Image
ifw_leichtbau_landmaschine.jpeg
Foto: Krone
Ein echtes Schwergewicht: Der Big X von Krone ist eine der stärksten Landmaschinen der Welt. Problematisch wird das hohe Gewicht jedoch, wenn dadurch der Boden zu sehr verdichtet wird.

Forschung und Entwicklung

Neues Leichtbaukonzept für tonnenschwere Landmaschinen

Klappt Leichtbau auch bei ultrastarken Landmaschinen? Schwierig wird’s beim Fügen. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert jetzt ein innovatives Vorhaben.

Gemeinsam mit Industriepartnern und in Kooperation mit der TU Clausthal (Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik) will das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover (LUH) eine mächtige Landmaschine in ein innovatives Leichtbaukonzept überführen. Das Projekt „Agrilight“ rund um den Feldhäcksler Big X der Firma Krone wird mit 1,8 Mio. EUR vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Wenn Landmaschinen Gewichtsprobleme haben

In den vergangenen Jahrzehnten ist die Leistungsfähigkeit landwirtschaftlicher Erntemaschinen stark gestiegen. Größere Feldabschnitte werden durch größere und schwerere Maschinen in einem Arbeitsgang bearbeitet. Das gestiegene Gewicht bringt die Hersteller jedoch an die Grenzen der straßenverkehrsrechtlichen Zulässigkeit. Zudem sehen sich Anwenderinnen und Anwender durch die schweren Maschinen mit einer stärkeren Bodenverdichtung auf den Agrarflächen konfrontiert.

Im Agrilight-Projekt sollen Leichtbautechnologien zu einem niedrigeren Gesamtgewicht des Big X beitragen und so den Konflikt auflösen, indem der 1 t schwere Hauptrahmen des Feldhäckslers in ein Leichtbaukonzept überführt wird. "Wir versprechen uns davon eine signifikante Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und damit eine Verminderung von schädlichen Treibhausgasen", erläutert Dr.-Ing. Carsten Schmidt, Leiter der Forschungskooperation am CFK Nord in Stade, einer Außenstelle des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der LUH.

Hybrider Strukturaufbau

Die Projektpartner wollen in dem jüngst gestarteten Verbundvorhaben zunächst das Strukturkonzept des schweren Hauptrahmens sowie anliegender Funktionseinheiten analysieren und grundlegend in einen faserverbundgerechten, funktionsorientierten Leichtbau-Strukturentwurf aus Glasfaser- und Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen neu aufbauen. "Die besondere Herausforderung wird die Vielzahl an unterschiedlichen Fügestellen sein, deren beanspruchungsgerechte Überführung in das neue Leichtbaukonzept unter Berücksichtigung der verschiedenen neuen Werkstoffe und deren zum Teil grundlegend unterschiedlichen, mechanischen, elektrischen und chemischen Materialeigenschaften erfolgen muss", sagt Projektleiter Carsten Schmidt.

Da bestehende form-, kraft- und stoffschlüssige Fügemethoden beibehalten werden sollen, erhält die Faserverbundstruktur in den Anbindungsbereichen einen hybriden Strukturaufbau. Faserverbunde verlangen andere Fertigungsverfahren, bieten damit aber auch neue Formgebungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel aus der Luftfahrt bekannt.

Image
krone_big-x_collector.jpeg
Foto: Krone
Bei dieser Landmaschine überzeugt nicht nur die Motorleistung, sondern auch die Häckselqualität. Basis dafür ist das innovative Innenleben des Big X.

Leichtbau auf dem Prüfstand

Letztendlich wird sich das neue Leichtbau-Rahmenkonzept in einem praxisnahen Validierungsexperiment behaupten müssen. Der Prüfstand der Future Lab GmbH der Firma Krone bietet die Möglichkeit, Rahmenstrukturen landwirtschaftlicher Maschinen unter praxisnahen Belastungen des realen Einsatzes zu simulieren, ohne eine komplette Maschine aufzubauen. Aus den hier gewonnenen Testergebnissen wollen die Projektpartner fundierte Aussagen über eine mögliche Serientauglichkeit des Leichtbaurahmens ableiten. "Sollte es uns gelingen, den Rahmen mittels neuer Verbundstoffe und neuer Formgebung deutlich leichter zu gestalten, wäre dies ein wegweisender Schritt für die gesamte Landtechnikbranche", erläutert Peter Weiss, Bereichsleiter Konstruktion und Entwicklung "Selbstfahrtechnik" bei der Maschinenfabrik Bernard Krone GmbH.

Neben dem Landmaschinenhersteller Krone ist als Industriepartner auch die M+D Composites Technology GmbH an dem Projekt beteiligt.

Beim Blick in den Big X wird schnell klar, dass hier ein stabiler Rahmen gefordert ist. Ob dies in Leichtbauweise gelingen kann, wird jetzt im Agrilight-Projekt untersucht.
Der Feldhäcksler Big X, hergestellt von der Maschinenfabrik Bernard Krone GmbH & Co. KG, macht mit jeder Ernte kurzen Prozess.
Was auf dem Feld so spielend leicht aussieht, braucht richtig viel Kraft.
Image
farbwechsel_schaden_material.jpeg
Foto: Sven Hoppe

Forschung und Entwicklung

Farbwechsel warnt vor Schäden im Leichtbau-Material

Sicherer Leichtbau: Ein in der Schweiz entwickeltes Material inspiziert sich selbst und zeigt Schäden, wie zum Beispiel Brüche, durch einen Farbwechsel an. 

Image
leichtbau_whitepaper_papierflieger.jpeg
Foto: Erik Schäfer

Energietechnik

Mittels Leichtbau den CO2-Ausstoß drastisch verringern

Leichtbau kann die Unternehmen dabei unterstützen, den CO2 -Ausstoß drastisch zu verringern und die Folgen der CO2 -Bepreisung gering zu halten.

Image
Das Exponat auf dem Fraunhofer-Stand in Halle 5, Stand A06, demonstriert die Funktion von vibroakustischen Metamaterialien (VAMM) an einfachen Beispielen und zeigt mögliche Varianten der produktnahen Umsetzung.
Foto: Fraunhofer LBF, Raapke

Verbundwerkstoffe

Leichter und stabiler durch vibroakustische Metamaterialien

Materialien mit verbessertem Schwingungsverhalten heben neue Leichtbaupotenziale für Fahrzeuge.

Image
material_steifigkeit_verlauf.jpeg
Foto: Fraunhofer LBF

Werkstoffe

Hybrid gefügte Materialverbindungen für den Leichtbau

In Versuchen zur Schwingfestigkeit hybrid gefügter Materialverbindungen ermittelt das Fraunhofer LBF ein hohes Leichtbau-Potenzial.