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Doctoral Thesis
2011
Untersuchungen zur Bewertung stufenloser Fahrantriebe für Mähdrescher
Untersuchungen zur Bewertung stufenloser Fahrantriebe für Mähdrescher
Abstract (English)
Due to changes in the general ecologic and economic conditions for European agriculture, the discussions on agricultural engineering have taken the efficiency and the performance of drive concepts into account, recently. At this, focus is laid on the wheel drive since this is the main drive for tractors and even in self-propelled harvesting machines it requires a large amount of the power of the combustion engine. Because of its specific characteristics like reversibility and continuously variable adjustment, the wheel drive of the combine harvester and its continuously variable torque converter have special requirements on drive technology. Therefore, the torque converter is investigated in this thesis which is aimed at analysing different, continuously variable torque converters for wheel drives of combine harvesters to detect basics for their evaluation.
After examining the theoretical foundations of continuously variable torque converters a hydrostatic and an electric torque converter are chosen for further testing. The hydrostatic torque converter mainly consists of a variable displacement pump, an electronic control unit and a variable displacement motor, while the electric torque converter is assembled from a generator and an electric motor which are controlled via the power electronics of inverters. After design and parallel setup of the torque converters, both of them are mounted to the same combine harvester. Afterwards comparative tests are carried out with this combine. To get a wide basis for the evaluation of the torque converters, the different operating conditions which occur within the operation of a combine harvester were covered by the use of four separate operating ranges. These are:
? Standby (operation of the torque converter at 0 speed to determine the standby power)
? Field work (operation of the torque converter at partial load during harvest)
? On-road drive (operation of the torque converter at partial load during transfer)
? Full load (operation of the torque converter at heavy drawbar pull)
Abstract (German)
Bedingt durch die Veränderung der ökologischen und ökonomischen Rahmenbedingungen in der europäischen Landwirtschaft stehen seit einigen Jahren auch die Effizienz und die Leistungsfähigkeit von Antriebskonzepten in der landtechnischen Diskussion. Hierbei wird besonderes Augenmerk auf den Fahrantrieb gelegt, da dieser bei Ackerschleppern den Hauptantrieb darstellt und auch bei selbstfahrenden Erntemaschinen einen großen Anteil der Verbrennungsmotorleistung beansprucht. Aufgrund seiner Besonderheiten wie beispielsweise Stufenlosigkeit und Reversierbarkeit stellt der Mähdrescherfahrantrieb insbesondere durch den stufenlosen Wandler hohe Ansprüche an die Antriebstechnik. Er wird daher im Rahmen der vorliegenden Arbeit einer detaillierten Betrachtung unterzogen. Ziel ist es, unterschiedliche, stufenlose Wandler für Mähdrescherfahrantriebe zu untersuchen, einander gegenüberzustellen und Grundlagen für deren Bewertung zu erarbeiten. Nach Auswertung der theoretischen Grundlagen stufenloser Wandler werden ein hydrostatischer und ein elektrischer Wandler zur näheren Betrachtung ausgewählt. Der hydrostatische Wandler besteht im Wesentlichen aus Verstellpumpe, elektronischer Reglereinheit und Verstellmotor, während der elektrische Wandler aus Generator und Elektromotor aufgebaut ist, welche jeweils über die Leistungselektronik eines Umrichters geregelt werden. Nach Auslegung und parallelem Einbau beider Wandler in den gleichen Versuchsmähdrescher werden mit dem Mähdrescher Untersuchungen zum Vergleich der Wandler durchgeführt.
Um eine möglichst breite Basis für die Bewertung der Wandler zu schaffen, werden die unterschiedlichen, im Einsatzprofil eines Mähdreschers auftretenden Betriebsbedingungen durch vier verschiedene Betriebsbereiche abgedeckt. Im Einzelnen sind dies:
? Standlauf (Betrieb des Wandlers bei Fahrgeschwindigkeit 0 zur Ermittlung der Betriebsbereitschaftsleistung)
? Feldarbeit (Teillastbetrieb des Wandlers beim Ernteeinsatz)
? Straßenfahrt (Teillastbetrieb des Wandlers bei Umsetzfahrten)
? Volllast (Betrieb des Wandlers bei hohen Zugkräften)
Die Versuche zur Ermittlung der Betriebsbereitschaftsleistung PBB zeigen, dass diese in hohem Maße von der Eingangsdrehzahl nWE der Wandler abhängig ist. Während sich für den elektrischen Wandler eine lineare Abhängigkeit von nWE ergibt, weist die Betriebsbereitschaftsleistung beim hydrostatischen Wandler sowohl eine lineare Abhängigkeit von der Wandlereingangsdrehzahl als auch eine nicht lineare Abhängigkeit von der kinematischen Viskosität des Hydrauliköles ν auf. Über den gesamten Verstellbereich der Eingangsdrehzahl ist die Betriebsbereitschaftsleistung für den elektrischen Wandler größer als für den hydrostatischen Wandler. Allerdings lässt sich die Betriebsbereitschaftsleistung durch eine Verringerung der Spannung UZK des Gleichstromzwischenkreises absenken. Grundsätzlich ergeben die Untersuchungen zur Ermittlung der Betriebsbereitschaftsleistung, dass diese bei Nenndrehzahl im Bereich von 5 bis 10 % der Nennleistung PN des Verbrennungsmotors beträgt. Maßnahmen zur Reduzierung der Betriebsbereitschaftsleistung sind somit zur Verbesserung der Wirkungsgrade der Wandler besonders wichtig. Die Untersuchungen während der Feldarbeit zeigen relativ niedrige Wirkungsgrade. Dies wird durch zwei Umstände bedingt. Einerseits stellt der durch die Betriebsbereitschaftsleistung hervorgerufene Grundverbrauch speziell im Bereich sehr niedriger Fahrleistungen einen signifikanten Anteil an der aufgenommenen Eingangsleistung des jeweiligen Wandlers PWE dar, andererseits werden die Wandler durch deren hohe installierte Leistung für die Straßenfahrt im Feld nur wenig belastet und arbeiten somit kontinuierlich im unteren Teillastbereich. Die Reduzierung der Betriebsbereitschaftsleistung durch Verringerung der Zwischenkreisspannung UZK wird auch während der Feldversuche durch die Erhöhung des Wirkungsgrades η des elektrischen Wandlers nachgewiesen. Bei beiden Wandlern lassen die Feldversuche einen Anstieg des Wirkungsgrades bei konstanter Leistung mit steigendem Drehmoment erkennen. Während des Feldeinsatzes, bei dem sich der Mähdrescher meist im Hauptarbeitsbereich zwischen 4 und 8 km/h bewegt, ist das Leistungs-Verlustverhalten beider Wandler in weiten Teilen nahezu identisch.
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Notes
Publication license
Publication series
Forschungsbericht Agrartechnik des Fachausschusses Forschung und Lehre der Max-Eyth-Gesellschaft Agrartechnik im VDI (VDI-MEG); 499
Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Agricultural Engineering
Examination date
2011-06-07
Supervisor
Edition / version
Citation
Identification
DOI
ISSN
ISBN
978-3-8440-0296-6
Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Original object
Free keywords
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Bernhard2011,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/5529},
author = {Bernhard, Björn},
title = {Untersuchungen zur Bewertung stufenloser Fahrantriebe für Mähdrescher},
year = {2011},
school = {Universität Hohenheim},
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