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Dissertation

Professor

PD Dr. Andreas Lemmer

Institution

Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie, Univ. Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

Biogas is a key component in renewable energy production and holds significant potential for achieving Germany’s climate goals. In the transport sector, where the share of renewa-ble energy was only 6.8% in 2023, greenhouse gas (GHG) emissions must be reduced from 147.9 Mt in 2022 to 84 Mt by 2030. Biomethane-based fuels such as bio-LNG and bio-CNG are promising alternatives that are compatible with existing infrastructure and vehicle technologies, already contributing to emission reductions. This study aims to optimize biomethane production through an innovative process chain for decentralized and resource-efficient provision of methane-based fuels. Biogas production was analyzed using two-stage anaerobic digestion (TSAD) to determine optimal substrate compositions and operating parameters. Biogas upgrading was conducted via biological hydrogen methanation (BHM), a power-to-gas technology that enhances process efficiency and economic viability. The results demonstrate that TSAD achieves high methane content (> 60%) even under high organic loads, while BHM performance can be further improved through pressure and temperature optimization. A life cycle assessment (LCA) confirms the efficiency gains of the new process chain compared to conventional methods. The use of renewable energy in process stages has the greatest impact on reducing GHG emissions. Decentralized bio-LNG production from agricultural residues emerges as a feasible solution for producing CO₂-negative fuels.

Zusammenfassung

Biogas ist ein zentraler Baustein für die Erzeugung erneuerbarer Energien und bietet großes Potenzial zur Erreichung der Klimaziele Deutschlands. Im Verkehrssektor, dessen Anteil erneuerbarer Energien 2023 nur 6,8 % betrug, müssen die Treibhausgasemissionen von 147,9 Mt im Jahr 2022 auf 84 Mt bis 2030 reduziert werden. Biomethanbasierte Kraftstoffe wie bio-LNG und bio-CNG sind vielversprechende Alternativen, die mit bestehender Infrastruktur kompatibel sind und bereits heute Emissionen senken. Die Arbeit zielt darauf ab, die Biomethanproduktion in einer innovativen Prozesskette für die dezentrale Bereitstellung methanbasierter Kraftstoffe zu optimieren. Dazu wurde die Biogaserzeugung mittels zweistufiger anaerober Vergärung (TSAD) untersucht, um optimale Substratzusammensetzungen und Betriebsparameter zu bestimmen. Die Biogasaufbereitung erfolgte durch biologische Wasserstoff-Methanisierung (BHM), die als Power-to-Gas-Technologie die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Prozesses steigert. Die Ergebnisse zeigen, dass TSAD einen hohen Methangehalt (> 60 %) auch bei hohen organischen Belastungen erreicht und BHM durch Druck- und Temperaturoptimierung weiter verbessert werden kann. Eine Umweltbewertung bestätigt die Effizienzsteigerung der neu-en Prozesskette im Vergleich zu konventionellen Verfahren. Die Nutzung erneuerbarer Energien in den Prozessstufen hat den größten Einfluss auf die Treibhausgasbilanz. Die dezentrale Produktion von bio-LNG aus landwirtschaftlichen Nebenprodukten erweist sich als praktikable Lösung für CO₂-negative Kraftstoffe.

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Dissertation

Professor

Prof. Dr.-Ing. H. Meyer

Institution

Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik, FG Konstruktion von Maschinensystemen, TU Berlin

Ort

Berlin

Abstract

Mobilität ist ein wesentlicher Teil des täglichen Lebens, der in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erfahren hat. Bereits heute leisten Fahrerassistenzsysteme, mobile Roboter und autonom fahrende Fahrzeuge einen signifikanten Beitrag zur Steigerung von Komfort und Sicherheit im Alltag. Gleichzeitig ermöglichen sie eine effizientere Gestaltung der Mobilität von Menschen und Gütern sowie die Automatisierung und Optimierung von Arbeitsprozessen im privaten und industriellen Umfeld. Als technologische Grundlage rücken Themen wie die Umfeldwahrnehmung und die Planung kollisionsfreier und mechanisch ausführbarer Bewegungen sowie deren makroskopische Koordination zunehmend in den Fokus.  Im Rahmen dieser Arbeit werden hybride Methoden zur Bewegungsplanung und Routenoptimierung nichtholonomer Roboter konzipiert, durch die Roboter dazu befähigt werden, qualitativ hochwertig über Aufwände von Handlungsalternativen, wie zum Beispiel Fahrstrecken oder Fahrzeiten, zu schlussfolgern, um selbstständig effiziente Entscheidungen zu treffen und raumzeitliche Pläne zu erstellen. Die Methoden basieren auf dem Grundgedanken, einen domänenübergreifenden Wissensaustausch zwischen der Bewegungsplanung und der Routenplanung auf lokale Regionen innerhalb eines hybriden Suchraums zu beschränken, die mit hoher Wahrscheinlichkeit Bestandteil einer optimalen Lösung sind. Zur Identifikation der lokalen Regionen und zur Bewertung von Bewegungsalternativen wird ein generisches Verfahren präsentiert, mit dem eine datengetriebene Heuristik durch Techniken des maschinellen Lernens für nichtholonome Roboter zur Prädiktion von Bewegungsaufwänden erstellt werden kann. Mit Hilfe der Heuristik, die aus Simulations- und Lernvorgängen nichtlinearer Bewegungsmodelle gewonnen wird, kann Wissen über das Bewegungsverhalten zur quantitativen Bewertung von Handlungsalternativen sowohl in die Routenoptimierung als auch in die Bewegungsplanung transferiert und domänenübergreifend in Kostenfunktionen und Planungsvorgängen berücksichtigt werden.  Im Gegensatz zu traditionellen Ansätzen, bei denen Handlungsreihenfolgen und Bewegungen sequentiell und mit domänenspezifischen Wissen und unterschiedlichen Modellierungsgenauigkeiten der Kostenfunktionen geplant werden, begründet sich die Motivation dieser Arbeit in der Arbeitshypothese, dass eine Steigerung und Vereinheitlichung der Modellierungsgenauigkeit beim Schlussfolgern über Handlungsalternativen durch einen methodenübergreifenden Wissenstransfer zu einer Steigerung der Lösungsqualität und folglich zu effizienteren Routenplänen in realen Robotereinsätzen führt. Die Hypothese wird durch die Anwendung der hybriden Planungsmethoden an zwei landwirtschaftlichen Anwendungsbeispielen evaluiert und die Ausführbarkeit geplanter Bewegungen in Praxisversuchen an einem realen Roboter sichergestellt.

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Dissertation

Professor

Prof. Dr.-Ing. S. Böttinger

Institution

Institut für Agrartechnik, Univ. Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

Vor dem Hintergrund des Klimawandels und hoher Ressourcenpreise ist der umsichtige Einsatz der zur Verfügung stehenden Energieträger von besonderer Bedeutung. Um die Folgen anthropogener Treibhausgasemissionen auf das Klima zu minimieren, sehen legislative Vorgaben in Europa und Deutschland ambitionierte Reduktionsziele für einzelne Sektoren wie die Landwirtschaft vor. Die heterogene Agrarstruktur erfordert standortgerechte Produktions- und Arbeitsverfahren, was zu einer großen Vielfalt an eingesetzten Maschinen und Anbaugeräten führt. Neben der Untersuchung von Einsparpotentialen einzelner Fahrzeugkomponenten bieten landwirtschaftliche Verfahrensketten mögliche weitere Einsparungen. Die Erforschung dieser prozessualen Potentiale macht eine detaillierte Kenntnis der eingesetzten Maschinen und Anbaugeräte aus energetischer Sicht notwendig.  Um die Einsparpotentiale innerhalb der Prozesse sowie der eingesetzten Technologien quantifizieren zu können, wird in der vorliegenden Arbeit der Energiebedarf von Traktoren und ausgewählten Anbaugeräten ermittelt. Dazu wird nach der Einführung einzelner Maschinen und Anbau-geräte eine Metastudie verschiedener Testverfahren und Literaturquellen durchgeführt, um die vorhandene Datenbasis zu bewerten und Datenlücken aufzuzeigen. Soweit es die Datenbasis zu-lässt, werden der aktuelle Stand und eine Entwicklung seit 1990 dargestellt, um die bereits erzielten Einsparungen aufzuzeigen. Darüber hinaus erfolgt ein Vergleich sowie eine Evaluierung bestehender Modellansätze zur Berechnung des Energiebedarfs einzelner Maschinen und Anbaugeräte. Aus der Kenntnis vorhandener Datenlücken sowie der Güte aktueller Parametersätze können systematische Feldversuche für weiterführende Arbeiten abgeleitet werden.

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Dissertation

Professor

Prof. Dr. H. W. Griepentrog

Institution

Institut für Agrartechnik, Univ. Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

Die variable Ausbringung von Stickstoff (N) unterliegt zeitlich-räumlichen Dynamiken multipler Parameter sowie einer hohen Abhängigkeit von spezifischen lokalen Begebenheiten. Vorhandene Algorithmen sind kaum in der Lage, agronomisches Expertenwissen zu nutzen und gängige Applikationstechnologie limitiert die präzise Umsetzung im Feld. Diese Arbeit näherte sich der Komplexität von teilflächenspezifischem N-Management bezüglich der Entscheidungsfindung sowie der technischen und organisatorischen Umsetzung auf systemische Weise. Das Verhalten eines kommerziellen, in Echtzeit arbeitenden N-Sensorsystems wurde in ein Fuzzy-Expertensystem transferiert und mit kartierter Bodeninformation kombiniert. Die Umsetzung in einer Echtzeit-Steuerung beinhaltete auch die räumliche Synchronisation von Erfassung und Applikation der Düngermenge. Eine digitale Prozesskette zur Vereinfachung von Entscheidungsfindung, Daten-management und Ausführung im Feld wurde konzipiert und mithilfe einer prototypischen Implementierung evaluiert. Die Algorithmen des N-Sensors wurden präzise imitiert, wobei der prozentual ausgedrückte, mittlere quadratische Fehler bei maximal 0,14% lag, während das multi-parametrische System robustere Entscheidungen implizierte. Bei Tests im Feld zeigte die Echt-zeit-Steuerung akzeptable Abweichungen in der räumlichen Synchronisation, wobei diese größten-teils unter 1 m lagen und unter realistischen Bedingungen Mediane im Bereich von 0,25 m aufwiesen. Die integrierte Systemarchitektur zeigte eine hohe Konsistenz in Bezug auf den einfachen und situativen Erwerb von Expertenwissen sowie die Eignung für unterschiedliche Sensor- und Applikationstechnologie. Die Arbeit stellt einen systemischen Ansatz für die Ableitung und Nutzung maschinenlesbarer Algorithmen aus agronomischem Expertenwissen dar, welches die Beziehung von Ursache und Wirkung für eine teilflächenspezifische N-Applikation beschreibt. Seine generischen Eigenschaften erlauben eine Ergänzung mit anderen relevanten Parametern und um andere Modelle, welche dadurch wiederum weiter gestärkt werden können.

Variable rate nitrogen (N) application is subject to spatio-temporal dynamics of multiple parameters and a high dependency on specific local conditions. Furthermore, existing algorithms are barely capable of considering agronomic expert knowledge and current application technology limits the precise in-field realization. This work approached the complexity of site-specific N management in terms of the decision making, as well as the technical and organizational realization in a systemic manner. A commercial real-time N-sensor system’s behavior was transferred into a fuzzy expert system and extended with soil information. The incorporation into a real-time control included also the spatial synchronization of dose rate determination and realization. A digital process chain to facilitate decision making, data management and execution in the field was conceptualized and evaluated with a prototypical implementation. The N-sensor’s algorithms were precisely imitated with a maximum percentage root mean square error of 0.14%, while the multi-parametric system has implied more robust decisions. In field tests, the real-time control has shown acceptable synchronization errors largely below 1 m and with medians in the range of 0.25 m under realistic conditions. The integrated system architecture has shown a high consistency in terms of straightforward and situative expert knowledge acquisition, as well as the suitability for different sensor and application technologies. The work represents a systemic approach for a derivation and employment of machine-readable algorithms from agronomic expert knowledge defining the cause-effect relationships for a site-specific N application. Its generic properties allow a supplementation by other models and can in turn strengthen them further.

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Dissertation

Professor

PD Dr. A. Lemmer

Institution

Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie 740, Universität Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

A sustainable energy supply and bio-based economic processes are of central importance for the future development of many Eastern European countries. Due to the large agricultural potentials of these countries, bioenergy systems can make a significant contribution to sustainable electricity and heat production if they are reasonably integrated into an energy supply structure based on various renewable energy sources. This requires the use of regenerative starting products and the complete utilisation of all by-products of the overall process. With such a cradle-to-cradle approach, biogas technology can be a central component of future energy systems.  The focus of this study is on Ukraine. In the future, bioenergy villages can make a decentralised contribution to a sustainable energy supply in this country. This study aims to determine the methane yield potential of various energy crops from Ukraine, investigate the process stability during fermentation in biogas plants and derive concepts for optimized digestate management. Seven different crops with a total of 22 varieties were investigated for their specific biomass yields, methane yields and areal methane yields. The crops were cultivated in Ukraine. The biogas production potential of the collected crop samples was determined using the Hohenheim Biogas Test in Germany. The Ukrainian variety “Osinnii zoretsvit” of miscanthus, “Giganteus” species, from the 8th year of vegetation, harvested at the stem elongation stage, resulted in the highest areal methane yield of 7404.55 ± 199.00 m3*ha-1 and the lowest N requirement per unit methane produced (23.41 ± 7.18 gN*m-3) among all the studied crops. The maize variety ""Svitanok MV"" (FAO 250) had the highest value of areal methane yield of 6365.67 ± 55.49 m3*ha-1 among the annual crops when harvested at the stage of wax maturity.

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Dissertation

Professor

Prof. Dr.-Ing. S. Böttinger

Institution

Institut für Agrartechnik, Univ. Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

Der Traktor wird in der Landwirtschaft, auf dem Bau, im Forst und im Kommunalbereich als Universalmaschine eingesetzt. Dazu wird er wechselnd mit einer Vielzahl von Maschinen gekoppelt, um diese zu betreiben. Es ergeben sich wechselnde Bedienszenarien mit unterschiedlichen Anforderungen an die Bedienung der gekoppelten Maschinen. Heutige Bediensysteme sind statisch und müssen demzufolge als Kompromisslösung für diese unterschiedlichen Anforderungen an die Bedienung eingeordnet werden. Adaptive Bediensysteme sind hingegen in der Lage sich an wechselnde Bedienszenarien anzupassen. Daraus leitet sich die untersuchte und gerichtete Haupthypothese dieser Arbeit ab, die mit den Ergebnissen der Untersuchung verifiziert werden konnte: Wenn sich das Bediensystem eines Traktors an ein Bedienszenario adaptiert, verbessert sich dessen kognitive und physische Ergonomie. Diese Arbeit beleuchtet den Stand der Technik der Bediensysteme in Traktoren allgemein und explizit an drei ausgewählten Traktorbediensystemen. Zudem wird der Stand der Technik adaptiver Bedienelemente dargestellt. Ferner werden zwei Methoden beschrieben, mit denen ein adaptives Bediensystem spezifiziert werden kann. Für die Bewertung der kognitiven und physischen Ergonomie eines Bediensystems werden zwei weitere Methoden vorgestellt. Alle Methoden können in einem V-Modell basierten Entwicklungsprozess eingesetzt werden. Die Spezifizierung eines adaptiven Bediensystems für Traktoren im Rahmen dieser Arbeit wird begleitet von einer theoretischen und praktischen Potentialanalyse. Die theoretische Potentialanalyse stützt sich auf die Grundlagen der Ergonomie und auf die Art und Weise wie die Funktionen in einem Traktor genutzt werden. Die praktische Potentialanalyse stützt sich auf die Auswertung und Analyse von Messdaten aus dem Feld mit fast 500 Arbeitsstunden aus 14 Bedienszenarien. Mit den Ergebnissen dieser Analyse konnte eine Nebenthese dieser Arbeit bewiesen werden: Nicht alle Bedienelemente eines Stand der Technik Traktors werden in jedem Bedienszenario benötigt. Im zweiten Teil der Arbeit wird eine adaptive Traktorarmlehne methodisch spezifiziert, das voll funktionsfähige Ergebnis beschrieben und mit Hilfe der zwei Methoden bewertet. Es zeigen sich signifikante Verbesserungen der physischen und kognitive Ergonomie als Ergebnis, womit die oben formulierte gerichtete Haupthypothese bewiesen werden konnte.

As a universal machine, the tractor is used in agriculture, construction, forestry, and the municipal sector. For this purpose, it is alternately coupled with various implements to operate them. This results in changing operating scenarios with different requirements for the control of the coupled implements. Today’s operator systems in tractors are static and therefore a compromise solution for changing control requirements. Adaptive operator systems, on the other hand, are capable of adapting to changing operating scenarios. From this derives the directional main hypothesis investigated in this work, which could be verified with the results of the investigation: If a tractor’s operator system adapts itself to an operating scenario, then both cognitive and physical ergonomics improve. First, the state of the art of operator systems in tractors is described in general and explicitly for three selected tractor operator systems. In addition, the state of the art of adaptive control elements is described. This work presents four methods: two for specifying an adaptive operator system, and two for evaluating the cognitive and physical ergonomics of an operator system. Both methods can be used within a V-model based development process. The specification of an adaptive operator system for tractors is accompanied by a theoretical and practical potential analysis. The theoretical potential analysis is based on the fundamentals of ergonomics and how the tractor’s functions are used. The practical potential analysis evaluates and analyzes nearly 500 hours of field measurement data from 14 operating scenarios. With the results of this analysis, a sub-thesis of this work was proven: Not all control elements of a state-of-the-art tractor are needed in each operating scenario. In the second part of this work, an adaptive operator system is methodically specified. The fully functional result is described and evaluated methodically. The evaluation results show significant improvements in physical and cognitive ergonomics, proving the directional main hypothesis formulated above.

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Dissertation

Professor

Prof. Dr. H. W. Griepentrog

Institution

Institut für Agrartechnik, Univ. Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

Aufgrund des Klimawandels und der Notwendigkeit, Wasser zu sparen, muss der Wasserverbrauch nicht nur in der Landwirtschaft, sondern auch in städtischen Gebieten reduziert werden. In Deutschland gibt es 55.072 Sportplätze, die im Sommer bewässert werden müssen. Um die Bewässerungsmenge zu reduzieren, wurden in dieser Arbeit zwei Ansätze erforscht und diskutiert. Der erste Ansatz ist für neu angelegte Rasensportplätze konzipiert und basiert auf einer Modellierung des erforderlichen Rasentragschichtaufbaus für einen Rasensportplatz. Die Eingangsgrößen sind aufgezeichnete Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes für den Standort des neu zu errichtenden Sportplatz, die hydrologischen Eigenschaften der Substrate und die zu erwartenden Kosten. Eine optimierte Dimensionierung der Rasentragschichtdicke wird mit einem EA-Solver von Microsoft Excel berechnet. Diese Dimensionierung kann für das Bauprojekt verwendet werden. Die vorgestellte Modellierung muss in zukünftigen Untersuchungen durch Feldversuche evaluiert werden. Bei bestehenden Rasenspielfeldern kann die Rasentragschicht nur mit großem Aufwand verändert werden. Für diesen Fall wird ein biologisch abbaubares Vlies in einen bestehenden Sportplatz mit Drainageschichtaufbau eingebaut. Das Vlies transportiert das Wasser aus der tieferen Drainageschicht über die Kapillaren in die Wurzelzone des Rasens, so dass das Wasser dem Rasen zur Verfügung steht. Um diese Funktion zu gewährleisten, muss das 150 mm breite Vlies vertikal in einer Tiefe von 170 mm +-20 mm verlegt werden. Bei der Verlegung darf die Bodenbedeckung nicht verringert und die Rauheit der Oberfläche nicht erhöht werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Gerät vorgestellt, das die Grasnarbe schneidet, eine Furche öffnet, das Vlies einarbeitet und die Furche wieder schließt. Das Gerät ist an den Traktor angebaut und besteht aus einer Höhenführung, einer Schneidscheibe, einem Kastenschar und einer Andruckrolle. Das Gerät wurde auf drei Rasenparzellen mit Tragschichtaufbau in Stuttgart getestet. Die Schneidscheibe verhinderte erfolgreich die Entstehung von Verstopfungen im Arbeitsbereich. Ein Messwagen, der mit einem Ultraschallsensor, einem Laserentfernungsmesser und einem Tastrad ausgestattet ist, ermittelte die Oberflächenrauhigkeit vor und nach der Einarbeitung des Vlieses. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Zunahme der Rauheit. Um die negative Veränderung der Bodenoberfläche zu reduzieren wäre es möglich die Ballastierung des Arbeitsgerätes zu erhöhen. Dabei müssen jedoch schädliche Bodenverdichtungen vermieden werden. Die gleichmäßige Tiefe des Vlieses wurde mit einem Tachymeter bestimmt und zeigte eine Abweichung von der Solltiefe von weniger als 20 mm. Die Bodenbedeckung wurde vor und nach dem Einbau des Vlieses gemessen. Die Beschädigung der Grasnarbe betrug weniger als 15 % der Bodendecke, was den Anforderungen an die Bespielbarkeit entspricht. Die Rückverfestigung wurde mit einem Penetrologger bestimmt und im Profil ausgewertet. Die als Eindringwiderstand gemessene Rückverfestigung des Bodens entsprach dem Status quo, mit Ausnahme des Bereichs direkt neben dem Vliese, wo die Rückverfestigung nicht ausreicht. Die Furchen des entwickelten Gerätes könnten durch den Einsatz von zwei V-förmig angebrachten Andruckrollen besser rückverfestigt werden. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die beiden Andruckrollen keine Dammbildung verursachen, wie es bei Sämaschinen der Fall ist. Insgesamt kann die Leistung des Geräts als positiv angesehen werden, aber es sind noch Verbesserungen erforderlich, um die Rückverfestigung zu verbessern. Diese Verbesserungen können in zukünftigen Untersuchungen überprüft werden. Gleichzeitig muss die Wirksamkeit des Vlieses bewertet werden. Dies war nicht Bestandteil der vorliegenden Arbeit. Vorversuche haben gezeigt, dass die Kapillarwirkung ausreicht, um Wasser aus der Drainageschicht in die Wurzelzone zu transportieren.

Due to climate change and the need to save water, water consumption must be reduced not only in agriculture but also in urban areas. There are 55,072 sports fields in Germany that have to be irrigated in summer. In order to reduce the amount of irrigation, two approaches were researched and discussed in this thesis. The first approach is to adapt new sports fields to the local weather conditions. This approach is a decision support system, based on a model. The input variables are recorded weather data from the German Weather Service for the location where the new sports field is to be built, the hydrological properties of the substrates, and the expected costs. An optimized dimensioning of the rootzone layer is calculated by an EA solver of Microsoft Excel. This thickness of the layer can be used for the construction project. This was calculated exemplary for 3 locations. The presented model needs to be further evaluated through field trials. For existing sports fields, the root zone layer can only be changed with great effort. In this case, a biodegradable nonwoven can be installed in an existing sports field with drainage layer structure. This nonwoven transport water from the deeper drainage layer into the root zone of the turf through the capillaries, so that the water is available to the turf. To achieve this function, the 150 mm wide nonwoven must be installed vertically at a depth of 170 mm +-20 mm. During installation, the ground cover must not be reduced and the roughness of the surface must not be increased. In the present work, a device is presented, that cuts the turf, opens a furrow, incorporates the nonwoven and then closes the furrow. The device is mounted on the tractor and consists of a height guide, a cutting disc, a box coulter and a pressure roller. The device was tested on three plots with a layer structure in Stuttgart. The cutting disc works properly because no clogging was observed. A measurement frame equipped with an ultrasonic sensor, a laser range finder and a feeler wheel determined the surface roughness before and after incorporating the nonwoven. The results showed a significant increase in roughness. In order to reduce the negative impact to the ground surface, it would be possible to increase the ballasting of the device. However, harmful soil compaction must be avoided. The uniform working depth of the developed device was determined with a tachymeter and showed a deviation from the nominal depth of less than 20 mm. The results show that this meets the requirements for the device. Ground cover was measured before and after installing the nonwoven. The turf damage was less than 15 % of the ground cover, which meets the playability requirements. Reconsolidation was determined by penetrologger and evaluated in profile. The soil recompaction, measured as penetration resistance, was similar to the status quo, except in the area close to the nonwoven, where the recompaction failed. The furrows of the developed device can be recompacted more effectively by using two pressure roller, attached V-shaped. But it must be verified that the two pressure rollers do not cause ridge formation, as is the case with seed drills. Overall, the performance of the device can be considered positive, but improvements are still needed to improve reconsolidation. These improvements can be verified in future investigations. At the same time, the effectiveness of the nonwoven must be evaluated in the future. Preliminary tests have shown that the capillary action is sufficient to transport water from the drainage layer to the root zone.

