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Die Erfindung betrifft eine Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In Maschinen, insbesondere selbstfahrenden Maschinen, sind regelmäßig eine Vielzahl von beweglichen Bauteilen zu lagern, die im Betrieb eine starke mechanische Belastung auf einen entsprechenden Tragrahmen zur Lagerung der beweglichen Bauteile ausüben. Derartige Tragrahmen werden üblicherweise aus unterschiedlichen Tragelementen zusammengesetzt, die fest miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt werden. Diese Bauweise erfordert zum Erhalt der erforderlichen Stabilität an den kritischen Stellen Verstärkungen, die üblicherweise durch Aufschweißen von Verstärkungselementen, in der Regel in Form von Verstärkungsblechen oder dergleichen vorgenommen werden.
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Durch diese Art des Rahmenbaus ergeben sich zwar insgesamt mechanisch belastbare Rahmen, diese weisen jedoch aufgrund der verarbeiteten Materialmenge ein enormes Gewicht auf.
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Zur Verbindung von profilierten Bauteilen von Fahrzeugtüren ist es bereits bekannt geworden, die Endbereiche von Hohlprofilen in ein Gussteil einzugießen. Ein solches Verfahren wird beispielsweise in den Druckschriften
DE 4 242 896 C2 ,
DE 10 2008 051 131 A1 beschrieben.
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Das endseitige Eingießen von profilierten Bauteilen ist für die Verbindung von tragenden Elementen im Rahmenbau von Maschinen aufgrund der erhöhten mechanischen Belastung nicht ausreichend.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzuschlagen, bei der eine leichtere Bauweise insbesondere durch einen leichteren Tragrahmen ohne Nachteile in der mechanischen Belastbarkeit ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer landwirtschaftlichen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße landwirtschaftliche Maschine dadurch aus, dass wenigstens ein Tragelement des Tragrahmens ein profiliertes Bauteil umfasst, das in wenigstens einer Belastungszone außenseitig mit Gussmaterial verstärkt ist.
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Durch die Verwendung eines profilierten Bauteils lässt sich eine erhebliche Gewichtsreduzierung bei guter Stabilität bewirken. Durch die außenseitige Verstärkung mit Gussmaterial kann ein leichteres profiliertes Bauteil ausgewählt werden, wobei an kritischen Stellen, dass heißt an Belastungszonen ein solches profiliertes Bauteil verstärkt wird. Diese Verstärkung wird durch außenseitiges Vergießen mit Gussmaterial vorgenommen.
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Beispielsweise kann das Tragelement ein Profilelement wie ein T-Profil oder dergleichen umfassen. Vorzugsweise umfasst das Tragelement als profiliertes Bauteil ein Hohlprofil. Hiermit wird eine Optimierung der Belastbarkeit bzw. der Belastungszone und des Gewichtes realisierbar.
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Vorteilhafterweise weist das Tragelement und/oder das profilierte Bauteil und/oder das Hohlprofil wenigstens eine schweißbare bzw. angeschweißte Verbindungsstelle auf. Vielfach sind Verbindungsstellen an Tragrahmen von großem Vorteil, um weitere Elemente bzw. zweite Tragelemente an einem ersten bzw. anderen Tragelement zu fixieren bzw. mit diesem verbunden zu werden. Gemäß dieser Variante kann in vorteilhafter Weise an das erfindungsgemäße Tragelement, ein weiteres Rahmenelement und/oder zweites Tragelement angeordnet bzw. fest fixiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist eine Schweißstelle des profilierten Bauteils und/oder der Verbindungsstelle außenseitig die Verstärkung mit Gussmaterial auf. Hiermit wird erreicht, dass die Verbindungsstelle bzw. die Schweißstelle als besondere Belastungszone und/oder als besondere bzw. relativ sensible Zone des Tragrahmens gestärkt bzw. verstärkt wird. Eine hohe Belastbarkeit bzw. Lebensdauer des Tragrahmens vor allem an dieser Stelle ist gemäß der Erfindung umsetzbar.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme ermöglicht die Ausgestaltung des Tragelementes in einer Belastungszone in einer nahezu beliebigen Formgebung. Dies wiederum ermöglicht die Ausgestaltung einer vorteilhaften Verstärkung mit einer topologieoptimierten Form. Die topologieoptimierte Formgebung des Tragelementes bzw. dessen Verstärkung in der fraglichen Belastungszone sorgt wiederum für eine Minimierung der erforderlichen Materialmenge und somit für eine weitere Verbesserung des Leichtbaus.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das profilierte Bauteil vor der Verstärkung vor-/geformt, beispielsweise gebogen. Auf diese Weise lassen sich die Verbindungsstellen gegenüber bisherigen Rahmenausbildungen aus Belastungszonen verlagern, so dass an kritischen Stellen Belastungsspitzen im Material vermieden werden, indem dort beispielsweise anstelle einer kantigen Schweißverbindung eine runde Übergangsform des profilierten Bauteils angeordnet wird. Auch hierdurch lässt sich Material einsparen, wodurch eine erfindungsgemäße Verbindung nochmals leichter zu verwirklichen ist.
