Keilriemenantriebe genug Potential für zukünftige Großmähdrescher?

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1 Keilriemenantriebe genug Potential für zukünftige Großmähdrescher? VDI-MEG Kolloquium Mähdrescher 12./ Hohenheim Thomas Tilly, Leiter Systemtechnik Mechanik, CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH

2 Inhalt Entwicklung der Anforderungen für den Antriebsstrang und Zukunftsperspektiven technische Rahmenbedingungen in Fahrzeug und technische Grundlagen Vorgehen, Potentiale und ausgeführte Praxisbeispiele bei CLAAS Methodik in der Entwicklung und Validierung Zusammenfassung und Fazit 2

3 Keilriemenantriebe genug Potential? Gab es Veränderungen? 1960 MATADOR GIGANT 2013 LEXION 780 Leistung Funktionen Vielfruchttauglichkeit Komfort Lebensdauer 2020? 3

4 Keilriemenantriebe genug Potential? Was bringt die Zukunft? Funktionszuwachs? Spezifikationszuwachs? Fahrantrieb Produktivität Gutaufnahme (div.) Neue Fruchtartspezifika Dreschen (div.) Bauraum/ Leistungsdichte!!! Abscheiden (div.) Regelverhalten Reinigen (div) Verfügbarkeit Korn bergen/ puffern (div.) Häckseln Spreu und Stroh aktiv Verteilen (div.) Korntank entleeren (div.) Mehr Flexibilität gefordert? weltweite Beschaffung neue Varianten + X? 4

5 Keilriemenantriebe genug Potential? Was lernen wir aus der Vergangenheit? Motorleistung [kw] Flachriemen Verbundriemen Breitkeilriemen CR EPDM Zugstrang Polyester Aramid Zugstrang Aramid Aramid hochfest + verstärkter Kern??? + zahlreiche Systemverbesserungen in vielen Anwendungen 5

6 Antriebe im Mähdrescher Ausgangslage und Rahmenbedingungen Fahrantrieb Gesamtbreite 2990mm vorwiegend Kombinationen aus Hydraulik und diversen Zahnradgetrieben üblich Antriebe Verfahrenstechnik vorwiegend Kombinationen aus Umschlingungsund Zahnradgetrieben Arbeitsbreite der Verfahrenstechnik: 1700mm relevant für Durchsatzleistung 6

7 Antriebe im Mähdrescher verwendete Keilriemen Gesamtbreite 2990mm Keilriemen in der Landtechnik Spezialentwicklungen Arbeitsbreite der Verfahrenstechnik: 1700mm relevant für Durchsatzleistung 7

8 Antriebe im Mähdrescher Vorteile von Keilriemenantrieben positive Systemeigenschaften große Achsabstände einfach, geräuscharm, verlustarm und kostengünstig möglich einfache Montage/ Demontage/ geringe Anforderungen an die Präzision der Karosserie integrierte Überlastfunktion einfache und verlustarme CVT-Lösung möglich (mit begrenzter Spreizung) vielfältige konstruktive Möglichkeiten sehr geringe Werkzeugkosten großes Drehzahl- und Leistungsspektrum Zusatzfunktionen möglich: Kuppelfunktion, Stufentrieb, Antrieb über Rücken etc. breites Marktangebot an Keilriemen verfügbar viele Funktionen/ Verbraucher in 1 Antrieb integrierbar 8

9 Antriebe im Mähdrescher Grundlagen zu Keilriemen Mathematik α β μ ä Übertragbares Drehmoment steigern: Vorspannung + Profilwinkel + Umschlingungswinkel + gesteigerte Reibwerte + Riemengeschwindigkeit + Komponente und Werkstoffe vielfältige Parameter zu beachten 9

10 Potentialanalyse Keilriemenantriebe für Mähdrescher Strukturbaum Installation im Fahrzeug Verfahren Materialien Montage Prozessparameter Randbedingungen Maschinen und Anlagen Gebrauchseigenschaften Fertigungsprozesse Oberflächen Verschmutzung Präzision Profil Performanz Antrieb Komponente Geometrie Verzahnung Präzision Zugstrang Material Matrix Leistungsdich te Aufbau Durchmesser Geometrie Breite Konzeption insgesamt System Drehzahlplan Direktantrieb Untersetzungsgetriebe 10 Vorspannung statisch dynamisch

