Inhalt. Motivation / Kundennutzenn. Antriebsentwurf und Realisierung Zusammenfassung und offene Fragen

Transkript

1 Elektrifizierung eines Mähaufbereiters Dipl.-Ing. Dr. Martin Baldinger, MBA, MSc Markus Hofinger

2 Inhalt Motivation / Kundennutzenn Anforderungen an einen Mäher mit Aufbereiter Einstellparameter am Mäher bzw. am Aufbereiter und deren Auswirkungen auf die Futterqualität Antriebsentwurf und Realisierung Zusammenfassung und offene Fragen

3 Motivation / Kundennutzen Grünfutterernte: mähen zetten schwaden laden pressen

4 Motivation / Kundennutzen Die einzelnen Bearbeitungsschritte ( mähen, zetten, schwaden, laden/pressen) bei der Grünfutterernte führen zu: Bröckelverluste (= Massen- bzw. Qualitätsverluste) Rohascheeintrag (= Verschmutzung) Ziel: wenig Bröckelverluste und geringe Futterverschmutzung während der gesamten Erntekette

5 Motivation / Kundennutzen Einfluß der Bröckelverluste Feldverluste an Trockenmasse TM [%] bei der Bereitung von Anwelksilage (die mechanischen Verluste können sich je nach Bodenbedingungen, Maschineneinstellung und Arbeitssorgfalt jeweils um die Hälfte erhöhen oder erniedrigen) Gerät Bröckelverluste in % TM Mähwerk 4,0 % 1 ha mit 2500 kg TM 5,5 MJ NEL/kg TM 0,125 kg nxp/kg TM Aufbereiter 4,5 5,0 % 112,5 125,0 kg MJ NEL 14,0 16,0 kg nxp Kreiselzetter 0,4 1,5 % 10,0 37,5 kg MJ NEL 1,25 4,5 kg nxp Schwader 0,4 % GESAMT 9 11 % kg MJ NEL kg nxp Quelle: DLG-Merkblatt 313 ca. 400 Liter Milch/ha und Schnitt 100,0 kg 550 MJ NEL 12,5 kg nxp 10,0 kg 55 MJ NEL 1,25 kg nxp Werte teilweise gerundet NEL Netto-Energie-Laktation TM Trockenmasse

6 Motivation / Kundennutzen Einfluß der Rohasche Eine Steigerung des Rohaschegehaltes von 10 % auf 14 % ergibt bei 2500 kg TM einen Energieverlust von ca MJ NEL und 16 kg nxp. Weiters bewirkt eine Steigerung des Rohaschegehaltes um 1%: Rohprotein: ,6 g/kg TM Rohfaser: - 3,8 g/kg TM NEL: - 0,1 MJ/kg TM ph-wert: + 0,04 Buttersäure: + 0,4 g/kg TM Eiweißabbau: + 0,3% DLG Punkte: - 1,5 Punkte Quelle: Resch, R., 2011 ca. 350 Liter Milch/ha und Schnitt

7 Motivation / Kundennutzen Gesamtverluste: Bröckelverluste: Rohasche: 400 Liter Milch/ha und Schnitt 350 Liter Milch/ha und Schnitt ca. 750 Liter Milch/h ha und Schnitt

8 Anforderungen an einen Mäher mit Aufbereiter Mähbalken: mähen des Grünfutters unter größtmöglicher Schonung der Grasnarbe und so wenig Verschmutzung des Futters wie möglich. Aufbereiter: aufbrechen / Zerstörung der verdunstungshemmenden Wachsschicht durch Knicken oder Quetschen.

9 Einstellparameter am Aufbereiter Aufbereiterklappe Verstellung des Spaltes zwischen Aufbereiterzinken und Klappe

10 Einstellparameter am Aufbereiter Aufbereiterdrehzahl aktueller Aufbau

11 Antriebsentwurf und Realisierung Elektromotor Nennspannung: 3 x 400 VAC Nennfrequenz: 50 Hz Nennleistung 10 kw Nenndrehzahl: 1000 U/min 5 Polpaare permanenterregte Synchronmaschine sensorlose Regelung Außenläufer mit Oberflächenmagneten konzentrische Einschichtwicklung Getriebe kein Getriebe notwendig!

12 Antriebsentwurf und Realisierung Einbau in die Aufbereiterwelle (schematisch) Drehmomentstütze Motor Welle Lager

13 Antriebsentwurf und Realisierung Simulation Aufnahme der mechanischen Belastungen (Deformation von 2 cm mittig am Aufbereiter) Annahmen: - Motorgehäuse und Motorwelle sind aus Stahl - am Rotor nimmt die Wellee die gesamten Belastungen auf, die Magnete werden nicht belastet

14 Antriebsentwurf und Realisierung fixe Lagerung kugelige Lagerung

15 Antriebsentwurf und Realisierung kugelige Lagerung

16 Antriebsentwurf und Realisierung Stator und Rotor

17 Antriebsentwurf und Realisierung Stator und Rotor

18 Antriebsentwurf und Realisierung Wirkungsgrad Motor

19 Antriebsentwurf und Realisierung Umrichter ein Umrichter für zwei Maschinen integrierte Wasserkühlung ausreichend groß dimensionierte Leistungsmodule Messung der Zwischenkreisspannung und -strom Messung aller Phasenspannungen und Phasenströme

20 Antriebsentwurf und Realisierung Umrichter

21 Zusammenfassung und offenee Fragen Zusammenfassung Aufbereiterfunktion mit Elektromotor ohne automatische Drehzahlregelung ähnlich wie bei konventionellem Antrieb über Zapfwelle Kundennutzen eines Aufbereiters mit Elektroantrieb: weniger Bröckelverluste auf Grund der Möglichkeit der Drehzahlregelung in Abhängigkeit von Bestandsart und Bestandsdichte. Diagnosemöglichkeiten des Antriebs. keine direkte Kopplung zwischen Mähbalkenantrieb und Aufbereiterantrieb Anpassung der Aufbereiterdrehzahl an die Fahrgeschwindigkeit (Massenstrom durch den Aufbereiter Wirkungsgrad / Energieeinsparung)

22 Zusammenfassung und offenee Fragen Offene Fragen Verbesserung der Arbeitsqualität bei allen Bestandsarten (Gras, Klee, )? bei welchen Antrieben/Anbaugeräten ist ein elektrischer Antrieb sinnvoll? ab wann sind welche elektrischen Leistungen verfügbar? Systemarchitektur? Kühlung? Akzeptanz von elektrischen Antrieben beim Kunden (Landwirt/Lohnunternehmer)??

23 Projektpartner: Gefördert durch: Dipl.-Ing. Dr. Martin Baldinger, MBA, MSc Alois Pöttinger Maschinenfabrik Ges.m.b.H. Industriegelände Grieskirchen ÖSTERREICH martin.baldinger@poettinger.at Markus Hofinger Alois Pöttinger Maschinenfabrik Ges.m.b.H. Industriegelände Grieskirchen ÖSTERREICH markus.hofinger@poettinger.at