Keilriemenantriebe – genug Potential für zukünftige...

Keilriemenantriebe – genug Potential für zukünftige

Großmähdrescher?

VDI-MEG Kolloquium Mähdrescher 12./13.09.2013 Hohenheim

Thomas Tilly, Leiter Systemtechnik Mechanik, CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH

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

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Keilriemenantriebe – genug Potential?


1960 �� MATADOR GIGANT

2013 �� LEXION 780� Leistung� Funktionen� Vielfruchttauglichkeit� Komfort� Lebensdauer

� Gab es Veränderungen?

2020 �� ?

Keilriemenantriebe – genug Potential?

�� Funktionszuwachs?

� Fahrantrieb �

� Gutaufnahme (div.) �

� Dreschen (div.) �

� Abscheiden (div.) �

� Reinigen (div) �

� Korn bergen/ puffern (div.) �

� Häckseln �

� Spreu und Stroh aktiv Verteilen (div.) �

� Korntank entleeren (div.) �

� + X ?

�� Spezifikationszuwachs?

� Produktivität �

� Neue Fruchtartspezifika �

� Bauraum/ Leistungsdichte � !!!

� Regelverhalten �

� Verfügbarkeit �

�� Mehr Flexibilität gefordert?

� weltweite Beschaffung �

� neue Varianten �


� Was bringt die Zukunft?


0

100

200

300

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500

600

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Flachriemen �Verbundriemen

Zugstrang Polyester �Aramid

Breitkeilriemen CR �EPDM

Zugstrang Aramid�Aramid hochfest + verstärkter Kern

???

Motorleistung [kW]

Keilriemenantriebe – genug Potential?� Was lernen wir aus der Vergangenheit?

+ zahlreiche Systemverbesserungen in vielen Anwendungen


Antriebe im Mähdrescher� Ausgangslage und Rahmenbedingungen

vorwiegend Kombinationen aus Hydraulik und diversen Zahnradgetrieben üblich

vorwiegend Kombinationen aus Umschlingungs-und Zahnradgetrieben

Arbeitsbreite der Verfahrenstechnik:� 1700mm � relevant für Durchsatzleistung

Gesamtbreite 2990mmFahrantrieb

Antriebe Verfahrenstechnik


Antriebe im Mähdrescher� verwendete Keilriemen

Gesamtbreite 2990mm

Keilriemen in der Landtechnik � Spezialentwicklungen

Arbeitsbreite der Verfahrenstechnik:� 1700mm � relevant für Durchsatzleistung

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


� Mathematik

� Komponente und Werkstoffe

� vielfältige Parameter zu beachten


Antriebe im Mähdrescher� Grundlagen zu Keilriemen

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Übertragbares Drehmoment steigern:� Vorspannung +� Profilwinkel +� Umschlingungswinkel +� gesteigerte Reibwerte +

� Riemengeschwindigkeit +

Performanz Antrieb

Gebrauchs-eigenschaften

Fertigungs-prozesse

Verfahren

Maschinen und Anlagen

Prozess-parameter

Materialien

Installation im Fahrzeug

Montage

Rand-bedingungen

Oberflächen

Verschmutzung

Präzision

Leistungsdichte

Komponente

Geometrie

Profil

Verzahnung

Präzision

Material

Zugstrang

Matrix

Aufbau

System

Geometrie

Durchmesser

Breite

Konzeption insgesamt

DrehzahlplanDirektantrieb

Untersetzungs-getriebe

Vorspannungstatisch

dynamisch11.09.2013 Tilly | Keilriemenantriebe – genug Potential für zukünftige Großmähdrescher?10

Potentialanalyse Keilriemenantriebe für Mähdrescher� Strukturbaum

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Umsetzungsbeispiel� Vorsatzantrieb Baureihe LEXION

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wesentliche Anforderungen

� hoher Wirkungsgrad im gesamten Arbeitsbereich

� PNenn = 200 kW

� nVorsatz= 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

Quelle: Furmaniak , Tilly VDI Fachtagung Landtechnik 2012

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Umsetzungsbeispiel� Vorsatzantrieb Baureihe LEXION

Variante XL

Variante L

Variante M

Variante XXL

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� Hauptvorgelegewelle� Leistungsversorgung

� Einzugskanal � Antriebswelle Kettenförderer

� Anschluss Vorsatzgerät� Gelenkwelle (Pflücker beidseitig)

Ergebnis der Konzeption:Leistungsfähigkeit

+ 100% gegenüber Vorgänger

Quelle: Furmaniak , Tilly VDI Fachtagung Landtechnik 2012

Umsetzungsbeispiel� Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO


� Wendetrommelwelle� Leistungsversorgung

� Dreschtrommel� APS Trommel (optional)

wesentliche Anforderungen

� kostenoptimierte Basisvariante

� PNenn = +35 % vgl. Vorgänger

� nDreschtrommel = 650 U/min bis 1500 U/min

� optional � 280 U/min bis 1500 U/min (Dreschtrommelreduziergetriebe üblich)

� optional � „synchrone“ Wendetrommel darstellen

� hoher Wirkungsgrad im gesamten Arbeitsbereich

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Dreschwerk ohne APS Dreschwerk mit APS

Grundausstattung

+ Option Reduziergetriebe

+ Option synchrone Wendetrommel

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Aufgabenstellung

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Herausforderung primär� einfache Grundausstattung entwickeln!

Ergebnis der Konzeption:+ 35 % Leistungsfähigkeit gegenüber Vorgänger

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Berechnungsmethodik� Konzeption � Auslegung � Validierungsgrundlage

� Geometrie� Spanner� Trumkräfte/ Achslasten� Lebensdauer und Ermüdung� Lastkollektive


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 � Verspannungsprüfstände bei CLAAS� Kupplungsprüfstände u.a. bei CLAAS� Fahrzeugprüfstände bei CLAAS

� Fahrzeugtests � Dauerlaufversuche mit Langzeitdatenerfassung

Zusammenfassung

� Forderungen nach Leistungsdichte, Funktionen, Flexibilität, Qualität und Wirtschaftlichkeit

� Potentiale vorhanden in Systemlayout, Geometrie, Komponente und Werkstoff

� Erfolgsfaktoren �


Auslegung/ Konzeption

Zusammenarbeit Entwicklungspartner

Entwicklungsmethoden

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.


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