Allrad-Rollenprüfstand für landwirtschaftliche Fahrzeuge

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1 Allrad-Rollenprüfstand für landwirtschaftliche Fahrzeuge aspectfoto.de AUTOREN Dipl.-Ing. (FH) Martin Schmurr ist zuständiger Projektleiter bei der Entwicklung des Allrad-Rollenprüfstands bei der Renk Test System GmbH in Augsburg. Agco hat am Standort Marktoberdorf in nur 14 Monaten einen der modernsten Allrad-Rollenprüfstände samt Fahrtwindsimulation mit den Industriepartnern Renk Test System und Mahr realisiert. Hinsichtlich Flexibilität und Leistungsfähigkeit deckt der Allrad- Rollenprüfstand die komplette Fahrzeugpalette des Konzerns ab. Gesamtfahrzeugliche Betrachtungen an Traktoren unter exakt definierten Versuchsbedingungen machen einen Prüfstand erforderlich, der realitätsnah alle Belastungszustände eines Traktors simulieren kann. Im Gegensatz zu praktischen Einsätzen der Traktoren samt An baugeräte lassen sich somit kurzfristig wichtige Erkenntnisse aus Untersuchungen auf dem Rollenprüfstand bei der Entwicklung der Fahrzeuge berücksichtigen. 30 Dipl.-Ing. (FH) Elmar Tschinkel ist Projektleiter bei der Errichtung des Allrad-Rollenprüfstands bei Agco in Marktoberdorf. MOTIVATION Erprobungsfahrten im In- und Ausland sind nicht selten teuer, zeitintensiv und saisonbedingt nicht immer möglich. Häufig bedarf es detaillierter Untersuchungen von Komponenten neuer Fahrzeuge in einem Entwicklungsstadium, in dem das Gesamtfahrzeug noch nicht komplett zur Verfügung steht. Weiterhin möchte man zuweilen mit Prototypen in den einzelnen Entwicklungsstufen aus Sicherheits- und Geheimhaltungsgründen den realen Straßeneinsatz vermeiden. Indem die Straße beziehungsweise das Feld ins Labor verlagert wird, sind unter genau definierten Prozessbedingungen ohne störende Umwelteinflüsse vielfältige

2 BILD 1 3-D-Darstellung des Rollenprüfstands ( Renk) reproduzierbare Untersuchungen an allen Gesamtfahrzeugen des Agco-Konzerns möglich. Zusätzlich erlaubt die örtliche Nähe der an der Entwicklung beteiligten Abteilungen sofortige Analysen und gegebenenfalls notwendige Modi fikationen an Fahrzeug-Komponenten. Die Entscheidung im Agco-Konzern, in einen eigenen leistungsfähigen, zukunftssicheren Rollenprüfstand zu investieren, BILD 1, stellt folgerichtig eine Möglichkeit dar, um unter methodischen, reproduzierbaren und gleichzeitig sicheren Be din gungen, landwirtschaftliche Fahrzeuge aus dem gesamten Konzern zu untersuchen. Dazu gehören die Schlepper aller Marken inklusive Dreiachser, Raupenschlepper, Feldhäcksler und Knicklenker, BILD 2. Verschiedene Bereifungen, Fahrzeugabmessungen, Motorisierungen und Prüflingsverwendungen machen ein äußerst flexibles Prüfstandskonzept notwendig, BILD 2 Beispiele für die Produktpalette von Fendt ( Agco) November

