Radlader Fahrgetriebe (2): Modulation

Das Schalten unter Last erfordert eine feinfühlige Abstimmung zwischen der Kupplung, die gerade einen Gang löst, und der, die den neuen Gang kraftschlüssig macht. Diese Abstimmung wird als Modulation bezeichnet.

3. Ausbildungsjahr

Radlader: Fahrantrieb

Lösung aus Fahrantrieb (1)

Modulation

Das Schalten unter Last erfordert eine feinfühlige Abstimmung zwischen der Kupplung, die gerade einen Gang löst, und der, die den neuen Gang kraftschlüssig macht. Diese Abstimmung wird als Modulation bezeichnet; sie gewährleistet ein sanftes, ruckfreies Schalten der Gänge. Das Modulieren kann sowohl hydraulisch als auch elektronisch geschehen. Hier wird eine hydraulische Modulation vorgestellt.

Im Bild ist das Fahrgetriebe eines großen Laders mit vier Vorwärts- und drei Rückwärtsgängen dargestellt. (Die Anordnung der Rückwärtsgänge - sie beginnen mit den Stirnrädern zwischen Welle 2 und Welle 3 ganz links - zeigt das Schema nicht).
Die Gänge werden elektrisch angesteuert und hydraulisch geschaltet. Jeder Gang läuft über eine eigene oder mehrere Lamellenkupplung. Um ein sanftes Schalten zu erreichen, ist eine »Modulation« erforderlich, die das Lösen einer Lamellenkupplung und das Schließen der nächsten sorgfältig aufeinander abstimmt. Während dem Schalten sollen keine Zugkraftverluste an der fahrenden Maschine eintreten.
Der folgende Hydraulikschaltplan zeigt die Anordnung:

Die Getriebepumpe erzeugt den Druck p1, der an den Wegeventilen V1 und V2 anliegt. Nur rechts des Differenzialventils liegt der um 5 bar niedrere Druck p2 an. Neben den Wegeventilen V1 (V/R) und V2 (Gänge) spielen das Modulationsventil und das Differenzialventil eine wichtige Rolle für die Druckverhältnisse im Lastschaltgetriebe. Sie ermöglichen beim Schalten die hydraulische Modulation.
Das Öl der Getriebepumpe wird nicht nur für das Schalten der Kupplungen verwendet. Es passiert auch den Drehmomentwandler. Das vor dem Wandler liegende Überdruckventil schützt den Wandler bei zu kaltem Öl vor unzulässig hohem Druck.
Nach dem Wandler strömt das Öl durch einen Kühler (nicht dargestellt) zum Getriebe. V3 begrenzt den Schmierdruck auf 1 bar, damit in den engen Spalten der Zahnräder kein zu hoher Druck entsteht.
Die Ausgänge x1 bis x4 sind Messstellen.

Das Druck-Zeit-Diagramm zeigt, wie sich die Schaltdrücke in zeitlicher Reihenfolge aufbauen. Ist eine Richtung gewählt (V1) und wird ein Gang (V2) eingelegt, dann bewirkt der höhere Druck p1, dass die Gangkupplung zuerst schließt. Der um etwa 5 bar geringere Druck p2 schließt die Richtungskupplung mit einer Zeitverzögerung von etwa 0,1 Sekunde.

Wir gehen in den Hydraulikplan oben zurück: Der Vorwärtsgang sei vorgewählt. Man schaltet vom eingelegten 1. Gang in den 2. Gang. Die untere Schaltstellung von V2 steht in der Mitte: Die 1. Gang-Kupplung erhält eine Verbindung zum Tank und wird damit drucklos; sie öffnet. Von der Pumpe strömt Öl über das linke Drosselventil und Rückschlagventil RV in die 2. Gang-Kupplung und schließt diese.
Beim Überfahren der Neutralstellung sank p1 auf 5 bar, weil die Pumpe über RV nach T (Tank) fördert. Damit sank p2 auf etwa 0 bar ab. Folge: In Neutralstellung sind alle Kupplungen entlastet.
Die Modulation funktioniert in allen Schaltzuständen. Immer beim Überfahren der Neutralstellung von V1 und V2 werden alle jeweils geschalteten Kupplungen drucklos. Anschließend bauen sich die Drücke entsprechend den dargestellten Kurven auf. Zwischen Schalten und Schließen einer Kupplung liegt weniger als 1 Sekunde Zeit.

Das folgende Bild zeigt eine Druck-Zeit-Messung, wie sie beim elektronischen Ansteuern von zwei Kupplungen K1 und K2 aufgezeichnet wird. Betrachten wir die ersten beiden Schaltvorgänge. K 1: Der Druck in der Kupplung steigt bis ca. 5 bar fast schlagartig an, dann erreicht er innerhalb einer halben Sekunde 15 bar. Die Kupplung ist geschlossen.

Gangwechsel: Der K 1-Druck fällt schnell ab, gleichzeitig steigt der K 2-Druck bis etwa 5 bar steil an; dann herrscht in beiden Kupplungen kurzzeitig derselbe Druck (Schnittpunkt der beiden Drucklinien). Danach entlastet K 1 innerhalb 0,1 bis 0,2 Sekunden auf Null, während K2 nach 0,5 s 15 bar erreicht.
Aus dem Diagramm geht nicht hervor, bei welchem Druck K 2 kraftschlüssig wird.
Der elektronisch gesteuerte Schaltvorgang kann so programmiert werden, dass die Drücke während des Schaltens schneller oder langsamer ansteigen. Schneller Anstieg heißt hartes Schalten, langsamer Anstieg bedeutet sanftes Schalten mit entsprechendem Schlupf und Lamellenverschleiß.

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