Die Aufgabe der Diplomarbeit ist die Ideensammlung und anschließende Konstruktion und Fertigung eines Modularen Frontpackers mit 3 Meter Arbeitsbreite. Grundsätzlich wird ein Frontpacker an der Fronthydraulik des Traktors angehängt, welcher das Saatbeet einebnet, um das Arbeiten an der Heckhydraulik angekoppelten Säkombination zu vereinfachen. Bei der Diplomarbeit über den Modularen Frontpacker kann zwischen verschiedenen Walzentypen und Vorwerkzeugen unterschieden werden, welche für verschiedene Bodenbeschaffenheiten unterschiedlich gut geeignet sind. Um ein geeignetes Thema zu finden war die Firma SAMO Maschinenbau eine große Hilfe. Philipp Holl hat zuhause einen Frontpacker, weshalb es die Aufgabe war, einen modularen Frontpacker zu konstruieren und einen Prototyp zu bauen. Er sah viel Verbesserungspotenzial zum Beispiel: die Lenkung hydraulisch zu lösen oder die Einstellungsmöglichkeiten einfach und funktionstüchtig zu gestalten, um ein optimales Saatbild zu erhalten. Der Modulare Frontpacker soll auch mit einem Lenkbock ausgestattet sein. Er kann mechanisch mittels Federn gelenkt werden oder hydraulisch mit einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder. Durch die Lenkung ist eine optimale Kurvenfahrt während des Frontpacker Einsatzes im Feld möglich. Die Lenkung mittels Hydraulikzylinder ist gut geeignet, um bei Hangfahrten dem Abdriften entgegenzusteuern. Das Vorwerkzeug ist auch beidseitig mit jeweils einem Hydraulikzylinder versehen, um das Vorwerkzeug in der Höhe zu verstellen. Die Höhe wird eingestellt, je nachdem wie grob bzw. fein die Erdbrocken sind. Das Ziel ist es, alle benötigten Teile zu bestellen und bei der Firma SAMO Maschinenbau zu schweißen. Wir haben auch eine Kostenberechnung der bestellten Teile durchgeführt, um in etwa zu ermitteln, wieviel die bestellten Teile kosten. Daraufhin werden die Teile lackiert und dann erfolgt die Montage. Zum einem haben wir uns übers Internet informiert, welche Ausstattungen und Funktionen ein Frontpacker im generellen haben soll. Dann haben wir uns überlegt, welche Funktionen wir bei unserem Frontpacker einbinden können, um einerseits eine Arbeitserleichterung zu schaffen und andererseits eine voll funktionstüchtige Maschine zu erstellen. Zudem haben wir uns auch Frontpacker von anderen Herstellern angeschaut, um zum Beispiel Informationen über die Ringanzahl zu bekommen, damit der Frontpacker auch gut arbeitet. Zudem haben wir uns auch den Frontpacker von unserem Projektbetreuer in der HTL Ried DI (FH) Albin Hartl angeschaut. Den Frontpacker von unserem Projektbetreuer von der Firma SAMO Ing. Philipp Holl haben wir uns auch angeschaut. Unser erster Meilenstein war es das Projekt zu definieren. In diesem Punkt haben wir Anforderungen, wie zum Beispiel das Lastenheft ausgearbeitet wo die ganzen Projektideen und Anforderungen geschildert sind. Auf weiteres haben wir in diesem Punkt auch unseren Projektstrukturplan erstellt, in welchem Termine und Fristen festgelegt wurden. Als nächster Meilenstein war dann die Grobplanung an der Reihe. Bei der Grobplanung haben wir uns Ideen über die Verschiedensten Bauteile und Kriterien des Frontpackers gemacht. Wir haben den