3 Ein weiteres Highlight des Prüfstands ist seine Klimaanlage, die durch einen Austausch des großen Luftvolumens mit m³/h für eine gleichbleibende Prüfraumtemperatur sorgt, TABELLE 1. Die Luftaustrittsdüse von 4 4 m sorgt für eine laminare Umströmung der Luft am Traktor. Die Luftgeschwindigkeit der Fahrtwindsimulation ist bis 20 km/h mit der Rollengeschwindigkeit synchronisiert und hilft zusätzlich die Prüfraumtemperatur im Bereich 5 bis 40 C konstant zu halten. Eine zusätzliche Abgasabsauganlage saugt über zwei flexible Schläuche von der Decke die Abgase aus jeder Position im Prüfraum ins Freie. BILD 3 Rollenanlage auf Schwingfundament ( Renk) welches auch Untersuchungen an zukünftige Anforderungen, beispielsweise alternative Antriebskonzepte, ermöglicht, BILD 3. GESTALTUNG BILD 4 Blick aus Prüfstandswarte ( Agco) 32 Im März 2015 wurde nach nur 14 Monaten Bauzeit in einem neuen Gebäudeteil auf dem Versuchsgelände einer der mo - dernsten Allrad-Rollenprüfstände für landwirtschaftliche Fahrzeuge in Marktoberdorf in Betrieb genommen. Der Prüfraum mit einer Länge von 23 m und einer Breite von 14 m bietet selbst dem größten Feldhäcksler ausreichend Platz. Die Seitenwände und die Decke der Prüfhalle sind mit einer Akustikdämmung ausgekleidet. Ein zusätzliches, absenkbares Akustikschott vor dem Einfahrtstor hilft den Geräuschpegel der Testabläufe zu reduzieren. Die Prüfstandswarte ist leicht erhöht angeordnet und gewährt damit einen übersichtlichen Blick auf den Prüfling, BILD 4. Durch die unmittelbare Nähe des Rollenpüfstands zum benachbarten Werkstattbereich sind jegliche Umbauarbeiten mit geringem Aufwand leicht durchführbar. Für die Stabilität und Schwingungsentkopplung wurde die Rollenanlage auf einem Betonfundamentblock mit einer Masse von 1000 t installiert. Dieser Fundamentblock wiederum ist vom Gebäude entkoppelt, um mögliche Schwingungen ausgehend vom Traktor sowie eine Schwingungsübertragung ins Gebäude zu reduzieren. PRÜFSTAND Das realisierte Antriebskonzept des Prüfstands basiert auf vier regelungstechnisch unabhängigen Rolleneinheiten, die entweder als elektrische Welle oder völlig unabhängig voneinander in Drehzahl-, Drehmoment-Regelung und Fahrwiderstandssimulationsmodus betrieben werden können, BILD 5. Somit lassen sich auch Traktor-typische Besonderheiten, wie zum Beispiel die Voreilung der Vorderachse, problemlos darstellen. Eine direkte Verbindung von Laufrolle und AC-Antrieb garantiert einen möglichst steifen Aufbau, unerlässlich für dynamische Fahrversuche. Darüber hinaus bietet der gewählte Direktantrieb hinsichtlich der Geräuschemission einen positiven Nebeneffekt, da ein zwischengeschaltetes Anpassgetriebe eine zusätzliche Lärmquelle darstellen würde. Die mit Luft und Wasser gekühlten AC-Maschinen von je 250 kw sind für den motorischen und generatorischen Betrieb in beide Drehrichtungen unter anderem thermisch so konzipiert, dass das maximale Drehmoment von Nm je Rad im Dauerbetrieb problemlos möglich ist, TABELLE 2. Die Nachbildungen typischer Traktor-Arbeitszyklen bei voller Last und geringer Fahrgeschwindigkeit, wie sie zum Beispiel beim Pflügen auftreten, waren unter anderem maßgebend bei der Auslegung der AC-Motoren. Die Ermittlung der jeweiligen Zugkraft je Rolle erfolgt direkt an der Wirkstelle mittels Drehmoment-Messflansch zwischen Motor und Laufrolle. Ein integriertes Telemetriesystem überträgt das Drehmomentsignal in Echtzeit an das Renk- Automatisierungssystem RDDS (Renk Dynamic Data System).

