Feldschwarm Potenziale einer neuen Technologie für die Zukunft der landwirtschaftlichen Produktion

Transkript

1 Innovativer Wachstumskern in der Region Sachsen Feldschwarm Potenziale einer neuen Technologie für die Zukunft der landwirtschaftlichen Produktion André Grosa, TU Dresden, Agrarsystemtechnik 1

2 Intention Bodenbearbeitung und Bestellung heute (9) Leistungsbedarf/ Wirkungsgrad gezogene Systeme Arbeitsgeschwindigkeit und Strukturgewichte Arbeitsqualität Prozess - Automation Potenzial und Lösungsansätze der neuer Feldschwarmtechologie (5) Flexibilität im Prozess, Skalierbarkeit Leichtbau in der Bodenbearbeitung Steuerung und Automatisierung im Arbeitsprozess Ausblick 2

3 Technik, die beeindruckt und funktioniert Warum also neue Konzeptansätze? Prozessanforderungen Stoppelbearbeitung: 0 40 t/ha Erntereste > 5 ha/h Flächenleistung enge Zeitfenster chem. Pflanzenschutz Funktionssicherheit Verfahrenssicherheit optimale Arbeitsqualität bei wechselndem Wetter und Boden.... 3

4 Zielstellung Feldschwarmtechnologie. für die Bodenbearbeitung/ Bestellung Effizient Reduktion von Antriebsleistung höhere Strukturfestigkeit bei gleichem bzw. geringerem Gewicht Flexibel im Werkzeugeinsatz in der Verfahrensgestaltung, Bearbeitungstechnologie und Reihenfolge Arbeitsintensität in der Leistungsbereitstellung und Verteilung Skalierbar in der Flächenleistung in der Leistungsbereitstellung Automatisierbar leichte Bedienung mit automatisierten Arbeitsprozessen teilautonome Navigation 4

5 Situation heute: zu tief, zu intensiv? Effizienz und Prozesskontrolle früher durch die begrenzte Schlepperleistung? Gründe: Konzentriert beobachtet der Schlepperfahrer die Pflugarbeit LT1953 Keine genaue Prozesskenntnis über den Arbeitsvorgang Heute nur Stichprobenhafte, indirekte Kenntnis über das Arbeitsergebnis Ungenügende oder keine Einstellmöglichkeit während der Feldarbeit (vgl. Selbstfahrer) Keine Regelgrößen als Basis für eine praktikable Prozesssteuerung.... 5

6 Bodenbearbeitung mit gezogenen Systemen. z. B. Stoppelbearbeitung Lemken Rubin 9/600 KUA (1090 kg/mab) und Traktor JD 7800 (Pnenn = 125 kw) nur max. 2/3 der Traktornennleistung als Zugleistung verfügbar Arbeitsgeschwindigkeit bestimmt maßgeblich die Arbeitsweise/ -intensität Arbeitsqualität nicht messbar Arbeitsweise nicht steuerbar 6

7 Gerätemassen und Arbeitsgeschwindigkeit. bei Grubber und Scheibeneggen Anstieg der Arbeitsgeschwindigkeit in Etappen auf das > 2 fache Zuwachs der spez. Gerätemassen um kg/a Steigerung des Dieselverbrauchs auf das 1,5 fache klappbare Geräte mit großen Arbeitsbreiten > 700 kg/m 7

8 Entwicklung der Traktorleistungen. sind schwere Zugtraktoren effizient, wirtschaftlich? Anstieg der Traktorleistungen um 2,2 3 kw/jahr in den letzten Jahren Einsatz schwerer Zugtraktoren nur noch für schwere Bodenbearbeitung 8

9 Precisoin Farming und Prozessüberwachung. ortsspezifische Bearbeitung bei >12m AB? Werkzeugeinstellung und führung über die gesamte Arbeitsbreite/ -länge? Ist die Identifikation und Lokalisierung von Störungen/ Werkzeugbruch möglich? Prozessüberwachung bei > 6m Abstand und >10 km/h im Rückspiegel? 9

