Ein effektives System zur Kühlluftreinigung - Friedrich Graepel AG

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Ein effektives System zur Kühlluftreinigung - Friedrich Graepel AG

Fakultät Maschinenwesen IVMA Professur für Agrarsystemtechnik

Ein effektives Kühlersystem für Traktoren und

Erntemaschinen bei hoher Staubbelastung

Gemeinschaftsprojekt der Friedrich Graepel AG Löningen und der TU Dresden

An effective radiator system for tractors and

harvesting machines for high dust load

joint project of the Friedrich Graepel AG Löningen and TU Dresden

Graepel-InForm 2011, Löningen, 22.-23.03.2011


Gliederung

Intention

Stand der Technik

Lösungsansatz

Versuchsstand

Versuchsergebnisse

Zusammenfassung

Bewertung / Ausblick

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Intention

Evolution der Frontgitterfläche an Traktoren

0% der

Haubenfläche

(1940)

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Intention

Evolution der Frontgitterfläche an Traktoren

ca.20% der

Haubenfläche

(2000)

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Intention

Evolution der Frontgitterfläche an Traktoren

>30% der

Haubenfläche

(2007)

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Intention

Anforderungen an Ansauggitter

kleine

Löcher

gute

Siebwirkung

hoher

Luftdurchsatz

große freie

Fläche

minimaler

Wartungsaufwand

nur vertikale

Flächen

Widersprüche

Kompromisse

max

Blechdicke

Robustheit

ansprechendes

Design

gewölbte

Flächen

große

Verformung Steifigkeit

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Intention

Extrembeispiel einer Verunreinigung an horizontalen Ansauggittern:

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Stand der Technik

Grundelement zur Reinigung des Kühlluftstromes ist ein fein perforiertes Sieb.

Platzierung des Siebes:

Reinigung des Siebes durch:

Ortsfestes Sieb

Rotierendes Sieb

Endlos umlaufendes Sieb

Unterbrechung des Luftstromes

Abbürsten

Druckluftstrom von innen (Durchblasen)

Druckluftstrom von außen (Abblasen)

Absaugen von außen

Teilung des Luftstromes

Spezialelemente zur Reinigung des Kühlluftstromes

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Stand der Technik

Reinigung des Luftstromes mit ortsfestem Sieb

durch Unterbrechung des Luftstromes

DE 3 345 341

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Stand der Technik

Reinigung des Luftstromes mit ortsfestem Sieb

Durch Druckluftstrom von innen (Durchblasen)

Vollständige Umkehr des Luftstromes

DE 3 345 341

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Stand der Technik

Reinigung des Luftstromes mit ortsfestem Sieb

durch Druckluftstrom von innen (Durchblasen)

US 3 155 473

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Stand der Technik

Reinigung des Luftstromes mit rotierendem Sieb

und Unterbrechung des Luftstromes

DE 7 126 899

Ausnutzung der Fliehkraft

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Stand der Technik

Reinigung des Luftstromes mit rotierendem Sieb

und Druckluftstrom von innen (Durchblasen)

DE 2 232 738

DE 22 32 738

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Stand der Technik

Reinigung des Luftstromes mit rotierendem Sieb

und Druckluftstrom von außen (Abblasen)

EP 269 765

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Stand der Technik

Reinigung des Luftstromes mit rotierendem Sieb

und Teilung des Luftstromes

DE 2 363 190

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Stand der Technik

Reinigung des Luftstromes mit endlos umlaufendem Sieb

und Druckluftstrom von innen (Durchblasen)

DE 2 550 497

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Lösungsansatz

Zielstellung:







Hoher Luftdurchsatz am Kühler ohne weitere Vergrößerung der Ansaugfläche

Kontinuierliche Vermeidung und Beseitigung von Schmutzpartikeln am Kühler

Sichere Schmutzabscheidung auch bei hoher Schmutzbelastung in der

Umgebungsluft

Geringer technischer Aufwand (Baulänge des Kühlsystems)

Keine Lärmerhöhung bei höherer Kühlleistung

Vermeidung der Erhöhung der Antriebsleistung

Lösungsansatz:


