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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11.09.2013
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Keilriemenantriebe – genug Potential?
Gab es Veränderungen?
1960 MATADOR GIGANT
2013 LEXION 780
Leistung
Funktionen
Vielfruchttauglichkeit
Komfort
Lebensdauer
2020 3
11.09.2013
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?
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.)
+X
?
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Mehr Flexibilität gefordert?
weltweite Beschaffung
neue Varianten
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Keilriemenantriebe – genug Potential?
Was lernen wir aus der Vergangenheit?
600
Motorleistung [kW]
500
400
300
200
100
0
1950
1960
1970
1980
1990
Flachriemen
Verbundriemen
2000
2010
2020
Breitkeilriemen CR
EPDM
Zugstrang Polyester
Aramid
Zugstrang Aramid
Aramid hochfest +
verstärkter Kern
???
+ zahlreiche Systemverbesserungen in vielen Anwendungen
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Antriebe im Mähdrescher
Ausgangslage und Rahmenbedingungen
Fahrantrieb
Gesamtbreite 2990mm
vorwiegend Kombinationen aus Hydraulik
und diversen Zahnradgetrieben üblich
Antriebe Verfahrenstechnik
vorwiegend Kombinationen aus Umschlingungsund Zahnradgetrieben
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11.09.2013
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Arbeitsbreite der Verfahrenstechnik:
1700mm relevant für Durchsatzleistung
Antriebe im Mähdrescher
verwendete Keilriemen
Gesamtbreite 2990mm
Keilriemen in der Landtechnik Spezialentwicklungen
Arbeitsbreite der Verfahrenstechnik:
1700mm relevant für Durchsatzleistung
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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
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11.09.2013
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Antriebe im Mähdrescher
Grundlagen zu Keilriemen
Mathematik
∗ ∗
∗
α !"#!$%"
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Komponente und Werkstoffe
vielfältige Parameter zu beachten
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11.09.2013
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Übertragbares Drehmoment steigern:
Vorspannung
+
Profilwinkel
+
Umschlingungswinkel
+
gesteigerte Reibwerte
+
Riemengeschwindigkeit
+
Potentialanalyse Keilriemenantriebe für Mähdrescher
Strukturbaum
Fertigungsprozesse
Gebrauchseigenschaften
Installation im
Fahrzeug
Verfahren
Materialien
Maschinen und
Anlagen
Prozessparameter
Montage
Oberflächen
Randbedingungen
Verschmutzung
Präzision
Profil
Geometrie
Performanz
Antrieb
Verzahnung
Präzision
Komponente
Zugstrang
Material
Matrix
Aufbau
Leistungsdich
te
Durchmesser
Geometrie
Breite
Konzeption
insgesamt
System
Direktantrieb
Drehzahlplan
Untersetzungsgetriebe
statisch
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Vorspannung
dynamisch
Umsetzungsbeispiel
Vorsatzantrieb Baureihe LEXION
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
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Quelle: Furmaniak, Tilly VDI Fachtagung Landtechnik 2012
Umsetzungsbeispiel
Vorsatzantrieb Baureihe LEXION
Variante M
Hauptvorgelegewelle
Leistungsversorgung
Einzugskanal
Antriebswelle Kettenförderer
Anschluss Vorsatzgerät
Gelenkwelle (Pflücker beidseitig)
Variante L
Variante XL
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Ergebnis der Konzeption:
Leistungsfähigkeit
+ 100%
gegenüber Vorgänger
Variante XXL
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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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Umsetzungsbeispiel
Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO
Dreschwerk ohne APS
Dreschwerk mit APS
Grundausstattung
+ Option Reduziergetriebe
+ Option synchrone Wendetrommel
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Umsetzungsbeispiel
Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO
Herausforderung primär
einfache Grundausstattung entwickeln!
Aufgabenstellung
Ergebnis der Konzeption:
+ 35 % Leistungsfähigkeit gegenüber Vorgänger
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11.09.2013
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Berechnungsmethodik
Konzeption Auslegung Validierungsgrundlage
Geometrie
Spanner
Trumkräfte/ Achslasten
Lebensdauer und Ermüdung
Lastkollektive
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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
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Zusammenfassung
Forderungen nach Leistungsdichte, Funktionen, Flexibilität, Qualität und Wirtschaftlichkeit
Potentiale vorhanden in Systemlayout, Geometrie, Komponente und Werkstoff
Erfolgsfaktoren Auslegung/ Konzeption
Entwicklungsmethoden
Zusammenarbeit
Entwicklungspartner
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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!
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