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Die Verstärkung aus Gussmaterial kann an beliebiger Stelle des profilierten Bauteils außerhalb von Verbindungsstellen des profilierten Bauteils angeordnet werden. Anordnung und Form der Gussverstärkung richtet sich nach den mechanischen Belastungen des Rahmenelementes im Betrieb, die beispielsweise durch eine Computerberechnung bestimmbar ist. Ebenso kann die Anordnung und die Form der Gussverstärkung vorab berechnet werden, z. B. durch eine Topologieoptimierungsberechnung.
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Eine erfindungsgemäße Verstärkung des profilierten Bauteils mit Gussmaterial kann sich jedoch auch über eine vor dem Verguss hergestellte Verbindung des profilierten Bauteils mit anderen Rahmenelementen erstrecken. Auf diese Weise kann auch eine Verbindungsstelle wie beispielsweise eine Schweißstelle, eine Vernietung usw. durch zusätzlich außenseitig angebrachtes Gussmaterial verstärkt werden. An solchen Verbindungsstellen treten oftmals durch den Konturwechsel im Rahmenaufbau erhöhte Belastungen auf, die durch eine erfindungsgemäße Verstärkung mit Gussmaterial material- und gewichtssparend aufgenommen werden können.
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Vorzugsweise wird das profilierte Bauteil wenigstens teilweise als Metallprofil ausgebildet. Ein geeignetes Metallprofil wäre beispielsweise ein Stahlprofil. Derartige Profilelemente sind im Maschinenbau insbesondere für Rahmenkonstruktionen vielfach geläufig und haben sich hinsichtlich Stabilität und sonstige Eigenschaften bewährt.
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Als Gussmaterial wird bevorzugt ebenfalls ein wenigstens teilweise metallisches Material verwendet.
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In das Gussmaterial können auch stabilisierende Partikel oder Faserelemente oder Gewebe als Verbundmaterial integriert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, ein duktiles Gussmaterial, insbesondere ein duktiles Gusseisen zu verwenden, dass neben den guten Gießeigenschaften auch stahlähnliche Eigenschaften aufweist, was insbesondere in Verbindung mit einem Stahlprofil von Vorteil ist.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird als Gussmaterial wenigstens teilweise Gusseisen mit Kugelgraphit, d. h. als sogenannter Sphäroguss, vorgesehen, der ein entsprechend duktiles Gusseisen darstellt.
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Die Verformung des profilierten Bauteils im oben angeführten Sinne kann ebenso wie die Gussform des Gussmaterials topologieoptimiert vorgenommen werden. Auch hierdurch sind Gewichtseinsparungen, beispielsweise durch Verwendung leichterer profilierter Bauteile unter Ausnutzung einer topologieoptimierten Form möglich.
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Die Tragelemente können mit einer erfindungsgemäßen Gussverstärkung versehen werden, bevor sie ganz oder teilweise zu dem Rahmen der erfindungsgemäßen Landmaschine zusammengesetzt und verbunden werden. Dieses Herstellungsverfahren bietet die Möglichkeit kleinerer Formen für die Herstellung der außenseitigen Verstärkung aus Gussmaterial.
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In einer anderen Ausführungsform werden ein oder mehrere Tragelemente zunächst zusammengesetzt und anschließend mit einer oder mehrerer Verstärkungen außenseitig aus Gussmaterial versehen. Grundsätzlich kann so zunächst die Rohform des gesamten Rahmens gefertigt werden, wobei anschließend die erfindungsgemäßen Verstärkungen angebracht werden. Hierbei können unterschiedliche Gussformen an unterschiedlichen Stellen ebenso verwendet werden, wie ein oder mehrere Gussformen, die ein oder mehrere Gussverstärkungen in einem Gießvorgang ermöglichen.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
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1 schematisch ein Ausschnitt aus einem gebogenen Tragelement mit erfindungsgemäßer Verstärkung in Draufsicht sowie im Querschnitt,
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2 schematisch ein Ausschnitt aus einem Tragrahmen mit zwei miteinander verschweißter Tragelemente mit erfindungsgemäßer Verstärkung in Draufsicht sowie im Querschnitt und
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3 schematisch ein perspektivischer Ausschnitt aus einem Tragrahmen mit gebogenem Tragelement und erfindungsgemäßer Verstärkung sowie zwei angeschweißten Verbindungsstellen.
