Getriebe der Maispflückermaschine: Antrieb zum Abbrechen und Entspelzen der Kolben

Die Maisernte: Vom stehenden Stängel bis zur sauberen Maiskolben

Ein zapfwellengetriebener Maispflücker führt vier Arbeitsgänge in schneller Folge aus, während jede Reihe stehender Mais die Maschine passiert. Sammelketten (endlose Ketten mit Mitnehmern) greifen den Stängelansatz und ziehen ihn mit 2 bis 4 m/s in den Pflückmechanismus. Diese Geschwindigkeit muss der Fahrgeschwindigkeit des Traktors entsprechen, um ein Verklumpen der Stängel am Einzug oder ein zu starkes Vorwärtsziehen zu verhindern. Sobald der Stängel in die Brechzone gelangt, greifen gegenläufige Brechwalzen ihn unterhalb des Kolbens und ziehen ihn ruckartig nach unten, während ein Spalt in der Deckplatte den Kolben nach oben passieren lässt. Durch diese unterschiedliche Bewegung wird der Kolben sauber am Stielansatz vom Stängel getrennt. Anschließend gelangt der abgebrochene Kolben zu den Entspelzwalzen (gegenläufige Gummi- oder gerippte Stahlwalzen mit 800 bis 1200 U/min), die die Hüllblätter durch Reibung vom Kolben entfernen. Schließlich befördert eine Förderkette die geschälten Maiskolben in einen nachgezogenen Wagen oder in den integrierten Auffangbehälter der Erntemaschine. Zapfwellengetriebe Alle vier Funktionen müssen gleichzeitig von einer einzigen Eingangsdrehzahl von 540 U/min angesteuert werden, wobei jeder Ausgang auf das erforderliche Drehzahl- und Drehmomentprofil des jeweiligen Mechanismus abgestimmt sein muss.

Zapfwellengetriebene Maispflücker sind nach wie vor die dominierende Erntemethode im kleinen bis mittleren Maisanbau in Osteuropa, Subsahara-Afrika, Teilen Lateinamerikas und bei Kleinbauern in Nordamerika, wo sich die Investition in einen selbstfahrenden Mähdrescher mit Maispflücker aufgrund der jährlichen Anbaufläche nicht lohnt. Diese ein- bis vierreihigen, zapfwellengetriebenen Maschinen stellen einen bedeutenden Markt für Ersatzteile dar, da sie mechanisch einfach konstruiert sind, vom Besitzer gewartet werden und 20 bis 40 Jahre oder länger im Einsatz sind, bevor sie ersetzt werden müssen – deutlich länger als der 10- bis 15-jährige Austauschzyklus von Mähdreschern.

Geschwindigkeitssynchronisation: Die kritische Zeitbeziehung

Das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Sammelkette, der Geschwindigkeit der Brechwalze und der Fahrgeschwindigkeit des Traktors ist der wichtigste Leistungsparameter bei der Maisernte – und das Getriebeübersetzungsverhältnis bestimmt dieses Verhältnis direkt. Laufen die Sammelketten schneller als die Fahrgeschwindigkeit, ziehen sie die Halme vorwärts, bevor die Brechzone bereit ist, sie aufzunehmen. Dadurch verklumpen und verwickeln sich die Halme. Laufen die Ketten langsamer, neigen sich die Halme unter dem Vorwärtsgang des Mähdreschers nach hinten und gelangen in einem Winkel in die Brechzone, der ein unsauberes Brechen mit am Kolben haftenden Halmfragmenten verursacht. Das optimale Verhältnis von Ketten- zu Fahrgeschwindigkeit liegt bei etwa 1,15 bis 1,25:1 – die Ketten ziehen jeden Halm 15 bis 25 Prozent schneller als die Fahrgeschwindigkeit und halten so die Spannung auf dem Halm aufrecht, während er in die Brechzone eintritt.

