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Die Abkehr vom fossilen Dieselkraftstoff, der steigende Bewässerungsbedarf sowie veränderte Regularien zum Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln erfordern die Notwendigkeit oder bieten der Landwirtschaft die Chance, etablierte Prozesse systemisch umzustellen. In diesem Artikel wird mit dem Wide-Span-System eine Infrastruktur zur kontinuierlichen Energieversorgung elektrischer Landmaschinen, zur Bewässerung und zur Ausbringung von Dünge- und Pflanzenschutzmittel vorgestellt. Über eine Verfahrenssimulation erfolgt die Berechnung des zusätzlichen Energiebedarfes des Systems. Anschließend wird dieser mit dem Energiebedarf weiterer Energieversorgungs- und Antriebskonzepte auf Basis erneuerbarer Energiequellen verglichen. In der Ausrichtung des Systems parallel zur Hauptarbeitsrichtung der Landmaschine beträgt der zusätzliche elektrische Energiebedarf weniger als 0,5 kWh/ha. Eine wirtschaftliche Umsetzung des Wide-Span-Systems als landwirtschaftliches Produktionssystem bleibt zu untersuchen.

Durch stetige Verbesserungen in der Ernte- und Lagerungstechnik von Kartoffeln in den letzten Jahren konnten externe Kartoffelbeschädigungen wie Bruch oder Abschürfungen reduziert werden. Die Schwarzfleckigkeit der Kartoffelknolle, d. h. die durch mechanische Belastung verursachte innere Schädigung, lässt sich jedoch durch klassische Entwicklungswerkzeuge wie praktische Versuche nur schlecht verringern. Durch die Dauer von etwa zwei Tagen zur Ausbildung der Schwarzfleckigkeit nach der mechanischen Belastung, ist es oft unklar, in welchem Prozessschritt und unter welchen Umgebungsbedingungen die Schäden auftreten. Die Partikelsimulation landwirtschaftlicher Ernteprozesse bietet umfassende Möglichkeiten zur Verbesserung von Maschinenprozessen und zur Verringerung von Ernteverlusten. Mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) ist es möglich, einen tiefen Einblick in die Ernte- und Transportprozesse von Kartoffeln zu erhalten. Die DEM stellt die Kartoffelknollen als Partikel und die Maschinenteile als Geometrieelemente dar. Die Geometrieelemente sind stationär oder folgen vordefinierten Bewegungen, während die Bewegung der Partikel auf der Grundlage von Kontaktgesetzen und der Materialeigenschaften berechnet wird. Das globale Partikelmodell der DEM kann Kontaktspannungen auf Partikelebene vorhersagen, ist jedoch nicht in der Lage, lokale Schäden wie die Schwarzfleckigkeit zu beschreiben. Der vorliegende Beitrag stellt einen Prüfstand zur Untersuchung der mechanisch induzierten Verfärbung von Kartoffelgewebe vor und beschreibt ein Modell zur Abbildung lokaler Schwarzfleckigkeitsschäden für die DEM. Aufgrund der inhomogenen Zusammensetzung der Kartoffelknolle aus mehreren Gewebearten werden auf dem entwickelten Prüfstand die drei wesentlichen Gewebearten Rinde, äußeres Mark und inneres Mark getrennt voneinander untersucht. Die mechanische Belastung der Gewebeproben erfolgt bis zu einer maximalen Stauchung von 20, 40 und 50 % sowie bei einer definierten Verformungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 10000 %/s, bezogen auf die Probenhöhe. Die Farbänderung der Proben wird nach etwa 48 Stunden gegenüber unbelastetem Referenzgewebe untersucht. Die Versuche wurden bei einer Knollen- und Umgebungstemperatur von 14 bis 20°C durchgeführt. Der Zusammenhang zwischen der Farbänderung und den Belastungsgrößen Stauchung und Verformungsgeschwindigkeit kann durch eine empirische Gleichung beschrieben werden. Durch Implementierung dieser Gleichung im Kontaktmodell der DEM als Schadensmodell kann die Erzeugung von Schwarzfleckigkeit in realen Prozessschritten in Simulationen vorhergesagt und untersucht werden. Der Schadenswert der einzelnen Partikel kann mit den Schädigungen der realen Kartoffeln verglichen und somit das Schadensmodell validiert werden.