10 Tiefe [cm] Beispiel: Kurzscheibenegge mit verschlissener Klappkinematik Arbeitsbild an der Oberfläche sehr gut keine gleichmäßige Werkzeugauflast Aufschwimmen im Randbereich und auf Fahrspuren! Arbeitsbreite [cm] 10

11 Tiefe [cm] Beispiel: Flügelschargrubber Werkzeugbruch oder Fehlstellungen Arbeitsbild an der Oberfläche sehr gut unbearbeitete Bereiche in der Sohle effektive Bekämpfung von Wurzelunkräutern? Arbeitsbreite [cm] 11

12 Beispiel: Sekundäre Verschleißkosten Ausgangssituation Arbeitstiefe eingestellt cm - Arbeitstiefe real: cm Werkzeugkonfiguration mit Flügeln? Arbeitsqualität? Beispiel: (Horsch Terrano FX, 5m AB, Bearbeitung Rapsstoppel, zu Winterweizen, 10/

13 Beispiel: Sekundäre Verschleißkosten Effizienzpotenzial Einsatz von Flügelscharen bei AT>15 cm nicht mehr sinnvoll 21 25% zu viel Zugkraft 1/3 der Schare zu kurz bzw. 12 Schare arbeiten 3 5 cm zu tief, 0,13 m² zusätzlicher Bodenaufbruchquerschnitt 26 % zu viel Zugkraft Dieseleinsparung l/ha 11,8 Mio ha Ackerland (D) < 5% Direktsaatanteil (ohne BB) 2 3 Bodenbearbeitungsgänge 13

14 Konzeptansatz Feldschwarm Effizient Flexibel Skalierbar - Automatisierbar 14

15 Effizient Reduktion der spezifischen Leistung Bodenbearbeitung so tief und intensiv wie nötig definierte Werkzeugauswahl/ -konfiguration exakte, ortsspezifische Werkzeugeinstellung tiefgehende Werkzeuge nur dort wo nötig Werkzeugschnellwechsel verschiedene Werkzeugkonfigurationen dezentrale, angetriebene Werkzeuge drehzahlvariabel angetriebene Werkzeuge (z. B. Zinkenrotor) erzeugen Vortrieb Vortrieb über das Stütz- und Rückverdichtungswerkzeuge (z. B. Packer, Stützräder, Zinkenrotoren,..) 15

16 Materialeffizienz Reduktion der spezifischen Masse (Werkstoff F 2,3 F 5,1 F 1,4 Material Halbzeug Struktur Fertigung > 10 fache Festigkeit der Tragstruktur bei gleichem Gewicht ist möglich! 16

17 Flexibel und Skalierbar Modularisierung schnelle Wechselbarkeit der Werkzeugmodule variable Werkzeugausstattung einzelnen Einheiten Funktionsteilung nach Einheiten Flächenleistung nach Anzahl der Einheiten Schwarmführung im Komplex oder aufgelöst variable Konfiguration für verschiedene Arbeitsziele variable Geschwindigkeit, Arbeitsort für unterschiedliche Arbeitsschritte Arbeitsrichtung verschieden oder gleich 17

18 Automatisierung Steuerung des Arbeitprozesses, z. B. Arbeitstiefe Arbeitsintensität Mittelapplikation Bearbeitungsort Einmischwirkung, Navigation und Schwarmsteuerung Teilautonom Richtungsvariabel Routenvariabel Arbeitsvariabel Geschwindigkeitsvariabel? 18

19 Wir beginnen mit dem Feldschwarm Sorge Dich nicht um die Ernte, sondern um die richtige Bestellung der Felder. KONFUZIUS ( v. Chr.) 20

20 Komplex oder Seilschaft variabel, teilflexibel aber nicht unabhängig und AK intensiv Pflügen im Komplex 1987, Nordsachsen Seilschaft