Die Drehzahl der Brechwalze muss der Stängelvorschubgeschwindigkeit entsprechen. Walzen, die mit 600 bis 1000 U/min (Umfangsgeschwindigkeit von 3 bis 7 m/s, abhängig vom Walzendurchmesser) arbeiten, greifen und ziehen jeden Stängel durch den Spalt der Deckplatte mit einer Geschwindigkeit, die ein sauberes Abtrennen der Ähre ermöglicht. Getriebe für Maispflücker Ein Getriebe, das bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit (z. B. 5 km/h) die korrekten Ketten- und Walzengeschwindigkeiten erzeugt, ist bei einer anderen Geschwindigkeit (z. B. 7 km/h) nicht mehr optimal abgestimmt, es sei denn, die Getriebeübersetzungen sind für einen breiten Geschwindigkeitsbereich ausgelegt. Ältere, zapfwellengetriebene Maispflücker verwendeten Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis, die auf eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit (typischerweise 4 bis 5 km/h) ausgelegt waren. Der Bediener musste diese Geschwindigkeit auf dem gesamten Feld beibehalten. Moderne Konstruktionen verfügen über radgetriebene Getriebeelemente mit variablem Übersetzungsverhältnis, die die Ketten- und Walzengeschwindigkeiten proportional zur Fahrgeschwindigkeit anpassen und so die korrekte Taktung über den gesamten Geschwindigkeitsbereich von 3 bis 7 km/h gewährleisten. Hersteller wie Ever-Power Zapfwellengetriebe Wir liefern sowohl Getriebe mit festem als auch mit variablem Übersetzungsverhältnis, die auf die jeweilige Maispflückerkonstruktion und den vom Bediener bevorzugten Arbeitsgeschwindigkeitsbereich abgestimmt sind.

Reihengetriebe: Verteilte Antriebsarchitektur

Jede Reihe eines mehrreihigen Maispflückers verfügt über ein eigenes, kompaktes Winkelgetriebe, das die Brechwalzen und Sammelketten der jeweiligen Reihe antreibt. Das Hauptzapfwellengetriebe (PTO) treibt eine Querwelle an, die sich über die gesamte Maschinenbreite erstreckt. Von dieser Querwelle wird der Antrieb jedes Reihengetriebes über ein Kegelradpaar im erforderlichen Übersetzungsverhältnis übertragen (typischerweise 1:1 bis 1:1,5-fache Übersetzung von der Querwelle zu den Brechwalzen). Diese verteilte Architektur gewährleistet den unabhängigen Betrieb jeder Reihe – ein Stau oder eine Verwicklung in einer Reihe beeinträchtigt nicht den Betrieb der benachbarten Reihen. Zudem lässt sich das Getriebe einer einzelnen Reiheneinheit schnell vor Ort austauschen, ohne das Hauptgetriebe oder den Querwellenantrieb demontieren zu müssen.

Die Getriebe der Reihenaggregate sind die am häufigsten ausgetauschten Getriebekomponenten an Maispflückern, da sie am tiefsten Punkt der Maschine montiert sind – nah am Boden, am nächsten am Erntegut und somit am stärksten von Erde, Feuchtigkeit, Stängelresten und Steinschlag betroffen. Ein typisches Getriebe wiegt 8 bis 15 kg, verwendet ein kompaktes rechtwinkliges Spiralkegelradpaar mit einem Modul von 3 bis 5 mm und ist mit Doppellippendichtungen abgedichtet, die sowohl Erde als auch faseriges Stängelmaterial fernhalten müssen. Der Austauschzyklus beträgt je nach Betriebsbedingungen und Wartungsqualität 3 bis 8 Saisons – eine häufig nachzutauschende Ersatzteilkomponente, die eine konstante jährliche Nachfrage bei Getriebeherstellern für den Maispflückermarkt generiert. Für ein umfassenderes Verständnis der Integration von Antriebssystemen für die Getreideförderung in Erntemaschinen lesen Sie bitte unseren Leitfaden zu [Link einfügen]. Getreidefördergetriebe Anwendungen.

Integration von Schälwalzen und Pflücker-/Schälmaschinen

Nachdem die Schälwalzen den Kolben vom Stängel getrennt haben, entfernt die Entspelzungsmaschine die schützenden Hüllblätter und legt so den sauberen Maiskolben frei. Die Entspelzungswalzen sind paarweise angeordnet – eine glatte Stahlwalze und eine gezahnte oder gerippte Walze, die sich mit 800 bis 1200 Umdrehungen pro Minute gegenläufig drehen. Die unterschiedliche Oberflächenstruktur greift die Hüllblätter (die weicher und flexibler als die Körner sind) und löst sie durch Reibung vom Kolben, während dieser zwischen den Walzen hindurchläuft. Landwirtschaftliches Getriebe Der Antrieb der Schälwalzen erfordert eine Drehzahlerhöhung vom Hauptantrieb (typischerweise 1:1,5 bis 1:2,2 von der 540 U/min Zapfwellen-Querwelle) und muss die zyklischen Drehmomentschwankungen bewältigen, die beim Eintritt und Austritt jeder einzelnen Kornspitze in den Walzenspalt auftreten – ein Belastungsmuster, das Drehmomentimpulse mit einer Frequenz von 3 bis 8 Hz erzeugt, abhängig von der Zuführgeschwindigkeit der Kornspitze und der Vorwärtsgeschwindigkeit.