Rahmen, Anbaubock, Walzen, Vorwerkzeug, Parallelogramm und schließlich das Design des Frontpackers grob geplant. Schließlich haben wir begonnen das CAD Grundmodell im Skelett zu zeichnen, von dem wir dann den Frontpacker im CAD Programm Inventor aufgebaut haben. Nächster Meilenstein war dann der Abschluss der Konstruktion. Im generellen haben wir den Frontpacker im Skelett aufgebaut. Beim Skelettmodellieren werden alle Bauteile in 2-D erstellt und vom Skelett heraus extrudiert, wodurch sich bei der Veränderung eines Bauteils, die daraufliegenden Bauteile auch verändern. Während der Konstruktion haben wir uns auch auf weiteres einige Bauteile und Baugruppen berechnet, wie zum Beispiel das Rohr der Walze, die Zugfedern, Hydraulikzylinder usw. Im nächsten Arbeitsschritt wurde mit der Konstruktion gestartet. Zu Beginn der Konstruktion mit dem CAD Programm Inventor erwiesen sich seitens der Diplomanden anfängliche Schwierigkeiten, welche sich im Laufe des Arbeitsprozesses allerdings rasch legten. Nach ca. 5-6 Monaten Konstruktion war der Frontpacker im 3-D Model fertig. Im Anschluss wurden Fertigungszeichnungen, DXF, STEP sowie PDF-Dateien erstellt. DXF- Dateien werden benötigt, um Stahlteile mit dem Laser schneiden können und PDF-Dateien, um Dreh- und Frästeile anfertigen zu können. Daraufhin wurden die Laserteile, Rohrlaserteile, Kantteile, Dreh- und Frästeile und die Zuschnittteile bestellt.
Abbildung 1 (Nachbearbeitete Teile)
Abbildung 2 (Laser- Kantteile)
Der letzte Schritt war es, die bestellten Teile in der Firma SAMO Maschinenbau zusammen zu heften. Nach der Fertigung haben wir die Baugruppen und Einzelteile gereinigt und lackiert. Der Nächste Meilenstein war dann die Montage der Baugruppen und Einzelteilen. Schließlich bis zum fertigen Frontpacker. Den nächsten Meilenstein erreichten wir mit dem ersten Praxistest. Einen Zeitpuffer haben wir uns auch eingebaut, für unvorhersehbare Probleme. Schließlich ist unser letzter Meilenstein dann die fertig geschriebene Diplomarbeit. Wir Diplomanten haben so gut wie alles bei unserem Projekt gemeinsam durchgeführt. Bei der Konstruktion hat jeder einen bestimmten Aufgabenbereich bekommen, da es schwer ist, zu zweit produktiv zu konstruieren. In diesem Fall haben wir uns die Arbeit wie genannt aufgeteilt. Fabian Aigner war für die Konstruktion der beiden Vorwerkzeuge zuständig. Er konstruierte auch die Parallelogramm Höhenverstellung, welche am Rahmen angeschraubt ist. Auf weiteres konstruierte er die drei verschiedenen Walzentypen, den Lagerbock der Walzen und den Walzenabstreifer, welcher das Ansammeln von Erde und Ernterückständen zwischen den Walzenringen verhindert. Florian Duftschmid war für die Konstruktion des Hauptrahmens zuständig, wo die anderen Baugruppen aufgebaut werden. Er konstruierte auch die Dreipunktaufhängung der Kategorie 2. Auf weiteres konstruierte er den Lenkbock, dessen modernes Design und dessen Lagerung. Die Lenkung wird benötigt, um Kurven mit dem Frontpacker fahren zu können. Danach wurden die Teile gemeinsam bestellt, die Baugruppen zusammengeheftet und verschweißt. Dann wurden die Baugruppen und Einzelteile gemeinsam geputzt und lackiert. Nachdem dies alles erledigt wurde, haben wir den Frontpacker gemeinsam montiert. Schlussendlich arbeiten wir derzeit gerade gemeinsam an der Verfassung der Diplomarbeit des modularen Frontpacker