4 Lüftungstechnik Maximaler Wert Volumenstrom Zuluft/Abluft m 3 /h Außenluftanteil m 3 /h MOVE WITH OUR EXPERIENCE Maximale Austrittsfläche Maximale Zuluftgeschwindigkeit 4 4 m 20 km/h Temperaturbereich +5 bis +40 C TABELLE 1 Technische Daten der Lüftungstechnik Check Valves Der Rollendurchmesser beträgt 2000 mm und die Laufbreite 1500 mm. Durch den gewählten Abstand der Rollenaußenkanten von 4 m und die Überhöhung des Rollenscheitels lassen sich ohne Umbauarbeiten auch Fahrzeuge wie der Vario 1000, Feldhäcksler oder Mähdrescher mit Zwillingsbereifung oder Raupenantrieb mühelos auf der Rolle positionieren. Die glatte Oberfläche der Laufrollen zeigt sich als optimale Lösung hinsichtlich bestmöglichem Grip und geringem Reifenverschleiß, insbesondere bei langen Prüfläufen mit sehr hohen Zugkräften, die die Fahrzeugreifen thermisch hoch beanspruchen. Je zwei direkt an einer Laufrolle angreifende Bremsvorrichtungen ermöglichen ein sicheres Befahren der Laufrollen. Zur Anpassung an die unterschiedlichen Fahrzeug-Radstände sind die beiden vorderen Laufrolleneinheiten einzeln im Bereich von 2050 bis 6000 mm stufenlos verfahrbar. Die Prüfeinrichtung verfügt über eine zusätzliche mobile, höhenverstellbare Zapfwellen-Belastungseinheit (AC-Motor), welche eine weitere Belastung der Prüflinge bis zu 600 kw ermöglicht. In Kombination mit den Rollenantrieben ermöglicht das RDDS eine realistische Abbildung echter Feldversuche, inklusive angebauter Arbeitsgeräte. PRÜFSTANDSABDECKUNG Die modular aufgebaute Prüfstandsabdeckung aus einzelnen Einlegesegmenten erlaubt auch bei großen Änderungen des Achsabstands unterschiedlichster Prüflinge Rüstzeiten von circa 30 min. Dabei ist die Grubenabdeckung so konzipiert, dass auch zukünftige Fahrzeuge mit drei Achsen geprüft werden können. In diesem Fall können die entsprechenden Einzelsegmente der Grubenabdeckung individuell von Hand entnommen werden, um die Fahrzeugräder vor und hinter dem Rollenscheitel positionieren zu können. Die kompakte Bauform der Rolleneinheiten schafft gute Zugänglichkeit und Freiraum unter den Prüflingen, insbesondere für die Applikation von Messtechnik am Unterboden. Das Niveau der vom Rollenkeller zugänglichen Arbeitsgrube wurde so gewählt, um ergonomisch ohne Steig hilfen am Relief Valves Flow Controls Restrictor Checks Betaplugs Calibrated Orifi ces Safety Screens Shuttle Valves Airbleed BILD 5 Laufrollen mit hydraulischer Niederzugvorrichtung ( Renk) November LEE Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH Am Limespark Sulzbach Tel info@lee.de

5 Allrad-Rollenprüfstand Antriebsleistung Maximale Zugkraft Rollendurchmesser Maximale Geschwindigkeit Zulässige Achslast Spurbreite Einstellbarer Achsabstand Abmessungen (L B H) TABELLE 2 Technische Daten des Rollenprüfstands Fahrzeug arbeiten zu können. Der Mittengang wurde mit 1 m Breite relativ schmal gehalten, um auch die kleinsten Fahrzeuge, zum Beispiel den Fendt 200 Vario, testen zu können. Zusätzlich können von der Arbeitsgrube aus zwei Niederziehvorrichtungen zur Simulation von weiteren Achslasten beliebig positioniert werden. Die beiden stufenlos regelbaren Hydraulikzylinder ermöglichen zusätzliche Achslasten von je 15 t, um Anbaugeräte und/oder Ar beitseinsätze, wie beispielsweise das Pflügen, zu simulieren. AUTOMATISIERUNGSSYSTEM Das hochflexible Steuerungs- und Automatisierungssystem RDDS ermöglicht sowohl manuelle als auch automatische Prüfläufe, die in Zugkraft-, Drehzahlund Fahrwiderstandssimulation ablaufen können. Unterschiedlichste Testprozeduren wie beispielsweise gleichzeitige Leistungsmessung von An - triebsstrang, Zapfwelle und Hydraulik Temperaturmessungen Geräuschmessungen Emissionsmessungen Kraftstoffverbrauchsmessung während definierter Lasten und Fahrzyklen Funktionsmessungen waren maßgebend für die Erstellung eines einfachen Bedienkonzepts. Die Automatisierung übernimmt dabei so wohl die Regelung, Überwachung, Messwerterfassung und -speicherung als auch die komplette Visualisierung und Bedienerführung. Die von Windows gewohnte grafische Bedienoberfläche ermöglicht eine Bedienung des Prüfsystems beziehungsweise die Erstellung von Prüfprogrammen ohne Programmierkenntnisse. 