Entwicklung eines Systems für die Verlegung und Bergung von Tropfschläuchen im Kartoffelbau

Dieses Verbundprojekt leistet einen Beitrag zur Verbesserung des Handlings von Tropfschläuchen. Es wurde über die "Bekanntmachung über die Förderung von Innovationen für einen effizienten und nachhaltigen Umgang mit der Ressource Wasser" im Programm zur Innovationsförderung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Zielsetzung

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von optimierter, modular aufgebauter Technik zur Reduzierung des Arbeitsaufwands und zur Vermeidung von Beschädigungen beim Verlegen und Bergen von Tropfschläuchen, um den Einsatz von wasser- und energiesparender Tropfbewässerung bei Kartoffeln attraktiver zu machen.

Methode

Nach einer umfangreichen Aufnahme und Bewertung der verfügbaren und angewendeten Verlege- und Bergeverfahren wurden die technischen Anforderungen an eine mechanisierte Verlegung und Bergung unterschiedlicher Tropfschläuche in Zusammenarbeit mit Praktikern in Lastenheften erarbeitet und gemeinsam mit einer Maschinenbaufirma in Pflichtenhefte überführt. Diese bildeten zusammen mit Untersuchungen zur Schlauchdehnung und zum Grünanteil bei frühzeitiger Schlauchbergung die Grundlage für die Konzeption und Konstruktion der optimierten Verlege- und Bergetechnik. Nach dem Bau von ersten Prototypen durchlief das Projekt einen Prozess wiederholter Felderprobung und kontinuierlicher Verbesserungen und Weiterentwicklungen.

Ergebnisse

Die Recherchen haben gezeigt, dass im Kartoffelbau Tropfschläuche derzeit mit unterschiedlichen Zusatzeinrichtungen an Dammformern oder Dammfräsen verlegt werden, wobei im Speziellen die Kuppelstellen der Vornutzung wie auch die exakte Seiten- und Tiefenführung beim Verlegen nach der Dammformung Probleme bereiten.

Verlegetechnik

Mit dem 6-reihigen Verlegegerät werden die Tropfschläuche in die Krone von Kartoffeldämmen abgelegt.Zoombild vorhanden

6-reihiges Verlegegerät für Tropfschläuche

Ein 6-reihiger Prototyp eines Verlegegerätes für Tropfschläuche wurde konstruiert, gebaut und erprobt. Dieser ist mit drei hydraulisch klappbaren Trommelmagazinen ausgestattet, die je Reihe drei Trommeln mit Tropfschläuchen aufnehmen können. Bei der Entwicklung wurde sehr viel Wert auf eine ergonomisch günstige Bestückung der Magazine gelegt. Durch die einzeln hydraulisch zum Traktor hin schwenkbaren Magazine wird die Zugänglichkeit zu den innenliegenden Magazinen deutlich erleichtert. Zudem wird der Schwerpunkt der Maschine zum Traktor verlagert. Die Scharkörper, welche einzeln über Parallelogramme am Grundrahmen montiert sind, folgen den Kartoffelreihen mittels Führungsblechen, in die sie höhenverstellbar integriert sind. Zusätzlich sind die einzelnen Scharkörper mit einem hydraulischen Be- und Entlastungssystem ausgestattet, damit der Schardruck an die unterschiedlichen Bodenverhältnisse angepasst werden kann. Durch die modulare Bauweise ist es auch möglich, die Magazine auf herkömmlichen Häufelgeräten zu installieren.
Die Betriebsaufzeichnungen der Agrar-Genossenschaft eG Zodel belegen, dass für das Verlegen der Tropfschläuche (incl. der Feldan- und Feldabfahrten) mit der neu entwickelten Technik 2,78 Akh/ha aufgewendet wurden. Mit der neuen Verlegetechnik konnte somit der Arbeitsaufwand gegenüber der bisher auf dem Betrieb eingesetzten Verlegetechnik um mehr als die Hälfte reduziert werden.
Darstellung im Video