Die Prüfverfahren von Applikationstechnik für Pflanzenschutzmittel sind aufgrund der meist erforderlichen Praxisversuche sehr aufwendig. Aus diesem Grund ist der Einsatz von Simulationsmethoden wünschenswert. Ein Gesamtmodell zur Abbildung einer Pflanzenschutzdüse und des zugehörigen Spritzfächers konnte bisher nicht entwickelt werden. Jedoch existieren für einzelne Teilprozesse zur Simulation der Abdrift in der CFD (Computational Fluid Dynamics) bereits Modelle, die aber oft nicht vollständig validiert sind. Für ein Gesamtmodell eignet sich die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) u. a. aufgrund der Analogie zwischen Tropfen und den simulierten Partikeln sowie der einfachen Kontakterkennung bei der Benetzung. Die Abbildung des Sprühkegels mit der DEM stellt die erste Herausforderung dar, ein Ansatz hierfür wird im vorliegenden Beitrag vorgestellt. Auf Messdaten basierend wird in der Simulation ein Tropfenspektrum 100 mm unterhalb der Düse erzeugt und zur Validierung das Spektrum sowie die Querverteilung 500 mm unterhalb der Düse gemessen. Das Tropfenspektrum zeigt eine hohe Übereinstimmung, während bei der Querverteilung leichte Abweichungen zur Messung vorliegen.

Der Kraftstoffverbrauch landwirtschaftlicher Verfahrensketten wird von betriebsstrukturellen Gegebenheiten, der maschinentechnischen Ausstattung und der Art und Ausgestaltung der Verfahrensketten eines Betriebes bestimmt. Ein Simulationsmodell, das im Forschungsprojekt ,,Effiziente Kraftstoffnutzung der Agrartechnik‘‘ (EKoTech) entwickelt wurde, ermöglicht eine modellbasierte Berechnung der Kraftstoffverbräuche in der Pflanzenproduktion. Dabei dienen Modellbetriebe als Grundlage für die Simulationsrechnungen. Mit ihnen werden relevante repräsentative Produktionsregionen in Deutschland und weiteren europäischen Ländern für verschiedene Verfahrensketten als virtuelles Abbild durchschnittlicher Betriebes der jeweiligen Region beschrieben. Die Ergebnisrechnungen aus dem Simulationsmodell beziffern die Entwicklung des Kraftstoffverbrauchs in den identifizierten Verfahrensketten von 1990 über 2015 bis 2030 und quantifizieren die Einsparpotenziale ausgewählter Technologien zur Kraftstoffverbrauchsreduktion.

Zur Optimierung von Kartoffelernteprozessen können Partikelsimulationen die umfangreichen Feldversuche reduzieren. Mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) ist es möglich einen tieferen Einblick in Kartoffelernteprozesse zu erhalten. Zum Aufbau von DEM-Modellen werden Informationen zum Materialverhalten und zur Form der Partikel sowie über die Interaktion zwischen Partikeln und Maschinenteilen benötigt. Somit ist als erster Schritt der Aufbau eines Modells zur Abbildung einer idealisierten Kartoffelknolle notwendig. Der zweite Schritt stellt den Aufbau eines Kontaktmodells dar, welches in der Lage ist, die zu erzielenden Modelleigenschaften nachzubilden. Die benötigten Kontaktparameter können in Modellversuchen ermittelt werden. Zum Testen dieser Modelleigenschaften ist als letzter Schritt ein Validierungsversuch notwendig, der unter ernteähnlichen Bedingungen durchgeführt wird. Diese Veröffentlichung belegt eine mögliche Herangehensweise, mit der die wesentlichen Modelleigenschaften in einem einzigen Validierungsprozess bestätigt werden können.

Sustainable intensification is described as the desirable goal for agricultural production to increase agricultural productivity while using less input and without adverse environmental impacts. Increasing criticism on current agricultural production systems as well as demographic changes related with labour shortages in rural areas pose major challenges to agriculture all over the world. In this context, digitalization and autonomous machinery provide new opportunities to adapt agriculture to future demands. However, it is unknown what changes are necessary for a sustainable intensification of cropping systems and how future agriculture could look like under consideration of new technologies. Here we developed a concept for future cropping systems with focus on the requirements of crops and landscapes. In this concept, the agricultural area is classified into individual spots according to their site-specific characteristics. The resulting spot farming approach is completely managed by an autonomous robot system on the level of individual plants. High precision sowing, fertilization and pesticide application could reduce agronomic input and could increase yields. In addition, small robots contribute to soil protection. Furthermore, the spot farming approach considers landscape properties and has the potential for a higher biodiversity and more structural ele­ments as well as an increased social acceptance. The evaluation of the concept according to agronomical, technical and economic aspects showed that the combination of modern technologies and a reorganisation of agricultural landscapes could contribute to the goal of sustainable intensification.