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Abstract und Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Univ. Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Stuttgart

Abstract

Den Kraftstoffverbrauch in landwirtschaftlichen Verfahrensketten durch gesteigerte Energieeffizienz beim Maschineneinsatz zu senken, gelingt besonders in prozessorientierten Ansätzen effektiv. Europäische Zielvorgaben zur Treibhausgasminderung, zunehmend legislativ und auch gesellschaftlich gefordert, erhöhen den Handlungsdruck hierfür. Beim Landwirt ist dieser aufgrund ökonomischer Zwänge aber häufig eher intrinsisch motiviert. Am Markt verfügbare Technologien, die zur Steigerung von Maschinen- und Prozesseffizienz beitragen, können im Vorfeld von Investitionsentscheidungen bisher allerdings nur begrenzt einer betriebsindividuellen Bewertung unterzogen werden. Die Komplexität landwirtschaftlicher Verfahrensketten begünstigt und fordert umfassende Ansätze sowohl für den Einsatz als auch die Bewertungseffizienz steigernder Technologien und Maßnahmen. Zielstellung dieser Arbeit ist die Entwicklung und Anwendung einer geeigneten Bewertungsmethode. Als virtuelle Bewertungsumgebung wird ein Maschinenmodell geschaffen, mit dem zeitbezogene Kraftstoffverbräuche landwirtschaftlicher Maschinenkombinationen unter dem Einfluss effizienzsteigernder Technologien berechnet werden können. Ergänzt um ein Verfahrensmodell, kann der Verbrauch einzelner Verfahrensketten und ganzer Fruchtfolgen simuliert werden. Eine modulare Modelltopologie erlaubt flexible Kombinationen von Traktoren und Arbeitsgeräten für Verfahrensketten mit Körnerfruchternte. Entsprechende Simulationsmodelle werden aufgebaut und parametriert. Schwerpunktmäßig wird ein Modell für selbstfahrende Erntemaschinen erarbeitet und eine Parametrierung für die Anwendung auf Mähdrescher vorgenommen. Als Datengrundlage der Prozesskomponenten werden mit einem aktuellen Hybrid-Mähdrescher Leistungs- und Verbrauchsanalysen in Feldversuchen durchgeführt. Mit der Modellanwendung wird eine Potentialbewertung effizienzsteigernder Technologien und Maßnahmen, wie optimierte Traktionsbedingungen, Fahrstrategien oder reduzierte Bearbeitungsintensitäten in Bodenbearbeitung und Ernte, auf einem virtuellen Modellbetrieb ausgeführt. Dieser repräsentiert typische Verfahrensketten mit Körnerfruchternte in der Region Süd-Hannover. Optimierungspotentiale für drei- und fünfgliedrige Fruchtfolgen werden entlang der einzelnen Verfahrensschritte aufgestellt. Für einen effizienten Maschineneinsatz werden konkrete Empfehlungen anhand von Einzeltechnologieanalysen ausgesprochen. Als Gesamtbewertung kann ein Potential zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs von ca. 26 % identifiziert werden, das sich aus einer gesteigerten Maschineneffizienz ergibt.

Reducing fuel consumption in agricultural process chains through increased energy efficiency in machine use is effectively achieved through process-oriented approaches. Although European targets for greenhouse gas reduction are increasingly being demanded legislatively and socially, the farmer’s pressure to act is primarily motivated intrinsically due to economic constraints. There are technologies existing on the market that contribute to increasing machine and process efficiency. To this day, however, it is difficult to evaluate their economic use on a farm-specific basis before deciding on investments. The complexity of agricultural process chains encourages and demands comprehensive approaches for both the use and the evaluation of efficiency-increasing technologies and measures. The objective of this research is to develop and apply a proper evaluation method. As a virtual evaluation environment, a machine model is created which can be used to calculate time-related fuel consumption of agricultural machine combinations under the influence of efficiency-increasing technologies. Supplemented by a process model, the consumption of individual process chains and entire crop rotations can be simulated. A modular model topology allows flexible combinations of tractors and implements for process chains with grain crop production. Corresponding simulation models are built and parametrised. The focus is on developing a model for self-propelled harvesters and on parameterising it for application as a combine harvester. As a data basis for the process components, load and performance data are collected in field tests using a state-of-the-art hybrid combine harvester. At the same time this contributes to the general data availability of performance requirements of process components in harvesting operations. In the model application, a potential evaluation of efficiency-increasing technologies and measures, such as optimised traction conditions, driving strategies or reduced intensities in tillage and harvesting, is carried out on a virtual model farm representing typical process chains with grain crop production in the region of South Hanover. Optimisation potentials for three- and five-part crop rotations are established along the individual process steps. Specific recommendations from individual technology analyses are made for efficient use of the machinery in use. As an overall assessment, a potential for reducing fuel consumption of about 26 % resulting from optimised machine efficiency can be identified.

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Dissertation

Professor

Prof. Dr. J. Müller

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Phosphate (P) is used extensively in agriculture, while its recovery from biogas digestate and manure is uncommon. This has led to a reliance on P imports. Meanwhile, the framework for ferti-lization with digestate and manure in the European Union has become more stringent in recent years. Therefore, nutrients should be recovered as fertilizer to reduce dependencies, redistribute nutrient and amplify the product portfolio of biogas plants. Current nutrient recovery processes have in common that they are post digestion treatments of digestate, which neglect the phos-phate behavior during digestion. It necessary to closely evaluate P behavior during AD to opti-mize post digestion treatments of digestate by using digestion as a pretreatment with digestate. Additionally, the effect of fertilization with digestate can be enhanced. Therefore, it was the overall objective of this work to evaluate the turnover of P during anaerobic digestion in laboratory scale batch and continuous digestion systems. In laboratory experiments with batch reactor systems three different manures, namely pig, dairy and chicken manure were digested. Activated sludge served as inoculum. A set of 120 mL batch digesters were filled and individual bottles were opened after defined times and discarded afterwards until the last reactors were opened on day 30. The results showed that H2O-P and NaHCO3-P decreased over the digestion period by up to 40.1 %. Meanwhile, NaOH-P increased. Overall, it could be concluded that anaerobic digestion leads to a mineralization of P. The mineralization was especially profound during the first few days after the substrate was mixed with the inoculum, concluding that the ions in the inoculum played a significant role in this mineralization. In effect, AD reduces immediate plant availability but increases slow-release fertilization effects. At the same time, it also reduces the risk of run-off compared to fertilization with manure because of lower water solubility.  Based on the experiences of the batch experiments as well as inconsistent methods for sample pretreatment in literature, it was concluded that the effect of different drying temperatures during pretreatment on P fractions needed to be analyzed. Furthermore, different analysis wavelengths for P analysis were found, while using the same coloring agent (Molbydenum blue method). Therefore, for a defined measurement wavelength for digestate the absorbance spectrum of di-gestate extracts needed to be analyzed. For the evaluation of these two aspects samples were convectively dried at 50°C and at 105°C and freeze dried. These samples and undried digestate were extracted by Hedley fractionation. The coloring agent was added to the extracts and the spectra between 600 nm and 1100 nm were measured. The spectral lines showed two peaks, one at 709 nm and another at 889 nm. The lower wavelength proved to be more stable at low absorb-ance, making this the better wavelength for analysis. The subsequent analysis of the Hedley ex-tracts showed that drying increases the H2O-P and NaHCO3-P fraction by up to 70 %. Additionally, the extraction procedure needed to be adapted to prevent sample losses between the sequential extraction steps. The samples were rinsed with preceding solvent to increase accura-cy. Overall, the adapted method achieved higher accuracy for H2O-P, NaHCO3-P than the former method. The adapted fractionation was used for the analysis of samples during experiments in continuously stirred tank reactors. Chicken and dairy manure were each co-digested with straw and the parameters OLR and temperature were varied. The results showed that OLR had a nega-tive correlation with H2O-P, which decreased by up to 50.49 %. Meanwhile, HCl-P increased sig-nificantly in chicken manure digestate, showing a positive correlation with OLR. This was related to increased ion concentration in the reactor at high OLR especially in chicken manure because of the high calcium content in the substrate. It was proven that temperature has a minor effect on P transformation with a slightly higher mineralization of P under thermophilic conditions. Further-more, it could be concluded that substrate composition played a significant role in P transfor-mation. Especially the high calcium concentration in chicken manure dominated the P turnover during the digestion, which can also be seen in the positive correlation of OLR with HCl-P as well as a high Pearson correlation coefficient above 0.85 for calcium and phosphate in chicken ma-nure digestion. The results of this work have proven that P changes its chemical composition significantly during anaerobic digestion. The parameters of the digestion process had a decisive effect on the final composition with OLR and substrate composition being the major drivers. The results further showed that gas production and high P solubility are in conflict because for increased H2O-P OLR needs to be reduced. However, when nutrient recovery after digestion is desired, it would be fea-sible to reduce chemical use by adjusting the process parameters and using anaerobic digestion as a pretreatment. Future work should focus specifically on the combination of this anaerobic di-gestion and post-digestion treatments for cost effective recovery. However, its economic feasibly needs to be evaluated case by case and the legal framework needs to enforce the recirculation of local resources not only through restrictions on nutrient application but also reduction of carbon dioxide emission intensive fertilizer imports. This can play a key role for future profitability of bio-gas projects.

Phosphat (P) wird in großem Umfang in der Landwirtschaft verwendet, während die Rückgewinnung aus Gärrest und Gülle selten ist. Das hat zu Anhängigkeiten von P-Importen geführt. Gleichzeitig wurde der rechtliche Rahmen zur Düngung mit Gärrest und Gülle in der Europäischen Union in den letzten Jahren strenger. Daher sollten Nährstoffe aus Gärresten zurückgewonnen werden um die Abhängigkeiten zu reduzieren, Nährstoffe neu zu verteilen und das Produktportfolie von Biogasanlagen zu erweitern. Bei derzeitigen Verfahren zur Nährstoffrückgewinnung handelt es sich um Nachbehandlungen von Gärresten, die das Verhalten von Phosphat während der Vergärung vernachlässigen. Es erforderlich, das P-Verhalten während der anaeroben Vergärung genau zu untersuchen, um die Nachbehandlung von Gärresten zu optimieren, indem die Vergärung als Vorbehandlung genutzt wird. Außerdem kann der Düngungseffekt mit Gärrest dadurch verbessert werden. Daher war die Gesamtzielsetzung dieser Arbeit die P Umwandlung während der anaeroben Vergärung in Batch- und kontinuierlichen Vergärungssystemen im Labormaßstab zu analysieren. In Laborexperimenten mit Batch-Reaktorsystemen wurden drei ver-schiedene tierische Exkremente, Schweine-, Rinder- und Hühnermist, vergoren. Belebtschlamm diente als Inokulum. Mehrere 120 ml Batch-Fermenter wurde gefüllt und einzelne Reaktoren wurden nach bestimmten Zeiten geöffnet und anschließend verworfen, bis die letzten Reaktoren am dreißigsten Tag geöffnet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass H2O-P und NaHCO3-P während der Vergärungszeit um bis zu 40,1 % abnahmen. Gleichzeitig stieg NaOH-P an. Insgesamt ließ sich feststellen, dass die anaerobe Vergärung zu einer Mineralisierung von P führte. Die Minerali-sierung war in den ersten Tagen nach der Vermischung des Substrats mit dem Inokulum beson-ders ausgeprägt, was darauf schließen lässt, dass die Ionen im Inokulum eine wichtige Rolle bei dieser Mineralisierung spielten. Daraus resultiert, dass AD die unmittelbare Pflanzenverfügbarkeit verringert, aber die Langzeitdüngewirkung erhöht. Gleichzeitig wird im Vergleich zur Düngung mit Gülle aufgrund der geringeren Wasserlöslichkeit das Risiko des Oberflächenabflusses verringert.  Auf der Grundlage der Erfahrungen aus den Batch-Experimenten sowie uneinheitlicher Methoden zur Probenvorbehandlung in der Literatur wurde festgestellt, dass die Auswirkungen unterschied-licher Trocknungstemperaturen auf die P-Fraktionen während der Vorbehandlung analysiert wer-den müssen. Darüber hinaus wurden unterschiedliche Analysewellenlängen für die P-Analyse festgestellt, obwohl der gleiche Indikator (Molbydenum-Blau-Methode) verwendet wurde. Daher musste für eine definierte Wellenlänge für Gärresteanalysen das Absorptionsspektrum der Gär-restextrakte analysiert werden. Zur Beurteilung dieser beiden Aspekte wurden Proben konvektiv bei 50C und 105°C getrocknet und gefriergetrocknet. Anschließend wurden diese Proben und un-getrocknete Gärreste durch Hedley-Fraktionierung extrahiert. Die Indikatorlösung wurde den Ex-trakten zugesetzt und die Spektren zwischen 600 nm und 1100 nm gemessen. Die Spektrallinien zeigten zwei Maxima, ein bei 709 nm und ein weiteres bei 889 nm. Die niedrigere Wellenlänge war bei geringen Konzentrationen stabiler, weshalb diese die bessere Wellenlänge zur Analyse war. Die anschließende Analyse der Hedley-Extrakte zeigte, dass die Trocknung den Anteil an H2O-P und NaHCO3-P um bis zu 70 % erhöht. Außerdem musste das Extraktionsverfahren ange-passt werden, um Probenverluste zwischen den aufeinanderfolgenden Extraktionsschritten zu vermeiden. Hinzu kommt, dass die Proben mit dem vorherigen Lösungsmittel gespült wurden, um die Genauigkeit zu erhöhen. Insgesamt erzielte die angepasste Methode eine höhere Genauigkeit für H2O-P, NaHCO3-P als die frühere Methode. Die angepasste Fraktionierung wurde für die Analyse von Proben bei Versuchen in kontinuierlich gerührten Tankreaktoren verwendet. Hühnerkot und Rindergülle wurden jeweils mit Stroh co-fermentiert und die Parameter Faulraumbelastung und Temperatur wurden variiert. Die Ergebnis-se zeigten, dass die Faulraumbelastung eine negative Korrelation mit H2O-P hatte, das um bis zu 50,49 % abnahm. Gleichzeitig stieg der HCl-P-Gehalt in Gärresten aus Hühnerkot signifikant an und zeigte eine positive Korrelation mit der Faulraumbelastung. Dies hing mit der erhöhten Ionen-konzentration im Reaktor bei hoher Faulraumbelastung, insbesondere aufgrund des hohen Kalziumgehalts im Hühnerkot, zusammen. Es wurde nachgewiesen, dass die Temperatur einen geringen Einfluss auf die P-Umwandlung hat, wobei die P-Mineralisierung unter thermophilen Bedingungen etwas höher war. Außerdem konnte festgestellt werden, dass die Substratzusammenset-zung eine wichtige Rolle bei der P-Umwandlung spielt. Insbesondere die hohe Kalziumkonzentra-tion in Hühnerkot dominierte den P-Umsatz während der Vergärung, was sich auch in der positi-ven Korrelation der Faulraumbelastung mit HCl-P, sowie einem hohen Pearson-Korrelationskoeffizienten von über 0,85 für Kalzium und Phosphat in Hühnerkot zeigte. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben gezeigt, dass P seine chemische Zusammensetzung während der anaeroben Vergärung erheblich verändert. Die Parameter des Vergärungsprozesses haben einen entscheidenden Einfluss auf die endgültige Zusammensetzung, wobei die Faulraumbelastung und die Substratzusammensetzung die wichtigsten Faktoren waren. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass Gasproduktion und hohe P-Löslichkeit in Konflikt stehen, da für eine erhöhte H2O-P Konzentration die Faulraumbelastung reduziert werden muss. Wenn jedoch eine Nährstoff-rückgewinnung nach der Vergärung erwünscht ist, könnte der Einsatz von Chemikalien durch An-passung der Prozessparameter und Verwendung der anaeroben Vergärung als Vorbehandlung reduziert werden. Zukünftige Arbeiten sollten sich speziell auf die Kombination dieser anaeroben Vergärung und Nachbehandlungen für eine kosteneffiziente Rückgewinnung konzentrieren. Die wirtschaftliche Durchführbarkeit muss jedoch von Fall zu Fall bewertet werden und der rechtliche Rahmen muss die Rückführung lokaler Ressourcen nicht nur durch Beschränkungen der Nähr-stoffausbringung, sondern auch durch die Verringerung der Kohlensoffdioxidemissionsintensiven Düngereinfuhren fördern. Dies kann eine Schlüsselrolle für die künftige Rentabilität von Biogasprojekten spielen.

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Abstract und Dissertation

Professor

Meyer, H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

TU Berlin, Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik, FG Konstruktion von Maschinensystemen

Ort

Berlin

Abstract

Hochautomatisierte Landmaschinen sind keine Fiktion mehr und werden in den nächsten Jahren marktreif verfügbar sein. Solche Landmaschinen sind im Betrieb nicht mehr auf den Menschen angewiesen und werden eigenständig Entscheidungen treffen und umsetzen. Betrachtet man das Aufgabenspektrum einer maschinenführenden Person bei der Ausführung der Feldarbeit, so lässt sich die Gesamtaufgabe in die Teilaufgaben „Fahren“ und „Steuern und Überwachen des Arbeits-prozesses“ unterteilen. In der vorliegenden Arbeit wird exemplarisch am ausgewählten Verfahren Grubbern ein Ansatz für die Automatisierung der angesprochenen Teilaufgabe „Steuern und Überwachen des Arbeitsprozesses“ erarbeitet. Durch Feldtests wird dessen Relevanz nachgewiesen. Der zentrale Punkt der Automatisierung der angesprochenen Teilaufgabe ist die agronomische Arbeitsqualität. Diese wird für das ausgewählte Verfahren zuerst systematisch untersucht. Auf dieser Grundlage wird eine für die vorliegende Arbeit gültige Definition des Begriffs „Arbeitsqualität“ vorgenommen. Hierbei handelt es sich um einen vom Menschen zu definierenden Bodenbedeckungsgrad von Ernteresten oder sonstiger Biomasse auf dem Feld. Ausgehend von einer systematischen Analyse der Aufgaben der maschinenführenden Person bei der Feldarbeit wird ein Modell zur Beschreibung der Gesamtarbeitsaufgabe erarbeitet. Darauf basierend wird ein technisches Grundgerüst für die Automatisierung der Teilaufgabe „Steuern und Überwachen des Arbeitsprozesses“ erarbeitet. Das technische Grundgerüst lässt sich weitergehend in eine zu erarbeitende Sensorik und ein zu erarbeitendes Regelungskonzept unterteilen. Für die zu erarbeitende Sensorik zur Messung des Bedeckungsgrades wird ein bildgebendes Verfahren mit einer monokularen Kamera ausgewählt. Hierbei werden Methoden des maschinellen Sehens und des maschinellen Lernens untersucht und miteinander verglichen. Ein Deep Learning Ansatz erweist sich in Tests als der geeignetste Ansatz. Zusätzlich wird noch ein einfaches Klassifizierungsverfahren zur Erkennung signifikanter Luftstaubkonzentrationen im Bild entwickelt, basierend auf Deep Learning. Im regelungstechnischen Teil wird das erarbeitete technische Grundgerüst weiter verfeinert und ein kaskadiertes Regelungskonstrukt entwickelt. Hierbei wird auf der Grundlage von Feldversuchen zur Charakterisierung der Regelstrecke ein Split-Range-Ansatz erarbeitet. Der Ansatz wird auf Stabilität untersucht und implementiert. Da zur Umsetzung des erarbeiteten technischen Grundgerüsts mehr Funktionen notwendig sind als nur der reine Regelkreis, beispielsweise für den Umgang mit signifikanten Konzentrationen von Luftstaub, wird ein gesamtheitliches Konzept zur „Verhaltensgenerierung“ entwickelt. Die entwickelten Deep Learning Modelle und das Konzept zur Verhaltensgenerierung werden ab-schließend in umfangreichen Feldversuchen auf verschiedenen Feldern mit unterschiedlichen Pflanzenarten erfolgreich getestet und verifiziert.

Highly automated agricultural machinery is no longer fiction and will be available in the market in the next years. Such agricultural machinery does not depend on humans during operation and will make decisions independently. Looking at the range of tasks a machine operator must carry out during field work, the overall work task can be divided into the subtasks "driving" and "controlling and monitoring the work process". In this thesis, an approach for the automation of the subtask "controlling and monitoring the work process" is developed using the selected agronomic process cultivating as an example. Its relevance is demonstrated by field tests. Agronomic job quality plays a major role in the automation of this subtask. First, job quality is systematically examined for the selected agronomic process cultivating. Based on this, job quality gets defined for this thesis as a desired degree of coverage of crop residues or other biomass in the field. The target value for this residue coverage degree must be defined by humans. Based on a systematic analysis of the overall work task of the person operating the agricultural machine during field work, a generic model is developed describing the overall work task of the operator. Based on this generic model, a generic technical framework for the automation of the subtask "control and monitoring the work process" is developed. The implementation of the developed generic technical framework requires a sensor system to be developed and a control concept to be developed. For the sensor system measuring the residue coverage, a monocular camera is selected. Computer Vision and Machine Learning methods are investigated and compared. As a result, a Deep Learning approach turns out to be the best approach. Additionally, a simple classification approach for detecting significant airborne dust concentrations in the image is developed based on Deep Learning. In the control engineering part of this thesis, the generic technical framework for the automation of the subtask "controlling and monitoring the work process" is further refined, and a cascaded control structure is developed. Based on field tests to characterize the control plant, a Split-Range approach is developed. Furthermore, this approach is investigated for stability and then implemented as a final step. For the implementation of the generic technical framework more functions are required than just the pure control loop, for example a logic for handling significant concentrations of airborne dust. Thus, a holistic concept for "behavior generation" is developed. Finally, the developed Deep Learning models and the concept for behavior generation are successfully tested and verified in extensive field tests on different fields with different plant species.

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Abstract und Dissertation

Professor

Professor: Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Univ. Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Stuttgart

Abstract

Smart Farming, Landwirtschaft 4.0 und Internet der Dinge sind die Schlagwörter der zukünftigen Landwirtschaft. In der vorliegenden Untersuchung wurden einige Softwareanbieter erprobt, um einen bewertbaren Mehrwert zu generieren. Dabei wurde ersichtlich, dass die neuen Systeme die Maschinenleistung je Kostenträger in der Landwirtschaft aufgrund automatischer Dokumentation präziser und zügiger im Vergleich zur manuellen Papierdokumentation abbilden. Daraus wurden Vorteile in der Maschinenkalkulation gefolgert. Diese Vermutung wurde anhand der flexiblen Plankostenrechnung auf Vollkostenbasis der Maschinenkosten sowie einer Prozesskostenrechnung der Maschinenkosten je Fruchtart gezeigt. Zu diesem Zweck gab es einen Vergleich beider Dokumentationsarten. Es wurde in der Agrargesellschaft Pfiffelbach der gesamte Maschinenpark mit der 365FarmNet Anwendung ohne Mitarbeitererfassung ausgerüstet. Für den kompletten Produktionszeitraum der Fruchtarten bis zur Ernte 2018 erfolgte die Datenerfassung vom 01.08.2017 bis zum 31.12.2018 auf automatisierte und auf manuelle Weise. Um die Qualität der Datenerfassungen bewerten zu können, wurden die tatsächlich geleisteten Motorstunden mit den je nach Dokumentationsart erfassten Stunden abgeglichen. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde der Nutzen von Farm Managementsoftware für einen Großbetrieb in der Maschinenkalkulation aufgezeigt. Neben exakten Berechnungen stellt die sofortige Verfügbarkeit dieser Daten einen großen Fortschritt dar. So können Teilprozesse unverzüglich auf ihre Wirtschaftlichkeit überprüft sowie Alternativ- und Hilfsprozesse ökonomisch gewichtet und verglichen werden. Das stellt eine wichtige Entscheidungsunterstützung für die Betriebsorganisation dar. Weiterhin liefert die detaillierte Analyse der Kostenabweichung wichtige Argumente für die Rechtfertigung der Kosten.