11 Umsetzungsbeispiel Vorsatzantrieb Baureihe LEXION wesentliche Anforderungen hoher Wirkungsgrad im gesamten Arbeitsbereich P Nenn = 200 kw n Vorsatz = 500 U/min bis 760 U/min alle marktverfügbaren Vorsatzgeräte in Mais bis zu 16 (!) Pflückeinheiten konstante oder variable Übersetzungen über großes Leistungsspektrum Gewichtsreduktion + kostenoptimierte Basisvariante 11 Quelle: Furmaniak, Tilly VDI Fachtagung Landtechnik 2012

12 Umsetzungsbeispiel Vorsatzantrieb Baureihe LEXION Variante M Hauptvorgelegewelle Leistungsversorgung Einzugskanal Antriebswelle Kettenförderer Anschluss Vorsatzgerät Gelenkwelle (Pflücker beidseitig) Variante L Variante XL Ergebnis der Konzeption: Leistungsfähigkeit + 100% gegenüber Vorgänger Variante XXL 12 Quelle: Furmaniak, Tilly VDI Fachtagung Landtechnik 2012

13 Umsetzungsbeispiel Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO Wendetrommelwelle Leistungsversorgung Dreschtrommel APS Trommel (optional) wesentliche Anforderungen kostenoptimierte Basisvariante P Nenn = +35 % vgl. Vorgänger n Dreschtrommel = 650 U/min bis 1500 U/min optional optional 280 U/min bis 1500 U/min (Dreschtrommelreduziergetriebe üblich) synchrone Wendetrommel darstellen hoher Wirkungsgrad im gesamten Arbeitsbereich 13

14 Umsetzungsbeispiel Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO Dreschwerk ohne APS Dreschwerk mit APS Grundausstattung + Option Reduziergetriebe + Option synchrone Wendetrommel Tilly Keilriemenantriebe genug Potential für zukünftige Großmähdrescher?

15 Umsetzungsbeispiel Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO Herausforderung primär einfache Grundausstattung entwickeln! Aufgabenstellung Ergebnis der Konzeption: + 35 % Leistungsfähigkeit gegenüber Vorgänger Tilly Keilriemenantriebe genug Potential für zukünftige Großmähdrescher?

16 Berechnungsmethodik Konzeption Auslegung Validierungsgrundlage Geometrie Spanner Trumkräfte/ Achslasten Lebensdauer und Ermüdung Lastkollektive Tilly Keilriemenantriebe genug Potential für zukünftige Großmähdrescher?

17 Validierungsmethodik Zielstellung und Umsetzung Ziele - Kompetenz der Keilriemenhersteller nutzen - nachhaltige und einheitliche Systematik sicherstellen - weltweite Beschaffung aus unterschiedlichen Fabriken Komponententests Materialentwicklung beim Keilriemenhersteller Standardtests beim Keilriemenhersteller Leistungsprüfungen beim Keilriemenhersteller Leistungsprüfungen bei CLAAS Systemtests Fahrzeugtests Verspannungsprüfstände bei CLAAS Kupplungsprüfstände u.a. bei CLAAS Fahrzeugprüfstände bei CLAAS Dauerlaufversuche mit Langzeitdatenerfassung 17

18 Zusammenfassung Forderungen nach Leistungsdichte, Funktionen, Flexibilität, Qualität und Wirtschaftlichkeit Potentiale vorhanden in Systemlayout, Geometrie, Komponente und Werkstoff Erfolgsfaktoren Auslegung/ Konzeption Entwicklungsmethoden Zusammenarbeit Entwicklungspartner 18

19 Fazit Eigenschaften + konstr. Möglichkeiten + div. Potentiale = Keilriemenantriebe der Zukunft Entscheidung von Konzepten systematisch, objektiv und faktenbasiert: Keilriemen können auch für zukünftige Anwendungen viele Anforderungen erfüllen. Keilriemenantriebe genug Potential für zukünftige Großmähdrescher! 19