Der aktuelle technologische Fortschritt in der Landtechnik basiert auf dem zunehmenden Einsatz von Automatisierung. Erste Konzepte und Studien zu hochautomatisierten Systemen werden bereits erprobt und es gibt drei mögliche Ausgangssysteme für zukünftige Entwicklungen in der Landtechnik. Auf der einen Seite stehen der Traktor als universelle Großtechnik, aber auch der Selbstfahrer als prozessbezogene Großtechnik. Andererseits bietet der Roboter als Kleintechnik basierend auf neuen Technologien eine weitere Ausgangsbasis für zukünftige Entwicklungen. Für alle Maschinentypen gibt es viele Vor- und Nachteile sowie Initiatoren und Hemmnisse. Entscheidend für die weitere Erhöhung des Automatisierungsgrades ist vor allem die Möglichkeit einer vollständigen Prozessüberwachung und -bewertung. Die Frage, wie zukünftige Pflanzenbausysteme aussehen werden, steht in direktem Zusammenhang mit den technischen Möglichkeiten der Automatisierung und den Anforderungen der Pflanzen. Es werden Entwicklungspfade zur automatisierten Landtechnik betrachtet, die Unterschiede zwischen Kleintechnik und Großtechnik charakterisiert und das Potential für ein Kleintechnikszenario in Verbindung mit neuen Pflanzenbausystemen aufgezeigt.

The losses occurring in the tire-soil contact dominate the system efficiency of a tractor in tillage applications. The operator can minimize these losses by adjusting the ballasting and the tire inflation pressures of the tractor. Analyzing scientific publications on off-highway traction shows that the lowest permissible tire inflation pressure does not necessarily lead to maximal tractive efficiency. The tire inflation pressure for maximal tractive efficiency has to be determined for the current traction conditions. Therefore, tire-soil mappings for different tire inflation pressures were generated from sensor data and evaluated based upon the resulting tractive efficiencies. The investigations initially confirm that working at the edge of the tire load capacity does not always lead to maximum tractive efficiency. The evaluation of different tire pressures on the basis of tire-soil mappings is suitable for homogeneous traction conditions, while the evaluation of heterogeneous traction conditions needs further research.

Modelling methods such as DEM and CFD are increasingly used for developing high efficient combine cleaning systems. For this purpose it is necessary to verify the complex segregation and separation processes in the combine cleaning system. One way is to determine the segregation and separation function using 3D computer tomography (CT). This method makes it possible to visualize and analyse the movement behaviour of the components of the mixture during the segregation and separation process as well as the derivation of descriptive process parameters. A mechanically excited miniature test rig was designed and built at the company CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH to achieve this aim. The investigations were carried out at the Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS. Through the evaluation of the recorded images the segregation process is described visually. A more detailed analysis enabled the development of segregation and separation function based on the different densities of grain and material other than grain.

Today, electro-hydraulic gearshift actuation systems offer a wide range of opportunities to optimize power shift behavior and therefore handling comfort of tractors. However, the parameter application process is very time consuming, especially with regard to increasing comfort demands. To reduce the time consumption and to increase the repeatability of the parameter application process, it is promising to transform the process from field tests to test benches. One main requirement for the transformation is to adjust the dynamic drivetrain behavior on the bench until it is comparable with tractor field operations. Therefore, it is necessary to understand the influence of the tire-soil contact, the chassis design and the drivetrain design on power shift operations. Within this article, the influences are analyzed with the help of a complete tractor simulation model which is based on a CLAAS Axion 800 Hexashift. The resulting effects are evaluated by tractor driving speed, transmission output speed and transmission output torque.