“Smart Farming”, “Agriculture 4.0” and the “Internet of Things” are terms set to define the future of global agriculture. In this study, several farm management software pro-grams were tested for their capacity to add value to the cropping division of a large and diversified farm. The evaluation showed that a farm management software program based on automatic collection of machinery cost data, gave more precise and timely information than a process relying on manual data collection. This conclusion was arrived at by calculating total cropping equipment costs over a full season using two cost accounting methods – an adaptable planned cost calculation and a process cost calculation – and comparing the results from the automatic and the manual collection of data. To determine the most suitable method and to select the various software programs to evaluate, various trade fairs and companies were visited, and websites searched. Finally the farm machines at Agrargesellschaft Pfiffelbach were equipped with the 365FarmNet application without employee registration. The entire production period of crops harvested in 2018 was included. Both automatic and manual data collection took place from August 1, 2017 to December 31, 2018. To evaluate the quality of the two methods of data acquisition, the actual hours worked were compared with the hours recorded according to the type of cost collection. In the context of this study, the benefits for a large agricultural company using farm management software with automated data collection for machine costing, are demonstrated. In addition to exact calculations, the immediate availability of the information represents a major step forward. Partial processes can be checked immediately for their profitability, and alternative and auxiliary processes can be economically weighted and compared. This is an important decision support for the business organization. Furthermore, the detailed analysis of the machine cost variance provides important background information and adds veracity to the annual financial statements for the business.

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Abstract und Dissertation

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Nicht erst seit dem Beschluss der Europäischen Union zur Umsetzung der Green Deal-Strategie ist die Reduktion von Pflanzenschutzmitteln und Mineraldüngern bei gleichzeitiger Versorgungssicherheit mit Lebensmitteln eine zentrale Herausforderung der Agrarbranche. In diesem Zusammenhang wird sowohl eine Steigerung der Biodiversität, als auch die Reduktion von Treibhausgasemissionen angestrebt. Neben diesen ökologischen Gesichtspunkten, stellt die Sicherstellung der Nahrungsmittelverfügbarkeit unter den aktuell vorherrschenden Marktbedingungen eine wesentliche Aufgabe der Landwirtschaft für die Gesellschaft dar. Zur Vereinbarung dieser beiden Forderungen können sensorbasierte Entscheidungshilfen, neben vielfältigen pflanzenbaulichen Maßnahmen, einen Beitrag zur bedarfsgerechten Pflanzenversorgung leisten.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Verfahrens zur dualen Anwendung von TrueColor-Sensoren bei der Pflanzendiskriminierung sowie Stickstoff-Düngung. Die Kombination dieser beiden Anwendungsgebiete stellt gegenüber aktuell verfügbaren Systemen eine technische Neuerung dar. Eine duale Anwendung wurde mit bestehenden Sensoren bisher nicht erreicht und kann einen weiteren Anreiz zur Marktetablierung sensorbasierter Pflanzenschutztechnik schaffen. Neben einer zunehmenden Auslastung und damit verbundener Rentabilitätssteigerung, spart dieser kombinierte Ansatz gegenüber Einzelsensoren ebenfalls Ressourcen durch den Wegfall weiterer benötigter Komponenten.

Im Rahmen der Untersuchungen zur Pflanzendiskriminierung ist die Detektion (Pflanze auf Boden) unter Verwendung der modifizierten euklidischen Farbdifferenz (ΔEIR) für alle untersuchten Pflanzenarten und Entwicklungsstadien möglich. Bei der Pflanzendifferenzierung erfolgt die Beurteilung über die Differenzierungsrate in Abhängigkeit der untersuchten Kulturpflanze. Zuckerrüben bis BBCH 12 sind durch eine weitere Modifikation der euklidischen Farbdifferenz (?EDiff) von 93,5 % der untersuchten Unkräuter differenzierbar. Ab BBCH 14 ist eine vollständige Differenzierbarkeit der Zuckerrübe von den untersuchten Unkräutern möglich. Aufgrund phänotypischer Merkmale ist eine vollständige Differenzierbarkeit für Soja bereits ab BBCH 12 und Mais ab BBCH 13 möglich.

Die Untersuchungen hinsichtlich der Eignung des Sensorarrays zur teilschlagspezifischen N-Düngung zeigen starke Zusammenhänge zwischen den Kanälen des CIELab-Farbraums und der N-Stufe. Über die untersuchten Pflanzenarten und Entwicklungsstadien hinweg, weist der L-Kanal bezüglich der N-Stufe ein durchschnittliches Bestimmtheitsmaß von R2 = 0,764 auf. Der a-Kanal kann aufgrund eines durchschnittlichen Bestimmtheitsmaßes von R2 = 0,835 gegenüber dem L-Kanal als besser geeignet bezeichnet werden. Mit durchschnittlich R2 = 0,871 ist der Zusammenhang zwischen der b-Reflexion und den N-Stufen am höchsten. Dieses Ergebnis wird auch durch Untersuchungen innerhalb der BBCH-Stadien bestätigt, wie die hohen Korrelationskoeffizienten des b-Kanals bezüglich der Referenzparameter Pflanzenbedeckung (r = -0,965), Frischmasse (r = -0,99) und Pflanzenhöhe (r = -0,99) zeigen. Zusätzlich weisen die b-Reflexionswerte die geringsten Abhängigkeiten bezüglich des Entwicklungsstadiums auf, wodurch dieser Kanal aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit der Messergebnisse zur Bestimmung der N-Stufe am besten geeignet ist.

Not only since the European Union's decision to implement the Green Deal strategy, the reduction of pesticides and mineral fertilizers has been a central challenge for the agricultural sector, while at the same time ensuring a secure food supply. In this context, both an increase in biodiversity and the reduction of greenhouse gas emissions are targeted. In addition to these ecological aspects, ensuring food availability under the currently prevailing market conditions is an essential task of agriculture for society. To reconcile these two demands, sensor-based decision making aids, in addition to a wide range of plant cultivation measures, can contribute to demand-controlled plant supply.

The aim of this work was the development of a method for the dual application of TrueColor sensors in plant discrimination as well as nitrogen fertilization. The combination of these two application areas represents a technical innovation compared to currently available systems. A dual application has not yet been achieved with existing sensors and can create a further incentive for the market establishment of sensor-based crop protection technology. In addition to increasing capacity utilization and the associated increase in profitability, this combined approach also saves resources compared to single sensors by eliminating the need for additional components.

In the context of plant discrimination studies, plant detection (plant on soil) using modified Euclidean color difference (?EIR) is possible for all investigated plant species and growth stages. For plant differentiation, the assessment is made using the differentiation rate as a function of the investigated crops. Sugar beet up to BBCH 12 can be differentiated to 93.5 % of the examined weeds by a further modification of the Euclidean color difference (ΔEDiff). From BBCH 14 onwards, complete differentiability of sugar beet from the investigated weeds is possible. Based on phenotypic characteristics, a complete differentiation is possible for soybean from BBCH 12 and maize from BBCH 13.

The investigations regarding the suitability of the sensor array for site-specific nitrogen fertilization show strong correlations between the channels of the CIELab color space and the nitrogen level. Across the investigated plant species and growth stages, the L channel shows an average coefficient of determination of R2 = 0.764 concerning the nitrogen level. The a channel can be considered more suitable than the L channel due to an average coefficient of determination of R2 = 0.835. With an average R2 = 0.871, the dependence between the b reflection and the nitrogen level is the highest. This result is also confirmed by investigations within the BBCH stages, as shown by the high correlation coefficients of the b channel concerning the reference parameters plant cover (r = -0.965), fresh mass (r = -0.99), and plant height (r = -0.99). In addition, the b reflection shows the lowest dependencies concerning the growth stage, making this channel the most suitable for determining nitrogen level due to the high reproducibility of the measurement results.

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Abstract und Dissertation

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Crop-load regulation by blossom thinning has an important role to improve the fruit quality and mitigate an alternate bearing on apple fruit production. This method aims to reduce excessive flowers to regulate the final fruit yield with marketable fruit quality. Although several techniques of blossom thinning already provide efficient thinning, the development of more effective thinning techniques is still essential to achieve selective thinning and to prevent a negative effect on trees and the environment.

In study 1, the efficacy of three different thinning methods on the regulation of fruit set, June drop, return bloom, fruit quality, fruit yield and the source–sink relationship were investigated. Mechanical, chemical and manual thinning were applied on apple trees cv. ‘Roter Boskoop’ at the Klein-Altendorf field laboratory of the University of Bonn. The results clearly showed that fruit production benefits from crop load management by blossom thinning. All thinning methods in this experiment gave evidence of improvement in fruit quality in terms of fruit size and weight. The fruit yield reduction by manual removal of =50% of flower clusters improved the return bloom as did the mechanical thinning with a rotor speed of 320 rpm. These three methods of thinning provided the optimal fruit yield of 14–18 kg per tree with acceptable fruit size and weight.

Study 2 was undertaken to explore an alternative approach for selective flower removal by applying laser radiation. This study was performed under laboratory conditions at the Institute of Agricultural Engineering, University of Bonn to investigate the efficacy of flower removal by applying laser radiation based on three different factors: the phenological growth stage of the apple flower, laser spot position and laser energy density. The results demonstrate that applying laser radiation can be used as an alternative technique to increase the thinning selectivity. An application of laser radiation with a low energy density of 1.02 J mm-2 to remove flowers was successful during balloon and full bloom stages when the laser spot was in the three positions, a) from the front of a flower cluster (FFC), b) from the side of a flower (FSF) and c) from the front of a flower (FFF). Applying laser radiation on the front of the flower cluster (FFC) during balloon and full bloom stages provided the most suitable condition for selective flower removal. The lowest applicable laser energy density of 1.02 J mm-2 reduced 2–3 flowers in a cluster on average, while the highest applicable laser energy density of 3.06 J mm-2 removed 3–4 flowers on average, i.e. 50% of the flowers on the cluster.

Die Regulierung der Fruchtbehangs durch Ausdünnen der Blüten spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Fruchtqualität und bei der Abschwächung der Alternanz. Der Eingriff in die Obstbaumblüte zielt darauf ab, überschüssige Blüten zu reduzieren, um den Apfelertrag auf eine hohe marktfähige Fruchtqualität einzustellen. Obwohl verschiedene Techniken der Blütenausdünnung bereits eine effiziente Ausdünnung ermöglichen, ist die Entwicklung präziserer Ausdünnungsverfahren ein Forschungsziel, um eine selektive Ausdünnung zu erreichen und negative Auswirkungen auf die Bäume und die Umwelt zu vermeiden.

In Studie 1 wurde die Wirksamkeit von drei verschiedenen Ausdünnungsverfahren auf die Regulierung des Fruchtansatzes, des Junifalls, der Blühstärke im Folgejahr, der Fruchtqualität, des Fruchtertrags und der Quelle-Senke-Beziehung untersucht. Es wurden Versuche zur mechanischen, chemischen und manuellen Ausdünnung an Apfelbäumen der Sorte 'Roter Boskoop' auf dem Feldlabor Klein-Altendorf der Universität Bonn durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fruchtqualität von der Ausdünnung der Blüten profitiert. Alle Ausdünnungsmethoden in diesem Versuch zeigten eine Verbesserung der Fruchtqualität in Bezug auf Fruchtgröße und -gewicht. Die Reduzierung des Fruchtertrags durch die manuelle Ausdünnung von 50 % oder mehr Blütenbüscheln verbesserte die Blühstärke im Folgejahr ebenso wie die mechanische Ausdünnung mit einer Rotordrehzahl von 320 U/min. Diese Ausdünnungsmethoden lieferten einen Fruchtertrag von 14–18 kg pro Baum bei akzeptabler Fruchtgröße und -gewicht.

Studie 2 wurde durchgeführt, um einen alternativen Ansatz zur selektiven Blütenentfernung durch Anwendung von Laserstrahlung zu erforschen. Diese Studie wurde unter Laborbedingungen am Institut für Agrartechnik der Universität Bonn durchgeführt, um die Wirksamkeit der Blütenentfernung durch Laserstrahlung in Abhängigkeit von drei verschiedenen Faktoren zu untersuchen: dem phänologischen Wachstumsstadium der Apfelblüte, der Position des Laserpunktes auf der Blüte bzw. der Knospe und der Dichte der Laserenergie. Die Ergebnisse zeigen, dass Laserstrahlung als alternative Technik zur selektiven Entfernung von Blüten eingesetzt werden kann. Die Emittierung von Laserstrahlung auf die Vorderseite einer Blütentraube (FFC) im Ballon- und Vollblütestadium war die geeignetste Position für die Blütenreduzierung. Die Laserdiode mit einer niedrigen Leistung von 4 W und einer Laserenergiedichte von mindestens 1,02 J mm-2 erzeugte letale Schäden an den Blüten im Ballon- und Vollblütestadium in drei Positionen des Laserspots: a) von der Vorderseite eines Blumenbüschels (FFC), b) von der Seite einer Blüte (FSF) und c) von der Vorderseite einer Blüte (FFF). Die niedrigste anwendbare Laserenergiedichte von 1,02 J mm-2 reduzierte im Durchschnitt 2 Blüten in einem Büschel. Mit der in diesem Versuch höchsten Laserenergiedichte von 3,06 J mm-2 konnten bis zu 50 % der Blüten in einem Blütenbüschel entfernt werden.

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Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Renewable energy is the only way to cope with changing climate for under-developed countries like Pakistan, particularly solar energy must be opted out due to plentiful sunshine hours. Being a natural liquid food, milk is a complete nutritional diet containing all of the essential minerals such as protein, fat and vitamins. However, improper post milking handling and storage resulting in wastage due to microorganisms and bacterial multiplication. The present study enables the application of decentralized solar-based milk pasteurization and chilling unit for the rural communities in Pakistan. To this end, in order to achieve pasteurization, innovative and efficient medium temperature solar technologies using solar concentrator (SC) and evacuated tube collectors (ETC) were employed, while one tonne of refrigeration unit powered by PV panels (2kWp) using variable refrigerant flow (VRF) technology enabled the chilling process. Finally, the microbial quality analysis of processed milk was carried out in comparison to locally available fresh and packaged milk. Energy required to pasteurize 100 litres of milk were calculated to be 4.68 and 4.22 kWh respectively for a temperature difference of 35-40°C. Under practical conditions, heat energy consumed for the milk pasteurization system coupled with SC and ETC was recoded to be 3.56 kWh and 3.91 kWh respectively; this value lies from 3.78 – 4.32 kWh to pasteurize the same milk batch size for a temperature difference of 35-40°C. Experiments were conducted using different batch sizes (50, 100, 150 and 200 liters) to cool down the raw milk from 30ºC to 4ºC. During the optimization phase, the comparative power required to run various types of compressors (reciprocating, rotary with capacitor and rotary with VRF) were found to be 1.8 kW, 1.2 kW and 0.8 kW respectively whereas the torque loads were noted to be 3.3 kW, 1.6 kW and zero kW. The developed solar based technologies showed promising quality of milk processing in physical, chemical, hygienic, adulteration and consumer acceptability aspect over the compared milk sources. Fat (5.4%), solid-not-fat (9.1%), salts (0.7%), protein (3.9%), lactose (4.2%), total solids (14.5%), pH (6.85), density (1.031 kg/l) and freezing point (-0.532°C) of solar processed milk were found within the standardized ranges. The processing cost per liter of milk, both for chilling and pasteurization, was calculated to be 0.003 USD with these solar powered technologies. In a nutshell, the present study addressed the raised research question in successful manner by accomplishing all research objectives by developing decentralized SMP, SMC, comprehensive milk quality and economic analysis for dairy farming communities.

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Dissertation

Professor

Gallmann, Prof. Dr. apl.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Society’s demands for more and better animal welfare in Germany have increased in recent years which has been promoted by the introduction of a lot of animal welfare labels and legislative changes. Therefore, housing systems with fully slatted floors, a minimum space allowance and a few employment opportunities are no longer state of the art. However, the implementation of more animal welfare confronts farmers with a large number of challenges. Among other things, there are still many problems with the integration of a solid lying area, due to the high risk of fouling and the resulting poor indoor climate.

Functionally reliable solutions were to be found in the project “Label-Fit” for the integration of a solid lying area into existing conventional housing systems for rearing piglets and fattening pigs. Based on literature research and expert discussions, the influencing factors group size, pen structure, type of perforated floor, light intensity, a cooled/heated lying area and a cover over the lying area were examined. These factors were investigated in four fattening and two rearing compartments over three years (five fattening periods with a total of 2200 pigs; six rearing periods with a total of 1152 piglets) in the Bildungs- und Wissenszentrum Boxberg (LSZ). The lying behavior, the fouling of the pens and animals and various climate parameters were recorded and evaluated to assess the acceptance of the lying area.

In order to examine the influence of the light intensity, spotlights were located over the slatted area in fattening pens to make this area unattractive for lying and influence the lying behavior and the soiling of the lying surface positively. This increased light intensity leads to significantly more pigs lying on the solid lying area, but it did not affect the fouling. Furthermore, the effect of a cooled lying area on fattening pigs was tested. The cooling of the lying area leads to significantly more animals on the lying area even at higher temperatures, and the fouling of the animals was reduced significantly. The fouling of the lying area was not affected; however, the fouling was very low in this examination. The temperature requirements in the rearing of piglets change greatly during the rearing period, consequently, two heating systems and a floor cooling system were examined in two rearing compartments. There was no difference between the two heating systems on the lying behavior. However, significantly more piglets lay on the cooled lying area compared with the control pen during the last weeks. The fouling of the pens and animals was very low but not affected by the cooling or heating systems. Two of the fattening compartments were converted with pens for 18 pigs and two compartments with pens for 28 pigs. The two group sizes could only be compared descriptively due to structural and temporal differences. The acceptance and the cleanliness of the lying area in the groups with 28 animals were better than in the smaller groups. Furthermore, two different arrangements of the perforated area on one side or two sides of the lying area were tested, but only descriptively. It was shown that more animals were lying on the lying area in the pen with the slatted area on one side, but the solid lying area was dirtier. The position of the feeding can also influence the acceptance of the designated functional area. Therefore, two feeder positions were examined descriptively: In the middle and at the edge of the lying area. The results showed that more pigs were lying on the solid lying area when the feeding was placed at the edge. In addition, the fouling of the lying area and partly also of the animals was reduced in pens with feeding at the edge. The attractiveness of lying in the designated elimination area can be decreased by the type of floor. Therefore, a concrete slatted area was compared with a triangular grid area. Significantly more pigs lay on the solid lying area in pens with a triangular grid, especially when the temperature was low. Finally, the influence of the heated lying area and a cover over a part of the lying area was compared. The results showed that a cover over the lying area seems to lead to more pigs lying on the solid lying area, which was also fouled less than in pens with heated lying areas (no significant differences).

Based on the results of this study and the results of other studies, recommendations for an optimized pen structure with a solid lying area are summarized in a decision aid for the structuring of a pen for fattening pigs or rearing piglets. In addition, as part of this dissertation, an optimized pen for fattening pigs with a solid lying area was designed.

The results of the dissertation show that there are many ways to implement a solid lying area. A combination of several of these approaches has the potential to improve the acceptance of a solid lying area in conventional pig housing systems.

Die Forderungen der Gesellschaft nach mehr Tierwohl in Deutschland sind in den letzten Jahren gestiegen, was durch die Einführung vieler Tierschutzlabel und Gesetzesänderungen gefördert wurde. So sind Stallsysteme mit Vollspaltenböden, einem minimalen Platzangebot und wenigen Beschäftigungsmöglichkeiten nicht mehr Stand der Technik. Die Umsetzung von mehr Tierwohl stellt die Landwirte jedoch vor viele Herausforderungen. Unter anderem gibt es viele Probleme bei der Integration eines geschlossenen Liegefläche aufgrund der hohen Verschmutzungsgefahr und des daraus resultierenden schlechten Stallklimas.

Im Projekt „Label-Fit” sollten funktionssichere Lösungen für die Integration einer geschlossenen Liegefläche in bestehende konventionelle Stallsysteme für die Ferkelaufzucht und Mastschweine gefunden werden. Basierend auf Literaturrecherchen und Expertengesprächen wurden die Einflussfaktoren Gruppengröße, Buchtenstruktur, Art des perforierten Bodens, Lichtintensität, eine gekühlte/beheizte Liegefläche und eine Abdeckung der Liegefläche untersucht. Diese Faktoren wurden in vier Mast- und zwei Aufzuchtabteilen über drei Jahre (fünf Mastdurchgänge mit insgesamt 2200 Schweinen; sechs Aufzuchtdurchgänge mit insgesamt 1152 Ferkeln) im Bildungs- und Wissenszentrum Boxberg (LSZ) untersucht. Zur Beurteilung der Akzeptanz der Liegefläche wurden das Liegeverhalten, die Verschmutzung der Buchten und der Tiere sowie verschiedene Stallklimaparameter erfasst und ausgewertet.

Um den Einfluss der Lichtintensität zu untersuchen, wurden Strahler über dem Spaltenbereich in Mastbuchten angebracht, um diesen Bereich zum Liegen unattraktiv zu machen und das Liegeverhalten und die Verschmutzung der Liegefläche positiv zu beeinflussen. Diese erhöhte Lichtintensität führte dazu, dass signifikant mehr Schweine auf der Liegefläche lagen, hatte aber keinen Einfluss auf die Verschmutzung. Die Kühlung der Liegefläche in Mastschweinebuchten führt dazu, dass auch bei höheren Temperaturen signifikant mehr Tiere auf der Liegefläche lagen und die Tierverschmutzung signifikant reduziert war. Die Verschmutzung der Liegefläche wurde nicht beeinflusst, allerdings war diese bei dieser Untersuchung insgesamt sehr gering. Aufgrund der sich ändernden Temperaturanforderungen im Verlauf der Ferkelaufzucht, wurden in zwei Aufzuchtabteilen zwei Heizsysteme und ein Bodenkühlsystem untersucht. Es zeigte sich kein Unterschied zwischen den beiden Heizsystemen auf das Liegeverhalten. Allerdings lagen in den letzten Wochen deutlich mehr Ferkel auf der gekühlten Liegefläche. Die Verschmutzung der Buchten und Tiere war sehr gering und wurde weder durch die Kühl- noch durch die Heizsysteme beeinflusst. Zwei der Mastabteile wurden mit Buchten für je 18 Schweine und zwei Abteile mit Buchten für je 28 Schweine umgebaut. Die beiden Gruppengrößen konnten nur deskriptiv verglichen werden. Die Akzeptanz und die Sauberkeit der Liegefläche waren in den Gruppen mit 28 Tieren besser. Des Weiteren wurden zwei unterschiedliche Anordnungen des perforierten Bereichs, auf einer Seite bzw. zwei Seiten der Liegefläche, getestet (nur deskriptiv). Es zeigte sich, dass in Buchten mit perforierter Fläche zu einer Seite der Liegefläche mehr Tiere auf der Liegefläche lagen, aber diese stärker verschmutzt waren. Auch die Position der Fütterung kann die Akzeptanz der Funktionsfläche beeinflussen. Deshalb wurden zwei Fütterungspositionen deskriptiv untersucht: In der Mitte und am Rand des Liegebereichs. Es lagen mehr Schweine auf der Liegefläche, wenn die Fütterung am Rand platziert war. Außerdem war die Verschmutzung der Liegefläche und teilweise auch der Tiere in Buchten mit der Fütterung am Rand geringer. Die Attraktivität, in den vorgegebenen Kotbereich zu liegen, kann durch die Art des perforierten Bodens verringert werden. Deshalb wurden Betonspalten mit Dreikantrost verglichen. In Buchten mit Dreikantrost lagen insbesondere bei niedrigen Temperaturen deutlich mehr Schweine auf der Liegefläche. Schließlich wurde der Einfluss der beheizten Liegefläche und einer Abdeckung über einem Teil der Liegefläche verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Abdeckung der Liegefläche dazu führt, dass mehr Schweine auf der festen Liegefläche liegen, die auch weniger verschmutzt war als in Buchten mit beheizten Liegeflächen.

Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie und anderer Untersuchungen, werden Empfehlungen für eine optimierte Buchtenstruktur mit geschlossenem Liegebereich in Form einer Entscheidungshilfe zur Strukturierung einer Bucht für Mastschweine oder Aufzuchtferkel zusammengefasst. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Dissertation eine optimierte Bucht für Mastschweine mit geschlossener Liegefläche konzipiert.

Die Ergebnisse der Dissertation zeigen, dass es viele Möglichkeiten gibt, einen geschlossene Liegefläche umzusetzen. Eine Kombination aus mehreren dieser Ansätze hat das Potenzial, die Akzeptanz einer geschlossenen Liegefläche in konventionellen Schweineställen zu verbessern.

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Abstract und Dissertation

Professor

Müller, J., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Biogas is a renewable energy source with main advantages compared to other renewable energy sources. The advantages include the use of organic waste as a substrate, local power and heat production, rural job creation, the possibility of a flexible gas production and a product which can easily stored and transported in a gas grid or on the roof of a digester.

However, the development of the biogas sector is highly dependent on the costs of producing gas, electricity and heat. The production costs are higher than the costs for other energy sources. Growth of the biogas sector is therefore only possible if there is political promotion for biogas as there was in Germany through the EEG. Nowadays, due to the reduction of bonus payments in the EEG 2017 and EEG 2021 in Germany as well as the lack of policy promotion in several other countries, lower production costs based on a higher efficiency are essential to help the biogas sector grow further. In order to achieve higher efficiency and to tap the full potential of biogas, the efficiency has to be determined, which is done in this thesis.

The input methane potential is determined using 6 different methods. These methods are com-pared on the basis of an investigation of 33 German agricultural BPs as well as one German and one US BP using food waste as feedstock. The four methods based on the batch test show a high sensitivity. Unfortunately, they also show efficiencies greater than 100% for most BPs, clearly in-dicating an underestimation of the degradable potential. Only for the US BP can an efficiency less than 70% be reported. This result is probably based on the lack of heating system corresponding to the lack of promotion of heat recovery in the US. The CE according to the BMP method also reveals an average efficiency of 95% for the German BPs. The values of the two gross calorific value-based methods show efficiencies below 100%, but with low sensitivity. The results of these methods can be used to determine the further potential of a bioeconomic process and to compare the biogas process with other industrial processes.

There are several impact factors that affect the accuracy of the efficiency measurements. The installed meters are not frequently calibrated at most BPs. Also, some meters are almost com-pletely missing, as only few BPs in Germany have a gas flow meter. Thus, assumptions and cal-culations are required to determine the efficiency. In the developed method, the gas flow must be calculated from the amount of the power production, the calorific value, the gas quality, the CHP unit efficiency and the conversion loss at the transformer. The last two values must be assumed, even if the database is small. Another important parameter is the feeding mass. It is measured by the German BPs, but in some cases, the data quality is low. For example, different crops are mixed in the silos and measurement of each substrate is not possible. This leads to measurement errors shown by the organic dry matter mass balance, which has a residual value of up to 24%, while only 11% can be occur based on water incorporation into the ODM.

Another factor having an impact is the sampling. The results of a monthly sampling throughout the year show a fluctuation in the DM/ODM values.

To investigate the accuracy of the methods used to determine the SMP of the substrate, the bio-chemical methane potential test is examined in detail. The BMP consists of the used inoculum, the substrate, the digestion system and the calculation. The impact of the used inoculum and the digestion system is investigated by using different inocula in one digestion system as well as by using the same inoculum in multiple digestion systems. The inocula used in this thesis are well-known and have been used in interlaboratory tests for several years. Thus, outliners were ex-cluded. A CV of 4.8% can be reported between the different inocula, which is lower than reported in most other publications before. The use of different digestion systems shows a higher CV of up to 12.8%. For the inoculum and the digestion system, the deviation varies strongly and no clear correlation can be identified. Therefore, a correction of this effect is not possible. The biological yield efficiency of 21 of the investigated BPs is in the range of 100 ± 12.8%. This reveals the need of stricter rules for the digestion system. All digestion systems used in this thesis are de-scribed in the German guideline VDI 4630. The calculations were also done according to the German guideline VDI 4630. An influence can be neglected. However, if the results of a measurement with already dried gas are compared with the results of a calculation according to VDI 4630, which is based on the measurement with wet gas, a discrepancy can be found.

Although, the CV using only one digestion system and one inoculum is only 1-7%. A comparison of the efficiency of different BPs by using the same inoculum and digestion system is hence rec-ommended."#"Biogas ist eine erneuerbare Energie, die gegenüber anderen erneuerbaren Energien eine Vielzahl von Vorteilen bietet. So können z.B. organische Abfälle zur Energieproduktion genutzt und eine dezentrale Stromversorgung ermöglicht werden, die zusätzlich Arbeitsplätze außerhalb der Städte generiert. Des Weiteren kann Biogas flexibel und dauerhaft produziert und an der Biogasanlage oder im Gasnetz gelagert werden, um anschließend beim Verbraucher umgewandelt zu werden.

Der Nachteil von Biogas ist, dass die Produktionskosten im Vergleich zu fossilen Energieträgern sehr hoch sind. Daher rentiert sich die Produktion von Biogas nur, wenn Zuschüsse vom Staat geleistet werden oder wenn durch eine CO2-Steuer die fossilen Energieträger entsprechend der langfristigen Folgen ihrer CO2-Emissionen verteuert würden. Dies ist der vorrangige Grund dafür, dass der Ausbau von Biogas im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien in vielen Ländern bisher gering ist. In Deutschland wird die Biogasbranche durch das EEG gefördert, doch im Zuge des EEG 2012, EEG 2017 und EEG 2021 sind die Bonuszahlungen deutlich reduziert worden, was den weiteren Ausbau der Produktion zum Erliegen gebracht hat und einen Rückbau der Anlagen in den kommenden Jahren wahrscheinlich macht. Um dies zu verhindern sowie einen Ausbau in anderen Ländern zu fördern, ist eine Verringerung der Produktionskosten beispielsweise mittels höherer Effizienz notwendig.

Um die Effizienz zu steigern und Optimierungspotential zu entdecken, ist der erste Schritt, eine solche Effizienz zunächst zu definieren und eine robuste Methode zur Bestimmung dieser festzulegen. Eine solche Methode sollte in dieser Arbeit entwickelt und anschließend ihre Genauigkeit bestimmt werden anhand von 35 Biogasanlagen in Deutschland und einer Biogasanlage in den USA.

Vier der untersuchten Methoden beruhen auf Ergebnissen aus Batch-Tests. Für diese Methoden konnte eine hohe Sensitivität ermittelt werden. Jedoch wurden für die meisten Biogasanlagen bio-logische Ausbeuteeffizienzen von mehr als 100% errechnet, was physikalisch nicht plausibel ist und auf eine Unterschätzung des Biogaspotentials der Substrate schließen lässt. Die beiden Methoden, die auf Heizwerten basieren, zeigen hingegen eine geringe Sensitivität, dafür jedoch Effizienzen kleiner als 100%. Die Ergebnisse der beiden Methoden können in Zukunft für die Ab-schätzung des Potentials weiterer Bioökonomieprozesse sowie zum Vergleich mit anderen Industrieprozessen genutzt werden.

Eine Vielzahl von Parametern beeinflusst die Genauigkeit der Effizienzbestimmung, darunter die geringe Häufigkeit der Kalibrierung oder das Fehlen von Messgeräten.

Am Beispiel des Biogasertragstests wurde die Genauigkeit der verwendeten Methoden zur Be-stimmung des spezifischen Methanertrags untersucht. Die Hauptbestandteile des Biogasertrags-tests sind das verwendete Inokulum, das zu untersuchende Substrat, der Versuchsaufbau und die Auswertung. Die Einflüsse des Inokulums und des Versuchsaufbaus wurden in der vorliegenden Arbeit genauer untersucht. Dazu wurden sechs Inokula in einem Versuchsaufbau und jeweils ein Inokulum in unterschiedlichen Versuchsaufbauten untersucht.

Es wurden Inokula verwendet, die schon bei mehreren Ringversuchen Verwendung fanden und daher bekannt war, dass verlässliche Ergebnisse mit diesen zu erzielen sind. Dies führte zu einem Variationskoeffizienten von 4,8% zwischen den Methanerträgen bei Verwendung verschiedenen Inokula. Dieser Variationskoeffizient (CV) ist geringer als der CV, der in den meisten anderen Publikationen berichtet wird. Bei der Verwendung unterschiedlicher Systeme, die alle nach der deutschen Richtlinie VDI 4630 zulässig sind, zeigte sich hingegen eine Abweichung der Ergebnisse von 12,8%. In beiden Fällen konnten keine eindeutigen Zusammenhänge zwischen den In-okula und den Systemen bei der Untersuchung von unterschiedlichen Substraten festgestellt werden, sodass eine Korrektur der Ergebnisse nicht möglich ist. Aus 34 untersuchten Anlagen haben 21 eine biologische Ausbeuteeffizienz, die im Bereich von 100% ± 12,8% liegt. Dies verdeutlicht, dass der Messfehler aufgrund des verwendeten Systemaufbaus bereits größer ist als der Unterschied in der Effizienz der meisten Biogasanlagen. Folglich sind striktere Regeln zur Verwendung der Systeme von Nöten.

Aufgrund des geringen internen Variationskoeffizienten (1-7%) bei der Verwendung von einem Versuchsaufbau für den Biogasertragstest und einem Inokulum, ist es anzuraten, bei zukünftigen Untersuchungen immer den gleichen Versuchsaufbau und das gleiche Inokulum zu verwenden. Die hieraus gemessene Effizienz der Anlagen kann problemlos untereinander verglichen werden.

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Dissertation

Professor

Prof. Dr. W. Büscher

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die Ansäuerung von Flüssigmist wird als eine der besten verfügbaren Techniken zur Minderung der Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung gelistet. Weiterhin werden auf diese Weise auch die Methanemissionen während der Flüssigmistlagerung gesenkt. Die Ansäuerung kann stallintern, während der Lagerung oder während der Ausbringung des Flüssigmistes erfolgen. Zur Minderung des pH-Wertes können verschiedene Säuren verwendet werden. Die notwendige Säuremenge sowie die Langzeitstabilität des pH-Wertes sind von der Pufferkapazität des Flüssigmistes abhängig. Studie 1 beschäftigt sich daher mit der Entwicklung der Pufferkapazität von frischem Flüssigmist während einer zwölfwöchigen Lagerung. Diese wurde bei Flüssigmist von Mastschweinen, Sauen und Milchvieh bei warmen und kalten Lagerungsbedingungen untersucht. Im Verlauf der Lagerung kam es zu einem Anstieg des flüchtigen Fettsäurepuffers, der wiederum zu den Carbonatpuffern abgebaut wurde. Durch diese Pufferdynamiken wurde auch der pH-Wert des Flüssigmistes beeinflusst, der am Ende im Vergleich zum Anfang der Lagerung erhöht war. Auch der Zeitpunkt einer möglichen Separation hatte einen deutlichen Effekt auf die Puffersysteme im Flüssigmist (Studie 2). In Studie 3 wurde die Wirksamkeit verschiedener Säuren und Managementmaßnahmen während einer einmaligen Ansäuerung von Flüssigmist untersucht. In nahezu keiner Variante wurde nach einer 48 tägigen Lagerung ein pH-Wert ähnlich dem einstigen Ziel-pH-Wert von 5,5 festgestellt. Jedoch erwies sich v. a. eine Kombination der Ansäuerung mit anschließender anaerober Lagerung des angesäuerten Flüssigmistes als sehr wirkungsvoll, um den pH-Wert und somit die Emissionen längerfristig niedrig zu halten.

Acidification of slurry is listed as one of the best available techniques to mitigate ammonia emissions from livestock production. Furthermore, methane emissions are also reduced in this way during storage of slurry. Acidification can be carried out in house, during storage or field application of the slurry. Various acids can be used to reduce the pH value. The required amount of acid as well as the longterm stability of the pH value depend on the buffer capacity of the slurry. Study 1 therefore deals with the development of the buffer capacity of fresh slurry during a storage period of twelve weeks. This was investigated in fattening pig, sow, and dairy cattle slurry under warm and cold storage conditions. During storage, an increase in volatile fatty acid buffer occurred, which in turn was degraded to the carbonate buffers. These buffer dynamics also affected the pH value of the slurry, which was increased at the end of storage compared to the beginning. Time of separation also had a significant effect on the buffer systems in the slurry (study 2). In study 3, the effectiveness of different acids and pretreatments during a one-time acidification of slurry was investigated. In nearly no variant was a pH value similar to the former target pH value of 5.5 determined after 48 days of storage. However, a combination of acidification with subsequent anaerobic storage of the acidified slurry proved to be very effective in keeping the pH value and thus the emissions low in the long term. Studies 4 and 5 show a technical retrofit solution for inhouse acidification and discuss the requirements for the operation of such a system. Additionally, the investigations carried out can show the reduction of ammonia and methane emissions by this technology. Finally, the ammonia abatement costs for this retrofit situation are calculated and the entire acidification process is evaluated.

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Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

In Deutschland stehen die Aspekte des Tier- und Umweltschutzes im Fokus von Gesellschaft, Politik, Wirtschaft und Wissenschaft. Innovative Lösungen werden entwickelt, um den Tier- und Umweltschutz in der landwirtschaftlichen Tierhaltung zu verbessern.

Gemäß den rechtlichen Vorgaben werden Broiler auf Einstreu gehalten. Studien zeigen, dass die Trockenmasse der Einstreu ab Tag 14 überwiegend aus Exkrementen besteht. Dies führt zu Erkrankungen, schränkt die arteigenen Verhaltensweisen ein und fördert die Ammoniak (NH3) Emissionen. Studien zeigen, dass perforierte Böden einen positiven Effekt auf die Tier-gesundheit haben. Darüber hinaus tragen erhöhte perforierte Ebenen dazu bei, die Haltungsumgebung anzureichern und das arteigene Verhalten zu fördern. Widersprüchliche Ergebnisse existieren hinsichtlich der NH3 Emissionen und perforierten Böden.

Die Entwicklung eines Haltungssystems, im Folgenden teilperforiertes Bodensystem genannt, zielte darauf ab, erhöhte perforierte Ebenen im Versorgungsbereich und eingestreute Flächen zu kombinieren. Im Sinne einer multifaktoriellen Bewertung war es das Ziel, die Effekte des teilperforierten Bodensystems auf Tier-basierte Tierwohlindikatoren, NH3 Emissionen sowie die Aspekte Management, Recht und Ökonomie zu betrachten.

Die Ergebnisse zeigen, dass das teilperforierte Bodensystem einen positiven Effekt auf gesundheits- und verhaltensbasierte Tierwohl-Indikatoren hat. Das System separiert die Tiere von bis zu 50 % der Einstreu im Versorgungsbereich, schafft Funktionsbereiche und sorgt für eine Anreicherung der Haltungsumwelt. Dennoch entstehen durch das teilperforierte Bodensystem höhere NH3-Emissionen im Vergleich zum eingestreuten System (0.19 ± 0.19 g Tag-1 Tier-1; 0.15 ± 0.12 g Tag 1 Tier-1). Lösungsansätze aus der Praxis, wie die Unterflurabsaugung, Kot-bänder, oder Ansäuerung unterhalb der perforierten Ebene sollten in den Fokus der iterativen Optimierung rücken. Zur Verbesserung des Managements sollte das System technisch optimiert werden. Da der perforierte Bereich gemäß dem geltenden Recht nicht der Nutzfläche angerechnet werden kann, sollen wissenschaftliche Fakten unterstützen, eine Diskussion über die gesetzlichen Anforderungen zur Verbesserung des Tierschutzes anzuregen. Zudem entstehen durch das System höhere Investitions- und Lohnkosten von 10 ct bis 11 ct je Tier, die derzeit nicht monetär ausgeglichen werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das teilperforierte Bodensystem das Tierwohl in der Broilerproduktion verbessert. Es handelt sich jedoch um einen Prototyp mit Optimierungspotenzial hinsichtlich der NH3-Emissionen und des praktischen Managements. Darüber hinaus sind Anpassungen der gesetzlichen Rahmenbedingungen und Lösungen für die Kompensation der höheren Lohn- und Investitionskosten erforderlich.

In Germany, animal welfare and environmental protection are in the focus of society, politics, economy, and science. Innovative solutions are desperately sought and currently developed to improve animal welfare and environmental protection in agricultural animal husbandry.

In accordance with legal requirements, broilers are kept in littered barns. As mentioned by scientific studies, litter’s dry matter consists mainly of excrements from day 14. This may lead to diseases, restricts broilers’ species-specific behaviors, and promotes ammonia (NH3) emissions. Studies show that perforated floors have a positive effect on animal health. In addition, elevated perforated levels help to enrich the housing environment and promote natural behaviors. Conflicting results exist on how a perforated floor affects NH3 emissions.

The development of an innovative housing system, a partially perforated flooring system, aimed to combine elevated perforated levels in the supply area and littered areas. In terms of a multifactorial evaluation, the objective was to consider the effects of a partially perforated flooring system on animal-based welfare indicators, NH3 emissions as well as management, legal, and economic aspects.

The results show that the partially perforated flooring system has a positive effect on health- and behavior-based welfare indicators. The system separates the animals from at least 50% of the lit-ter in the supply area, creates functional areas, and enriches the housing environment. Nevertheless, the partially perforated flooring system results in higher NH3 emissions compared to the littered system (0.19 ± 0.19 g day-1 bird-1; 0.15 ± 0.12 g day 1 bird-1). Potential solutions, such as underfloor air extraction, manure belts or acidification below the perforated area should become the focus of iterative optimization. To improve management, the system should be optimized in terms of construction and technology. Since the perforated area cannot be counted to the usable littered area according to the current law, scientific facts should help to initiate a discussion of the legal requirements to improve animal welfare. In addition, the system incurs higher investment and labor costs of 10 to 11 ct bird-1, which are currently not compensated in monetary terms.

In summary, the partially perforated flooring system improves animal welfare in broiler production. However, it is a prototype with potential for optimization in terms of NH3 emissions and practical management. In addition, adjustments to the legal framework and solutions to compensate for the higher wage and investment costs are required.

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Abstract und Dissertation

Professor

Meyer, H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Berlin, FG Konstruktion von Maschinensystemen

Ort

Berlin

Abstract

Adaptive Antriebssysteme sind durch die anwendungsgerechte Zugkraftverteilung auf die einzelnen Antriebsräder in der Lage das Fahrverhalten vorteilhaft zu beeinflussen. Ein solches System wird anhand zweier Beispiele für ein spezielles landwirtschaftliches Fahrzeug, einen John Deere 6215R Traktor, entwickelt. Durch den Aufbau einer geeigneten Simulationsumgebung werden die Vor- und Nachteile der beiden Systeme untersucht. Die Systeme zielen dabei auf eine Optimierung des Arbeitsprozesses sowie auf eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades ab.

Using adaptive drive systems, the driving characteristics of a vehicle can be influenced by application-oriented distribution of traction forces. Such a system is to be developed by means of two examples based on an agricultural vehicle, a John Deere 6215R tractor. By configuring an adequate simulation environmental both variants are investigated by their pros and cons. By doing so the systems are aiming on the optimization of the working processes and on increasing the efficiency of the total vehicle.

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Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

With increasing population and global warming, the need for functional yet nutritional food combined with energy efficient processes has risen significantly. The new “Industry 4.0” revolution acknowledging this need aims to develop and improve processes that are affordable as well as sustainable. For a process like drying this means a shift towards smart or intelligent drying systems using a multidisciplinary approach. This encompasses the use of advanced computational algorithms and control systems integrated with non-invasive measurement (NiM) methods to increase process and energy efficiency while ensuring high product quality. Considering this background, the current thesis aims on understanding the effect of different strategies and varying process parameters on agricultural product quality using NiM techniques and integrated measurement and control systems.

To fulfill the aim, five studies with multiple objectives were conducted. Each study builds on the results and outcomes from the previous one, thus exhibiting a progression towards the improvement of process conditions and product quality during the drying process. The first study focused on assessing the influence of pre-drying storage time on hop quality. The results provide thorough information on the quality changes occurring both during storage and drying. The second study investigated the effect of varying bulk weights and hop size distributions on hops drying behaviour and their overall quality. Results indicate dried hop quality depends on multiple factors and thus, it is essential to define both bulk and process parameters as well as integrate NiM systems. The third study is a proof of concept for integration of NiM systems into small-scale commercial hop driers. The novel and innovative use of integrated visual sensors gives a deeper understanding of the different processes taking place during hops drying. To discern the effect of different drying strategies on the dynamic drying behaviour and quality of organic carrots, the fourth study integrated both NiM techniques and control system into a developed precision scale laboratory dryer. Different drying strategies showed to have significant influence on both the product quality as well as the overall process efficiency. The integrated systems were inferred to be sophisticated techniques for continuous monitoring and control of product quality. The final study assessed the effect of the different process strategies on the development of prediction models for five quality parameters. The results indicate potential development of one model across all process strategies and all investigated quality parameters. It also attests for feasible replacement of conventional laboratory methods with NiM.

In summary, the current thesis presents extensive information on the dynamic changes occurring within the quality of agricultural produce during the drying process. It also emphasis the interdependency of process settings and product quality for optimisation process. The use of NiM techniques has been helpful in accurately presenting the changes in quality parameters while also showcasing the versatility of these techniques. The outcomes from this thesis will act as a foundational base for further development of intelligent dryer that will encompass real time monitoring and analysis of product quality.

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Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Meat drying has a long tradition worldwide and industrially dried meat is increasingly valued as a low-fat, high-protein food product. Convection drying is widely used in industrial food preservation and has to provide high process efficiency and high product qualities, which can be contradictory to each other. The aim of this work was to investigate the cumulative influence of ripening, cold storage, marinating and drying temperature on the drying behavior and color change of beef with respect to the development of optimized drying strategies. Furthermore, prediction algorithms combining hyperspectral and laboratory data were developed to replace conventional invasive measurements with non-invasive measurement systems in the future in order to gain a deeper understanding of the changes in the product via continuous real-time measurements.

The results showed a clear influence of meat maturation and freezing/thawing on drying behavior, as well as marinating and air temperature. The influence of the various factors slightly affected the color change during drying, but did not result in any visible differences between the samples after dry-ing. Prediction models of high accuracy for spectral measurement of moisture and color were successfully developed. By selecting wavelengths, the models could be simplified in each case. The robustness could be significantly increased by including the influencing factors used over the course of the experiment, and finally even an overall model for the simultaneous prediction of moisture and color parameters and simplified to only 10 wavelengths. The results show that product-specific drying strategies can lead to more efficient processes and that spectral product monitoring is a promising method, especially with regard to the future development of product-controlled "intelligent drying systems".