34 Maximaler Wert kw N 2,0 m 85 km/h 15 t 1000 bis 4000 mm 2050 bis 6000 mm ,5 m Basierend auf einem Standard-Industrie-PC kommuniziert das Automatisierungssystem via EtherCAT mit den einzelnen Prüfstandskomponenten beziehungsweise erfolgt die komplette Messwerterfassung über Beckhoff- EtherCAT-Module. Darüber hinaus kontrolliert das System das komplette Sicherheitskonzept der gesamten Rollenanlage in klusive Lüftung, Einfahrtstor, Krananlage und der Zugangskontrollen zu den einzelnen Gefährdungsbereichen. Das RDDS ermöglicht weiterhin die Ansteuerung und Kommunikation zu der kompletten Rollenprüfstandsperipherie. Zu sätzlich ist eine bidirektionale Schnittstelle zu einem kundenseitigen, hoch auflösenden Messwerterfassungssystem realisiert. Somit können unabhängig vom Prüfstands-PC in Echtzeit externe Drehmoment/Drehzahl- Vorgaben an die jeweiligen Rollenantriebe übergeben werden. Eine weitere CAN-Schnittstelle ermöglicht Prüflinge über die Originalbedienelemente direkt aus der Prüfwarte heraus komplett zu bedienen. TESTMÖGLICHKEITEN Untersuchungen eines Traktors auf einem Rollenprüfstand sind eine sehr effektive Alternative im Vorfeld zu Felderprobungen. Dabei sind den Untersuchungsmöglichkeiten fast keine Grenzen gesetzt. Zum Beispiel kann der Prüfling über die Nachbildung typischer Feldeinsätze wie Grubbern, Mähen, Pflügen etc. in unterschiedlichen Leistungsbereichen betrieben werden, um somit bereits eine Bauteiloptimierung, unter anderem im Kühlsystem des Traktors, vor dem ersten realen Feldeinsatz zu realisieren. Weiterhin lässt sich über die integrierte hydraulische Niederzugvorrichtung eine er - höhte Achslast des Traktors simulieren. Ferner werden aktuell nachfolgende Versuchsprogramme regelmäßig gefahren: Simulation Traktor-Feldeinsatz bei gleichzeitig unabhängiger Belastung der Zapfwelle und Hydraulikkreise Simulation Häcksler-Feldeinsatz bei gleichzeitig unabhängiger Belastung des Einzugs Abstimmungen zwischen Motor, Getriebe, Fahrerassistenzsysteme Wirkungsgradermittlung Verbrauchsmessung Leistungsuntersuchung. Weitere Messprogramme umfassen Transportfahrten mit hoher Anhängelast auf einer aus der Realität abgebildeten Strecke mit Steigungen und Gefälle. Durch die Fahrmassensimulation des Prüfstands und die gleichbleibenden Randbedingungen im Prüfraum sind auf diese Weise verschiedene Schlepper untereinander vergleichbar. Weiterhin ist der Schlepper auf der Rolle entgegen der Fahrtrichtung positionierbar. Damit lassen sich schwere Mäharbeiten unter hohen Außentemperaturen im Rückfahrbetrieb simulieren. Die zusätzliche Anblasung des Traktors von hinten belastet das Kühlsystem zu - sätzlich und eine Abstimmung der Lüftersteuerung unter diesen Extrembedingungen ist im Vorfeld der Felderprobung möglich. Durch definierte Temperaturbedingungen im Prüfraum ist dieser ebenfalls für die Abstimmung der Klimaanlage des Fahrzeugs bestens geeignet. ZUSAMMENFASSUNG Nach nunmehr über einem Jahr Prüfbetrieb stellt diese Art von Prüfstand die für Agco beste Möglichkeit dar, unter reproduzierbaren und gleichbleibenden Randbedingungen, alle Fahrzeuge des gesamten Konzerns zu testen. Dazu gehören der Vergleich von Fahrzeugen untereinander sowie die Simulation von Feldeinsätzen unter extremen Temperaturbedingungen. Durch die Akustikverkleidung der Prüfhalle ist das Einsatzgebiet des Rollenprüfstands zusätzlich deutlich erweitert. READ THE ENGLISH E-MAGAZINE Test now for 30 days free of charge: atz-offhighway-worldwide