Bei der Entwicklung moderner Traktoren kommen den Faktoren Bodenschonung und die Steigerung der Schlagkraft bei reduziertem Kraftstoffverbrauch eine große Bedeutung zu. Während zur Vermeidung von Bodenverdichtungen geringe Achslasten erforderlich sind, wird zur Erzeugung höherer Zugkräfte ein entsprechendes Maschinengewicht benötigt. Daher sollte die Achslast über möglichst große Kontaktflächen auf den Boden übertragen werden. Dies wird durch eine gezielte Verteilung des Fahrzeuggewichts auf die angetriebenen Achsen im Verhältnis zu den verwendeten Reifengrößen sowie durch eine gezielte Absenkung des Reifeninnendrucks bis an die Auslastungsgrenze des Reifens erreicht.Im Folgenden wird ein umfassendes Messkonzept vorgestellt, welches die Erfassung von Rad- und Achslasten des Fahrzeugs auch während des Arbeitsprozesses ermöglicht. Die dazu notwendige Sensorik ist an starren Achsen in die Gehäusestrukturen integriert. An hydropneumatisch gefederten Achsen werden die Drücke der Hydraulikzylinder ausgewertet. Die ermittelten Achslasten können dem Bediener angezeigt und zusätzlichen Assistenzsystemen zur Traktor­optimierung zur Verfügung gestellt werden.

Zur Validierung analytischer und numerischer Berechnungen von bodenmechanischen Vorgängen in der Landtechnik sind detaillierte Informationen aus Versuchen notwendig. Es wird ein neuartiger Messaufbau zur Erfassung von geometriediskreten Teilkräften an einem Grubberwerkzeug vorgestellt. Innerhalb von reproduzierbaren Versuchen in einer Bodenrinne wurden die Einflüsse der Prozessparameter Bearbeitungstiefe und Bearbeitungsgeschwindigkeit untersucht. Die Ergebnisse zeigen die qualitativen und quantitativen Zusammenhänge der Prozessparameter auf Teil- und Gesamtkräfte am untersuchten Werkzeug. Zudem wird ein Ansatz zur Extrapolation der gemessenen Teillasten auf messtechnisch unerfasste Geometrieabschnitte des Messwerkzeugs vorgestellt und bewertet. Damit können Verläufe hoch und niedrig belasteter Geometrieabschnitte eines Grubberwerkzeugs deutlich detaillierter als bisher möglich beschrieben werden. Diese neuartigen Detailinformationen dienen der Validierung von Berechnungen und sind damit Grundlage für Untersuchungen zum Verschleiß oder zu Arbeitsprozessen.

The objective of the „EKoTech“ research project is to identify future fuel saving potentials of agricultural machinery. The results projected to 2030 are compared to 1990. The quantification in current and future scenarios of agriculture is based on model farms and saving potentials by using machine and process models.The process models presented in this publication determines suboperation times of different field works on individual field contours according to the KTBL time classification scheme. The structure of the simulation model as well as the methodical procedure of data recording and evaluation for plausibility checks of the simulation results are described. Based on recorded GPS positions of the tractors in various field works, a first comparison of measurement and simulation is made and presented.

The increasing performance of modern tractors increases the demands on the operator. In order to further support the operator, the development of new assistance systems is necessary. For this reason, the Institute of Mobile Machines and Commercial Vehicles (IMN) at the Technische Universität Braunschweig is conducting research into assistance systems based on optical sensors that increase ease of use, quality of work and safety. These assistance systems are being investigated in a publicly funded research project together with AGCO Fendt as an associated partner.

The design of future agricultural production systems requires innovative approaches. For creating a more productive, resource-efficient and low-emission agriculture the systemic development of the agricultural processes, the operating conditions and the organizational processes is necessary. Fundamentally new approaches can be found by defining scenarios. Such a hypothetic concept does field operation without using internal combustion engines. Instead of this the power supply of performant machines can be done by electric direct supply systems or for small machines by battery systems with charging points. However, all this requires the electrical energy supply of agricultural fields. A direct electric energy supply utilizing the Center Pivot approach via rotating structures enables new production systems. Using innovative technologies new solutions with great potential for automation and a productive precision agriculture can be designed. This paper highlights an unconventional approach stimulating the discussion about future developments in agricultural engineering.

Modern rotary mowers are well known in green forage harvesting. These machines are powerful and reliable, but energy consumption is high and cutting quality is restricted. To optimize the process, an overlaid cutting principle was developed and realized as functional prototype. This cutting method is characterized by two vertical arranged mowing discs with several blades. Thus with reduced cutting speeds the energy efficiency and the cutting quality could be improved.