Die Trocknung von Fleisch hat weltweit eine lange Tradition und industriell getrocknetes Fleisch wird zunehmend als fettarmes, eiweißreiches Lebensmittelprodukt geschätzt. Die Konvektionstrocknung ist in der industriellen Konservierung von Lebensmitteln weit verbreitet und muss hohe Prozesseffizienz und hohe Produktqualitäten bieten, welche widersprüchlich zueinander sein können. Ziel dieser Arbeit war es, den kumulativen Einfluss von Reifung, Kühllagerung, Marinieren und Trocknungstemperatur auf das Trocknungsverhalten und die Farbveränderung von Rindfleisch hinsichtlich der Entwicklung optimierter Trocknungsstrategien zu untersuchen. Weiterhin wurden Vorhersagealgorithmen, die Hyperspektral- und Labordaten miteinander verbinden, entwickelt, um zukünftig herkömmliche, invasive Messungen durch nicht-invasive Messsysteme zu ersetzen und über kontinuierliche Echtzeit-Messungen ein tieferes Verständnis für die Veränderungen im Produkt zu erlangen.

Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Einfluss der Fleischreifung und des Einfrierens/Auftauens auf das Trocknungsverhalten, ebenso des Marinierens und der Lufttemperatur. Der Einfluss der verschiedenen Faktoren wirkte sich leicht auf die Farbveränderung im Laufe der Trocknung aus, führte aber zu keinen sichtbaren Unterschieden der Proben nach der Trocknung. Vorhersagemodelle von hoher Genauigkeit zur spektralen Messung von Feuchte und Farbe konnten erfolgreich entwickelt werden. Durch die Selektion von Wellenlängen wurden die Modelle jeweils vereinfacht. Die Robustheit konnte unter Einbeziehung der verwendeten Einflussfaktoren über den Versuchsverlauf deutlich gesteigert werden und abschließend sogar ein Gesamtmodell zur gleichzeitigen Vorhersage von Feuchte und Farbparametern und auf nur 10 Wellenlängen vereinfacht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass produktspezifische Trocknungsstrategien zu effizienteren Prozessen führen können und die spektrale Produktüberwachung eine vielversprechende Methode ist, gerade hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von produktgesteuerten, "intelligenten Trocknungssystemen".

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Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Zur Erfassung von Veränderungen der Produkteigenschaften während der Trocknung von Lebensmitteln werden zerstörungsfreie Qualitätsmesstechniken gefordert, mit denen Veränderungen im Inneren des Produkts bestimmt werden können. Gerade im industriellen Einsatz sind schnelle, präzise, und gleichzeitig robuste Verfahren besonders wichtig, um qualitativ hochwertige Produkte zu erhalten.

In dieser Arbeit wurde zur optischen Qualitätsmessung ein neuartiges multispektrales Kamerasystem eingesetzt, um von Veränderungen der spektralen Oberflächen-reflexion bei der Mango- und Ananastrocknung mit Veränderungen der Produkt-feuchte, sowie mechanischen und chemischen Eigenschaften zu verknüpfen. Diese Verknüpfung wurde mit maschinellem Lernen erreicht.

In einem ersten Schritt wurde ein neues Kameraprinzip, eine multispektrale Flächenkamera mit vier Objektiven und Vorsatzfiltern, entwickelt und speziell auf den Einsatz in der Obsttrocknung angepasst. Anschließend wurden die Änderungen der Spektren und der Qualitätskriterien während der Trocknung gemessen. Dazu wurden Mango- und Ananasscheiben in einem Einzelschichttrockner bei Lufttemperaturen zwischen 40 °C und 80 °C und relativen Luftfeuchtigkeiten von 5 % bis 30 % getrocknet. Während der gesamten Trocknungsdauer wurde die Produkt-feuchte der Proben gemessen, und Bilder mit der multispektralen Flächenkamera aufgenommen. Zur Analysen von nur ausgewählten Bereichen von Interesse in den Bildern wurde ein Softwarefilter entwickelt. Aus Spektraldaten und Prozessdaten konnte mit Algorithmen des maschinellen Lernens die Produktfeuchte zu jedem Zeitpunkt sehr genau vorhergesagt werden (Bestimmtheitsmaß R² von 0,98 bis 0,99). Die Kombination aus dem Prinzip der multispektralen Flächenkamera und maschinellem Lernen wurde in einem anderen Trocknungsprozess und mit weiteren Qualitätskriterien getestet. Dafür wurden Mangoscheiben in einem Schrank-trockner getrocknet und deren Produkteigenschaften anhand der Spektraldaten und der Prozessdaten vorhergesagt. Bei der Vorhersage der Farbwerte ?a*, ?b* und ?E00 sowie des Gehalts an gesamtlöslichen Feststoffen im Rehydrierungswasser wurden Bestimmtheitsmaße R² zwischen 0,56 und 0,94 erzielt).

Es konnte gezeigt werden, dass die Kombination aus dem neu entwickelten Multispektralkamerasystem und maschinellem Lernen zur Vorhersage der Produkt-feuchte und anderer Qualitätskriterien der Produkte eingesetzt werden kann. Auf diese Weise können Qualitätsänderungen während des Prozesses mit nur wenigen Messgeräten inline überwacht werden.

In order to be able to detect changes in product properties during the drying of food, non-destructive quality measurement techniques are required to determine changes in the interior of the product during processing. Especially in industrial applications, fast, precise but robust methods are particularly important to obtain high-quality products.

In this work, a completely new multi-spectral camera system was used for optical quality measurements in order to link changes in the spectral surface reflection during mango and pineapple drying with changes in product moisture as well as mechanical and chemical properties. This linkage was achieved with machine learning.

In a first step a new camera principle, a multispectral area scan camera with four lenses and filters, was developed and specially adapted for use in fruit drying. Then the changes in spectra and quality criteria during the drying process were measured. For this purpose, mango and pineapple slices were dried in a single-layer dryer at air temperatures between 40 °C and 80 °C and relative air humidities of 5 % to 30 %. During the entire drying period, the product moisture content of the samples was measured and pictures were taken with the multispectral area scan camera. A software filter was developed to analyse only selected areas of interest in the images. Using machine learning algorithms, the product moisture content could be predicted very accurately at any time from spectral and process data (coefficient of de-termination R² from 0.98 to 0.99). The combination of the principle of the multispectral area scan camera and machine learning was tested in another drying process and with further quality criteria. For this purpose mango slices were dried in a cabinet dryer and their product properties were predicted on the basis of the spectral data and the process data. In the prediction of the colour values ?a*, ?b* and ?E00 and the content of total soluble solids in the rehydration water coefficient of determination R² between 0.56 and 0.94 were achieved.

It could be shown that the combination of the newly developed multi-spectral cam-era system and machine learning can be used to predict product moisture and chemical quality criteria of the products. In this way, quality changes during the process can be monitored inline with only a few measuring devices.

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Abstract und Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Stuttgart, Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen

Ort

Stuttgart

Abstract

Aufgrund der Begrenzung der maximalen Maschinenbreite erfolgt die Steigerung der Durchsatzleistung durch die Weiterentwicklung der Mähdrescher-Verfahrenstechnik. Voraussetzung dazu ist die genaue Kenntnis über die ablaufenden Prozesse. Ziel dieser Arbeit ist die messtechnische Untersuchung der Mähdrescherreinigungsanlage nach dem White-Box-Modell, indem das genaue Wirken der Teilprozesse herausgestellt wird. Dies erhöht das Prozessverständnis und ermöglicht die Validierung und Verifizierung von DEM-CFD-Simulationen.

Die Entmischung und Abscheidung wird anhand des Bewegungsverhaltens von Korn und Stroh bewertet. Dazu werden 2D-Hochgeschwindigkeitsröntgen-Aufnahmen, statische 3D-Rekonstruktionen und 2D-Hochgeschwindigkeitskamera-Aufnahmen analysiert. Die Entmischung in den unteren Schichten ist durch die Kompression der Gutschicht aufgrund des Eigengewichts eingeschränkt. Durch die höhere Porosität erfahren die Körner im wandnahen Bereich eine schnellere Entmischung. Zusätzliche Verschiebungen im Haufwerk treten durch den überlagerten Förderprozess auf. Die entstehenden Hohlräume werden zur Entmischung genutzt. Der Einfluss des Förderprozesses sinkt mit steigender mechanischer und pneumatischer Anregung in vertikaler Richtung.

Die Untersuchung der Einflussgrößen auf das Bewegungsverhalten der Gutbestandteile erfolgt an einem Reinigungsprüfstand. Das Strömungsprofil über der Sieblänge zeigt im unbeladenen Zustand einen abfallenden Verlauf. Höhere Siebbeladungen bewirken eine flachere Strömung. Dadurch sind die maximal auftretenden Luftgeschwindigkeiten unter dem Untersieb zu größeren Sieblängen verschoben. Aufgrund hoher Luftgeschwindigkeiten im vorderen Obersiebbereich ist die Siebbeladung gering. Das Ausweichen der Luft zu diesen geringer belasteten Bereichen bedingt eine Steigerung der Geschwindigkeit im vorderen Obersiebbereich. Die hohen Luftgeschwindigkeiten in den Fallstufen ermöglichen eine hohe Trennung. Durch eine hohe Komponente der Luftgeschwindigkeit zwischen den Sieben in Förderrichtung entsteht eine Partikelförderung auf dem Untersieb. Dies bedeutet eine Verschiebung der Untersiebabscheidung zu größeren Längen.

Der Luftdurchsatz muss in den Grenzen zwischen einer ausreichenden Gutauflockerung und einer geringen Partikelförderung liegen. Neben der Identifikation von Entwicklungspotential werden die Erkenntnisse zur Verifizierung von DEM-CFD-Simulationen genutzt. Es zeigen sich Abweichungen im Bewegungsverhalten von Korn und Stroh. Die Einflussfaktoren sind qualitativ anhand der Simulation untersuchbar."#"Due to the legal limitation of the maximum machine width the throughput increase is realized by further developing of the process technology. This requires precise knowledge of the ongoing processes. The aim of this work is the metrological investigation of the combine cleaning system according to the white-box model by analyzing the process sequence of the sub-processes. This enhances process understanding and enables the validation and verification of DEM-CFD-simulations.

The evaluation of the segregation and separation process is based on the movement behavior of grain and straw. For this purpose, 2D high-speed x-ray images, static 3D reconstructions and 2D high-speed camera images are analyzed. The segregation in the lower layers is limited by the compression of the material layer due to its own weight. Due to the higher porosity the segregation of the grain near the wall is slightly faster. Additional relative movements of the material based on the superimposed conveying process. The resulting voids are used for a faster segregation. The influence decreases with increasing mechanical and pneumatic excitation in vertical direction.

The influencing factors on the movement behavior of the material in the cleaning system is investigated with a test-rig. In the unloaded state the airflow decreases along the sieve. Due to higher sieve loads the airflow is flatter. Therefore the maximum air speed under the lower sieve is shifted to larger sieve lengths.

The front area of the upper sieve is less loaded. The air passes by these areas and causes an increase of the air speed. High air speeds in the winnowing steps result in a high grain separation. A high component of the air velocity in the conveying direction between the sieves causes a shift of the separation on the lower sieve to longer lengths. The air throughput must be within the limits between a sufficient material fluidization and a low conveying process on the sieves.

In addition to identifying development potential, the results are used to verify DEM-CFD-simulations. There are deviations of movement behavior between grain and straw. Nevertheless, the influencing factors can also be examined qualitatively on the basis of the simulations.

113 S., 48,80 EUR

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Der Milchsektor trägt zu ca. 4% zum Bruttoinlandsprodukt (BIP) in Kenia bei und ist der größte Teil des Agrarsektors. Kenias Kamelmilch spielt eine wichtige Rolle bei der Deckung des Ernährungs- und Wirtschaftsbedarfs in den ariden und semiariden Ländern (ASALs). Trotz dieser Bedeutung gibt es nur wenige Informationen über die Konservierungstechnologien und langlebige Milchprodukte wie Kamelmilchpulver. Außerdem zeichnen sich ASALs durch eine hohe Sonneneinstrahlung aus, die für die Konservierung von Kamelmilch genutzt werden kann. Das Gesamtziel dieser Studie besteht darin, eine dezentralisierte Kamelmilchverarbeitungsanlage mit Integration erneuerbarer Energien (RES) zu konzipieren. Schwerpunkte sind: i) die Verbesserung des Verständnisses der Kamelmilchversorgungskette, ii) die Herstellung von Milchpulver durch Sprühtrocknung, iii) der Entwurf einer dezentralisierten Kamelmilchpulver- und Butterverarbeitungsanlage mit Integration erneuerbarer Energieversorgung und iv) die wirtschaftliche Analyse der entworfenen Anlage.

Es wurden verschiedene methodische Ansätze verwendet. Um die Lieferkette zu bewerten und die Konservierungstechnologien zu verstehen, wurde eine Mischung aus quantitativen und qualitativen Methoden verwendet, um Daten von 196 Teilnehmern im Bezirk Isiolo, Kenia, zu sammeln. Bei der Bewertung des Einflusses von Sprühtrocknungsparametern auf die physikalischen, optischen und thermischen Eigenschaften von Kamelmilchpulver wurde ein faktorielles Versuchsdesign von zwei (Milchflussrate) mal drei (Einlasstemperatur der Trocknungsluft) angewendet. Weiterhin wurde eine Pinch-Analyse durchgeführt, um den Prozess zu optimieren, bevor die Software SAM für Photovoltaik (PV) und Wärmeintegration eingesetzt wurde. Die technisch-ökonomische Machbarkeit der Anlage wurde mit Hilfe der modularen faktoriellen Methode zur Kapitalschätzung untersucht, während die Rentabilität der Anlage auf der Grundlage des Cashflows nach Steuern, des Nettokapitalwerts (NPV), der Amortisationszeit und des internen Zinsfuß (DCFROR) bewertet wurde.

Die bei der Konservierung von Kamelmilch eingesetzten Technologien umfassen das Ausräuchern von Milchbehältern, Verdampfungskühlung, Abkochen, Abkühlen und Kühlen. Energieträger für diese Technologien sind Elektrizität (64,7%), Brennholz (27,5%) und Holzkohle (7,8%). Die Labor-Sprühtrocknung von Kamelmilch zeigte, dass die Einlasstemperatur der Trocknungsluft, die Feuchtigkeit und die optischen Eigenschaften des Milchpulvers beeinflusst, während die Schütt- und Rekonstitutionseigenschaften signifikant von der Milchflussrate beeinflusst wurden. Die Glasübergangstemperatur des getrockneten Pulvers stieg mit Erhöhung der Einlasstemperatur der Trocknungsluft und sank mit einer Erhöhung der Milchflussrate. Die entworfene Anlage verarbeitet 3135 Liter Milch pro Tag und würde 200 Tage im Jahr betrieben, mit einem jährlichen Heiz- und Strombedarf von 1.244 GWh bzw. 0.262 GWh. Die Pinch-Analyse zeigt ein Wärmeeinsparpotential von 41,3%. Durch die Integration von Solarwärme und PV könnte der Bedarf an Brennstoffen um weitere 30,5% gesenkt werden. Diese Einsparungen an fossilen Brennstoffen würden zu Einsparungen in Höhe von 332,4 Tonnen CO2eq und Kosteneinsparungen in Höhe von 98.479 € führen. Bei der Rentabilität würden eine Amortisationszeit von 5,2 Jahren, eine Kapitalrendite von 13,4%, ein DCFROR von 58,0% und ein NPV15 von 19,4 Millionen € erzielt.

Diese Studie kommt zu dem Schluss, dass trotz der großen Rolle, die Kamelmilch als Lebensgrundlage in den ASALs spielt, die bisher verfügbaren Konservierungstechnologien die Haltbarkeit nur um einige Tage verlängern. Die Herstellung von Kamelmilchpulver auf Laborniveau mit gewünschten physikalischen, optischen und thermischen Eigenschaften konnte realisiert werden. Durch Prozessoptimierung, Wärmerückgewinnung und Solarintegration kann der Bedarf an Brennstoffen in der Anlage um ca. 72 % gesenkt werden. Da die Anlage kapitalintensiv ist, ist die finanzielle Unterstützung durch den Landkreis, die nationale Regierung, NGOs oder Entwicklungsagenturen entscheidend für die Umsetzung.

The dairy sector contributes an estimate of 4% to the Gross Domestic Product (GDP) in Kenya and is the largest agricultural sub-sector. Kenya’s camel milk is significant in meeting the nutritional and economic needs of the publics in the Arid and semi-arid lands (ASALs). Despite this significance, there is limited information on the preservation technologies and long-life value-added products such as camel milk powder. Further, the ASALs are characterised by high solar irradiation that can be harnessed for preservation of camel milk. The overall aim of this study is to design a decentralised camel milk processing plant with integration of renewable energy supply (RES). Specific focus is on: i) enhancing the understanding of the camel milk supply chain, ii) production of milk powder through spray drying, iii) designing a decentralised camel milk powder and butter processing plant with renewable energy supply integrate and iv) economic analysis of the designed plant.

Different methodological approaches were used. To assess the camel milk supply chain and understand the preservation technologies a mix of quantitative and qualitative methods was used to collect data from 196 participants in Isiolo County, Kenya. In evaluating the influence of spray drying parameters on the physical, optical and thermal properties of spray dried camel milk powder, a two (milk flow rate) by three (inlet air drying temperature) factorial experimental design was employed. In designing a decentralised camel milk processing plant; process flow diagrams and numerical simulation in excel through mass and energy balances was employed. Further Pinch analysis was used to optimise the process before system advisor model (SAM) employed for solar PV and heat integration. The techno-economic feasibility of establishing the plant, was explored through the modular factorial method for capital estimation while the profitability of the plant was evaluated based on the after-tax cash flow, net present value (NPV), payback time and discounted cash flow rate (DCFROR).

The preservation technologies utilised in camel milk preservation entailed fumigation of milk containers, simple evaporative cooling, boiling, chilling and refrigeration. These technologies utilised electricity (64.7%), firewood (27.5%) and charcoal (7.8%). Laboratory spray drying of camel milk powder implied that inlet air drying temperature influenced moisture and optical properties while bulk and reconstitution properties were influenced significantly by milk flow rate. The particle morphology of the laboratory spray dried camel milk powders was collapsed and shrivelled. On thermal properties, the glass transition temperature of the dried powder increased with an increase in the inlet air drying temperature and decreased with increase in milk flow rate. The designed plant handled 3135 litres of milk per day and operated for 200 days annually, with an annual heating and electrical demand of 1.244 GWh and 0.262 GWh respectively. Through process integration and economiser integration in the boiler, heat recovery of 41.3% was realised. Integration of solar heat and PV further decreased fossil fuel demand by 30.5%. These savings in fossil fuels resulted in 332.4 tonnes of CO2 equivalent savings and €98,479 in cost. On profitability, payback period of 5.2 years, return on investment of 13.4%, DCFROR of 58.0% and NPV15 of €19.4 millions were realized.

Overall, this study concludes that, despite the significant role camel milk plays in the livelihood of the publics in the ASALs, preservation technologies available prolongs shelf life only for a few days. It is possible to produce camel milk powder at laboratory level of desirable physical, optical and thermal properties. Process optimization, heat recovery options and solar integration can decrease fossil fuels demands of the designed plant by circa 72 %. Financial support from the county, national government, NGOs or developmental agencies is critical as the plant is capital intensive.

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Drying is of great importance particularly in the field of preserving agricultural products. It plays a very critical role by delivering nutrient rich products with a long shelf-life as well as help to combat food loss. Drying processing techniques have changed and improved significantly over time, helping to ensure food abundance in both aesthetical and nutritional regards. Convective hot air drying is one of the most common technique practiced by 85 % of industries. It can be easily applied in the remote areas of developing countries, such as in the Jumla and Mustang districts of Nepal where apple losses can be reduced. Additionally, drying of apples could help to overcome several constraints, such as poor transportation infrastructure, which causes apple to spoil before they reach the market, packaging and storage challenges; seasonality of apples; weather changes; and perishability. Moreover, dried apples as an example can improve the nutritional quality of diets of infants and young children that is of utmost importance in the quest to reduce undernutrition. The production of high-quality dried apples/apple products could be highly relevant to small and medium scale farmers looking for new markets. Therefore, the thesis seeks to demonstrate how this scientific knowledge contained herein can be useful in the development of high-quality dried apple using low-cost convective drying, focusing on decentralised applications for farmers in Jumla and Mustang district in Nepal. The novelty of this research is represented by the framework in the application of hyperspectral imaging to estimate quality metrics such as moisture content, shrinkage during the apple drying process independent of applied treatments and different drying settings (i.e. drying temperature, slice thickness and cultivars) but also evaluation on in combination with the applied pre-treatment. In the practical application of visualising the apple slices during drying, developed algorithms proved to have a potential feasibility in investigating spatial and spectral features of the quality attributes irrespective of all applied pre-treatments, drying settings, cultivars, slice thickness. These findings could find potential utilisation in the commercial drying of apple produce detecting in real time and controlling the characteristics of apple slices in- online process system. Visualising the colour changes and targeted levels of moisture content through online monitoring could inform when to end or stop the drying process. This research has demonstrated that non-invasive optical systems and the related algorithms for detection of quality features in apple slices are feasible and their approaches are essential for the optimisation of processes and the development of new strategies in the long term. Implementation of these strategies could be helpful in allowing more substantial variations of quality of supplied raw material in the establishment of a control process driven by product quality and multivariate control systems. The assessment of food quality in a fast and reliable approach is a vital factor in all aspects of business from the farmer to the industry and the consumers. Therefore, this approach could help to significantly reduce on-farm postharvest losses which are caused by several factors such as rigorous pre-sorting and improper processing.

Die Trocknung ist insbesondere im Bereich der Konservierung landwirtschaftlicher Erzeugnisse von großer Bedeutung. Sie spielt eine sehr wichtige Rolle, indem sie nährstoffreiche Produkte mit einer langen Haltbarkeit liefert und dazu beiträgt, Lebensmittelverluste zu reduzieren. Die Trocknungstechniken haben sich im Laufe der Zeit erheblich verändert und verbessert, was dazu beiträgt, die Nahrungsfülle sowohl in ästhetischer als auch in ernährungsphysiologischer Hinsicht sicherzustellen. Die konvektive Heißlufttrocknung ist eine der häufigsten Techniken, die in 85 % der Industrien praktiziert wird. Sie kann leicht in abgelegenen Gebieten von Entwicklungsländern angewendet werden, wie Z.B. in den Distrikten Jumla und Mustang in Nepal, wo Apfelverluste reduziert werden können. Darüber hinaus könnte das Trocknen von Äpfeln dazu beitragen, mehrere Einschränkungen zu überwinden, wie z. B. schlechte Transportinfrastruktur, wodurch Äpfel verderben, bevor sie den Markt erreichen, Verpackungs- und Lagerherausforderungen; Saisonalität der Äpfel; Wetteränderungen und Verderblichkeit. Darüber hinaus können getrocknete Äpfel zum Beispiel die Ernährungsqualität der Diäten von Säuglingen und Kleinkindern verbessern, was bei der Verringerung der Unterernährung von größter Bedeutung ist. Die Produktion von hochwertigen getrockneten Äpfeln/Apfelprodukten könnte für kleine und mittlere landwirtschaftliche Betriebe (K&M), die nach neuen Märkten suchen, von großer Bedeutung sein. Die vorliegende Arbeit soll aufzeigen, wie die darin enthaltenen wissenschaftlichen Erkenntnisse bei der Entwicklung von hochwertigem getrocknetem Apfel mit kostengünstiger konvektiver Trocknung nützlich sein können, wobei der Schwerpunkt auf dezentralen Anwendungen für Landwirte in Jumla und dem Distrikt Mustang in Nepal liegt. Die Neuheit dieser Forschung liegt in der Anwendung der hyperspektralen Bildgebung, um Qualitätsmerkmale wie Feuchtigkeitsgehalt, Schrumpfung während des Apfeltrocknungsprozesses unabhängig von angewandten Behandlungen und unterschiedlichen Trocknungseinstellungen (d.h. Trocknungstemperatur, Scheibendicke und Sorten) zu schätzen, aber auch die Bewertung in Kombination mit der angewandten Vorbehandlungen. In der praktischen Anwendung der Visualisierung der Apfelscheiben während des Trocknens erwiesen sich die entwickelten Algorithmen als eine geeignete Möglichkeit zur Untersuchung räumlicher und spektraler Merkmale der Qualitätsmerkmale unabhängig von allen angewendeten Vorbehandlungen, Trocknungseinstellungen, Sorten und Scheibendicke. Diese Erkenntnisse könnten eine mögliche Nutzung in der kommerziellen Trocknung von Apfelprodukten finden, die in Echtzeit erkannt und die Eigenschaften von Apfelscheiben im Online-Prozesssystem steuern. Die Visualisierung der Farbänderungen und des gewünschten Feuchtigkeitsgehalts durch Online-Überwachung könnte Information liefern, wann der Trocknungsprozess beendet oder gestoppt werden muss. Diese vorliegende Arbeit hat gezeigt, dass nicht-invasive optische Systeme und die damit verbundenen Algorithmen zur Detektion von Qualitätsmerkmalen in Apfelscheiben machbar sind und deren Ansätze für die Optimierung von Prozessen und die Entwicklung neuer Strategien langfristig unerlässlich sind. Die Umsetzung dieser Strategien könnte hilfreich sein, um auf größere Qualitätsschwankungen beim angelieferten Rohstoff reagieren zu können, dies durch den neuen Kontrollprozess, der auf der Produktqualität und den zugehörigen multivariaten Kontrollsystemen basiert. Die Bewertung der Lebensmittelqualität in einem schnellen und zuverlässigen Ansatz ist ein entscheidender Faktor in allen Aspekten der Wirtschaft, vom Landwirt bis zur Industrie und den Verbrauchern. Daher könnte dieser Ansatz dazu beitragen, die betrieblichen Verluste, die nach der Ernte durch Faktoren wie strenge Vorsortierung oder unsachgemäße Verarbeitung verursacht werden, erheblich zu verringern.

