Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der Feldh\u00e4cksler hat sich in den vergangenen Jahren zur Schl\u00fcsselmaschine in der Silagekurzgutkette entwickelt. Bei zunehmenden Motorleistungen treten jedoch zwei Probleme in den Vordergrund: Zum einen verringern sich durch die weitgehend starre Kopplung der angetriebenen Bauteile im H\u00e4cksler die Wirkungsgrade und f\u00fchren zu einem \u00fcberh\u00f6hten Energiebedarf mit negativen \u00f6konomischen und \u00f6kologischen Effekten. Zum anderen kann die geforderte gleichm\u00e4\u00dfige H\u00e4cksell\u00e4nge ohne \u00dcberl\u00e4ngen nicht mehr garantiert werden, weil objektiv arbeitende Hilfsmittel zur Erkennung der Messersch\u00e4rfe und zur st\u00e4ndigen Nachstellung der Gegenschneide fehlen. Als Probleml\u00f6sungen bieten sich an: Entwicklungen im Bereich elektrischer Antriebstechnik erm\u00f6glichen entkoppelbare L\u00f6sungsans\u00e4tze bei gesteigerten Wirkungsgraden. Deren Eignung f\u00fcr den mobilen Einsatz in Erntemaschinen soll vergleichend zur kon-ventionellen Technik bewertet und die m\u00f6glichen Potentiale quantifiziert werden (Teilziel 1). F\u00fcr garantiert gleichbleibende H\u00e4cksell\u00e4ngen soll ein neuer und vielversprechender Ansatz \u00fcber intelligente W\u00e4lzlager versucht werden. Diese sollen mit ihren sensorischen M\u00f6glichkeiten zur Erkennung nachlassender Mes-sersch\u00e4rfe und schlecht eingestellter Gegenschneiden herangezogen werden. Zudem ist zu untersuchen, inwieweit die Belastungssignale aus den Vorpresswalzen und der H\u00e4ckseltrommel das Antriebsstrang-management positiv beeinflussen k\u00f6nnen (Teilziel 2).<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEine Aufgliederung der beiden Teilziele in je drei Versuchseinheiten erlaubt eine parallele Bearbeitung:
\nTeilziel 1:
\nI-I Entwicklung eines diesel-elektrisch betriebenen Maiserntevorsatzes als Grundlage f\u00fcr eine vergleichende Bewertung hydraulisch-mechanischer und elektrischer Antriebssysteme
\nI-II Feldversuche als Grundlage f\u00fcr Pr\u00fcfstandsversuche zur Ermittlung typischer Antriebsbelastungen zur Steuerung des Pr\u00fcfstandes und Validierung der Pr\u00fcfstandsversuche
\nI-III Pr\u00fcfstandsversuche zur reproduzierbaren Ermittlung der Triebstrangwirkungsgrade und Bewertung des hydraulisch-mechanischen und elektrischen Vorsatzantriebes
\nTeilziel 2:
\nII-I Grundlegende Pr\u00fcfstandsversuche zur Messgr\u00f6\u00dfenbereitstellung f\u00fcr Steuerungs- und Regelungsprozesse und Zustands\u00fcberwachung
\nII-II Feldversuche zur Messgr\u00f6\u00dfenbereitstellung f\u00fcr Steuerungs- und Regelungsprozesse, Zustands\u00fcberwachung (Condition Monitoring) und Betriebsdatendokumentation
\nII-III Signalcharakterisierung und systemtheoretische Bewertung<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Auf Basis von in Feldversuchen gewonnenen Lastkollektiven der hydraulischen Antriebe wurde ein die-selelektrischer Antriebsstrang f\u00fcr Vorsatz und Einzug eines selbstfahrenden Feldh\u00e4ckslers aufgebaut und in eine Serienmaschine vollst\u00e4ndig integriert. Zur Bewertung des Wirkungsgradverhaltens wurden Vorsatz und Einzug gleichzeitig \u00fcber den Leistungsmesswagen der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft dynamisch belastet. Wobei diese Belastungszyklen die typischen Lastschwankungen mit Lastniveau und Gradient und Wechselwirkungen zwischen beiden Baugruppen statistisch nachbilden.
\nDiese Pr\u00fcfstandsversuche zu station\u00e4ren und dynamischen Betriebspunkten zeigen deutliche Wirkungsgradunterschiede zwischen dem serienm\u00e4\u00dfig hydraulischen und dem neuen elektrischen Triebstrang auf. Der Einsatz elektrischer Baugruppenantriebe w\u00fcrde den Wirkungsgrad in der Leistungs\u00fcbertragung von ca. 70 % auf 85 % unter Volllast bei typischen Einsatzbedingungen erh\u00f6hen. Im Teillastbereich vergr\u00f6\u00dfert sich der Vorteil weiter auf \u00fcber 25 %, da die elektrische Leistungs\u00fcbertragung eine wesentlich geringere Lastabh\u00e4ngigkeit aufweist als die hydraulische.
