CLAAS od podstaw opracował koncepcję przekładni bezstopniowej CMATIC. Jej produkcja i ciągłe udoskonalanie ma miejsce w fabryce CLAAS Industrietechnik (CIT) w Paderborn. Uchylamy kulisy i zapraszamy na krótką wycieczkę w świat przekładni rodziny CVT.
Kto jeździł pojazdem z automatyczną skrzynią biegów, niechętnie przesiada się do maszyny ze skrzynią manualną. Okazuje się jednak, że automat nie jest równy automatowi. Tradycyjna skrzynia automatyczna ma ograniczoną liczbę biegów do przodu i do tyłu. Tak samo, jak skrzynia manualna. Najbardziej zaawansowanym współcześnie mechanizmem przeniesienia momentu obrotowego z silnika na koła jest bezstopniowa przekładnia. Taką zaawansowaną technicznie konstrukcję określa się mianem CVT (continuous variable transmission). CLAAS wytwarza skrzynie tego typu pod nazwą CMATIC w swych zakładach w Paderborn, niedaleko Dortmundu.
Zasada działania przekładni CVT
W skrzyni manualnej czy automatycznej przy np. przyspieszeniu, dla każdego biegu silnik musi osiągnąć zakładaną ilość obrotów, by uzyskać kolejne przełożenie w przekładni. Gdyby zobrazować to graficznie, uzyskalibyśmy schody. Szczyty stopni odpowiadałyby maksymalnym obrotom silnika na danym biegu. Podczas pracy ciągnikami z przekładniami maunalnymi często zdarza się praca na zbyt wysokich prędkościach obrotowych silnika (tzw. żyłowanie silnika), co powoduje wysokie zużycie paliwa.
Tymczasem przekładnia CVT posiada nieskończoną liczbę przełożeń sterując obroty silnika do obciążenia w ten sposób, aby były one jak najniższe osiągając w ten najniższe możliwe zużycie paliwa.
Ideę przekładni CMATIC można zatem określić mianem cudu techniki. I to cudu, oszczędzającego drogie paliwo: poprzez płynny przekaz mocy nie ma przepału paliwa, nie ma żyłowania silnika.
Jak to z projektem CMATIC było…
CLAAS zaczął swą przygodę z przekładniami bezstopniowymi w 2007 r. Biuro konstrukcyjne i zakłady produkcyjne umieszczono w fabryce CIT (CLAAS Industrietechnik) w Paderborn w Nadrenii-Północnej Westfalii w Niemczech. Jednym z członków zespołu projektowego został dr inż. Timo Wendt.
– Naszym celem było stworzenie uniwersalnego mechanizmu, który odznaczać się będzie dużą trwałością i niezawodnością. Przeprowadziliśmy setki dyskusji, rozmów, opracowaliśmy tysiące koncepcji i szkiców. Budowaliśmy modele, a później prototypy. Zajęło to kilka dobrych lat i zaowocowało uruchomieniem produkcji seryjnej już w 2014 roku. Tak narodziła się bezstopniowa przekładnia CMATIC – wspomina dr Wendt.
Gdy prototyp CVT już powstał, inżynierowie CLAAS spędzili nad nim tysiące godzin testów na stanowisku badawczym. Ocenie podlegała współpraca części mechanicznych i hydraulicznych. Przekładnia jest bowiem skomplikowanym mechanizmem, łączącym współpracę:
- układów klasycznych kół zębatych i sprzęgieł oraz
- zaawansowanego układu hydraulicznego, na który składa się zespół dwóch jednostek hydraulicznych, które w zależności od używanego zakresu jazdy są pompą lub hydromotorem.
Dopracowany prototyp przekładni został następnie przeniesiony z laboratorium badawczego i zamontowany – a jakże – w ciągnikach CLAAS ARION serii 500 oraz 600.Próbne wersje przekładni CMATIC przeszły w sumie ponad 20 tys. godzin testów w różnych warunkach polowych. Traktory w nie wyposażone regularnie kontrolowano w serwisie. Analizowano pod mikroskopem przysłowiowo każdą kroplę oleju. Badania obejmowały nawet zmęczenie poszczególnych komponentów przekładni. Po tysiącach godzin drobiazgowych analiz i testów porównawczych można było wydać wewnętrzną opinię o nowym wynalazku spod znaku CLAAS. Trwałość przekładni CMATIC została oceniona bardzo wysoko.
Seryjna produkcja ruszyła w 2014 r., a do połowy 2022 r. zbudowano już ok. 10 tys. mechanizmów. Wygląda na to, że rynek przyjął je, bo popyt na CVT z Paderborn ciągle rośnie.
Koncepcja budowy przekładni CMATIC
Przekładnia CMATIC zbudowana jest modułowo: z części mechanicznej i hydraulicznej. W części mechanicznej znajduje się podwójne sprzęgło i przekładnia planetarna. Uwaga, zrezygnowano dla nich z kąpieli olejowej, by ograniczyć opory ruchu w oleju. Dlatego miska olejowa jest skonstruowana poniżej zębatek i smarowanie odbywa się za pomocą specjalnego systemu smarowania.
Cała konstrukcja CVT ze stajni CLAAS pozwala na rozdzielanie oraz sumowanie mocy hydraulicznej i mechanicznej:
zakres pierwszy – doskonale sprawdza się do prac z prędkością poniżej 20km/h;
zakres drugi – załącza inne przekazanie momentu obrotowego i sprawdza się powyżej 20 km/h Co ciekawe, moduł hydrauliczny jest zasilony tym samym olejem, który krąży w obiegu siłowym ciągnika i napędza doczepiane maszyny. Dlaczego zdecydowano się na takie rozwiązanie, a nie na zamknięty, osobny obwód tylko dla CVT?
