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Über dieses Buch

Im vorliegenden Buch wird die Funktionsintegration am Beispiel eines elektrischen Antriebes in mobilen Arbeitsmaschinen erklärt und umgesetzt. Bisher wurde die Funktionsintegration noch nicht in mobilen Arbeitsmaschinen vorgenommen. Es wurden die Antriebsarten Mechanik, Hydraulik und Elektrik nach verschiedenen Bewertungskriterien miteinander verglichen und bewertet.

Der Stand der Technik zu elektrischen Antrieben in Landmaschinen wurde umfassend und vollständig von der ersten Verwendung im 19. Jahrhundert bis heute recherchiert und beschrieben.

Mit eingeführten und berechneten Komplexitätskosten kann die Komplexität eines elektrischen Antriebsstranges mit dem üblichen mechanischen Antriebsstrang in der Konzeptphase abgeschätzt werden. Der funktionsintegrierte elektrische Antrieb wurde im Prüfstand und im Labor mit dem Stand der Technik und mit im Feld aufgenommenen Daten verglichen. Als Vorteile der Funktionsintegration elektrischer Antriebe werden die bessere Leistungsdichte und Leistungsgewicht beschrieben. Nachteilig wirken sich der höhere Konstruktionsaufwand und die derzeit hohen Kosten der Materialien für die elektrischen Antriebe aus.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Seit der Mensch Getreide als Nahrungsmittel nutzt, werden Methoden und Werkzeuge entwickelt, um das Korn aus der Ähre zu trennen. Es bedurfte jahrzehntelanger und intensiver Entwicklungsprozesse, bis sich der heute bekannte Mähdruschprozess als selbstverständlich herausstellte. Die Erfindung des Mähdreschers hat das Getreidedruschverfahren grundlegend verändert [1] und die Ernteverfahren hinsichtlich Energie- und Arbeitskräfteeinsatz, Produktivität und Qualität verbessert.

Wolfgang Aumer

Kapitel 2. Funktionsintegration von Antrieben in mobilen Arbeitsmaschinen

In diesem Kapitel wird die Funktionsintegration genauer definiert. In einer Gegenüberstellung zwischen der Differenzial- und Integralbauweise mit der Funktionsintegration werden die Vor- und Nachteile sichtbar. Es folgt die Beschreibung der Funktionsintegration nach Wirkräumen und Wirkflächen. Abschließend werden die möglichen Antriebsarten miteinander verglichen und auf ihre Fähigkeit bezüglich der Funktionsintegration untersucht.

Wolfgang Aumer

Kapitel 3. Antriebssysteme in mobilen Arbeitsmaschinen

Die schematische Leistungsaufteilung, vom Leistungserzeuger über die Leistungsverteilung bis hin zum Leistungsverbraucher wird nachfolgend anhand eines selbstfahrenden Mähdreschers aufgezeigt. Anschließend werden die Funktionsprinzipe der Mechanik, Hydraulik und der Elektrik beschrieben. Näher eingegangen wird dabei auf die Komponenten des elektrischen Antriebssystems.

Wolfgang Aumer

Kapitel 4. Entscheidungshilfen für die Bewertung von Antriebssträngen

In mobilen Arbeitsmaschinen werden mechanische und hydraulische Antriebe sehr häufig eingesetzt. In diesem Kapitel werden Entscheidungshilfen für den Einsatz elektrischer Antriebssysteme in Landmaschinen erarbeitet. Es erfolgt dabei eine Einteilung in Komplexitätsklassen, die die erhöhte Komplexität mechanischer bzw. hydraulischer Antriebsstränge im Vergleich zu elektrifizierten ausdrücken. Hierzu wird zu Beginn beschrieben, wie die Effizienz in mobilen Arbeitsmaschinen bewertet wird. Mit der Amortisation der Kosten für den Anwender endet dieses Kapitel.

Wolfgang Aumer

Kapitel 5. Forschungen und Entwicklungen zu elektrischen Antrieben in Landmaschinen

Der Einsatz elektrischer Antriebe in mobilen Landmaschinen wurde bereits im 19. Jahrhundert untersucht und umgesetzt. Nachfolgend wird der Stand der Technik und Wissenschaft zu elektrischen Antrieben in mobilen Landmaschinen aufgezeigt. Beginnend mit historischen Entwicklungen, über den Antrieb von Funktionselementen bis hin zu Traktionsantrieben, sowie Forschungsstudien werden deren Intentionen dargestellt.

Wolfgang Aumer

Kapitel 6. Entwicklungsstudie der Funktionsintegration für den Dreschtrommelantrieb

In diesem Kapitel wird gezeigt, wie die Funktionsintegration anhand des Dreschtrommelantriebes in die Praxis umgesetzt wurde. Die Zielstellung ist, einen direkten Vergleich für den Antriebsstrang des Funktionselementes Dreschtrommel zu ermöglichen. Ausgehend von der Leistungsquelle Dieselmotor bis zur Dreschtrommel, wurden der konventionelle mechanische und der elektrische Antriebsstrang inklusive des Antriebsmotor hinsichtlich Leistungsgewicht, Leistungsdichte, Wirkungsgrad und Kosten untersucht und bewertet. Für den mechanischen Dreschtrommelantriebsstrang wurden die derzeit auf dem Markt verfügbaren selbstfahrenden Mähdrescher als Vergleichsmaßstab herangezogen.

Wolfgang Aumer

Kapitel 7. Prüfstanduntersuchungen für die Ermittlung der Kennfelder

Das elektrische und thermische Kennfeld des entwickelten Dreschtrommelantriebes wurde auf dem Prüfstand aufgenommen. Die Beschreibung des Prüfstandes und die Vorgehensweise zur Ermittlung der Kennfelder werden in diesem Kapitel erläutert. Dazu werden der Prüfaufbau und die einzelnen mechanischen Verlustquellen beschrieben. Abschließend werden die Ergebnisse präsentiert.

Wolfgang Aumer

Kapitel 8. Laborversuche zur Funktionsüberprüfung im Materialfluss

Nachfolgend wird der Nachweis des Einsatzes des elektrischen Antriebes in der Dreschtrommel für deren Einsatz erbracht. Dazu wurden Dreschversuche im Labor in Abhängigkeit des Durchsatzes des Dreschgutes unternommen. Beginnend mit der Beschreibung der Versuchseinrichtung wird die Versuchsplanung und –durchführung aufgezeigt. Die Ergebnisse wurden mit denen konventioneller Antriebsstränge verglichen, deren Daten im Feld in selbstfahrenden Mähdreschern neuester Generator ermittelt wurden.

Wolfgang Aumer

Kapitel 9. Zusammenfassung

Mit der Funktionsintegration sind viele Vorteile verbunden. Sie erhöht die Leistungsdichte und verringert das Leistungsgewicht einer Funktionsbaugruppe und somit einer mobilen Arbeitsmaschine insgesamt. Anhand der Dreschtrommel für einen selbstfahrenden Mähdrescher wurde die Funktionsintegration durchgeführt.

Wolfgang Aumer

Kapitel 10. Ausblick

Mit dem Dreschtrommelantrieb wurde die Funktionsintegration eines elektrischen Antriebes in ein Funktionselement vollzogen. Es konnte neben der Funktionsfähigkeit im Entkörnungsprozess auch die Vorteile gegenüber herkömmlichen mechanischen Antriebssystemen dargelegt werden. Für weitergehende Untersuchungen sind noch technische Lösungen zu realisieren, um das Funktionsmuster des elektrisch funktionsintegrierten Dreschtrommelantriebes zu optimieren.

Wolfgang Aumer

Backmatter

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