Elektrische Antriebstechnik im nicht-chemischen Pflanzenschutz
Vereinfachte Darstellung der Projektinhalte © Agrartechnik
Hintergrund
Das Projekt „E-Hack“ setzt sich mit den Möglichkeiten der elektrischen Antriebstechnik im nicht-chemischen Pflanzenschutz auseinander. Speziell der Einsatz im ökologischen Erwerbsgemüseanbau steht im Blickpunkt der Untersuchung, da dieser eine besonders arbeitsintensive Form der Landbewirtschaftung darstellt. Um die harte Arbeit zu erleichtern, werden auf kleineren Betrieben vorwiegend unmotorisierte Radhacken eingesetzt, während auf größeren Betrieben auf den Einsatz von Geräteträgern zurückgegriffen wird. Im Vergleich zur Landwirtschaft, in der in den letzten Jahren viele technische Neuerungen (z. B. Kamerasteuerung, autonome Hacksysteme) Einzug gehalten haben, läuft die Elektrifizierung im Gartenbau schleppend an. Technische Lösungen sind häufig für kleine Betriebe nicht ausgelegt oder finanziell stemmbar. Es fehlt grundsätzlich an Alternativen im Kleinleistungsbereich, die nachhaltig arbeiten und die Gesundheitsrisiken von Verbrennungsmotoren, wie Lärm, Abgase und Vibrationen, für die anwendende Person reduzieren bzw. vermeiden. An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt „E-Hack“ an und will die Mechanisierungslücke zwischen Handarbeit und Verbrennungsmotor schließen.
Quelle: the Noun Project (Ohr – icon4you, Wolke – Adrien Coquet, Viereck - Yu luck, Mensch – Khoon Lay, Kreis – fahmionline)
Projektziel
Durch die sich rasant entwickelnde Elektromobilität und neueste Batterietechnologien werden Elektromotoren zunehmend als eine vielversprechende Alternative zu Verbrennungsmotorenbetrachtet. Das Ziel des Projekts ist es, die Zukunftsfähigkeit elektrisch betriebener Maschinen zur mechanischen Unkrautbekämpfung im Gartenbau abzuschätzen und nachzuweisen. Außerdem soll eine innovative, umweltfreundliche Gerätetechnologie entwickelt werden, die der Praxis eine Erhöhung der Schlagkraft und damit eine Steigerung der Konkurrenzfähigkeit ermöglicht.
Methode
Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer innovativen, elektrifizierten Gerätetechnik für die mechanische Unkrautbekämpfung. Hierfür ist es wichtig, in einem ersten Schritt den tatsächlichen Leistungsbedarf ausgewählter typischer mechanischer Unkrautbekämpfungsmaßnahmen zu ermitteln. Mit diesen Datengrundlagen werden drei Maschinen (Meilenstein 1 = M1) für unterschiedliche Arbeitsfelder (Leistungsbereiche) entwickelt und in Feldversuchen getestet. Dabei soll die Qualität der Arbeit, der Energiebedarf und die mögliche Einsatzdauer der Geräte ermittelt werden. Diese neu entwickelten Maschinen werden dann mit den bisherigen Verbrennungsmotoren verglichen. Kurz, es werden Untersuchungen zum Arbeitsschutz, zur Ergonomie, Ökonomie und Ökologie durchgeführt (Meilenstein 2 = M2). Während des Projektes ist immer wieder die Rückkopplung mit der Praxis vorgesehen und am Ende werden die Ergebnisse auf verschiedenen Wegen publiziert (Meilenstein 3 = M3). Eine Veröffentlichung im Open-Source-Format soll bewertet und ggf. umgesetzt werden. Der abgebildete Zeitstrahl zeigt die chronologische Abfolge der einzelnen Meilensteine.
Zeitplan des Projekts mit den 3 Meilensteinen © Agrartechnik
Derzeitige Ergebnisse
Feldversuche
Im ersten Jahr wurde ein Feldversuch zur Bestimmung des Zugkraftbedarfs verschiedener Hackwerkzeuge durchgeführt. Neben der Ermittlung des Zugkraftbedarfs der Hackwerkzeuge stellt die Kraftübertragung zwischen Rad und Boden einen weiteren Grundbaustein für die bedarfsgerechte Konstruktion der Prototypen dar. Damit die Einflüsse der Bodenfeuchtigkeit und des Aufwuchses erfasst werden können, wurden zwei separate Durchgänge des Feldversuchs vorgesehen. Die erste Variante fand Ende des Jahres 2023 statt und ist unter relativ trockenen Bodenverhältnissen mit einem bodendeckenden Pflanzenbewuchs durchgeführt worden. Im zweiten Quartal 2024 wurde die zweite Variante des Versuchs unter feuchten Bodenverhältnissen mit einem lockeren Boden realisiert. Eine abschließende Aussage über die verschiedenenHackwerkzeuge und den Leistungsbedarf wird erst am Ende aller Feldversuche möglich sein.
Ermittlung des Zugkraftbedarfs eines Häufelpflugs © Agrartechnik
Zugkraftmessungen © Agrartechnik
Entwickelte Geräte
Drei Geräte befinden sich aktuell im Prototypenstatus. Ihre Weiterentwicklung ist ein stetiger Prozess. Zum einen gibt es eine Radhacke für den niedrigen Leistungsbereich (< 1000 W). Das Grundgerüst bildet eine Einradhacke der Firma Terrateck, die mit einem Elektromotor, Akkumulator und zugehöriger Steuerungstechnik ausgestattet wurde. Diese Version besitzt eine Leistung von 500 W mit 24 V Akkuspannung und lässt sich auf bis zu 6 km/h beschleunigen. Zum anderen gibt es zwei Einachshacken, die mit Radnabenmotoren angetrieben werden. Diese Geräte sollen den mittleren Leistungsbereich zwischen 1.000 W und 2000 W abdecken. Hierfür sind zwei komplette Neukonstruktionen vorgenommen worden, die sich an verschiedenen Maschinen und Vorgaben aus der Praxis orientieren. Der Grundaufbau der Geräte ist ähnlich. Sie unterscheiden sich in den verwendeten Bausätzen. Die E-Hack 1.0 hat eine Leistung von 1000 Watt, mit 24 V, die Akkukapazität sind 12 Ah und jeder Motor hat ein Drehmoment von 50,9Nm. Die E-Hack 2.0 hat eine Leistung von 1100 Watt, mit 48 V, Akkukapazität 17 Ah und jeder Motor hat ein Drehmoment von 98 Nm.
Die 3 Prototypen von links nach rechts, E-Hack 2.0, E-hack 1.0 und Einradhacke © Agrartechnik
Präsentation der Einachshacke vor internationalen Wissenschaftlern aus Nairobi © Agrartechnik
Koordinator/in
Partner
Abbildungsquellen
- © Fachgebiet Agrartechnik, Universität Kassel