Cleveres Hydraulikkonzept für selbstfahrende Feldhäcksler

Cleveres Hydraulikonzept für selbstfahrende Feldhäcksler
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November 2017

 

In selbstfahrenden Feldhäckslern der Serie 8000 setzt John Deere ein neues, gemeinsam mit Bosch Rexroth entwickeltes Hydraulikkonzept für Erntevorsatz- und Vorpresswalzenantrieb ein.

Die Kombination der hydrostatischen Kreise von Erntevorsatz- und Vorpresswalzenantrieb ermöglicht eine elegante Umsetzung von zwei wichtigen Zusatzfunktionen des Feldhäckslers: die Schleiffunktion für die Messer der Häckseltrommel und die Bremsfunktion für die Häckseltrommel. Beide Funktionen nutzen die Tatsache, dass die Erntevorsatzpumpe und die Häckseltrommel am selben Antrieb angebracht sind. Dadurch kann die Erntevorsatzpumpe zum hydrostatischen Antrieb oder Abbremsen der Häckseltrommel genutzt werden. Während des Erntebetriebs erfolgt der Antrieb der Häckseltrommel über einen Riemenantrieb. So wird eine hohe Effizienz des Hauptantriebs der Maschine gewährleistet.

Erntevorsatzantrieb

Der Erntevorsatzantrieb ist ein hydrostatischer Kreis mit Axialkolben-Verstellpumpe (A) in Schrägscheibenbauweise einschließlich einer elektronischen Proportionalregelung (EP) und einem Axialkolben-Konstantmotor (B) in Schrägachsenbauweise. Neben der Flexibilität in Bezug auf die Positionierung der hydrostatischen Einheiten ermöglicht dieser verstellbare Antrieb eine einfache Anpassung an verschiedene Erntevorsatztypen und eine elektronische Drehzahlregelung, beispielsweise für verschiedene Erntegeschwindigkeiten. Bei Überlast erfolgt eine automatische Drehmomentbegrenzung des Hydrauliksystems über die Hochdruckbegrenzungsventile der Pumpe (A). Ein Reversieren des Vorsatzes ist durch das Schwenken der Pumpe auf die andere Seite möglich.

Vorpresswalzenantrieb

Der Vorpresswalzenantrieb ist ein hydrostatischer Kreis mit Axialkolben-Verstellpumpe (C) in Schrägscheibenbauweise und einem Axialkolben-Verstellmotor (D) in Schrägachsenbauweise von Bosch Rexroth. Beide Einheiten besitzen eine elektronische Proportionalregelung (EP). Da die Häckseltrommel mit einer konstanten Drehzahl läuft, definiert der Vorpresswalzenantrieb die Schnittlänge des Ernteguts. Um den kompletten Bereich der Schnittlänge abzudecken, verfügt auch der Motor zusätzlich zur Pumpe über eine stufenlose variable Verstellung. Dies ermöglicht wiederum eine stufenlose Anpassung der Schnittlänge. Im Falle einer Überlastung ist das System mit einer „hydraulischen Kupplung“ ausgestattet: Durch Öffnen der Hochdruckbegrenzungsventile der Pumpe erfolgt eine Begrenzung des Drehmoments im Antrieb auf einen definierten Wert. So werden Schäden am Antriebssystem vermieden.

Ein weiterer Vorteil dieses Systems ist das mögliche Reversieren des Vorpresswalzenantriebs unabhängig von der Häckseltrommel. Dadurch lassen sich auch bei stehender Häckseltrommel Fremdkörper aus den Vorpresswalzen entfernen. Die Pumpe (C) wird hierfür auf die „andere Seite“ durchgeschwenkt und somit die Drehrichtung des Vorpresswalzenmotors (D) durch die Umkehr des Ölflusses reversiert.