Teilung des Luftstromes in einen mit Schmutz beladenen Teilluftstrom und

einen gereinigten Hauptluftstrom

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Lösungsansatz

Trennkammer

Hauptlüfter

Kühler

Frontlüfter

Abdeckblech

Sieb

Ringspalt

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Versuchsstand

Kühler

670x570 mm

Zuführband

Motor

Hauptlüfter

∅600 mm

Trennkammer

∅650 mm

200 mm tief

Frontlüfter

∅600 mm

Ringspalt

30 mm

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Untersuchungen

Versuchsparameter:







Drehzahl von Haupt- und Frontlüfter

Spaltweite am Ringspalt

Luftführung am Ringspalt (allseitig offen, oberhalb abgedeckt, Ringkanal)

Konische und ebene Siebe

Verschiedene an die Siebform angepasste Ausführungsformen der Frontlüfter

Feuchte der zugeführten Schmutzpartikel

Messdaten:





Reinigungswirkung

Luftgeschwindigkeit hinter dem Kühler

Drehzahl und Drehmoment der beiden Lüfter

Schallpegel

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Untersuchungen

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Versuchsergebnisse

-25%

+30%

HL

Hauptlüfter

FL

Frontlüfter

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Versuchsergebnisse

Ohne Reinigungswirkung

Einsparung 590 W = 15 %

bei Luftgeschwindigkeit =13 m/s

-1250 W

HL

Hauptlüfter

+660 W

FL

Frontlüfter

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Versuchsergebnisse

Mit Reinigungswirkung

Erhöhung 330 W = 8,6 %

bei Luftgeschwindigkeit =13 m/s

-1995 W

+2325 W HL

Hauptlüfter

FL

Frontlüfter

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Zusammenfassung






Herkömmliche Kühler mit dahinter angeordnetem Hauptlüfter und davor

befindlichem Sieb neigen in stark mit Schmutz belasteter Umgebung zum

Verstopfen.

Ein unmittelbar vor dem Sieb in einer Trennkammer angeordneter, zusätzlicher

Frontlüfter erzeugt einen vom Hauptlüfter unabhängigen, zusätzlichen Luftstrom.

Dieser zusätzliche Luftstrom strömt über die Sieboberfläche nach außen durch den

Ringspalt in die freie Umgebung und reist dabei anhaftende Schmutzpartikel mit.

Ein unmittelbar vor dem Frontlüfter angeordnetes, im Luftstrom frei drehbares

Abdeckblech erzeugt Luftwirbel, die ein Ablösen von Schmutzpartikeln begünstigen.

Verschmutzungen am fein perforierten Sieb des Kühlers werden über einen langen

Zeitraum vermieden.

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Zusammenfassung




Bei geringer Schmutzbelastung ist eine Reduzierung des Leistungsbedarfes durch

Betreiben beider Lüfter möglich.

Bei hoher Schmutzbelastung ist mit höherer Drehzahl des Frontlüfters eine

Reduzierung der Drehzahl des Hauptlüfters ohne Verlust an Kühlleistung bei

gleichzeitiger Reinigungswirkung möglich. Schallpegel sinkt.

Eine kurzzeitige Erhöhung der Kühlleistung um 30 % ist bei gleichzeitiger

Reinigungswirkung ohne wesentliche Erhöhung des Schallpegels möglich aber mit

einem erhöhten Leistungsbedarf von 50 % verbunden.

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Bewertung / Ausblick

hoher

Luftdurchsatz

gute

Siebwirkung

minimaler

Wartungsaufwand

ansprechendes

Design

Selbstreinigendes

Lüftungsgitter

mit

Frontlüfter und

Abdeckblech

Steifigkeit

Robustheit

Zusätzlich:




Dezentrale Ansaug-/Kühlsysteme möglich

Motorleistungssteigerung durch erhöhte Kühlleistung

Geräuschentwicklung reduziert

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Bewertung / Ausblick






Funktion des Systems wurde im Versuch verifiziert

Optimierung der Systembauteile (z.B. Lüftergeometrie)

Auswahl der Antriebe und Implementierung einer Regelungselektronik

Entwicklung und Feldtest eines Prototypen zusammen mit OEM für Traktoren

Entwicklung und Feldtest eines Prototypen zusammen mit OEM für Erntemaschinen

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