\nAllerdings liegt der Schl\u00fcssel f\u00fcr einen Serieneinsatz der elektrischen Antriebe in mobilen Arbeitsmaschinen in der Optimierung der Elektromaschinen hinsichtlich Leistungsgewichts. Im Projekt wurden Antriebe mit einem Leistungsgewicht von ca. 6 kg\/kW verbaut, hochspezialisierte L\u00f6sungen erreichen hingegen die Vorgabe der hydraulischen Komponenten von ca. 1 kg\/kW. Die Funktionssicherheit wurde in Feldversuchen 2006 beim Ernten von \u00fcber 100 ha Silomais unter Beweis gestellt.
\nIm Bereich des Intelligenten Kugellagers konnten mit dem entworfenen und gebauten Pr\u00fcfstand die grunds\u00e4tzlichen Untersuchungen zur Eignung der Intelligenten W\u00e4lzlager f\u00fcr landtechnischen Einsatz erfolgreich durchgef\u00fchrt werden. Das steady state – Verhalten der untersuchten Konfigurationen kann durchaus positiv eingesch\u00e4tzt werden. Sowohl Radialkraft und Lastwinkel als auch Drehzahl sind durch lineare abh\u00e4ngigkeit einfach zu kalibrieren und mit hoher Grundgenauigkeit von \u00b1 1 % zu erfassen. Auf Seiten des dynamischen Verhaltens hingegen zeigen die verwendeten Prototypen noch gravierende Einschr\u00e4nkungen. Bisherige Einschwingzeiten von 6 bis 40 s stellen die Nutzung f\u00fcr landtechnische Regelungsaufgaben in Frage, allerdings zeigt die Auswertung von Rohsignalen auf, dass auch im Bereich von Millisekunden Verh\u00e4ltnisse abgebildet werden k\u00f6nnen. Bedingt durch die versp\u00e4tete Verf\u00fcgbarkeit und wenig ausgepr\u00e4gte Robustheit der Prototypen war der geplante Feldeinsatz w\u00e4hrend der Erntekampagne 2006 nicht m\u00f6glich.
\nDie derzeit verf\u00fcgbaren aufbereiteten Sensordaten erm\u00f6glichen bereits eine Zustands\u00fcberwachung als Grundlage f\u00fcr ein Teleservice-Konzept oder Betriebsdokumentaion jeweils basierend auf Temperatur, Unwucht und mittlerer Radiallast. Mittels Softwareadaption ist auch die Einstellung der Gegenschneide realisierbar. Als kritisch wird hingegen die Auswertung des Radiallastsignals zur Detektion von Lastschwankungen f\u00fcr die dynamische Ansteuerung der Baugruppen eingestuft. Gleiches gilt f\u00fcr den Einsatz als Sensor zur Ertragsermittlung. Selbst mit dem jetzigen Dynamikbereich beim Lastwinkel erscheinen leichte Lastwinkelverschiebungen durch unscharfe Messer bzw. nicht optimal eingestellter Gegenschneide auswertbar. Hier handelt es sich um eine kontinuierlich anwachsende bzw. konstante Verschiebung von einem idealen Ausgangswert, der relativ zum optimalen Wert bestimmt werden kann.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
–\tGallmeier, M., Auernhammer, H.: Test cycles for dynamic testing and simulation of agricultural equipment. Proceedings of the CIGR World Congress, Bonn, 2006
\n–\tGallmeier, M., Auernhammer, H.: Bewertung stufenloser Antriebssysteme in Arbeitsmaschinen. Workshop VDMA & TH Karlsruhe Hybridantriebe f\u00fcr mobile Arbeitsmaschinen, Karlsruhe, 2007
\n–\tGallmeier, M.: Elektrische Baugruppenantriebe – eine Alternative zur Hydraulik?. Landtechnik SH(1\/07), 2007
\n–\tGallmeier, M., Auernhammer, H.: Hydraulic and electric drivelines for mobile working machines. Proceedings of the Conference Agricultural Engineering 07, Hannover, 2007
\n–\tOstermeier, R., Auernhammer, H.: Intelligent Bearing- a New Sensor for Agricultural Engineering Applications. Proceedings of the Conference Agricultural Engineering 07, Hannover, 2007
\n–\tPr\u00e4sentation der Ergebnisse bei der Agritechnika 2007 am Stand des Lehrstuhl f\u00fcr Agrarsystemtechnik der TU M\u00fcnchen<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Elektrische Antriebe erm\u00f6glichen eine dynamische Baugruppenversorgung bei wesentlich gesteigertem Wirkungsgrad als die bisher serienm\u00e4\u00dfige Hydraulik. Handlungsbedarf um Serienreife zu erlangen besteht allerdings im Bereich des Leistungsgewichts. Dahingehend optimierte L\u00f6sungen zeigen die Machbarkeit auf. Auf Seiten des Intelligenten W\u00e4lzlagers zeigt sich interessantes Potential f\u00fcr eine landtechnische Anwendung, wenn die aufgezeigten Defizite bei der Weiterentwicklung ber\u00fccksichtigt und bew\u00e4ltigt werden. Aber bereits mit der jetzigen Ausbaustufe und leichten Softwareadaptionen w\u00fcrde ein Feldtesteinsatz Sinn machen. Zusammenfassend scheint eine Verbrauchssenkung um 15 % auf obigen Ans\u00e4tzen basierend realisierbar<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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