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In 1 ist gebogenes Tragelement 1 mit erfindungsgemäßer Verstärkung 2 dargestellt. Hierbei ist das Tragelement 1 als Hohlprofil bzw. als profiliertes Bauteil 1 z. B. als vergleichsweise dünnwandiges Rundrohr oder Vierkantrohr oder dergleichen ausgebildet. Vorzugsweise besteht das Tragelement 1 aus Stahl, insbesondere aus in vorteilhafter Weise schweißbarem Stahl. Die Verstärkung 2 ist in vorteilhafter Weise aus Metallguss oder dergleichen nach dem Biegen des Tragelements 1 um dieses herum gegossen worden. Vorteilhafterweise sind hierbei Sandformen zum Metallgießen im Einsatz.
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Die Dimensionierung und/oder die Anordnung der Verstärkung 2 am Tragelement 1 erfolgt in vorteilhafter Weise aufgrund von Rechenoperationen wie Computersimulationen bzw. Finite-Elemente-Berechnungen etc. Beim Gießen sollte darauf geachtet werden, dass Gusstemperatur und eine Kühlung in vorteilhafter Weise aufeinander abgestimmt sind, so dass eine vorteilhafte bzw. gute Verbindung zwischen Tragelement 1 und Verstärkung 2 realisierbar ist. Vor allem die Enden 3 der Verstärkung 2 sind in vorteilhafter Weise derart zu gestalten, dass diese möglichst einen gleichmäßigen Übergang zwischen Profil 1 und Gussverstärkung 2 gewährleisten, um möglichst Steifigkeitssprünge zu vermeiden. Hierdurch wird ein vorteilhafter Übergang bzw. Spannungsverlauf generiert.
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In 2 ist ein Ausschnitt eines Tragrahmens mit zwei Tragelementen 1a und 1b dargestellt. Die beiden Tragelemente 1a, 1b sind miteinander verbunden, vorzugsweise mit einer Schweißnaht 4. Zudem sind die Tragelemente 1a, 1b zueinander winklig angeordnet, was bei Tragrahmen für landwirtschaftliche Maschinen vielfach anzuwenden ist.
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Bei dieser Ausführung verstärkt die Verstärkung 2 gemäß der Erfindung die Schweißnaht 4 bzw. Verbindungsstelle 4. In der Praxis sind Schweißnähte 4 vielfach nicht optimal realisiert, so dass diese eine gewisse Kerbwirkung bzgl. des Spannungsverlaufs aufweisen und dann im Einsatz z. B. unter Dauerbelastung Ausgangspunkt für Schadstellen bzw. Risse etc. bilden. Gemäß der Erfindung wird dies wirkungsvoll verhindert, da die Verstärkung 2 eine Schutzeinheit für die Verbindungsstelle 4 bzw. Schweißnaht 4 bildet. So wird gemäß der Erfindung die Betriebssicherheit erhöht. Zudem kann bei den Tragelementen 1 eine Gewichtsreduktion im Vergleich zum Stand der Technik realisiert werden, was sich positiv bzgl. Herstellungs-/Betriebskosten, Motordimensionierung, Treibstoffverbrauch, Umweltbelastung etc. auswirken kann.
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Vorteilhafte Anwendungen für die Erfindung sind z. B. Tragrahmen und/oder Achskonstruktionen/-aufhängungen von Mähdreschern, Feldhäckslern, selbstfahrenden Mähmaschinen, Traktoren, Ladewagen, Silowagen, Kreiselschwader, Mähwerken, Pick-Ups, Ballenpressen, etc.
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In 3 ist schematisch ein Ausschnitt aus einem Trommelgehäuse einer landwirtschaftlichen Maschine mit einem erfindungsgemäßen Tragrahmen 10 dargestellt. Der Tragrahmen 10 weist ein erfindungsgemäßes gebogenes Tragelement 1 mit der Verstärkung 2 auf. Der Tragrahmen 10 umfasst zudem Stege 11 mit Versteifungsrippe 12, die durch Verschweißung am Tragrahmen 10 befestigt sind. Hier kann in einem nachfolgenden Montageschritt ein Einzugskanal oder dergleichen eingehängt bzw. befestigt werden.
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Derartige Verbindungsstellen bzw. Schnittstellen wie die beispielhaft aufgeführten angeschweißten Stege 11 und/oder Versteifungsrippen 12 können zum Befestigen bzw. Verbinden mit/von weiteren Elementen und/oder Tragrahmenteilen verwendet werden. Zudem können diese Komponenten bzw. Bestandteile des Tragrahmens 10 nach deren Anbinden bzw. Anbringung am Tagelement 1 bzw. Tragrahmen 10 gemäß der Erfindung mit Gussmaterial verstärkt und/oder umgossen bzw. wenigstens teilweise eingegossen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4242896 C2 [0004]
- DE 102008051131 A1 [0004]