Schnellstopp des Vorpresswalzenantriebs

Da der Antrieb der Vorpresswalze im geschlossenen hydrostatischen Kreis erfolgt, lässt er sich durch die „Umkehr der Hochdruckseite“ stoppen. So wird, um zu vermeiden, dass eintretende Fremdkörper die Häckseltrommel beschädigen, die Pumpe (C) so schnell wie möglich vom maximalen Schwenkwinkel Vgmax auf null geschwenkt und der Motor (D) gleichzeitig von seinem aktuellen Schluckvolumen Vg (je nach Geschwindigkeit/Schnittlänge) auf maximales Schluckvolumen Vgmax verstellt. Dadurch baut sich auf der Gegenseite des geschlossenen Kreises ein Bremsdruck auf. Der durch die Trägheit der Vorpresswalze angetriebene Motor wird innerhalb der erforderlichen Bremszeit gestoppt. Die patentierte Steuerung dieses Systems arbeitet zuverlässig, ohne zusätzliche hydraulische oder mechanische Bremsventile. Das Gewicht der Maschine wird reduziert, ein Verschleiß der Komponenten wird vermieden.

Bremsfunktion der Häckseltrommel

Sobald der Fahrer den Fahrersitz verlässt, muss die Häckseltrommel innerhalb einer bestimmten Zeit gestoppt werden, um potenzielle Verletzungen zu verhindern. Diese Funktion wird durch das Umschalten des Ventilblocks (E) ermöglicht. Hierfür wird die Erntevorsatzpumpe (A) mit der Vorpresswalzenpumpe (C) in einem neuen geschlossenen Kreis verbunden und der Vorpresswalzenmotor (D) auf Vg = 0 geschwenkt. Wie bereits erwähnt, ist die Erntevorsatzpumpe (A) am selben Antrieb der Häckseltrommel angebracht, das heißt direkt mit der Häckseltrommel verbunden. Die Massenträgheit der Häckseltrommel treibt also die Erntevorsatzpumpe (A) an und die Vorpresswalzenpumpe (C) wird auf Vg = 0 geschwenkt. Dadurch baut sich ein Bremsdruck auf, der die Häckseltrommel stoppt. Ein Druckbegrenzungsventil an der Vorpresswalzenpumpe (C) begrenzt dabei den maximalen Bremsdruck. Die Bremsleistung kann über den Schwenkwinkel der Erntevorsatzpumpe (A) angepasst werden. Für ein schnellstmögliches Stoppen wird die Erntevorsatzpumpe auf maximalen Schwenk­winkel gestellt. Das Stoppen der Häckseltrommel erfolgt somit ohne zusätzliche Komponenten.

Messerschleifen an der Häckseltrommel

Zum Messerschleifen erzeugt wiederum der Ventilblock (E) einen neuen hydrostatischen Kreis mit der Vorpresswalzenpumpe (C) und der Erntevorsatzpumpe (A). Für diese Funktion arbeitet die mit dem Häckseltrommelantrieb verbundene Erntevorsatzpumpe (A) nun als Motor und wird dabei von der Vorpresswalzenpumpe (C) angetrieben. Mit dem „Durchschwenken“ der Vorpresswalzenpumpe (C) auf die „andere Seite“ wird die Drehrichtung der Häckseltrommel umgekehrt, das heißt, sie rotiert rückwärts. Der Schleifstein wird zum Schärfen der Messer zugeführt. Auch für diese Funktion sind keine weiteren Komponenten erforderlich.

Intelligent verknüpft

Die Antriebe für Erntevorsatz und Vorpresswalze der 8000er-Serie selbstfahrender Feldhäcksler von John Deere kombinieren intelligent die beiden hydrostatischen Kreise. Dies ermöglicht eine Reduktion des Gewichts sowie einen einfacheren Aufbau der Maschine und senkt nicht nur die Kosten, sondern erhöht auch die Zuverlässigkeit des Feldhäckslers.

Vor allem auch die patentierte Schnellstopp-Funktion zeigt, wie durch enge Zusammenarbeit zwischen Maschinenhersteller und Lieferant neue, anwendungsspezifische Lösungen geschaffen werden können.


Kreis des Erntevorsatzantriebs Magnifier

Kreis des Erntevorsatzantriebs: Verstellpumpe (A) mit Konstantmotor (B), Kreis des Vorpresswalzenantriebs (mit Schnellstopp-Funktion): Verstellpumpe (C) mit Verstellmotor (D), Kreis für die Bremsfunktion der Häckseltrommel und das Schleifen der Messer: Verstellpumpen (A + C) verbunden über Ventilblock (E)