht gute Wirkungsgrade. In Übersicht 2 sind Getriebe mit sechs, sieben und acht Lastschaltstufen mit den jeweiligen Lastschaltelementen dargestellt. Die Beispiele 1 bis 5 basieren auf klassischer Vorgelege- bzw. Planetenbauweise, die Beispiele 6 und 7 hingegen auf Vorgelegebauweise mit Doppelkupplungstechnik.
Auffallend bei Doppelkupplungsgetrieben ist die geringe Anzahl an Lamellenkupplungen für die Lastschaltstufen. Kehrseite der Medaille ist aber die relativ hohe Anzahl an Zahnrädern, die sich systembedingt aus den beiden Doppelkupplungswellen und der gemeinsamen Zwischenwelle ergibt.
Massey Ferguson stellte 2020 mit der Traktor-Baureihe 8S die neuen Teil- und Volllastschaltgetriebe Dyna-7 bzw.Dyna-E-Power vor. Beide basieren auf dem bekannten Dyna-6-Getriebe (baugleich mit Hexashift von Claas). Bei diesem sind sechs Lastschaltstufen mit drei hintereinander angeordneten Planetensätzen realisiert. Von den acht theoretisch möglichen Schaltkombinationen (23) werden neu sieben genutzt (mit leicht angepassten Zähnezahlen). Beim Dyna-7 ergibt sich in Kombination mit vier synchronisierten Gruppengängen ein 7-fach-Teillastschaltgetriebe mit 28/28 Gängen (V/R). Das Dyna E-Power weist eine ähnliche Grundstruktur wie das Dyna-7 auf. Der Gruppenwechsel erfolgt hier aber über Doppelkupplungen unter Last, woraus ein 28/28-Volllastschaltgetriebe resultiert.
Gangabstufung bewerten
Wer vor einer Kaufentscheidung für einen Traktor mit Lastschaltgetriebe steht, sollte sich die Stufungs- und Überlappungsqualität anschauen. Hilfreich hierfür sind Geschwindigkeitsdiagramme. Aus diesen kann entnommen werden, wo Gruppenwechsel anstehen, wie viele Gänge im Hauptarbeitsbereich zur Verfügung stehen und wie diese verteilt sind. Den Trend zu feiner gestuften Lastschaltgetrieben läutete John Deere vor einigen Jahren mit der Einführung des Volllastschaltgetriebes e23 für die Großtraktoren-Baureihen 7R und 8R ein, das Stufensprünge im Bereich von 1,15 aufweist.
Zusammen mit Komfortfunktionen, die bisher den stufenlosen Pendants vorbehalten waren, versuchen die Hersteller zunehmend, die Vorteile von Stufengetrieben mit dem Bedienkomfort von Stufenlosgetrieben zu kombinieren. Dazu zählen der Wechsel zwischen Fahrpedal- und Fahrhebel-Modus, das Anfahren und Anhalten über das Bremspedal ohne Kupplungspedalbetätigung oder das automatische Ansteuern der optimalen Motorbetriebspunkte bei Teillast.