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Lemmer, A., PD Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie

Ort

Hohenheim

Abstract

In 2016, 2.01 billion tonnes of solid waste were generated worldwide. The volume of waste is expected to grow to 3.40 billion tonnes by 2050. Worldwide, most solid waste is disposed of in landfills or dumps. Due to improper treatment and disposal of solid waste, nearly 1.6 billion tonnes of CO2 equivalents of greenhouse gas emissions were generated worldwide in 2016. This amount is expected to rise to 2.6 billion tonnes of CO2 equivalents per year by 2050. It will therefore become increasingly important in the future not only to treat waste sustainably, but also to use it as an alternative to fossil fuels.

Different waste-to-energy concepts are used, particularly for the treatment of OFMSW. As an alternative to the previously dominant biogas production, intensive research is currently being carried out into technologies for the recycling of organic residual materials, including so-called bio-electric systems (BES). In contrast to biogas production, this technology enables the treatment of a wide range of wastes to produce different end products, e.g. electrical energy, hydrogen or methane, can be preferred in BES depending on the selected process parameters. Despite numerous advances in research, considerable additional optimization is still required in order to be able to use the systems in large-scale power generation.

In order to use solid organic waste in BES systems, fermentative digestion is required to convert the organic components into dissolved short-chain organic acids (Volatile Fatty Acids (VFA)) and alcohols. In the course of the investigations, the solid waste residues were first digested to acid-rich hydrolysate in a hydrolysis reactor at pH-values of 5.5 and 6.0. However, this hydrolysate also contains particles that are inert to a subsequent degradation step leading to technical process disturbances. These inert particles can be removed by means of a membrane filtration step; a particle-free permeate is produced, which can be fed to the BES reactors. Within the scope of the present work, the basics of the utilization of OFMSW via microbial digestion, membrane filtration and utilization in BES should be investigated. Lab-scale BES reactors were developed and batch tests were carried out. The work was subdivided into the following three subtasks:

1.           Fermentative conversion of vegetable waste into an acid-enriched hydrolysate in a hydrolysis stage of a two-stage biogas plant,

2.           integration of membrane filtration to reduce inert particles in the hydrolysate and improve degradation of organic matter in the AF or in a BES reactor,

3.           studies on the use of process liquids for acid degradation in mixed-culture BES systems in batch operation.

The vegetable waste residues from hydrolysis could be efficiently converted into hydrolysate. At a pH value of 6.0, higher organic acid concentrations were achieved than at pH 5.5. At pH 6.0, based on the added organic dry matter, these were approx. 350 g kg-1 (oDMadded) and at pH 5.5 approx. 215 g kg-1 oDMadded. Likewise, the concentration of chemical oxygen demand (COD) of the hydrolysate at pH 6.0 was 21.85 % higher than at pH 5.5. However, the COD degradation rates in the AF used were insufficient because the inert particles present in the hydrolysate could not be completely microbially degraded.

The subsequent integration of ceramic cross-flow membrane filtration into the two-stage system produced a particle-free permeate and significantly the increased microbial degradability. Clear differences could be shown depending on the substrate used (plant waste and grass/maize silage). The filtration step resulted in a significant improvement of the specific methane yield of permeate by 40% (vegetable waste) and 24.5% (grass/maize silage) compared to hydrolysate; proof that inert particles were separated efficiently. Finally, the process liquids hydrolysate and permeate produced by the hydrolysis of maize silage and the subsequent membrane filtration were fed to the anode chamber of two mixed-culture BES reactors.

The investigations showed that all organic acids in both process liquids could be completely degraded in the BES. The highest COD (87%) and TOC degradation rates (88%) were achieved with permeate. However, the hydrolysate with added acetic acid yielded the highest current density of 470 µA/cm². Increasing the pH-value of the process liquids from 5.75 to 6.8 also significantly improved the current production and degradation rates. In this batch studies, relatively low Coulomb efficiencies of less than 10% were achieved due to the use of a mixed cultures. The promising results show that at high pH-values (pH 6.0) in hydrolysis organic residues can be efficiently converted into a hydrolysate with high concentrations of organic acids and that the system can be further optimized by coupling membrane filtration. The utilization of the permeate in BES enables, a sustainable production of bioenergy and platform chemicals with permeate enables, depending on the BES reactor configuration. In summary, it was described for the first time that the combination of the fermentative biomass degradation process with filtration via ceramic membranes and the use of permeate in BES systems is possible.

Im Jahr 2016 fielen weltweit 2,01 Milliarden Tonnen an festen Abfällen an. Es wird erwartet, dass das Abfallaufkommen bis 2050 auf 3,40 Milliarden Tonnen anwächst. Weltweit werden die festen Abfälle überwiegend über Deponien oder Müllhalden entsorgt. Aufgrund unsachgemäßer Behandlung und Entsorgung wurden weltweit in 2016 nahezu 1,6 Milliarden Tonnen CO2-Äquivalente an Treibhausgasemissionen verursacht, mit weiter steigender Tendenz.

Die nachhaltige Verwertung der Abfälle und deren Nutzung zur Energiegewinnung wird in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen. Insbesondere zur Behandlung der organischen Bestandteile des Hausmülls (Organic Fraction of Municipal Solid Waste (OFMSW)) kommen unterschiedliche Waste-to-Energy-Konzepte zum Einsatz. Alternativ zur bisher dominierenden Biogasgewinnung wird derzeit intensiv an neuen Technologien geforscht, u.a. an sogenannten bio-elektrischen Systemen (BES). In BES interagieren exo-elektrogene Mikroorganismen, die als Biofilm auf Elektroden aufwachsen, mit diesen und ermöglichen die Konversion gelöster organischer Verbindungen zu unterschiedlichen Endprodukten, z.B. elektrische Energie, Wasserstoff oder Methan.

Trotz zahlreicher Fortschritte in der Forschung besteht noch erheblicher zusätzlicher Optimierungsbedarf, um die Systeme im technischen Maßstab einsetzen zu können. Um feste organische Abfälle in BES-Systemen einsetzten zu können, bedarf es zunächst eines fermentativen Aufschlusses zur Überführung der organischen Bestandteile in gelöste kurzkettige organische Säuren (VFA) und Alkohole. Dieses Hydrolysat enthält jedoch auch Partikel, die gegen einen nachfolgenden Abbauschritt inert sind und zu technischen Prozessstörungen führen können. Diese inerten Partikel können mithilfe eines Membranfiltrations-schritts entfernt werden; es entsteht ein partikelfreies Permeat, welches den BES-Reaktoren zugeführt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollten die Grundlagen der Verwertung von OFMSW über mikrobiellen Aufschluss, Membranfiltration und Verwertung in BES untersucht wer-den. Dazu wurden BES-Reaktoren im Labormaßstab entwickelt und Batch-Tests durchgeführt. Die Arbeit wurde dabei in die folgenden drei Teilaufgaben unterteilt:

1. Fermentativer Aufschluss von pflanzlichen Abfällen zur Gewinnung eines säurereichen Hydrolysats in einer Hydrolysestufe einer zweistufigen Biogasanlage,

2. Integration einer Membranfiltration zur Reduktion der inerten Partikel im Hydrolysat und Ver-besserung der biologischen Abbaubarkeit,

3. Untersuchungen zum Einsatz dieser Prozessflüssigkeiten auf den Säureabbau in Mischkultur-BES im Batch-Betrieb.

Die pflanzlichen Reststoffe konnten fermentativ effizient in Hydrolysat überführt werden. Bei einem pH-Wert von 6,0 wurde höhere organischen Säurekonzentrationen und -erträge erreicht als bei pH 5,5. Die gebildete Gesamtmasse der kurzkettigen organischen Säuren betrugen bei pH 6,0, bezogen auf die zugeführte organische Trockenmasse, ca. 350 g kg-1 (oDMadded) und bei pH 5,5 ca. 215 g kg-1 oDMadded. Ebenso war die Konzentration an Chemischem Sauerstoffbedarfs (CSB) des Hydrolysats bei pH 6,0 um 21,85 % höher als bei pH 5,5. Die CSB-Abbauraten im genutzten Festbettreaktor waren jedoch unzureichend, da die im Hydrolysat enthaltenen inerten Partikel nicht vollständig mikrobiell abgebaut werden konnten.

Durch die anschließende Integration einer keramischen Cross-Flow-Membranfiltration in das zweistufige System konnte ein partikelfreies Permeat erzeugt werden und die mikrobielle Abbaubarkeit erheblich gesteigert werden. Dabei konnten deutliche Unterschiede in Abhängigkeit des eingesetzten Substrats (Pflanzenabfälle und Gras-/Maissilage) aufgezeigt werden. Durch den Filtrationsschritt konnte eine signifikante Verbesserung der spezifischen Methanausbeute von Permeat um 40% (pflanzliche Abfälle) und 24,5% (Gras-/Maissilage) im Vergleich zu Hydrolysat erreicht werden; ein Beleg dafür, dass inerte Partikel effizient abgetrennt wurden. Schließlich wurden die aus Maissilage erzeugte Prozessflüssigkeit Hydrolysat und das durch die Membranfiltration gewonnene Permeat der Anodenkammer zweier BES-Reaktoren, die mit einer Mischkultur angeimpft waren, zugeführt.

Die Untersuchungen zeigten, dass alle organischen Säuren in beiden Prozessflüssigkeiten im BES vollständig abgebaut werden können. Die höchsten CSB- (87%) und TOC-Abbauraten (88%) wurden mit Permeat erreicht. Das Hydrolysat mit zugesetzter Essigsäure ergab hingegen die höchste Stromdichte von 470 µA/cm². Die Erhöhung des pH-Wertes der Prozessflüssigkeiten von 5,75 auf 6,8 verbesserte auch die Produktions- und Abbauraten deutlich. In diesen Batchstudien wurden aufgrund der Verwendung von Mischkulturen relativ niedrige Coulomb-Wirkungsgrade von weniger als 10% erreicht. Die vielversprechenden Ergebnisse zeigen, dass bei hohen pH-Werten von 6,0 in der Hydrolyse organische Reststoffe effizient in ein Hydrolysat mit hohen Konzentrationen an organischen Säuren überführt werden können und mit der Kopplung einer Membranfiltration das System weiter optimiert werden kann.

Die Verwertung des Permeats in BES ermöglicht, je nach Konfiguration der Reaktoren, eine nachhaltige Erzeugung von Bioenergie- und Plattformchemikalien. Zusammenfassend wurde erstmalig beschrieben, dass die Kombination des fermentativen Biomasse-Abbauprozesses mit der Filtration über keramische Membranen und Nutzung des Permeats in BES-Systemen möglich ist.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Der Einsatz organischer und mineralischer Düngemittel steht nicht erst seit der umfassenden Novellierung der Düngeverordnung im Jahr 2017 im Mittelpunkt vieler umwelt- und gesellschaftspolitischer Debatten. Dabei steht häufig der Maisanbau als Synonym des modernen Acker-baus im Fokus der Diskussionen. Neben der ökologischen Betrachtung der Düngeraufwand-mengen stellt sich auch immer die Frage der ökonomischen Bilanz. Das Ertragsniveau in Deutsch-land konnte in den letzten Jahrzehnten auch auf Grund züchterischer und verfahrenstechnischer Fortschritte stetig gesteigert werden. Einen dieser verfahrenstechnischen Fortschritte stellte die Einführung einer mineralischen Unterfußdüngung bei der Maisaussaat dar. Die platzierte Düngerablage sollte die Nährstoffverfügbarkeit in den ersten Vegetationswochen sicherstellen und dadurch die Jugendentwicklung der Maispflanzen fördern. Hinsichtlich der stetigen Verfahrensoptimierung stellt sich jedoch auch bei der Unterfußdüngung zu Mais die Frage nach der Düngeeffizienz und dem Steigerungspotential.

Das Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung eines Verfahrens zur punktuellen Düngerapplikation bei der Maisaussaat. Hierbei war die konventionelle bandförmige Ablage der Unterfußdüngung durch eine punktuelle und zum Saatkorn ortssynchrone Ablage zu ersetzen. Für die Quantifizierung der Portionsqualität verschiedener Konzepte wurde ein zweigliedriges Prüfsystem erarbeitet. Dabei erfolgt die Portionserfassung zeit- und wegbasiert, was eine getrennte Bewertung der Portionierungsbildung und -ablage ermöglicht. Die technische Entwicklung wurde von pflanzenbaulichen Feldversuchen zur Untersuchung der Relevanz dieser Applikationsmethodik begleitet, wobei die punktuelle Düngerablage der 50 mm langen Düngerportionen manuell erfolgte. Die Varianten wurden anhand der Jugendentwicklung und des Ertrages in mehrjährigen Versuchen an mehreren Standorten untersucht.

Die pflanzenbaulichen Feldversuche zeigten unter den vorliegenden Versuchsbedingungen ein ertragsneutrales Düngereinsparpotential von 25 % (dreijährig) bis 50 % (zweijährig) gegenüber der praxisüblichen Unterfußdüngung. Bei gleicher Aufwandmenge wurde durch die punktuelle Ablage ein signifikanter Ertragsvorteil von 6 % im Körner- und 7 % im Silomais erzielt (a=0,05). Die technische Umsetzung der punktuellen Düngerablage konnte mit einer passiven Portionierungseinheit mit pneumatischem Impulsaustrag realisiert werden. Das zentrale Funktionselement stellt dabei eine Bürstenmembran dar, die sich bei kontinuierlicher Zuführung mittels periodischem Luftstoß öffnet und somit eine Düngerportion im Boden ablegt. Mit diesem Verfahren konnten bei Applikationsfrequenzen bis 25 Hz definierte Düngerportionen mit einer mittleren Länge von 45 bis 70 mm im Laborversuch gemessen werden. Auf Basis einer konventionellen Einzelkornsämaschine wurden die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems im Feldeinsatz bis 12 km/h geprüft und die La-borversuche qualitativ bestätigt.

The application of organic and mineral fertilizers has been at the centre of many environmental and social policy debates not only since the comprehensive reform of the German fertilizer regulation in 2017. Maize cultivation, as a synonym for modern arable farming, is often in the focus of these discussions. In addition to the ecological consideration of the amount of fertilizer applied, the question of the economic balance is always an issue. The yield level in Germany has been increased continuously in recent decades, also due to advances in breeding and technical processes. One of these process advances was the introduction of mineral starter fertilizer placed in one process directly when seeding the maize. The application of these starter fertilizers was intended to ensure the availability of nutrients in the first weeks of vegetation and thus encourage the youth development of the maize plants. Regarding the continuous process optimisation, the question of fertilisation efficiency and the potential for increase also arises in the case of the application of starter fertilizer for maize.

The main goal of this dissertation was the development of a method for the precise application of starter fertilizer in maize sowing. Conventional placement of the starter fertilizer in a continuous band was to be replaced by a precise placement of discrete fertilizer portions synchronised to the seed kernel. To quantify the portion quality of different concepts, a two-phase evaluation method was developed. Portion detection hereby is based on time and length, which allows a separate evaluation of portion generation and placement. The technical development was accompanied by agricultural field trials to investigate the relevance of this application method, whereby the placement of the 50 mm long fertilizer portions was done manually. The variants were examined based on youth development and yield in multi-year trials at different locations.

Under the given test conditions, the agricultural field trials showed a yield-neutral fertilizer saving potential of 25 % (over three years) to 50 % (over two years) compared to the conventional application method of starter fertilizer. By applying the same amount of fertilizer, a significant yield ad-vantage of 6 % in kernel maize and 7 % in silage maize was achieved by the precise placement method (a=0.05). The technical solution of the precise fertilizer application was found in the development of a pneumatic batch dosing unit with impulse discharge. A brush membrane represents the central functional element, which is opened by a periodic air blast during continuous fertilizer supply. Thus, the application of precise fertilizer portion in the soil was realised. The pneumatic batch dosing unit applied portions with an average length of 45 to 70 mm under laboratory conditions at application frequencies up to 25 Hz. Based on a conventional precision drill, the functionality of the entire system was tested in the field up to 12 km/h, whereby the laboratory results could be qualitatively confirmed.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Griepentrog, H. W., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

In recent years an urgent demand to increase food production and reduce farm inputs has ap-peared. Many scientific disciplines are joining forces in order to fulfil this need. From a technical perspective, precision farming is offering optimized infield performances. Nevertheless, although the technical capabilities of machinery performing infield operations are already well developed, the precision and the efficiency of the agricultural tasks could be further enhanced shifting to-wards Smart Farming adapted to the new digital era. Widely used precision farming techniques and tools, combined with technology developments in the internet of things (IoT), cloud compu-ting, and innovative data analytics are expected to revolutionize farming and food production.

The aim of this cumulative Habilitation thesis is to describe the framework towards increasing the precision and the efficiency of infield operations from a digital farming perspective. Six scientific areas were examined: (1) infield load modeling and simulation to optimize design of agricultural machinery, (2) devices that offer an increased level of accuracy for demanding applications, (3) headland-turning time minimization by leveraging historical data from auto-steering systems, (4) area-related analysis using embedded and low-cost sensors for space optimization by minimizing the overlapping area, (5) use of innovative technologies such as IoT and cloud computing to au-tomate an FMIS in order to reduce the farmer’s manual effort, and (6) review of the possibilities that ISOBUS offers in agricultural machinery automation and process-related informatics.

A methodology was presented to predict accumulated fatigue damage of agricultural machinery and was applied to a four-rotor rake for swathing grass. A regime-switching Markov chain of turn-ing points (R-SMCTP) model was trained on measured load data and used to generate 10,000 synthetic load time-series that resulted in fatigue damages similar to the one calculated from the observed loads; a difference of -22% was achieved in mean damage as the predicted fatigue damage from the R-SMCTP was greater than the one from the measured loads. The model was used to predict damage resulting from the same operation in a new field, and in this case, the mean damage difference increased to 34% with R-SMCTP underestimating the predicted fatigue damage.

The accuracy of a total station was assessed by utilizing a highly accurate industrial robotic arm. The results indicated that this device is very promising in replacing the satellite-based positioning systems whenever a sub-centimetre accuracy of the 3D dynamic position is required. The mean value of the relative cross-track error (XTE) of the experiment with the highest error was 4.01 mm. The only experiment where the relative XTE exceeded the sub-centimetre level was for Pat-tern-8 with a value of 12.86 mm for the 95th percentile of the measurements. Of course, this is an extreme case of infield movement compared to most of the normal agricultural tasks. The vertical relative XTE for all experiments did not exceed 10 mm including the outliers.

A 4.8 m cultivator and a 2-Track tractor with an automatic steering driving system were utilized tillage operation for a total area of 3000 hectares during four consecutive years, i.e. 2014 to 2017. Four different drivers operated the tractor following different turning patterns starting driving to the adjacent track (T1 O-Turn), up to skipping five tracks and driving to the sixth parallel track (T2-T6 U-Turn). From the position information, a methodology for automatically determining the turning pattern and duration was introduced. The empirical cumulative distribution function of the turns was used to fit a known distribution and then perform Monte Carlo simulation to simulate a field with 40 turns. The T3 U-Turn required the minimum time with a value of 890 seconds while the maximum was for the O-Turn (T1) with a value of 1522 seconds.

The area-related study dealt with the development of algorithms to gain information about area-related parameters in an automated way. Rear hitch position and wheel-based machine speed were recorded from ISO 11783 communication data during plowing with a mounted reversible moldboard plow. The data were georeferenced using a low-cost D-GNSS receiver. After the ex-clusion of non-work sequences from continuous data logs, single cultivated tracks were recon-structed, which represented the cultivated area of a field. Based on that, the boundary of the field and the included area were automatically detected with a slight overestimation of 1.4%. Different field parts were distinguished and single overlaps between the cultivated tracks were detected, which allowed a distinct assessment of the lateral and headland overlapping (2.05% and 3.96%, respectively).

The implementation of three automation levels, which enhance an FMIS by providing solutions to fragmented-missing data and time-consuming data entry were presented. The three levels in-volve: i) the development of a modular FMIS based on future internet technologies, (ii) the use of standard values for assessing the cost of performed agricultural tasks, and (iii) automating the process of importing task-related data into an FMIS using tractor’s ISO 11783 and SAE J1939 communication information. Data were analyzed from an entire cultivation season for winter wheat and maize. To assess the automated task formulation in the FMIS, machine data were acquired while plowing. The application proved capable of performing a profitability analysis based on the recorded cost transactions but also based on the information given by the user related to the per-formed tasks.

An ISOBUS-related review investigated the offered sensor and control systems, and categorized them based on the performed application to better contextualize their importance. The relevant benefits by using them, but also the potential technical constraints based on their measuring ele-ments were identified. The academic advances were part of this review as all these years many researchers conducted ISOBUS-related research. The reviewed papers were categorized into three main research areas: (a) guidance and control, (b) data acquisition and transfer, and (c) da-ta management and analytics. Identified gaps and future challenges related to ISOBUS concluded this review providing, thus, expected future technical innovations but also potential research di-rections.

In den letzten Jahren hat sich die dringende Notwendigkeit einer Steigerung der Nahrungsmittel-produktion bei einer gleichzeitigen Verringerung der landwirtschaftlichen Produktionsmittel ergeben. Viele wissenschaftliche Disziplinen bündeln ihre Kräfte, um diesem Bedarf gerecht zu wer-den. Aus technischer Sicht ermöglicht Precision Farming optimierte Leistungen im Feld. Obwohl die technischen Fähigkeiten von Maschinen für die Pflanzenproduktion bereits gut entwickelt sind, könnten die Präzision und die Effizienz von landwirtschaftlichen Aufgaben weiter verbessert wer-den, indem man ein Smart Farming fokussiert, welches an das neue digitale Zeitalter angepasst ist. Es wird angenommen, dass weit verbreitete Precision Farming-Techniken und -Werkzeuge die Landwirtschaft sowie die Lebensmittelproduktion revolutionieren werden, wenn sie mit Technologieentwicklungen in den Bereichen Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing und innovativer Datenanalyse kombiniert werden.

