Getriebeberechnung Leistungsstarke Getriebe im Feldeinsatz

Für Antriebe in Landwirtschaftsmaschinen gilt: komplexe, anspruchsvolle Lastverzweigungen, leistungsstark und robust. In der Produktion ist daher ein enges Zusammenspiel zwischen Berechnung und Fertigung gefragt.

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Bei den Gras- und Maiserntemaschinen der Firma Krone sind zur Leistungsverzweigung robuste geradverzahnte Kegelräder im Einsatz.
Bei den Gras- und Maiserntemaschinen der Firma Krone sind zur Leistungsverzweigung robuste geradverzahnte Kegelräder im Einsatz.
(Bild: Krone)

Mit der Technologisierung der Landwirtschaft steigen auch die Belastungen in den Antrieben der Landmaschinen. Zudem nimmt der wirtschaftliche Druck im Landwirtschaftssektor stetig zu. Das fordert auch die Produktion, in der Fertigung der einzelnen Maschinenelemente beispielsweise Zahnräder sowie Wellen zu optimieren, Fertigungsaufmaße zu minimieren und die Qualitätssicherung effizient zu gestalten. Genaue Berechnungen während der Konstruktionsphase spielen dabei für eine reibungslose Fertigung ein wichtige Rolle. Geeignete Berechnungsprogramme liefert Kisssoft.

Die Firmen GKN und Krone sind Zulieferer für Hersteller von Landmaschinen, Baumaschinen und Umwelttechnik im Bereich der spezifischen Getriebe und Antriebssysteme.

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Auslegung von Antriebssträngen

Bei der Systemauslegung stehen die Kompaktheit der Getriebe, Zuverlässigkeit und Effizienz im Vordergrund. Insbesondere bei selbstfahrenden Arbeitsmaschinen liegt aufgrund der stetig steigenden Arbeitsbreiten und Motorleistungen der Fokus auf Gewichtsreduzierung.

Bild 1: Mähdrescher-Motorabtrieb mit innenliegenden Kupplungen und aktiver Umlaufschmierung.
Bild 1: Mähdrescher-Motorabtrieb mit innenliegenden Kupplungen und aktiver Umlaufschmierung.
(Bild: Kisssoft)
Dem gegenüber steht die zunehmende Integration von Schaltfunktionen und Sensorik im Hinblick auf die Getriebe.

Bei dem Mähdrescher-Motorabtrieb in Bild 1 handelt es sich um ein Verteilergetriebe mit zwei innenliegenden Kupplungen und einer aktiven Umlaufschmierung, welche gleichzeitig zur Betätigung, Kühlung und Schmierung der Kupplungen dient.

Bild 2: ORBIS-Maisschneidewerksgetriebe mit integriertem Freilauf.
Bild 2: ORBIS-Maisschneidewerksgetriebe mit integriertem Freilauf.
(Bild: Kisssoft)

Das Getriebe für das ORBIS-Maisschneidwerk der Firma Claas in Bild 2 spreizt die Eingangsdrehzahl in eine hohe Messerdrehzahl zum Schneiden und eine langsame Drehzahl zum Transport der Maisstengel, wobei der integrierte Freilauf mit Bremse ein Nachlaufen der Messerscheibe aus Sicherheitsgründen begrenzt.

Gehäuseverformung im Leichtbau beachten

In der Auslegung der Getriebe nutzt GKN Walterscheid Kisssys – den Systemaufsatz zu Kisssoft – intensiv, welche mit frei definierbaren Kinematiken die Abbildung sämtlicher Antriebsarten ermöglicht. Die Anwendung von Lastkollektiven ist unerlässlich bei der Berücksichtigung der auftretenden Lasten. Eine Zahnkontaktanalyse stellt dabei sicher, dass die Wellendurchbiegungen keinen nennenswerten Einfluss auf den Zahneingriff haben. Der zunehmende Trend zu Leichtbaustrukturen und Aluminiumgehäusen erfordert auch die Berücksichtigung der Gehäuseverformung aus FE-Rechnungen in der Zahnkontaktanalyse und Wälzlagerberechnung. Mit der Modellierung des kompletten Antriebssystems in Kisssys lassen sich verschiedene Getriebevarianten hinsichtlich Bauraum, Gesamtwirkungsgrad und Gewicht beurteilen und optimieren. Zusammenfassend bringt die Systembetrachtung eine deutliche Zeitersparnis und Reduktion von Fehlermöglichkeiten während des Entwicklungsprozesses.

Berechnungen auf Einzelelementebene

Parallel zu den Berechnungen auf Systemebene sind mit Kisssoft auch Berechnungen für einzelne Maschinenelemente möglich und werden häufig nachgefragt. Auf diese Funktionalitäten setzt auch die Maschinenfabrik Bernard Krone. Das Unternehmen setzt in Konstruktion und Entwicklung für alle Neuentwicklungen Kisssoft ein – und zwar zur Feinauslegung für Stirnräder und Kegelräder sowie zur Wellen- und Lagerberechnung. Bei den Maisernte-Maschinen sind zur Leistungsverzweigung robuste geradverzahnte Kegelräder im Einsatz. Mit dem Zusammenspiel der jahrelangen Erfahrungen aus dem Feldeinsatz und den Tragfähigkeitsberechnungen ist es Krone möglich, sehr gezielt neue Auslegungen zu erstellen, welche die gestellten Anforderungen erfüllen.

Herstellsimulation für meherer Bearbeitungsschritte

Zudem setzt Krone das Berechnungsprogramm zur Überprüfung der Zahnradfertigung ein. Die einsatzgehärteten Zahnräder werden mit Fräsern vorgefräst, welche einen Kopfkantenbruch erzeugen; sogenannte „Semi-Topping“-Werkzeuge und Protuberanz, um bei der abschließenden Bearbeitung der Zahnflanke eine Kerbe im Zahnfußradius zu vermeiden. Mit Kisssoft ist die Herstellsimulation für mehrere Bearbeitungsschritte möglich. In übersichtlichen Grafiken werden die maßgebenden Informationen wie Kopf- und Fußformkreise dargestellt. Ebenfalls wichtig sind die Informationen für die effektive Überdeckung des Zahneingriffs, welche sich im Berechnungsprogramm aus der tatsächlichen Zahnform ableiten lässt. Die Herstellzeichnungen runden die Zeichnungsdokumentation ab.

Der Getriebebau in der Landwirtschaft stellt heute genauso hohe Anforderungen an die optimierte Auslegung wie andere Branchen im Maschinenbau. Anwender erwarten dabei von einem Softwareprogramm, dass es von Festigkeitsberechnungen über Stirnradfräser-Definition bis zur Produktionsqualität und Herstellungszeichnung alle Punkte abdeckt. Mit Kisssoft und Kisssys ist hierzu ein Werkzeug verfügbar, welches den Anwender vom Konzept bis zur Fertigung bei den vielfältigen Aufgaben begleitet und unterstützt. (sh)

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