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Volltextalternative zum Video "6-reihige Verlegetechnik für Tropfschläuche"
Im Film ist der Einsatz einer 6-reihigen Verlegetechnik für Tropfschläuche dargestellt. Zu Beginn fährt ein Traktor mit dem angebauten Verlegegerät, welches sich in Transportstellung befindet, auf einer Straße zum Feld. Am Feldrand klappt das Gerät hydraulisch auseinander. Anschließend wird das Gerät von Hand mit Tropfschlauchtrommeln beladen. Je Reihe führt das Gerät drei Schlauchtrommeln mit. Das Verlegegerät wird nach und nach mit insgesamt 18 vollen Trommeln bestückt. Die drei Magazinhalter mit jeweils 6 Trommeln werden zum Beladen hydraulisch in eine Position geschwenkt, welche dem Bedienpersonal eine ergonomische Bestückung ermöglicht. Für den Feldeinsatz werden die Magazine zum Traktor hin nach oben geschwenkt. Dadurch kann man den Schwerpunkt des vollbestückten Gerätes zum Traktor hin verschieben. In den nachfolgenden Bildsequenzen ab 1 Minute 10 ist der Traktor mit dem Verlegegerät zwischen die geformten Dämme in einen noch nicht aufgelaufenen Kartoffelbestand gefahren. Die Tropfschläuche werden am Feldrand mit speziellen Gabeln fixiert. Es erfolgt die Einstellung der Verlegetiefe. Der Schlauch wird ca. 3-4 cm mittig unter die Dammkrone abgelegt. Die exakte Führung wird durch einzeln aufgehängte, in Führungsbleche integrierte Verlegescharen erreicht. Ab 1 Minute 30 ist der Traktor in Fahrt über den schon teilweise stark verunkrauteten Schlag zu sehen. Während des Einsatzes drehen sich die Magazine von denen der Tropfschlauch abgespult wird. Die Schläuche werden mit bis zu 10 km/h verlegt. Am Ende der Dämme schneidet das Bedienpersonal sie mit einer Schere von Hand ab. Das Gerät wird ausgehoben, gewendet, erneut in den Bestand eingefahren und weiter verlegt. Ab 3 Minuten 10 wechseln die Örtlichkeit und die Art des Verlegegerätes. Zwei der vorher verwendeten schwenkbaren Magazinhalter wurden auf ein 4-reihiges Dammformgerät montiert und sind mit 12 Trommeln bestückt. Mit diesem Gerät fährt der Traktor zur Demonstration in ein unbestelltes Feld, die noch horizontal über dem Dammformer liegenden Magazinhalter schwenken wieder zum Traktor hin hoch, die Schläuche werden am Feldanfang erneut mit Gabeln fixiert. Dann werden beim Dammformen die Tropfschläuche mit in die Dammkrone verlegt. Während der Traktor mit der angebauten Gerätschaft in Aktion den Schlag hoch fährt ist als Text eingeblendet, dass es sich bei diesem Projekt um ein Verbundprojekt der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), der Agrargenossenschaft eG Zodel und der Schöpstal Maschinenbau GmbH handelt und dies durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wird.

Bergetechnik

Mit dem 3-reihigen Bergegerät werden die Tropfschläuche in einem Arbeitsgang geborgen.Zoombild vorhanden

