Entwicklungsgrenzen von Landtechnik im Zusammenhang mit Bodenschutz und wie wir sie überwinden

Transkript

1 Fakultät Maschinenwesen Institut für Verarbeitungsmaschinen und Mobile Arbeitsmaschinen Professur für Agrarsystemtechnik Entwicklungsgrenzen von Landtechnik im Zusammenhang mit Bodenschutz und wie wir sie überwinden B. von der Planitz Schönnewitz, Zukunftstagung Ökolandbau Sachsen 2013

2 Zur Person 1983 geboren in Stralsund Ausbildung zum Landwirt Studium Agrarwirtschaft an der HTW Dresden ab 2011 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Agrarsystemtechnik der TU Dresden Arbeitsgebiete: - Bodenbearbeitung - Technik für Kurzumriebsplantagen - elektrische Antriebe Folie 2/ 40 2

3 Problemanalyse Wo liegen die Probleme? Quelle: Claas Quelle: Fendt Folie 3/ 40 3

4 Problemanalyse Quelle: LWK Niedersachsen Folie 4/ 40 4

5 Problemanalyse Quelle: Kotte Landtechnik Folie 5/ 40 5

6 Problemanalyse Quelle: commons Wikimedia Folie 6/ 40 6

7 Problemanalyse Woher kommen die Probleme? Folie 7/ 40 7

8 Entwicklung der Landtechnik Zwang zur Steigerung der Produktivität durch Bevölkerungswachstum und Abwanderung Quelle: Commons Wikimedia Quelle: Scholl Quelle: Halonen Folie 8/ 40 8

9 Entwicklung der Landtechnik Zugleistung Antriebsleistung Quelle: Ventzki Arbeitsproduktivität Arbeitskräftebedarf Arbeitsbelastung Quelle: Caseinsiders Folie 9/ 40 9

10 Entwicklung der Landtechnik Neue Verfahren Quelle: Rothe Quelle: Landwirt.com Quelle: Dettmer-Agrartechnik Quelle: Blickpunkt-sh Folie 10/ 40 10

11 Entwicklung der Landtechnik Kultivierung vorheriger Wald- und Grünlandstandorte Quelle: Ullrich Janzen Folie 11/ 40 11

12 Stand der Technik Leistung 160 Lanz Bulldog D2016, 50er Jahre 14 kw, 2.3 l, Leergewicht 1,6 t JD 8320R 235 kw, 9 l, Leergewicht 12,5 t Leistungsgewicht/[kg/kW] Jahr Folie 12/ 40 12

13 Energiebedarf bei der Bodenbearbeitung Zusammenhang von Zugkraftbedarf; Zugleistung; Arbeitsgeschwindigkeit (die Zusammenhänge gelten für das Einzelwerkzeug und das Gesamtgerät) Bearbeitungsquerschnitt b. Arbeitsbreite t Arbeitstiefe statischer Anteil Boden-, Werkzeug-, Geschwindigkeitsabhängige Parameter k. spez. Bodenwiderstand e Konst. des dyn. Zuges v f Arbeitsgeschwindigkeit dynamischer Anteil Zugkraftbedarf: F z = b t (k + e v f ²) [kn] Zugleistung: P z = F z v [kw] optimale Werkzeugform e = 3 10 kns²/m 4 Grubber: k = 1,2 kn/m² leichte Böden k = 2,5 kn/m² sehr schwere Böden Bearbeitbarkeit Quellen: Gorjackin, Souceck, TU Dresden Folie 13/ 40 13

14 Werkzeugeigenschaften Schmal-, Herzschare Schnittwinkel (γ): Keilwinkel (β):15-40 Freiwinkel (α):5-10 Gänsefußschare Schnittwinkel (γ):15-25 Keilwinkel (β):12-15 Freiwinkel (α): 0-5 Spreizwinkel hat vorrangig Wirkung auf: Mischwirkung, Arbeitsintensität und Leistungsbedarf Einzugsverhalten Schnittverhalten Folie 14/ 40 14

15 Werkzeugeigenschaften Der Pflug - Beispielhafte Optimierung von Bodenbearbeitungswerkzeugen Quelle: Raupp Quelle: Altmann Quelle: Soucek Senkung des Zugkraftbedarfes und des Verschleißes bei Optimierung der Pflugkörper auf höhere Arbeitsgeschwindigkeiten Folie 15/ 40 15

16 Energiebedarf bei der Bodenbearbeitung Zusammenhang von Zugkraftbedarf; Zugleistung; Arbeitsgeschwindigkeit (die Zusammenhänge gelten für das Einzelwerkzeug und das Gesamtgerät) Bearbeitungsquerschnitt b. Arbeitsbreite t Arbeitstiefe statischer Anteil Boden-, Werkzeug-, Geschwindigkeitsabhängige Parameter k. spez. Bodenwiderstand e Konst. des dyn. Zuges v f Arbeitsgeschwindigkeit dynamischer Anteil Zugkraftbedarf: F z = b t (k + e v f ²) [kn] Zugleistung: P z = F z v [kw] optimale Werkzeugform e = 3 10 kns²/m 4 Grubber: k = 1,2 kn/m² leichte Böden k = 2,5 kn/m² sehr schwere Böden Bearbeitbarkeit Quellen: Gorjackin, Souceck, TU Dresden Folie 16/ 40 16