Das Ziel dieser kumulativen Habilitationsschrift war es, den Rahmen für die Steigerung der Präzision und Effizienz von Arbeiten in der Pflanzenproduktion aus der Perspektive der digitalen Land-wirtschaft zu beschreiben. Es wurden sechs wissenschaftliche Bereiche untersucht: (1) Modellierung und Simulation von Lasten im Feld zur Optimierung der Konstruktion von Landmaschinen, (2) Messsysteme, welche eine erhöhte Genauigkeit für anspruchsvolle Anwendungen bieten, (3) Minimierung der Wendezeit am Vorgewende durch Nutzung historischer Daten aus automatischen Lenksystemen, (4) flächenbezogene Analyse mit eingebetteten low-cost Sensoren zur Flächenoptimierung durch Minimierung des Überlappungsbereichs, (5) Einsatz innovativer Technologien wie IoT und Cloud Computing zur Automatisierung eines FMIS, um den manuellen Aufwand für den Landwirt zu reduzieren, und (6) Übersichtsartikel über die Möglichkeiten, welche sich durch den ISOBUS in der Landmaschinenautomatisierung und prozessbezogenen Informatik ergeben.

Es wurde eine Methodik zur Vorhersage der Schäden an Landmaschinen durch kumulierte Ermüdung vorgestellt und auf einem Vierkreisel-Schwader beim Schwaden von Grünfutter angewendet. Ein Regime-Switching Markov Chain of Turning Points (R-SMCTP)-Modell wurde auf gemessene Lastdaten trainiert und zur Erzeugung von 10.000 synthetischen Lastzeitreihen verwendet, welche Ermüdungsschäden ergaben, die denjenigen, welche aus den beobachteten Lasten berechnet wurden, ähnlich waren; eine Differenz von -22% wurde bei den mittleren Schäden erreicht, was bedeutet, dass die aus der R-SMCTP vorhergesagten Ermüdungsschäden größer waren als die der gemessenen Lasten. Das Modell wurde außerdem verwendet, um Schäden vorherzusagen, die aus der gleichen Arbeit in einem neuen Feld ergeben, und in diesem Fall stieg die mittlere Schadensdifferenz auf 34%, wobei die R-SMCTP die vorhergesagten Ermüdungsschäden unter-schätzte.

Die Genauigkeit einer Totalstation wurde mittels eines hochpräzisen Industrieroboters bewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass dieses Messsystem satellitengestützte Positionierungssysteme zu ersetzen verspricht, wenn eine Genauigkeit der dynamischen 3D-Position von unter einem Zentimeter erforderlich ist. Der Mittelwert für den relativen cross-track error (XTE) des Experiments mit dem höchsten Fehler betrug 4,01 mm. Das einzige Experiment, bei dem der relative XTE die Schwelle von einem Zentimeter überschritt, war für Muster 8 mit einem Wert von 12,86 mm für die 95. Perzentile der Messungen. Im Vergleich zu den meisten normalen landwirtschaftlichen Aufgaben ist dies natürlich ein extremer Fall von Bewegungen im Feld. Einschließlich der Ausreißer hat der vertikale relative XTE für alle Experimente die Schwelle von 10 mm nicht überschritten.

Ein Grubber mit einer Arbeitsbreite von 4,8 m wurde zusammen mit einem Raupentraktor, welcher mit einem automatischem Lenksystem ausgestattet war, zur Bodenbearbeitung für eine Gesamt-fläche von 3000 Hektar in den vier aufeinander folgenden Jahren 2014 bis 2017 eingesetzt. Vier verschiedene Fahrer bedienten den Traktor nach unterschiedlichen Wendemustern, beginnend mit der Fahrt auf die benachbarte Spur (T1 O-Turn), bis hin zum Überspringen von fünf Spuren und Fahren auf die sechste parallele Spur (T2-T6 U-Turn). Ausgehend von den Positionsinformationen wurde eine Methodik zur automatischen Bestimmung von Wendemuster und -dauer einge-führt. Die empirische kumulative Verteilungsfunktion der Wendevorgänge wurde verwendet, um eine bekannte Verteilung anzupassen und anschließend eine Monte-Carlo-Simulation durchzuführen, um ein Feld mit 40 Wendevorgängen zu simulieren. Der T3 U-Turn benötigte die geringste Zeit mit einem Wert von 890 Sekunden, während das Maximum beim O-Turn (T1) mit einem Wert von 1522 Sekunden lag.

Die flächenbezogene Studie beschäftigte sich mit der Entwicklung von Algorithmen zur automatisierten Gewinnung von Informationen über flächenbezogene Parameter. Die Position des Heckkrafthebers und die radbasierte Maschinengeschwindigkeit wurden aus den ISO 11783 Kommunikationsdaten während des Pflügens mit einem angebauten Volldrehpflug aufgezeichnet. Die Daten wurden mit einem low-cost D-GNSS-Empfänger georeferenziert. Nach dem Ausschluss von Nicht-Arbeitssequenzen aus den kontinuierlichen Datenaufzeichnungen wurden einzelne gepflügte Spuren rekonstruiert, welche die bearbeitete Fläche repräsentierten. Basierend darauf, wurden die Feldgrenze und die von ihr eingeschlossene Fläche automatisch mit einer leichten Überschätzung von 1,4% erkannt. Verschiedene Feldteile wurden unterschieden und einzelne Überlappungen zwischen den bearbeiteten Spuren detektiert, was eine dedizierte Beurteilung der lateralen und der Vorgewende-Überlappung ermöglichte (2,05 % bzw. 3,96 %).

Es wurden drei Automatisierungsstufen implementiert, welche ein FMIS durch Lösungen für Daten mit fehlenden Fragmenten sowie zeitaufwändige Einpflegung der Daten ergänzen. Die drei Ebenen umfassen: i) die Entwicklung eines modularen FMIS auf der Grundlage zukünftiger Internettechnologien, ii) die Verwendung von Standardwerten zur Bewertung der Kosten für landwirtschaftliche Aufgaben und iii) die Automatisierung des Imports von auftragsbezogenen Daten in ein FMIS unter Verwendung der Information aus der ISO 11783 und SAE J1939 Kommunikation des Traktors. Es wurden Daten aus einer gesamten Anbausaison für Winterweizen und Mais ana-lysiert. Um die automatisierte Erstellung der Aufträge im FMIS zu beurteilen, wurden während des Pflügens Maschinendaten erfasst. Es wurde gezeigt, dass die Anwendung in der Lage war, eine Rentabilitätsanalyse auf Grundlage der erfassten Verbuchung der Kosten, aber auch auf Grund-lage der vom Benutzer gemachten Angaben zu den durchgeführten Aufträgen durchzuführen.

In einem Übersichtsartikel mit Bezug zum ISOBUS wurden die angebotenen Sensor- und Steuerungssysteme untersucht und basierend auf der durchgeführten Anwendung kategorisiert, um ihre Bedeutung besser zu kontextualisieren. Es wurden die relevanten Vorteile durch deren Einsatz, aber auch die möglichen technischen Einschränkungen basierend auf ihren Messprinzipien identifiziert. Die akademischen Fortschritte waren Teil dieses Übersichtsartikels, weil in all den Jahren viele Forscher ISOBUS-bezogene Forschung betrieben haben. Die überprüften Arbeiten wurden in drei Forschungsschwerpunkte eingeteilt: (a) Führung und Kontrolle, (b) Datenerfassung und -übertragung und (c) Datenmanagement und -analyse. Identifizierte Lücken und zukünftige Herausforderungen im Zusammenhang mit ISOBUS schlossen diesen Übersichtsartikel ab und legten somit die zu erwartenden, zukünftigen technischen Innovationen, aber auch mögliche Forschungsrichtungen dar.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Effects of flexible biogas production on the efficiency of agricultural biogas plants

Biogasanlagen können in zukünftigen, auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystemen, einen wesentlichen Beitrag zur Stabilisierung der Stromnetze leisten. Dazu ist jedoch eine lastflexible und bedarfsorientierte Stromproduktion notwendig, die erst durch eine flexible Biogasproduktion mit sehr variablem Fütterungsmanagement ermöglicht wird. Dieser lastflexible Betrieb stellt aus Sicht der Verfahrenstechnik und der Prozessbiologie eine große Herausforderung für den Betrieb von Biogasanlagen dar. Technisch setzt diese lastflexible Biogasproduktion eine vollständige Nutzung des vorhandenen Fermentervolumens voraus, was wiederum eine optimale Durchmischung der Substrate im Fermenter erfordert. Ebenso ist eine kontinuierliche, hochaufge-löste Überwachung der Zusammensetzung des produzierten Biogases notwendig, um frühzeitig beginnende Prozessstörungen oder -überlastungen erkennen zu können. Als einer der wichtigsten Prozesse in der Biogasproduktion ist das Rühren einzuordnen. Die eingetragene Leistung soll turbulente Strömungen erzeugen und damit eine gleichmäßige Verteilung der Nährstoffe und ho-mogene Temperaturen im gesamten Reaktor gewährleisten sowie Sink- und Schwimmschichten vermeiden. Um diese Mischprozesse beurteilen und optimieren zu können, wurden im ersten Schritt mittels magnetisch-induktivem Messsystem Untersuchungen zu Strömungsgeschwindig-keiten im Fermenter durchgeführt und damit in Abhängigkeit des TS-Gehaltes und der Viskosität des Gärsubstrates Strömungsprofile erstellt. Bei einem TS-Gehalt im Fermenter von 9,45% betrug die mittlere gemessene Geschwindigkeit 87,5 cm/s. Diese fiel auf 0,96 cm/s bei einem TS-Gehalt von 9,95% ab. Für die weitere Beschreibung der Mischgüte wurden räumlich aufgelöste Nährstoffproben aus dem gesamten Fermenter gezogen. Es konnte nachgewiesen werden, dass der punktuelle Eintrag der festen Biomasse über den Feststoffeintrag zu einem lokal erhöhten TS-Gehalt und erhöhten Konzentrationen von organischen Säuren in der Nähe des Eintrages führten. Im Gegensatz zu den Laboruntersuchungen mit dem Verfahren der Prozesstomographie war je-doch keine Zone im Fermenter zu finden, an welcher Prozessstörungen vorlagen. Des Weiteren konnten, im Gegensatz zu Laboruntersuchungen, keine biologisch inaktiven Zonen im Fermenter der Forschungsbiogasanlage detektiert werden. In weiteren Untersuchungen wurde erstmals ein photoakustischer Sensor mit einem neuentwickelten Messsystem zur Bestimmung des Methan- und Kohlenstoffdioxidanteils des Biogases an einer Praxisbiogasanlage installiert, erprobt und op-timiert. Die grundsätzliche Anwendbarkeit eines solchen Systems in Biogasanlagen konnte ge-zeigt werden. Die erzielte Datendichte lag deutlich über deren konventioneller Geräte bei einer sehr hohen Präzision der Messwerte. Mittels dieser innovativen Messtechnik wurde anschließend eine flexible Substratzufuhr und deren Einfluss auf die Produktgasqualität evaluiert. Dazu wurden Substrate mit unterschiedlichem Abbauverhalten und unterschiedlichen spezifischen Methaner-trägen dem Fermenter zugeführt (Pferdemist, Grassilage, Maissilage). Die Beeinflussung der Bi-ogasproduktion durch das verwendete Substrat konnte sehr gut in der Biogasqualität aufgezeigt werden. Insbesondere die Relation zwischen der relativen Veränderung der Gasmenge und -qualität ermöglichte es, frühzeitig Prozessveränderungen zu erkennen.In den vorliegenden Stu-dien wurde eine Grundlage geschaffen, die eine bedarfsgerechte Biogasproduktion ermöglicht: Selbst bei hohen Substratmengen, die dem Fermenter zugeführt werden, kann bei einer entspre-chenden Auslegung der Rührwerke eine hohe Mischgüte im Fermenter erreicht werden, die auch lokale Prozessüberlastungen verhindert. Die Untersuchungen belegen, dass trotz sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten eine ausreichende Nährstoffversorgung der Mikroorganismen vor-liegt. Die neu entwickelten Sensoren zur Bestimmung der Biogaszusammensetzung liefern Messwerte mit einer hohen Präzision und hoher zeitlicher Auflösung, so dass mögliche Prozessstörungen sehr frühzeitig erkannt werden können. Insgesamt tragen die Untersuchungen dazu bei, dass Biogasanlagen zukünftig mittels bedarfsgerechter Stromproduktion auf Basis einer lastflexiblen Fütterung dezentral die Stromnetze stabilisieren können und somit eine wichtige Systemdienstleistung in einem Energienetz erfüllen, das auf erneuerbaren Energien beruht.

3 Abb., 10 Tab., 0 EUR

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Eine faserreiche ad libitum Fütterung soll das Tierwohl steigern, da die Tiere besser gesättigt sind und es dadurch zu weniger Rangkämpfen sowie Frustrationen innerhalb der Gruppenhaltung bei tragenden Sauen kommt. Diesen Vorteilen sollen Nachteile in Bezug auf die Umweltwirkungen entgegenstehen. Ein höherer Futtereinsatz verursacht einen größeren Flüssigmistanfall. Zudem verändert sich der Trockensubstanzgehalt des Flüssigmistes, der wiederum Einfluss auf die Buchtenhygiene hat. Ziel dieser Dissertation ist es, die verfahrens- und umwelttechnischen Konsequenzen von faserreichen Futterrationen für Wartesauen zu untersuchen und ggf. Lösungen für Mängel zu entwickeln. Die erste Studie beschäftigt sich daher mit der ad libitum Fütterung von Sauen in Kleingruppenhaltung mit Maissilage und zeigt deren Auswirkungen auf die daraus resultierende Menge und Zusammensetzung des Flüssigmistes. Gleichzeitig wurden die Auswirkungen auf die Buchtenhygiene untersucht. Die Flüssigmistmenge war im Vergleich zur Kontrollvariante mit Kraftfutter um 60 % erhöht. Der Trockensubstanzgehalt des Flüssigmistes war mit dem zusätzlichen Angebot von Maissilage ca. doppelt so hoch (7,9 %) als in der Kontrolle. Die Buchtenhygiene war verschlechtert, da die Exkremente im Versuchsdurchgang unzureichend durch die Spaltenböden hindurchgetreten wurden.  Gegenstand der zweiten Studie ist der erstmalige Einsatz eines automatischen Spaltenreinigungsroboters in der Wartesauenhaltung zur Verbesserung der Buchtenhygiene. Die Studie wurde unabhängig von der ersten Studie in einer Großgruppenhaltung mit Abrufstationen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Gerät die aufliegenden Exkrementmengen komplett entfernen konnte und damit die Hygiene im Tierbereich verbessert werden kann. Darüber hinaus wurden dieser Dissertation zwei Tagungsbeiträge angefügt. Studie drei befasst sich mit den verfahrenstechnischen Herausforderungen bei dem Transport der Silagen in den Stallbereich während Studie vier mit einem unabhängigen Versuch unterstützende Ergebnisse zur ersten Studie liefert. Diese Dissertation liefert Zahlen für die Quantifizierung der Einflüsse einer ad libitum Fütterung auf die Haltungs- und Stallumwelt. Gleichzeitig zeigt sie Lösungsansätze, um die ermittelten Probleme zu minimieren. Abschließend ermöglicht sie anhand der Daten eine ökonomische Bewertung für die landwirtschaftliche Praxis.    

Studies on the interaction of animal welfare and environmental protection using the example of group-housed waiting sows

123 S., 27 Abb., 11 Tab., 15 EUR

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart

Ort

Hohenheim

Abstract

Fahrantriebe mobiler Erntemaschinen werden im Rahmen einer fortschrei1enden Automatisierung zunehmend zum integralen Bestandteil der Prozessführung. Komplexe Anforderungen. die sich aus deren Einsatz ergeben, haben zu einer Etablierung hydrostatischer Fahrantriebe geführt. Der zunehmende legislative Druck und die steigenden Vermarktungschancen kraftstoffsparender Technologien rücken die Effizienzbewertung von Antriebssystemen stärker in den Fokus der Forschung und Entwicklung. Standardisierte Bewertungssysteme Jassen sich bei mobilen Arbeitsmaschinen, wegen deren Heterogenität und Vielfältigkeit ihrer Aufgaben, allerdings nur schwer umsetzen. Die vorliegende Arbeit zeigt einen allgemeingültigen methodischen Ansatz zur Effizienzbewertung anhand von Lastkollektiven und eines Simulationsmodells auf. Dieser lässt sich auf alle mobilen Arbeitsmaschinen mit quasistationären Lastanteilen anwenden. Am Beispiel eines Mähdreschers werden typische Einsatzbedingungen mit gemessenen Einsatzprofilen und Lastkollektiven ermittelt und in den Gesamtkontext möglicher Nutzungsszenarien kategorisiert. Mittels eines Antriebsstrangmodells wird damit die Energieausnutzung des Fahrantriebs, entsprechend den Einsatzbedingungen, berechnet. Basierend auf diesen Ergebnissen und einer detaillierten Anforderungsanalyse sind neue Antriebslösungen erarbeitet und entsprechenden Leistungsklassen zugeordnet worden. Für einen Referenzmähdrescher wird ein methodisch ausgewähltes Fahrantriebskonzept, ein sogenannter Summierungsantrieb. ausgelegt und modellbasiert bewertet. Die berechneten Ergebnisse der optimierten Antriebsvariante zeigen deutliche Verbesserungen der Energieausnutzung bei einem erhöhten Kundennutzen. Optimierungslösungen zielen wegen der hohen Zeitanteile im Betrieb, idealerweise auf den Teillastbereich ab. Mit einer Erhöhung des Mitteldruckniveaus lassen sich Effizienzverbesserungen in diesem Bereich erreichen. Allerdings führt dies zu einer Reduzierung der zu erwartenden Lebensdauer, weshalb die Ausfallwahrscheinlichkeit von Komponenten, im Sinne einer nachhaltigen Lösung, stets mitbetrachtet werden muss. Insgesamt bieten anforderungs- und einsatzgerechte Fahrantriebe bei Erntemaschinen noch Potential für Effizienzsteigerungen und höheren Bedienkomfort. Werden diese Potentiale konsequent ausgeschöpft, sind hydrostatische Fahrantriebe auch zukünftig konkurrenzfähig.

176 S., 62 Abb., 18 Tab., 48,80 EUR

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Publikations-Art

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Univ. Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

181 S., 70 Abb., 17 Tab., 10 EUR

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Optimization of preservation and anaerobic conversion of sugar beets for use in flexible biogas systems

Die Biogasproduktion ist gut geeignet, um die fluktuierende Stromproduktion aus den erneuerbaren Energieträgern Sonne und Wind auszugleichen. Zeitgleich werden Alternativen für die Strom-produktion aus Biogas gesucht. Die Aufbereitung auf Erdgasqualität zur Treibstoffproduktion oder zur Einspeisung ins Erdgasnetz wäre eine solche Alternative, benötigt aber eine Kostenreduktion. Ein Ansatz wäre die Nutzung der zweistufigen Biogasproduktion, da der Aufbereitungsaufwand auf Erdgasqualität durch den hohen Methangehalt des Biogases sinkt. Ein geeignetes Substrat für beide Anwendungen wäre die Zuckerrübe aufgrund ihrer vielen Vorteile. Die Konservierung der Zuckerrübe zur ganzjährigen Bereitstellung ist bisher aber problematisch, da dabei hohe Verluste auftreten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einsatz von Zuckerrüben zur Biogasproduktion getestet und neue Lagerungsmethoden erprobt, bei denen die starke Sickersaftbildung als Vorteil genutzt wurde. Um ein optimiertes Lagerungsverfahren für Zuckerrüben zu entwickeln, waren Kenntnisse über den Verlauf der Silierung, die gebildeten Sickersaftmengen und deren beeinflussende Parameter erforderlich. Deswegen wurden in einem Säulenversuch im Labor Massenbilanzen erstellt. Es wurden zwei Varianten der Lagerung im technischen Maßstab entwickelt und untersucht: eine ortsgebundene und eine mobile Variante. Die Untersuchung des produzierten Sickersaftes im Hinblick auf die bedarfsorientierte Biogasproduktion wurde an der Forschungsbiogasanlage der Universität Hohenheim anhand von Stoßfütterungen durchgeführt. Die zweiphasige Vergärung von Zuckerrüben zur Herstellung eines hochkalorischen Biogases wurde im Labor der Landesanstalt getestet.  Die für diese Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass das Konzept der neuen Zuckerrübenkonservierungsmethode, mit Fokus auf die Sickersaftproduktion, sowohl für die bedarfsorientierte Biogasproduktion als auch zur Produktion eines hochkalorischen Biogases mittels des zweistufigen Biogasverfahrens gut geeignet ist.

98 S., 13 Abb., 8 Tab., 37,8 EUR

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Child undernutrition is a critical public health challenge in Ethiopia. One of the immediate causes of child undernutrition is inadequate dietary intake as a result of relying on one or few starchy staples. Utmost attention should be given to improving diets of infants and young children if significant and fast changes are to be seen in the reduction of undernutrition. This dissertation examines the potentials of utilising appropriate food processing technologies for developing upgraded food products for infants and young children. Chapters 3 and 4 give an overview of nutritional status of children and their mothers. The preva-lence of stunting, wasting and underweight is 25%, 13% and 9%, respectively. These rates are better than the national average, but still indicate a high severity of child undernutrition. Child undernutrition is mainly manifested as stunting which in turn is predicted by age, sex and place of residence. On the other hand, 16% prevalence of maternal chronic energy deficiency (CED) was recorded in the study area which was relatively lower than other regions in Ethiopia. The major predictors of CED were wealth, age and husband's occupation. Chapter 5 examines the child feeding practices as well as nutrient adequacy of currently consumed complementary foods. Majority of the breastfeeding and complementary feeding practices meet the WHO recommendations except more than half of the children did not get minimum dietary diversity. The complementary foods fed to the children were cereal dominated and with few fruits and dairy products. The nutrient adequacy calculations showed that important nutrients like protein, Zn and Ca were not adequate in the sampled complementary foods while nutrients like fibre and ash were adequate. Among the complementary foods prepared by the mothers, cereal: pulse: oilseed blend was relatively better in the overall nutrient adequacy. In chapters 6, 7 and 8, experiments on the development of upgraded complementary food products are presented. High- and low-tech food processing techniques were tested, and the quality, stability and acceptability of the developed food products were determined. Experiment on composite extruded complementary food showed it was feasible to produce nutritious, palatable and shelf-stable complementary food by optimally blending and extruding plant-based starchy ingredients. The upgraded baby food product can be used as a starting point for commercialisation by small and medium food enterprises. On the other hand, the experiment on household food processing techniques indicated that addition of 2.5% malt and fermentation for 24 hours improved the chemical, physical and sensory qualities of the complementary foods. Such food processing techniques should be promoted in countries like Ethiopia where they are not commonly practised for baby food applications.

