Mehrkörpersimulation bei der Neuentwicklung eines Raupenlaufwerks
CLAAS Industrietechnik GmbH, ein eigenständiges Tochterunternehmen der CLAAS Gruppe, ist ein innovativer und zuverlässiger Entwicklungspartner und Systemlieferant für Hydraulik und Antriebstechnik. Mit mehr als 50 Jahren Erfahrung entwickeln und produzieren die 600 Mitarbeiter am Standort Paderborn kunden- und branchenspezifische Lösungen für unterschiedlichste Anwendungen. Sie finden die Produkte und Systeme der CLAAS Industrietechnik GmbH in der Landmaschinen- und Kommunaltechnik, in Baumaschinen und vielfältigen Sonderanwendungen. So unterschiedlich die kundenspezifischen Anwendungen auch sind, die Produkte haben einige Dinge gemeinsam: Innovation, Zuverlässigkeit und Qualität für höchste Ansprüche.
Mit dem TERRA TRAC Raupenlaufwerk setzt CLAAS seit Jahren Maßstäbe in der Landtechnik. Fahrzeuge mit Raupenfahrwerken bieten ein breites Spektrum von Vorteilen. Der reduzierte Bodendruck schont das Öko-System Boden und verringert den Aufwand in der nachfolgenden Bodenbearbeitung. Durch ausgezeichnete Off-Road Mobilität können kurze Erntefenster optimal genutzt werden.
Ziel der Neuentwicklung des Raupenlaufwerks war es, die Fahrdynamik und den Komfort zu verbessern. Sicheres Fahrverhalten und höhere Geschwindigkeiten sollten möglich sein. Dies sollte durch eine integrierte Federung erreicht werden. Hierbei stellte vor allem der innere kinematische Aufbau die Entwicklung vor eine Herausforderung.
Zu Beginn wurde ein Konzept erarbeitet, welches folgende Anforderungen erfüllen musste.
- Verwendung von Gleichteilen (Gummilaufband, Räder und Laufrollen)
- Gleiche äußere Abmessungen wie das bisherige Laufwerk
- Gleichmäßige Verteilung der Nutzlast auf die vier tragenden Achsen des Raupenlaufwerks.
- Beweglichkeit der Achsen zueinander.
Das Bewegungsverhalten bzw. das Fahrverhalten eines solchen Systems war anhand des Konzeptes schwer zu beurteilen. Daher wurde vor der mechanischen Konstruktion, dass Bewegungsverhalten virtuell mit Hilfe einer Mehrkörpersimulation im Rechner abgebildet. Hierdurch war es möglich im Rechner virtuelle „Probefahrten“ durchzuführen. Das dynamische Verhalten wurde dabei durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Beispiele sind angreifende Kräfte/Momente, innerer Kinematischer Aufbau, Feder-/Dämpferkonstanten, Beschleunigung/ Bremsen/ Rückwärtsfahrt oder die Überfahrt von Hügeln oder Senken.
Eine große Anzahl virtueller Probefahrten mit unterschiedlichsten Parametervariationen führte zu einem tiefen Systemverständnis. Diese Erkenntnisse konnten genutzt werden, um das anfängliche Konzept hinsichtlich des Bewegungsverhaltens stabiler gegen Störgrößen auszulegen.
Das Wissen um das Bewegungsverhalten, gepaart mit dem Know-how um das Systemverständnis, machte den gesamten nachfolgenden Entwicklungsprozess äußerst effektiv. Die Entwickler konnten diese Erkenntnisse in vielfacher Weise nutzen:
- Mit Hilfe der Mehrkörpersimulation konnten Lieferanten frühzeitig über die zu erwartenden Anforderungen in Kenntnis gesetzt werden.
- Auf Basis des Modells konnte die Versuchsabteilung effektiv Versuchsstände konzipieren und die gesamte Validierung planen.
- Durch die Kenntnisse über die zu erwartenden Kräfte, Beschleunigungen etc. konnten messtechnische Applikationen geplant werden.
- Visualisierungen der Mehrkörpersimulation machten die Funktionsweise des Systems schon vor dem Bau eines Prototyps für jedermann verständlich und halfen das Projekt konzernintern zu vermarkten.
Der Aufwand für diese Mehrkörpersimulation lag bei ca. 60 Mann/Tage zuzüglich der Lizenzkosten. Dank der vorherigen Analyse sind der kinematische Aufbau und die Feder-Dämpfer-Komponenten seit dem ersten Prototyp nahezu identisch mit dem heutigen Serienprodukt. Obwohl das Mehrkörper-Modell vor dem ersten physischen Prototyp erstellt wurde und damit eine Menge Annahmen enthält, waren die qualitativen Aussagen Hilfe genug, zeitaufwendige und kostenintensive Entwicklungsschleifen zu vermeiden.
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Ansprechpartner
Sascha Rackow
CLAAS Industrietechnik GmbH
CIT F+E Antriebstechnik
Halberstädter Str. 15 - 19
33106 Paderborn