3-reihiges Bergegerät für Tropfschläuche

Die Bergung der Tropfschläuche erfolgte bis heute zumeist 2-phasig. Im ersten Arbeitsschritt werden die Tropfschläuche aus dem Bestand gehoben und wieder abgelegt. In einem zweiten Arbeitsschritt werden sie vom Feldrand aus aufgewickelt. Bei der Neuentwicklung werden die Schläuche in einem Arbeitsgang geborgen.
Steuerungskonzept
Mit dem an der Bayerischen Landesanstalt entwickelten Steuerungskonzept lassen sich sowohl Einweg- als auch Mehrwegschläuche bei variierender Vorfahrtsgeschwindigkeit sauber bergen. Bei dem entwickelten Bergegerät kann die Vorspannung der Schläuche variiert werden, damit der Wickelprozess sowohl auf den Schlauchtyp als auch auf die vorherrschenden Schlauchtemperaturen abgestimmt werden kann.
Einsatz bei Erntekampagne
Mit dem neu entwickelten 3-reihigen Bergegerät wurden in der Erntekampagne 2016 bei der Agrar-Genossenschaft eG in Zodel 20 ha Tropfschläuche geborgen. Im 1-Mannbetrieb konnten mit dem Gerät 0,49 ha/h Tropfschläuche geborgen werden (2,1 Akh/ha). Bisher mussten nach den Aufzeichnungen der Agrar-Genossenschaft eG Zodel für das Bergen 9,2 Akh/ha aufgewendet werden. Für das Beschicken, Entleeren und den Wechsel der Magazine im Feld mit der neuen Technik wurden 50 % der Arbeitszeit aufgewendet. Das Fahren im Bestand während des Bergens beanspruchte 25 % der Arbeitszeit bei einer rechnerisch ermittelten mittleren Vorfahrtsgeschwindigkeit von 7,2 km/h. In 25 % der Arbeitszeit mussten Störungen wegen sich lösenden Schlauchverbindern behoben werden.
Schlauchdehnungs-, Reiß- und Wickelversuche
Da zu den unterschiedlichen Tropfschlauchtypen keine physikalischen Kennwerte (Bruchlast, Elastizität) verfügbar waren, wurden am Institut für Landtechnik und Tierhaltung Schlauchdehnungs-, Reiß- und Wickelversuche bei verschiedenen Temperaturen und mit unterschiedlichen Schlauchtypen und mit unterschiedlichem Schlauchalter durchgeführt. Diese Untersuchungen erfolgten sowohl auf der Materialprüfmaschine (INSTRON) wie auch mit längeren Tropfschlauchabschnitten in Schleppversuchen.
Temperatureinfluss
Mit steigenden Temperaturen verringert sich die Belastbarkeit des Tropfschlauches. Bei einer Schlauchtemperatur von 25°C entstehen bei dem Mehrwegtropfschlauch (DripNet 22250) bei Zugkräften von über 30 kg irreversible Beschädigungen (plastische Verformung). Bei dünnwandigeren Einwegschläuchen hingegen kann bereits eine Zugkraft von nur 16 kg zum Schlauchabriss führen.
Entsprechend der Zielsetzung der Programme zur Innovationsförderung des BMLF beabsichtigt die Firma Schöpstal Maschinenbau zusammen mit der Agrargenossenschaft Zodel e.G. die beiden Geräte zur AGRITECHNICA 2017 auf den Markt zu bringen.
Darstellung im Video

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Volltextalternative für Video "3-reihiges Bergegerät für Tropfschläuche"
Zu Beginn des Films wird das 3-reihige Bergegerät aus der Fertigungshalle der Schöpstal Maschinenbau GmbH gefahren und in der Längsfahreinrichtung mit einem Traktor zur Agrar-Genossenschaft transportiert. Am Feldrand wird das Gerät von der Straßentransportstellung in Arbeitsstellung an die Dreipunkthydraulik angebaut. Auf einem Bild ist das Gerät mit vielen leeren Magazinen für die Tropfschläuche zu sehen, welche vorab in die dafür vorgesehenen Magazinhalter gesteckt wurden. Im weiteren Filmverlauf wird das Einfädeln der Tropfschläuche vor dem Bergen gezeigt. Hierzu wird auf ein Wickelmodul eine leere Trommel aufgesteckt und anschließend wird der Tropfschlauch eingefädelt. Nachdem an allen drei Modulen die Tropfschläuche eingefädelt sind setzt sich die ausführende Person auf einen Stuhl der seitlich am Rahmen des 6 m breiten Gerätes als Mitfahrgelegenheit montiert ist. Das Bergegerät wird vom Traktor ausgehoben und die noch locker hinter dem Gerät hängenden Schläuche werden durch einschalten der hydraulischen Steuerung in Vorspannung gebracht. Der Traktor beginnt zu fahren und die Schläuche werden hinter den Bergemodulen aus dem Boden gezogen, gereinigt und aufgewickelt. Am Schlagende werden die vollen Trommeln von den einzelnen Bergemodulen entnommen und auf separate Magazinhalter für volle Trommeln abgelegt. Die Anordnung der Magazinhalter in unmittelbarer Nähe zu den Modulen erleichtert dem Bedienpersonal das Handling der bis zu 30 kg schweren Rollen. Nach 2 Minuten und 24 Sekunden ist das Bergegerät im Hintergrund während des Einsatzes zu sehen und es erfolgt eine Texteinblendung „Verbundprojekt der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), der Agrar-Genossenschaft eG Zodel und der Schöpstal Maschinenbau GmbH“. Nachdem der Film erlischt, wird noch der Text „Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages“ eingeblendet.

Vorträge, Veröffentlichungen, Berichte und weiterführende Informationen

Projektinformation
Projektleitung: Dr. Markus Demmel
Projektbearbeitung: Georg Neumaier
Laufzeit: August 2013 bis November 2016
Finanzierung: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft Programm zur Innovationsförderung
Projektpartner: Agrar-Genossenschaft eG Zodel, Schöpstal Maschinenbau GmbH
Förderkennzeichen: 28-1-55004.11