Herausforderung an die Entwicklung von Landmaschinen der Zukunft

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1 Fakultät Maschinenwesen Institut für Verarbeitungsmaschinen und Mobile Arbeitsmaschinen Professur Agrarsystemtechnik März 2012 Herausforderung an die Entwicklung von Landmaschinen der Zukunft Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Herlitzius Dresden Tel.: ++49(0) Fax: ++49(0) herlitzius@ast.mw.tu-dresden.de Herausforderung an die Entwicklung von Landmaschinen der Zukunft Lebensraum und Energie Herausforderungen der Zukunft Das Konfliktpotenzial Technikentwicklung Maschinensysteme der Zukunft 3 3 1

2 Unser Lebensraum Betrachtet man den Erddurchmesser von km, dann ist unser Lebensraum darin in einer 250ppm schmalen Schale. 4 4 Energiequelle Sonne Hauptspeicher Biomasse Quelle: Wikipedia Entstehung der Erde Speicherung > Verbrauch Speicherung < Verbrauch heute 5 5 2

3 Steigerungsraten im Energieverbrauch 6 6 Steigerungsraten im Energieverbrauch 7 7 3

4 Konflikt der Interessen von Ernährung, Bioenergie und nachwachsenden Rohstoffen verlangt Welt Ertragssteigerung Rohstoffe zur Nahrungsmittelproduktion Futter zur Tierernährung Biomassenutzung als Alternative zu Erdöl / Erdgas energetische Verwertung stoffliche Verwertung Ökoeffizienz und Nachhaltigkeit der Verfahren Ressourcenverbrauch und Regeneration CO 2 - Bilanz Anpassung der Betriebsstrukturen hochproduktive Maschinen und Verfahren Qualifikation der Bediener stagniert Landw. Nutzfläche LN [Mio.ha] Entwicklungsländer Industrieländer ha LN pro Kop 8 8 Beispiel Herausforderung Biomasse zu Energie Energieproduktion Landwirtschaft: Steigerung auf 300% Im Zeitraum 2010 bis

5 Beispiel Genetisch veränderte Pflanzen Im Jahr 2011 wurden weltweit 160 Millionen Hektar mit transgenen Pflanzen bestellt. Das entspricht 3,2 % der weltweit landwirtschaftlich genutzten Fläche (5 Mrd. ha ) und mehr als 13 mal der Ackerfläche Deutschlands (11,8 Mio ha). Transgene Pflanzen: Soja, Mais, Baumwolle und Raps zwecks Herbizidtoleranz, Insektizidresistenz Maschinen werden zu Systemen Wie muss eine Landwirtschaft aussehen, die 9 Milliarden Menschen ernährt, ohne die Umwelt zu zerstören? Produktivität Schlagkraft Qualität Verluste Kosten Nachhaltigkeit geschl. Kreisläufe Biodiversität Die Nutzung ökologischer Systeme ist komplexer und erfordert mehr Kenntnisse als die industrielle Landwirtschaft. Maschinensysteme der Zukunft

6 Technikentwicklung Traktoren 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 Technikentwicklung Leistungssteigerung Traktoren Motorleistung/[kW] y = 1,66x + n Jahr Quellen: Produktbeschreibung der Hersteller

7 Technikentwicklung Feldhäcksler Rotormähdrescher 11,7 kw a 1960: Claas Europa 63 kw, 4,4 l, Leergewicht 2,8 t Motorleistung [kw] Schüttlermähdrescher Traktoren 8,4 5,0 1,8 kw a kw a kw a Jahr Claas Lexion kw, 12,5 l, Leergewicht 15 t Quellen: Produktbeschreibung der Hersteller Technikentwicklung Produktivität Mähdrusch Arbeitsproduktivität: Steigerung der Flächenleistung durch erhöhte Durchsatzleistung, Schneidwerksbreiten und Korntankkapazität 1950 Binder und Dreschmaschine gezogener Gezogener Selbstfahrender Selbstfahrender HeuteSelbstfahrender 1 0, Quelle: Bertram, Flur und Furche H3, 2006 Bedarf an AKh / ha Quellen: Produktbeschreibung der Hersteller

8 Problemlösungen - Wer und wo? Verteilung Landtechnik Produktion (2008) Lateinamerika 7% Indien 5% Sonstige 3% Japan 4% China 8% Osteuropa 4% Nordamerika 28% EU 41% Quelle: VDMA Forschungsfelder Mobile Arbeitsmaschinen Mobile Arbeitsmaschinen der Zukunft Produktivität Autonome Systeme Automatisierung von Komponenten Maschinen Prozessketten Alternative Antriebe Zuverlässigkeit von Maschinen, Diagnosefähigkeit (Selbstdiagnose, Ferndiagnose) Servicedienstleistung in der Prozesskette, Verfahrenstechnik und Fleet Management Quelle: Valtra Konzeptstudie ANTS

9 Antriebssysteme mobiler Arbeitsmaschinen Der Dieselmotor als Primärenergiequelle wird in Landmaschinen in den nächsten 20 Jahren keine ernst zu nehmende Konkurrenz bekommen. Brennstoffzelle und elektrochemische Speicher bleiben vorerst unökonomisch. Elektrifizierte Antriebssysteme bieten neue Möglichkeiten, Funktionalität zu erweitern, Antriebslösungen und Betriebsstrategien neu zu gestalten. Neue Technologien machen Lösungen zur Energieeffizienz und Automatisierung verfügbar, die die ökonomischen, funktionalen und sicherheitstechnischen Anforderungen mobiler Arbeitsmaschinen anwendungsgerecht und bei verbesserter Produktivität und Gesamtwirkungsgrad erfüllen Prozesswissen! Steigerung Verfahrens- u. Prozessleistung Experimentell Funktionsversuchsstände Leistungsmessungen im Feld Bodenrinne Zugkraftmessung Reifenversuchsstand... Höchst variabel, komplexe, kaum messbare Störungen, statistisch nie sicher Theoretisch Simulation von Prozessen Matlab - Simulink DSpace CFD DEM Assistenzsysteme zur Maschineneinstellung Fahrsimulation Nur Ersatzmodelle, Physik nur teilweise beherrscht nur Qualitative Aussagen

10 Zukunftskonzepte größer, stärker, breiter, schwerer Zukunftskonzepte kleiner, effizienter, intelligenter Study Massey Ferguson ( Study New Holland Study John Deere ( Mercedes Benz Unimog Study ( Valtra RoboTrac autonomous tractor design (

11 Trends Zunahme der Zahl der Anbauverfahren Precision Farming (Smart Farming) wird der Standard Anforderungen an Präzision, Genauigkeit und geographischer Auflösung steigen Bedeutung von Elektronik / Kommunikationstechnologie wird weiter steigen Hochentwickelte Informations- und Managementtechnologien sowie Kommunikationssysteme sind erforderlich Bedarf an Sensorik wird enorm zunehmen Neue Logistiklösungen sind gefragt (incl. Rückverfolgbarkeit) Neue Maschinenkonzepte werden erscheinen Neue Aktorik / Werkzeuge werden eingesetzt