Abbildung 3 (Hauptrahmen Schweißen)
Abbildung 4 (CAD Ansicht)
Abbildung 5 (CAD Ansicht)
1.2 Inhaltliche Beschreibung der Projektumsetzung
Unser Frontpacker ist innovativ, da wir zum einem mechanische und auch hydraulische Verstellungsmöglichkeiten haben. Der Frontpacker besitzt eine massive und funktionstüchtige Lenkung. Die Wellenlagerung ist auf Lebensdauer geschmiert, d.h man muss die Lagerung nicht mehr schmieren. Das Parallelogramm sorgt für eine gute Höhenverstellung und Kraftübertragung auf den Rahmen. Zudem haben wir verschiedene Walzentypen, welche je nach den Bodenbeschaffenheiten ausgewählt werden. Wir haben auch zwei verschiedene Vorwerkzeuge, welche auch je nach den Bodenbeschaffenheiten gewählt werden. Auf weiteres trägt das moderne Design des Frontpackers zur Innovativität bei. Nach den ersten Besprechungen war klar, dass der Frontpacker modular sein soll. Das heißt er soll mit verschiedenen Walzentypen und Vorwerkzeugtypen ausgestattet werden können. Um dies zu verwirklichen, wurde im Internet recherchiert und ein Frontpacker besichtigt, um zu beurteilen welche Walzen- und Vorwerkzeugtypen am besten für die unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten geeignet sind. Um die Walzen ordentlich zu lagern sind 2 Kegelrollenlager in einem selbst konstruierten Lagerbock versehen, welche beidseitig mit einem Wellendichtring abgedichtet sind. Außerdem sind Kegelrollenlager axial und radial hoch belastbar. Zur Fixierung des Lagerbockes dient eine Wellenmutter mit Sicherungsblech. Wir haben uns für einen selbst konstruierten Lagerbock (gefräst, gedreht) entschieden, da dieser eine weitaus höhere Lebensdauer aufweist als handelsübliche Lager mit einem Gussgehäuse.
Abbildung 6 (Lagerbock)
Der Lenkbock soll mit einem eingeschweißten Bolzen gelagert werden, welcher in einer Hülse mit zwei Bronzebundbuchsen läuft. Wichtig dabei ist, dass die Lenkbocklagerung vor der Walze ist, damit der Frontpacker wie ein gezogenes Anbaugerät fungiert. Um den Lenkbock vorne zu führen, werden zwei Polyamid Rollen verwendet, welche geschmiert sind und bei Verschleißerscheinungen ausgetauscht werden können.
Abbildung 7 (Schema Lenkbocklagerung)
Es wurde sich auch darauf geeinigt, dass die Lenkung hydraulisch mit einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder gemacht wird, und mechanisch mit zwei Zugfedern. Das Vorwerkzeug soll auch hydraulisch mit doppeltwirkenden Hydraulikzylindern höhenverstellbar sein, und mechanisch mit Spindeln. Um es parallel zu verstellen, wird mit einem Parallelogramm gearbeitet. Wichtig ist es auch jegliche Bolzen, egal ob Zylinderbolzen oder Ober- oder Unterlenkerbolzen verdrehsicher zu machen, wodurch die Bolzen eine höhere Lebensdauer haben. Auf weiteres war es uns und der Firma SAMO wichtig, einen Hauptrahmen zu haben, wo die verschiedenen Konfigurationen aufgebaut werden können, wodurch man, falls der Frontpacker in deren Produktpalette aufgenommen wird, ein einheitliches Rahmensystem hat, und die Montage somit einfacher erfolgt bei den unterschiedlichen Spezifikationen.