Die Walzengeschwindigkeit beim Entspelzen beeinflusst sowohl die Reinigungsqualität als auch die Kornbeschädigung. Ist sie zu hoch, werden die Körner zusammen mit der Hülle vom Kolben getrennt – was die Kornausbeute um 2 bis 5 Prozent reduziert und zu losen Körnern führt, die sich nur schwer im Elevator auffangen lassen. Ist sie zu niedrig, bleiben die Hüllen teilweise haften, was zu Lagerproblemen führt (die unter den unvollständigen Hüllen eingeschlossene Feuchtigkeit fördert Schimmelbildung und mindert die Kornqualität). Die optimale Geschwindigkeit gewährleistet eine vollständige Hüllenentfernung mit weniger als 1 Prozent Kornverlust – ein enger Betriebsbereich, der ein Getriebe erfordert, das unabhängig von Schwankungen der Kornfeuchte eine gleichbleibende und präzise Ausgabegeschwindigkeit liefert (Mais hat bei der Ernte eine Kornfeuchte von 18 bis 30 Prozent, wobei feuchterer Mais eine etwas niedrigere Walzengeschwindigkeit beim Entspelzen erfordert, um ein Herausfallen der Körner zu verhindern).

Die Picker-Spelzmaschine verfügt über eine zusätzliche Schälwalze, die nach dem Entspelzmechanismus angeordnet ist und die Körner vom Kolben trennt, bevor das Getreide in den Wagen befördert wird. Die Schälwalze arbeitet mit 400 bis 600 U/min – einer geringeren Drehzahl als die der Entspelzwalze – und erzeugt das zweithöchste Drehmoment im Antriebssystem der Pickermaschine (nach den Brechwalzen), da jeder Kolben stark gegen den Dreschkorb gerieben werden muss, um die Körner zu lösen und gleichzeitig das Brechen der Körner zu minimieren. Getriebe für Maispflücker Eine Pflück- und Schälmaschine muss daher eine zusätzliche Leistung bei anderer Drehzahl und einem wesentlich höheren Drehmoment als eine reine Pflückmaschine erbringen – was ein größeres Gehäuse, schwerere Zahnräder und größere Lagerabstände erfordert, um die kombinierten Belastungen beim Brechen, Schälen und Entkernen ohne durch Verformung verursachte Fehlausrichtung zu bewältigen.

Der Spielraum in der Dreschtrommel (der Spalt zwischen Trommel und Dreschkorb) ist entscheidend für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kornauswurf und Kornbeschädigung. Ein geringer Spielraum maximiert die Dreschleistung, erhöht aber das Aufbrechen der Körner (gebrochene Körner haben einen geringeren Marktwert und verderben schneller bei der Lagerung). Ein zu großer Spielraum hingegen lässt ungeschälte Körner am Kolben zurück – ein Verlust an Getreide, der einen direkten Ertragsverlust bedeutet. Das Getriebe muss die Trommeldrehzahl unter variierender Last konstant halten (das Drehmoment steigt sprunghaft an, wenn jede Kolbenladung in die Trommel gelangt), um den Dreschvorgang innerhalb des engen Qualitätsbereichs zu gewährleisten. Ein Drehzahlabfall von mehr als 3 Prozent unter Spitzenlast führt zu kurzzeitigen Erhöhungen der Kontaktkraft zwischen Trommel und Dreschkorb, wodurch die Körner weit über dem stationären Aufbruchprozentsatz aufbrechen.