- Praca w jednym systemie olejowym upraszcza serwis i uzupełnianie ubytków oleju. To nasz autorski pomysł, aby bazować na jednym rodzaju oleju. Łatwiej też wtedy sprzęgać ciągnik z innym sprzętem. Ceną, jaką płaci się za takie udogodnienie, była konieczność opracowania bardzo szczegółowego zespołu filtrów, aby żadne zanieczyszczenia i brud nie przedostały się do precyzyjnych mechanizmów CMATIC – mówi dr Timo Wendt.
Zaczyna się od przekładni planetarnej
Większość komponentów przekładni CVT produkowanych jest od podstaw w Paderborn. Koła zębate i wałki powstają z odlewów oraz odpowiednio przyciętych fragmentów stali, skrawanych później w obrabiarkach numerycznych. Nowopowstały element jest dokładnie myty i pakowany w foliowe torby, dla ochrony przed zabrudzeniem i korozją.
Przekładnie CMATIC składane są na linii montażowej. Jest to praca ręczna i zaczyna się od najdrobniejszych elementów, łączonych w coraz to większe zespoły. Pracownicy obsługują wydzielony odcinek linii – Na każdym stanowisku króluje wszechobecna elektronika, komputery oraz nieodzowne elektro- i pneumo-narzędzia, ułatwiające montaż.
Praca zaczyna się od złożenia przekładni planetarnej. Powstaje ona na mobilnych stołach montażowych, które wyposażone są w specjalne otwory i plastikowe wsporniki oznaczone odpowiednimi symbolami. Są one – na początku linii – uzupełniane składowymi częściami przekładni: łożyskami, pierścieniami uszczelniającymi, kołami zębatymi, wałkami i tulejami. Ten wyliczony komplet części ułatwia zadanie montażystom; budują oni bowiem mechaniczny zespół przekładniowy z ograniczonej ilości „klocków”, pasujących do siebie. Cały czas mają do pomocy elektroniczną instrukcję montażu, wyświetlaną na monitorze.
Skompletowany stół-przybornik uzupełniony przez pracownika przesuwany jest po szynach do kolejnej osoby, która zaczyna w odpowiedniej kolejności łączyć części. Po dokonaniu swej pracy, przesuwa stół do kolejnej osoby.
Na każdym kolejnym stanowisku skomplikowany mechanizm rozrasta się o nowe podzespoły. W wyznaczonych miejscach na prasach wciskane są łożyska.
Zmontowane przekładnie planetarne obudowywane są kolejnymi częściami. Finalnie trafiają do większych obudów-odlewów, w których będą pracować.
Profesjonalizm przy każdej śrubce
Wraz z rozrastającą się konstrukcją mechaniczną zespołu części mechanicznych i hydraulicznych, tworzących nową CMATIC, zmienia się też sposób transportu tego produktu wewnątrz fabryki. Coraz to większe komponenty przenoszone są na indywidualne wózki elektryczne, na podwoziu których odbywa się montaż kolejnych części. W końcu rdzeń CVT trafia do działu skrzyń biegów.
– Wszyscy pracownicy tego działu mają nie tylko wykształcenie techniczne, ale także odpowiedni czas pracy i staż w naszej fabryce. Tylko najbardziej wykwalifikowanym osobom w naszym zakładzie możemy powierzyć finalny montaż przekładni, która jest przykładem wspaniałej myśli inżynieryjnej. W jednej obudowie CMATIC współpracuje bowiem ze sobą ponad 700 części mechanicznych i hydraulicznych, które muszą wytrzymać ciśnienie ok. 500 bar – mówi Waldemar Kasnitz, szef Działu Product Division TERRA TRAC and Transmissions, CLAAS CIT Paderborn.
Test końcowy, czyli matura CMATIC
Proces montażu nowej CMATIC poddawany jest rygorom surowej kontroli fabrycznej. Monitorowane są wszystkie etapy, przestrzegane są odpowiednio utworzone procedury. Co ciekawe, każdy z pracowników ma za zadanie zalogować się przy pomocy swego chipu, że wykonał już przewidzianą dla jego stanowiska pracę przy przekładni.
Kontroli podlega nawet etap dokręcania śrub! Sprawdza się momenty obrotowe kluczy dynamometrycznych. Rozwiązano to w ten sposób, że w wraz z zamianą nasadki na kluczu, zmianie ulega automatycznie siła, z jaką przykręcana jest dana śruba.
Po przejściu kompletnego cyklu montażowego, na schodzącą z taśmy przekładnię czeka ostateczny test. Obejmuje on każdą skrzynię biegów CMATIC.
Test polega na umieszczeniu przekładni na łożu w specjalnej kabinie. Podłączane są do niej przewody olejowe i elektryczne, jak również wałki zasilające oraz odbierające moc. Cały test kontroluje wszędobylska elektronika, która skrupulatnie skanuje wszystkie funkcje przekładni, uzyskiwane przez nią prędkości oraz moment obrotowy. Sprawdzana jest temperatura pracy, przepływ oleju, sprawność wszystkich czujników.
A kiedy już mechanizm pozytywnie zaliczy swój „egzamin dojrzałości”, dostaje zielony certyfikat – może być instalowana w ciągniku.
Zanim to jednak nastąpi, nowo narodzony CMATIC pakowany jest w szczelny plastikowy worek, chroniący przed korozją. W takiej kołderce trafia do magazynu, a następnie jedzie do Francji, do zakładu CLAAS w Le Mans, gdzie jest montowana do ciągników.
To już jednak inna historia, którą też kiedyś będzie warto opowiedzieć…
źródło: CLAAS