1.3 Zusätzliche Ausstattungen und Praxistests
Als der Frontpacker fertig montiert war, wurde noch die Hydraulik verlegt. Um die Hydraulikleitung auf das Traktorsteuergerät anzuschließen, wurden Kupplungsstecker der Baugröße 3 verwendet. Die Kugelhähne wurden auf der Blechhaube verschraubt und die Leitungen zu den Zylindern verlegt. In einem gewissen Abstand wurden Schlauchschellen angebracht, um die Leitungen sauber zu führen. Vom doppeltwirkenden Steuergerät vom Traktor ausgehend werden zwei 3/2 Wegehähne angesteuert, bei welchen man zwischen Lenkzylinder und Vorwerkzeug umstellen kann. Sind beide Hähne zum Beispiel auf das Vorwerkzeug gestellt, so können vom Steuergerät in der Traktorkabine die beiden doppeltwirkenden Vorwerkzeugzylinder betätigt werden. Die Leitung wird mithilfe von T-Stücken auf beide Zylinder aufgeteilt. Damit sich das Vorwerkzeug gleichmäßig bewegt und sich nicht verkeilt, verbindet ein Rohr die beiden Parallelogramm Einheiten, welches als mechanischer Mengenteiler fungiert. Stellt man beide Kugelhähne auf den Lenkzylinder kann der doppeltwirkende Lenkzylinder betätigt werden.
Danach haben wir unseren Frontpacker am Techniktag in der HTL Ried ausgestellt, wo Technikinteressierte Menschen unseren Frontpacker besichtigen könnten und uns Fragen stellen konnten.
Nach der Montage ging es zum ersten Praxiseinsatz am 29. und 30. Oktober 2021. Dort haben wir den Frontpacker bei Aigner Fabians Onkel getestet, welcher Weizen angebaut hat mit einer 3 m Vogel & Noot Sämaschine und einem Claas Ares 556 RZ mit 130 PS. Der Frontpacker lief 5 ha einwandfrei. Die Messer und die Walze zerkrümelten die Erdbrocken sehr gut. Auf weiteres funktionierte die Hydraulische Lenkung und die Hydraulische Vorwerkzeugverstellung einwandfrei.
Abbildung 8 (Praxiseinsatz)
Nach dem Praxistest haben wir am 5. Februar 2022 dann schließlich eine Beleuchtung auf dem Frontpacker montiert, damit man im Straßenverkehr besser gesehen wird. Die Beleuchtung wird durch die 7-polige Traktorsteckdose versorgt.
Im Frühjahr haben wir noch einige Praxistests geplant, um zum Beispiel die mechanische Lenkung auszuprobieren. In weiterer Folge wird der Frontpacker in der Saison 2022 von dem Lohnunternehmen Gruber Bodenwerkstatt GmbH gefahren und ausführlich getestet.
1.4 Abschließendes
Zum Schluss hin ist den beiden Diplomanten klar geworden wie viel Zeit für ein derartiges Projekt aufgewendet werden muss. Von der Ideenfindung bis zur Konstruktion hinüber zur Fertigung, Montage und schließlich der Praxistest. Die Diplomanten haben vor allem in konstruktiver Hinsicht viel Neues gelernt, aber auch in allen anderen Aufgaben eine Menge an Erfahrung gesammelt. Die Diplomanten haben sehr viele positive, aber auch negative Erfahrungen gesammelt, durch welche man erfahrungsgemäß am meisten lernt.
Deshalb konnten in allen Phasen der Diplomarbeit wertvolle Erfahrungen gesammelt werden. Dabei ist auch ein herzliches Dankeschön an alle Beteiligten auszusprechen.
2 Literaturverzeichnis
Alle Bilder wurden selbst aufgenommen.
3 Bildverzeichnis
Abbildung 1 (Nachbearbeitete Teile) 3
Abbildung 2 (Laser- Kantteile) 3
Abbildung 3 (Hauptrahmen Schweißen) 4
Abbildung 4 (CAD Ansicht) 5
Abbildung 5 (CAD Ansicht) 5
Abbildung 6 (Lagerbock) 6
Abbildung 7 (Schema Lenkbocklagerung) 7
Abbildung 8 (Praxiseinsatz) 8
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