17 Arbeitsbreite Quelle: amacoint.com große Arbeitsbreite = komplizierte Geräte mit aufwändiger Klappkinematik = hohe Anschaffungskosten Folie 17/ 40 17

18 Arbeitsgeschwindigkeit Quelle: Messner hohe Arbeitsgeschwindigkeit = schmale Geräte = hoher Verschleiß an Werkzeugen = immenser Zugleistungsbedarf Folie 18/ 40 18

19 Verschleißschutz für Grubberschare Quelle: Entwicklungsmuster Hartmetallapplikation, Werkbild Betek Folie 19/ 40 19

20 Arbeitsgeschwindigkeit = Leistungsbedarf Quelle: Eigene Darstellung nach Bauernzeitung Österreich Folie 20/ 40 20

21 Stand der Technik Leistung 160 Lanz Bulldog D2016, 50er Jahre 14 kw, 2.3 l, Leergewicht 1,6 t JD 8320R 235 kw, 9 l, Leergewicht 12,5 t Leistungsgewicht/[kg/kW] Jahr Folie 21/ 40 21

22 Wo bleibt das Gewicht? Folie 22/ 40 22

23 Stand der Technik Gewicht und Achslasten StVzO Gewicht / Achslasten 40 t zulässige Gesamtmasse auf der Straße 11,5 t Achslast für angetriebene Einzelachsen Beispiele aus der Praxis (Acker) Gesamtmasse Rübenroder 60 t (Bunker gefüllt) Gespann mit Güllefass 65 t Achslast vordere Achse Mähdrescher 20 t Folie 23/ 40 23

24 Mähdrescher mit Übergewicht Quelle: maxresdefault Quelle: Basti92, landtechnik-im-einsatz - tiefe Fahrspuren selbst bei normaler Bodenfeuchte - Aufstandsfläche vs. Straßenzulassung - Verbesserungen durch Gleisbandlaufwerke, aber Druckspitzen unter Umlenkrollen Folie 24/ 40 24

25 Rübenroder / Hundegang Quelle: Ropa Quelle: Pantelico agrartechnik im einsatz - ganzflächige Überfahrt der Fläche - um 70 % der Verdichtungen entstehen beim ersten Überrollen (bei mehrachsigen Fahrzeugen) Folie 25/ 40 25

26 War s das für den Boden? Folie 26/ 40 26

27 NEIN!!! Folie 27/ 40 27

28 Wo liegen die Lösungen? Folie 28/ 40 28

29 Aktiv-Passivkombinationen zur Bodenbearbeitung Rota-Pull-Prinzip Quelle: Grosa Quelle: Grosa Einstellbare Intensität der Bodenbearbeitung Zerkleinerung der Kluten über rotierende Elemente (Zugkraftbedarf = Null geeignet für leichte Maschinen mit viel Motorleistung Folie 29/ 40 29

30 Energiesparende Werkzeuge Exakte Führung der Funktionsbaugruppen Quelle: Treffler Quelle: eigene Darstellung Minus 20% im Vergleich zu starren Werkzeugen Folie 30/ 40 30

31 Mehr Achsen / Niederdruckbereifung Quelle: eigene Darstellung Quelle: Neumann bessere Verteilung des Maschinengewichtes mehr Fläche zur Zugkraftübertragung günstige Kraftübertragung für hintere Achsen - Multipasseffekt Folie 31/ 40 31

32 Streifenbearbeitung / Direktsaat Quelle: Väderstad Quelle: Kuhn bessere Befahrbarkeit durch stabilere Bodenstruktur und bessere Infiltration geringerer Zugkraftbedarf da nicht ganzflächig arbeitend Folie 32/ 40 32

33 Zukunftsstrategien modularer Aufbau: Je nach Aufgabe werden variable Module miteinander kombiniert Traktor als Energiemodul Einsatz energieeffizienter Antriebe (mechanisch, elektrisch) Minimieren des Anteils der Zugleistung durch den Traktor Schwarmkonzept: Autonomes zusammenarbeiten in sich funktionsfähiger Einheiten Folie 33/ 40 33

34 Sabema TU Dresden 1988 Folie 34/ 40 34

35 Concept Vision Modular Tractor Folie 35/ 40 35

36 Concept Vision Modular Implement Folie 36/ 40 36

37 Concept Vision Modular Implement Folie 37/ 40 37

38 Schwarmkonzept kleine Einheiten unkritische Fahrzeugeinzelmassen Viele Gleichteile (Kostenvorteil) Folie 38/ 40 38

39 Schwarmkonzept Transport zum Feld mit Standard-LKW-Anhänger Folie 39/ 40 39

40 Standortangepasste Bewirtschaftung Folie 40/ 40 40

41 Stand der Technik Leistung Lanz Bulldog D2016;14 kw Aufgrund der gesteigerten Flächenproduktivität heute deutlich weniger Maschinen vorhanden Verantwortungsvoller Einsatz bei ungünstigen Wetterlagen unbedingt notwendig Unter Umständen Aufbau von Schlagkraftreserven sinnvoll JD 8320R; 235 kw (ersetzt 14 Lanz Bulldog) Folie 41/ 40 41

42 Sonst nützt die beste Technik nichts! Folie 42/ 40 42

43 Sie haben es in der Hand! Folie 43/ 40 43

44 Folie 44/ 40 44