Schutz vor Kurbelwellenverwicklung: Schutz des Getriebeantriebs

Maisstängel haben einen Durchmesser von 15 bis 30 mm, sind mit zähen, siliziumhaltigen Fasern verstärkt und bleiben beim Pflücken mit dem Wurzelsystem verbunden. Dadurch entsteht ein kontinuierlicher Strom steifen, faserigen Materials, der an allen rotierenden Bauteilen des Pflückmechanismus vorbeifließt. Lose Stängelreste und Hüllblätter wickeln sich um freiliegende Wellen, sammeln sich an Dichtflächen und lagern sich an Getriebegehäusen ab. Die Umschlingungskraft eines auf eine rotierende Welle wirkenden Maisstängels kann 500 bis 1500 N erreichen – ausreichend, um eine kleine Antriebswelle zu blockieren, eine Wellendichtung zu beschädigen oder ein Stängelfragment durch eine Labyrinthdichtung in das Getriebeöl zu drücken.

Stängelabweiser (konische oder scheibenförmige Schutzvorrichtungen an allen freiliegenden Wellen), eng anliegende Deckplatten, die ein seitliches Abrutschen der Stängel in Richtung Getriebe verhindern, und glatte Gehäuseprofile ohne Spalten oder ebene Flächen, auf denen sich Ablagerungen ansammeln können, sind die Standardschutzmaßnahmen für Getriebe für Maispflücker Anlagen. Die Querwelle, die die Getriebe der Reihenaggregate verbindet, ist besonders anfällig für Verwicklungen, da sie horizontal über die gesamte Maschinenbreite und auf gleicher Höhe wie der einlaufende Halmstrom verläuft. Geschlossene Wellenschutzvorrichtungen (vollständige Rohrschutzvorrichtungen, die die Querwelle umschließen und nur die Abzweigpunkte der Reihenaggregate freilegen) sind die effektivste Lösung – sie müssen jedoch für Wartungsarbeiten abnehmbar sein, wodurch ein Konstruktionskonflikt zwischen Schutzqualität und Wartungsfreundlichkeit entsteht.

Wartung und Leistungsdimensionierung während der Erntezeit

Der Leistungsbedarf von zapfwellengetriebenen Maispflückern steigt linear mit der Reihenanzahl: Ein einreihiger Pflücker benötigt 15 bis 25 PS, ein zweireihiger 25 bis 45 PS und eine vierreihige Maschine 45 bis 80 PS. Pflücker- und Entkörnungsmaschinen (mit integriertem Entkörnungszylinder zur Trennung der Körner von den Kolben vor dem Auswerfen) benötigen zusätzlich 15 bis 25 PS für den Entkörnungsmechanismus. Das Hauptgetriebe der Landwirtschaft muss für die gesamte Dauerlast aller Reiheneinheiten sowie die Funktionen des Entkörnens und des Förderers ausgelegt sein, mit einer Reserve von 25 bis 30 Prozent für Drehmomentspitzen durch Stängelstau, das Abbrechen grüner Kolben (grüne Kolben erfordern 30 bis 50 Prozent mehr Brechkraft als reife, trockene Kolben) und Steinschläge an den Brechwalzen im normalen Feldbetrieb.

Die Ölwechselintervalle für das Hauptgetriebe liegen bei 200 bis 300 Betriebsstunden. Die Bedingungen der Herbsternte (feuchter Boden, Stängelreste, Temperaturschwankungen von kalten Morgenstunden bis zu warmen Mittagsstunden) beschleunigen den Ölabbau und die Verunreinigung durch Wasser. Die Getriebe der Reihenaggregate sollten zu Beginn jeder Erntesaison unabhängig von der Betriebsstundenzahl entleert und mit frischem synthetischem Getriebeöl (PAO-basiertes ISO VG 220) befüllt werden. Aufgrund des geringen Ölvolumens (typischerweise 200 bis 500 ml) beeinträchtigen bereits geringe Mengen Wasser oder Verunreinigungen die Schutzwirkung des Öls erheblich. Zapfwelle Durch das Schmieren der Kreuzgelenke alle 8 bis 10 Stunden wird der Antriebsstrang vor der Feuchtigkeit und den Verunreinigungen geschützt, die typisch für Maisfelder im Herbst sind. Die Kalibrierung der Rutschkupplung vor der Saison stellt sicher, dass der Überlastschutz bei der richtigen Schwelle auslöst, um das Getriebe vor Drehmomentspitzen durch Stängelstau zu schützen, ohne dass es während des normalen Betriebs mit hohem Ernteaufkommen zu Fehlauslösungen kommt.

Häufig gestellte Fragen

Herausgeber: Cxm