149 S.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Pretreatment of lignocellulosic substrates to increase biogas yield

Bei der Biogastechnologie existieren verschiedenste Ansätze zur Optimierung des Verfahrens. Eine Möglichkeit ist die Vorbehandlung der eingesetzten Substrate, um höhere Biogasausbeuten zu erzielen, neue Substrate zu erschließen und die Gesamtwirtschaftlichkeit von Biogasanlagen zu erhöhen. Für diese Vorbehandlung werden vor allem mechanische Zerkleinerungstechnologien eingesetzt, die konstruktiv sehr unterschiedlich gestaltet sind. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmalig eine systematische Untersuchung der mechanischen Vorbehandlung anhand eines Prallreaktors hinsichtlich Partikelgrößenverteilung, Biogasertrag und Stromverbrauch für verschiedene Substrate durchgeführt. Ziel dieser Arbeit war somit die Optimierung und Bewertung der Technologie „Prallreaktor'' zur Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Substrate für eine landwirtschaftliche Biogasanlage. Für die Versuche wurden Substrate mit modellhaftem Charakter ausgewählt, die eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auch auf vergleichbare Substrate zulassen. Dabei handelte es sich um Triticalestroh, Hafer-Ganzpflanzensilage, Maisstroh und Pferdemist. Zudem wurde die Substratmischung einer Biogasanlage, bei der auch ein Prallreaktor für die Vorbehandlung eingesetzt wird, mit hohen Anteilen Grassilage (53 % Grassilage, 40 % Maissilage und 7 % Rinder- und Pferdemist) untersucht.  Bei allen untersuchten Substraten zeigte sich durch die Vorbehandlung eine Verringerung der Partikelgröße. Wie zu erwarten, war für feinere Partikelgrößen auch ein höherer Aufwand und somit Stromverbrauch erforderlich. Allerdings konnte kein direkter Zusammenhang zwischen einer feineren Partikelgröße und einem Mehrertrag an Methan hergestellt werden. Somit führt eine Steigerung der Aufbereitungsintensität nicht unbedingt zu einer Steigerung des mikrobiellen Abbaus. Wesentliches Ziel der Substratvorbehandlung war neben dem Einsatz alternativer Substrate die Steigerung der Biogaserträge. So war durch die mechanische Vorbehandlung von Triticalestroh eine Steigerung beim Methanertrag von bis zu 16 %, bei Pferdemist bis zu 14 % und bei der Substratmischung bis zu 10 % möglich. Demgegenüber waren bei Hafer-Ganzpflanzensilage und Maisstroh keine Mehrerträge an Methan zu verzeichnen. Offenbar sind kurzgehäckselte Silagen bereits durch die Silierung ausreichend aufgeschlossen. Um mögliche Verluste durch aeroben Abbau zu vermeiden, ist der direkte Eintrag der vorbehandelten Substrate in den Fermenter vorzusehen. Daher sollte die Vorbehandlung idealerweise zwischen Bevorratung und dem Eintragssystem in die Verfahrenstechnik der Biogasanlage eingebunden werden. Zur Einordnung der Ergebnisse mit dem Prallreaktor wurden zusätzlich Zerkleinerungsversuche mit einem Extruder im Labormaßstab durchgeführt. Grundsätzlich war der Extruder ebenfalls für alle untersuchten Substrate geeignet, jedoch musste bei Substraten mit hohem Trockensubstanzgehalt (Stroh), Flüssigkeit zugegeben werden. Die Ergebnisse zur Steigerung der Methanerträge waren vergleichbar. Neben den Investitionskosten hatte der Stromverbrauch den größten Einfluss auf die Kosten für die Vorbehandlung. Diese variierten in Abhängigkeit der gewählten Einstellungen am Prallreaktor deutlich. Mit Hilfe der ermittelten optimalen Einstellungen ließen sich Stromverbräuche von 12,9 kWhel/tFM für Triticale- und Maisstroh, 2,6 kWhel/tFM für Hafer-GPS, 10,8 kWhel/tFM für Pferdemist und 6,1 kWhel/tFM für die Substratmischung ermitteln. Nach Zusammenführung der Ergebnisse zum Stromverbrauch und Mehrertrag an Methan ergab sich für Triticalestroh, Pferdemist und die Substratmischung nach energetischer Bilanzierung ein Gewinn durch die mechanische Vorbehandlung. Unter wirtschaftlichen Aspekten zeigten vor allem Pferdemist und Maisstroh im Vergleich zu Silomais ihr Potenzial als Alternativsubstrat. Durch Ihren Reststoffcharakter und dem damit verbundenen fehlenden Marktwert sind diese beiden Substrate wirtschaftlich interessant. Demgegenüber stellt sich die Wirtschaftlichkeit für Triticalestroh gegenüber Silomais aufgrund des Marktwertes für Getreidestroh geringer dar. Die Ergebnisse können jedoch in Abhängigkeit von Substratqualität und Biogasanlage schwanken, weshalb eine individuelle Betrachtung für jedes Projekt erforderlich ist.
Der Prallreaktor als Verfahren der mechanischen Vorbehandlung ist grundsätzlich für verschiedene Substrate geeignet. Durch den Aufschluss können die Gasausbeute gesteigert und bisher ungenutzte Nebenprodukte für den Biogasprozess erschlossen werden, wodurch sich auch die Wirtschaftlichkeit verbessert.

190 S., 102 Abb., 22 Tab.

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Neben Nahrungs- und Futtermitteln werden auf landwirtschaftlichen Flächen zunehmend nachwachsende Rohstoffen erzeugt. Dieser Trend wird durch die deutsche Bundesregierung aktiv gefördert – auch um die gesetzten Klimaziele zu erreichen. Derzeit konzentriert sich das Interesse auf Energiepflanzen und deren Verwertung. Jedoch können nachwachsende Rohstoffe auch in der Industrie eine signifikante Rolle spielen und dort unter anderem konventionelle, endliche Rohstoffe substituieren. Beispielsweise werden bereits heute Naturfasern zur Verstärkung von Kunststoffen im Automobilbau erforscht. Der breiteren industriellen Anwendung stehen unterschiedliche Herausforderungen entgegen. Informationsdefizite verhindern die optimale Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Unzureichende Abstimmung von Produktionsprozessen und die mangelnde Prozesstransparenz führen zu Ineffizienz. Daten zur Entwicklung, Verarbeitung und Bewertung von Prozessketten liegen nicht gebündelt vor. Derzeit gibt es keine standardisierte Bewertungsmethode mit universellen Kriterien. Die Überwindung dieses Defizits kann einen erheblichen Investitionsschub freisetzen, wodurch neue Ernte- und Prozesstechniken entstehen können. Durch eine gezielte Forschung könnte Deutschland eine führende Stellung auf dem Gebiet der stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe einnehmen. Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Basierend auf dem Transformationsmodell von Hubka/Eder wird ein theoretisches Modell entwickelt, mit dem der Stoffkreislauf bestehend aus den Bausteinen ‚Pflanze’, ‚Prozess’ und ‚Produkt’ modelliert und bewertet werden kann. Hinzu kommt der vierte Baustein ‚Recycling’. Alle Bausteine werden als in sich geschlossene Prozessketten dargestellt, um möglichst leicht auf Veränderungen oder Anpassungen reagieren zu können. Zur Sammlung und Strukturierung benötigter Daten der Prozessketten wurde das Werkzeug „Steckbrief“ entwickelt. Daten werden nach den drei Strömen Stoff, Energie und Signal/ Information aufgeteilt. Außerdem werden Merkmale (Inputs) und Eigenschaften (Outputs) erfasst. Um die Daten einordnen zu können, wurde ein Säulen-Modell bestehend aus Technik, Ökonomie, Soziales und Ökologie entwickelt. Zur Beurteilung wurden Olesens/Andreasens sieben universelle Kriterien (Qualität, Kosten, Zeit, Flexibilität, Effizienz, Risiko, Umwelteffekte) um ein achtes (Funktion) erweitert. Diese Oberkriterien sind unveränderbar und für eine kurzfristige Trendaussage hilfreich. Unterkriterien erlauben eine detaillierte Einschätzung und können flexibel an einzelne Prozesse angepasst werden. Durch einen paarweisen Vergleich wurden Gewichtungsfaktoren für alle Kriterien festgelegt.  Die theoretischen Überlegungen wurden am Beispiel eines naturfaserverstärkten Scheinwerfergehäuses eines Pkw auf ihre Praxistauglichkeit geprüft und verfeinert. Insgesamt konnte die Eignung des methodischen Ansatzes gezeigt werden. Möglichkeiten der Weiterentwicklung des Ansatzes bestehen in der grafischen Darstellung, der weiteren Standardisierung und der Ausdehnung auf die thermische Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen.

157 S., 69 Abb., 18 Tab., 54,99 EUR

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

The estimation of tractor value requires a lot of experience and knowledge and relies mainly on total operation hours and manufacturing year. Today each tractor operation hour is considered to be equal because tractor meters operate time based only and do not consider the varying loads. But tractors face multiple applications within a year. Each application puts different loads on each tractor assembly such as engine, gearbox, axles or power take-off. A more precise method is introduced to evaluate tractor operation hours on basis of real application loads of each tractor assembly within the drivetrain separately. The method relates accumulated tractor loads to standard operation loads which are defined by a reference load spectrum for the specific assembly. For the load evaluation a pseudo damage calculation similar to the Miner’s rule is used. A test tractor was equipped with strain gauge sensors to measure torque flow within the drivetrain. A variety of different tractor applications were measured and load spectra for different assemblies were generated. Based on different tractor application profiles lifetime load spectra for the different assemblies can be calculated. Further consolidation of the individual load factors can be done by weighting of the assemblies. The resulting load factor brings transparent information about intensity of tractor usage. Results show big differences between the assemblies and between the different application profiles. This supports the demand for a new method for tractor evaluation.

116 S., 57 Abb., 14 Tab., 45,80 EUR

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Abstract und Dissertation

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Der Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel zur Unkrautbekämpfung in der Landwirtschaft wird zunehmend gesellschaftspolitisch kritisiert. Forderungen werden laut, die Ausbringung bestimm-ter Herbizide deutlich einzuschränken oder gänzlich zu verbieten. Eine teilflächenspezifische Pflanzenschutzmittelapplikation oder mechanische Unkrautbekämpfungsverfahren sind derzeit die wirksamsten Maßnahmen den Herbizideinsatz zu reduzieren. Thermische Systeme zur Unkrautbekämpfung, meist Abflammgeräte, finden bislang überwiegend im ökologischen Landbau Anwendung und sind durch eine geringe Selektivität und hohe Energiekosten gekennzeichnet. In diesem Forschungsprojekt sollen Pflanzenöle auf hohe Temperaturen erwärmt und anschließend gezielt auf Unkräuter appliziert werden. Der Versuchsansatz beruht auf den thermophysikalischen und fluidmechanischen Eigenschaften von pflanzlichen Ölen, die im Vergleich zu Wasser wesentlich schneller und auf deutlich höhere Temperaturen (> 100 °C) erwärmt werden können sowie auf der guten Anhaftung an Pflanzenoberflächen. Durch die Nutzung dieser thermophysikalischen Eigenschaften wird eine ausreichende Schädigung des pflanzlichen Gewebes durch Eiweißdenaturierung erwartet, was zum Absterben des Unkrautes oder zu einer Wachstumsverzögerung führen soll. Zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen heißen Pflanzenölen und Unkräutern wurden Unkrautbekämpfungsversuche unter Laborbedingungen durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass Sonnenblumen- und Rapsöl schnell und effizient auf bis zu 250 °C erwärmt werden können und daher besonders für eine Heißölapplikation geeignet sind. Mit Hilfe von Anzuchtschalen wurden Ackerunkräuter im Gewächshaus kultiviert und anschließend mit heißem Pflanzenöl bekämpft. Hierbei wurde die Aufwandmenge zwischen 0,03 und 0,1 ml je Unkrautpflanze und Wachstumsstadium variiert und die Öltemperatur beginnend bei 250 °C stufenweise auf 150 °C abgesenkt. Sowohl eine hohe Flüssigkeitstemperatur als auch eine hohe Aufwandmenge führten zu letalen Unkrautschädigungen. Der Gesamtwirkungsgrad lag bei 93 %. Die Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die thermische Heißölapplikation eine effiziente und nachhaltige Alternative zu den bereits bestehenden Pflanzenschutzverfahren sein kann und einen Beitrag zur Reduzierung des chemischen Pflanzenschutzmitteleinsatzes in der landwirtschaftlichen Produktion leisten kann. Darüber hinaus ist mit dieser umweltfreundlichen Technik auch ein Einsatz im ökologischen Landbau denkbar.

152 S., 61 Abb., 18 Tab., 10 EUR

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Das Ziel der Arbeit war es optimale Trocknungsprozesse für verschiedene Agrarprodukte zu finden. Dazu wurden die Qualitätskriterien frischer und getrockneter Agrarprodukte analysiert und die Veränderungen durch die unterschiedlichen Trocknungsparameter, wie Luftgeschwindigkeit, Taupunkttemperatur, Trocknungstemperatur und –zeit dargestellt. In einer Literaturrecherche wurden sowohl die Faktoren für die Nachernteverluste und deren Höhe in Industrie- sowie Schwellen- und Entwicklungsländer untersucht. Zudem sind die Agrarprodukte und deren qualitätsbestimmenden Inhaltsstoffe vorgestellt. Auch die Extraktions- sowie die Analyse-Methoden werden aufgezeigt und erklärt. Dabei handelt es sich um die Hochleistungsflüssigkeit- und die Ionenausschlusschromatographie, aber auch um die UV/Vis-Spektroskopie und die Polarimetrie. Des Weiteren wurden während den Trocknungsprozessen mit der integrierten Kamera des Trockners in definierten Zeitabständen Bilder aufgenommen und diese über eine speziell entwickelte Software im Hinblick auf die Farbveränderung und die Schrumpfung der Agrarprodukte untersucht. Die Erstellung und Überprüfung der Versuchsergebnisse fand mittels DoE-Software statt. Es wurden neue Diagramme, sogenannte Schädigungsdiagramme, eingeführt. Dabei handelt es sich um Diagramme, mit deren Hilfe die Identifizierung optimaler Trocknungsprozesse möglich ist. Für Chilis erwies sich eine Trocknungstemperatur von ~ 60 °C, für Kartoffeln von ~ 64 °C bis 74 °C, für Ananas von ~ 43 °C und Mangos von ~ 60 °C als optimal. Auch Taupunkttemperaturen von ~<12 °C / > 27 °C für Chilis, ~ 30 °C für Kartoffeln, ~ 14 °C für Ananas und ~ 20 °C Mangos waren optimal. Die Luftgeschwindigkeit wurde mit rund 1,2 m/s (Kartoffeln: ~ 1.2 m/s; Ananas: ~ 1.2 m/s und Mangos: ~ 0.9 m/s) als optimal befunden. Die Ergebnisse zeigten, dass bei jedem der vier Agrarprodukte die Trocknungstemperatur den größten Effekt auf die Reduzierung der qualitätsbestimmenden Eigenschaften hatte. Beispielsweise wurden die Ascorbinsäure, der Gesamtzucker-Gehalt sowie die organischen Säuren mit zunehmender Trocknungstemperatur stärker abgebaut. In Zukunft sollte neben den optimalen Trocknungsbedingungen auch beachtet werden, dass die Größe, Form, und Beschaffenheit der Proben einen entscheidenden Einfluss auf die stationären Trocknungsprozesse haben. Weiter ist es denkbar, instationäre Trocknungsprozesse zum Ein-satz zu bringen. Dabei werden zuerst bei hohen Temperaturen die qualitätsreduzierenden Enzyme inaktiviert und anschließend bei geringen Temperatur und damit geringerer thermischer Belastung getrocknet. Weiter sollte darauf geachtet werden, dass Produkte nicht übertrocknen, so dass in Zukunft nur bis knapp unter den maximalen Restfeuchte-Gehalt und nicht wie in dieser Arbeit bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wird. 

192 S., 138 Abb., 13 Tab., 25 EUR

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Abstract und Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Biological hydrogen methanation in high-pressure trickle bed reactors for power-to-gas concepts

Die Power-to-Gas Technologie kann bei der Speicherung von Energie aus intermittierenden Energiequellen eine zentrale Rolle einnehmen. In einem zweistufigen Prozess wird zunächst Wasserstoff mittels Elektrolyse aus „Überschussstrom“ erzeugt, welcher schließlich mit Kohlenstoffdioxid zu Methan umgewandelt wird. Dieses ist nahezu unbegrenzt im Erdgasnetz speicher- sowie transportierbar und kann flexibel genutzt werden. Aus diesem Grund war es das Ziel dieser Arbeit, Hochdruck-Rieselbettreaktoren zur biologischen Wasserstoffmethanisierung hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit zu optimieren. Zur Durchführung der experimentellen Untersuchungen wurde eine automatisierte und kontinuierlich betriebene Versuchsanlage konzipiert und aufgebaut. In den Untersuchungen wurde zunächst der Betriebsdruck variiert. Dabei konnten mit steigendem Druck die Konversionsraten erhöht und die relative Gasqualität um 34 % gesteigert werden. Weiterhin wurde die Zirkulation der Prozessflüssigkeit auf das Rieselbett der Reaktoren pausiert. Es zeigte sich eine deutliche Steigerung aller Leistungsparameter bei maximalen Methangehalten > 97 Vol.-% mit steigender Zirkulationspause. Schließlich wurden auch unterschiedliche Temperaturstufen untersucht. Trotz der kontinuierlichen Steigerung der Gasdurchsätze konnten auch hier die Leistungsparameter nochmals gesteigert werden. Insgesamt konnte mit der Kombination der Optimierungsmaßnahmen die Leistung bezogen auf die reaktorspezifische Methanproduktionsrate von 4,28 ± 0,26 m3 m-3 d-1 auf 8,85 ± 0,43 m3 m-3 d-1 mehr als verdoppelt werden, bei einer gleichzeitigen Steigerung des Methananteils im Produktgas. Insgesamt wurde in der vorliegenden Studie das Ziel der Leistungssteigerung des untersuchten Reaktorkonzeptes durch die Optimierung der Prozessparameter erfolgreich nachgewiesen. Damit ist das Verfahren der biologischen Methanisierung von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in Hochdruck Rieselbettreaktoren ein zuverlässiges, flexibles und vielversprechendes Konzept für Power-to-Gas Anwendungen im technischen Maßstab.

58 S., 9 Abb., 5 Tab., 20 EUR

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Potassium is one of the three main nutrients for crop production, along with nitrogen and phosphorus. Potassium is found in the potash ores of evaporites. Evaporites are mineral deposits of evaporated Jandlocked sea water from a former arid climate. The processing of potash ores produces millions of tons of solid and liquid wastes with a high concentration of sodium chloride. In Germany the liquids are in some cases pressed under the earth or disposed in surface waters. In contrast, the solids are often heaped above ground near the processing facilities or backfilled in mining voids. The tailings piles on the surface are exposed to precipitation erosion producing additional brines. Therefore, there is a need to implement methods to minimize the seepage ofbrines from potash tailings piles and reduce soil and water contarnination. This can be achieved using evapotranspiration covers. Evapotranspiration covers consist of a soil reservoir and perennial plants to transport the moisture back to the atmosphere. With that in mind, a lysimeter experiment was conducted at the Wintershall potash processing facility from K+S KALI, in the outskirts ofHeringen, Germany. Four different covers of potash tailings piles made of household waste incineration slags and coal combustion residues were studied. The substrates were used to fill-in 8 non-weighable lysimeters. A mixture of 65 % ryegrass (Lolium perenne L.), 25 % red fescue (Festuca rubra L.) and 10 % Kentucky bluegrass (Poa pratensis L.) was established on the substrates' surface. The weather conditions were monitored using an automated weather station, four rain gauges placed at ground-level, and five rain gauges installed at 1-m height. The weather station registered the precipitation, air temperature, horizontal wind speed, relative air humidity, solar radiation and substrate temperature at 10 minute interval. The precipitation in ground level and 1-m-high gauges was assessed weekly. Weekly measurements also included the seepage amount, which was gathered in 60 liter barrels. The actual evapotranspiration was studied using the simplified water balance equation ETa = P - D, whereby Pis precipitation and Dis the drainage, both given in mm. The hydrological properties ofthe substrates were measured in order to calibrate Hydrus-lD and to simulate the water fluxes considering different rates offine fractions, soil texture and crop parameters. Moreover, the water deficit ofthe potash tailings' covers was verified using the CropWat model. From the observed measurements it was estimated a mean actual evapotranspiration over three hydrological years of 440.5 mm or 65.5 % for the actual evapotranspiration versus the ground-level precipitation ratio. Moreover, a mean seepage rate of23 l.5 mm (34.5 %) was found between 2014 and 2016. lt was verified no large differences among the substrates for seepage and actual evapotranspiration. Due to the optimal weather conditions for the crop growth, higher evapotranspiration was found in the summer (mean 363 .1 mm; 91 % ) than in winter time (mean 77. 5 mm; 27.5 %). The calibrated Hydrus-lD model provided consistent seepage values with a variation of2.9 % or circa 13.6 mm from the observed measurements ofsubstrates 1-4 between 2014 and 2015. The calibrated model estimated an evapotranspiration rate of75.3 % and a seepage rate of24.7 % considering 27 years of historical weather data, which agrees with the data available in the literature. Furthermore, the simulations using Hydrus-1D suggested that an increase in fine fractions and clay-size particles may decrease the seepage of the tailings covers, as weil as any change in the crop status might lead to altering the seepage and evapotranspiration values. From the CropWat study, a water deficit mainly for the spring and summer months was found. The estimated water deficit was on average 193.7 mm/year during the assessment period between 2014 and 2016. Altogether this study showed that evapotranspiration cove

229 S., 49 Abb., 56 Tab.

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Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Bisher ging man davon aus, dass zum Öffnen von Verpackungen primär Handkräfte nötig sind und die Kraftübertragung auf Öffnungsmechanismen von Verpackungen entscheidend für das leichte Öffnen und die Zufriedenheit mit dem Öffnungsvorgang ist. In der Arbeit wurden unterschiedlichste, handelsübliche Verpackungen anhand von Zielgruppenprüfungen nach CEN/TS 15945 untersucht. Die dreistufigen Prüfungen fanden unter standardisierten Bedingungen statt, die der Situation am heimischen Küchentisch nachempfunden waren. Die Zielgruppen umfassten zufällige Stichproben aus der Bevölkerung, die unterschiedlichste Lebenserfahrungen und Lebenssituationen abbilden. Mit Einverständnis der Teilnehmenden wurden die Handbewegungen während des Öffnungsvorgangs mittels Videoaufnahmen dokumentiert, um Beobachtungen nachzuvollziehen und ggf. Muster zu erkennen. Als Referenz wurden anhand instrumenteller Messungen erforderliche Öffnungskräfte erfasst. Die Studie zeigt, dass eine Korrelation zwischen Zielgruppenprüfung und instrumenteller Prüfung nur sehr eingeschränkt möglich war.  Entgegen der Arbeitshypothese hat die erforderliche Öffnungskraft nur untergeordnete Bedeutung, dagegen sind motorische Fähigkeiten wie das Greifen einer Öffnungshilfe, die Tastbarkeit des Packgutes in flexiblen Verpackungen, die Formstabilität der Verpackung und Freiheitsgrade der Beweglichkeit des Packgutes und vor allem die Kognition, d.h. das Erfassen des vorgesehenen Öffnungsmechanismus, von entscheidender Bedeutung. Verbraucher haben große Schwierigkeiten, nur scheinbar bekannte Konzepte kognitiv zu erfassen. Auch ähnliche Verpackungen, die etwa die gleiche Maximalkraft zum Öffnen erforderten, wurden in Zielgruppenprüfungen deutlich unterschiedlich beurteilt. Unterschiedlich platzierte Öffnungshilfen bei praktisch identischen Verpackungen werden von Verbrauchern deutlich unterschiedlich wahrgenommen.  Zur Darstellung der Einflussfaktoren auf das leichte Öffnen wird ein auf dem Kopf stehendes Dreieck gewählt, das ein Gleichgewicht der Einflussfaktoren Kraft, Motorik und Kognition beschreibt. Hieraus eröffnen sich neue, interessante Forschungsansätze insbesondere zu kognitiven Testreihen im Umgang mit Verpackungen.    

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Abstract und Dissertation

Professor

Griepentrog, H. W., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Context-based systems architecture to improve cooperation of mobile working machines

Im Gegensatz zu industriellen Fertigungsprozessen sind landwirtschaftliche Prozesse durch eine hohe Unsicherheit in ihrer Planung und Ausführung gekennzeichnet. Wesentliche Gründe hierfür sind die systembedingt hohe Umweltexposition, hohe Komplexität der technischen Systeme, geringe Arbeitsteilung und der Mangel an geeigneten Systemen zur Entscheidungsfindung und -unterstützung. Daraus resultiert eine geringe Prozesstransparenz mit suboptimalen Entscheidungen. Messbar wird diese Beobachtung durch einen Vergleich von installierter Leistung, ermittelt unter Idealbedingungen, und realisierter Leistung, ermittelt aus der Literatur und Telematik-Daten, die sich auf einem Niveau von ca. 40 bis 50% bewegt. In der vorliegenden Arbeit werden die Ursachen für diese Lücke analysiert und eine Methode zu ihrer Reduzierung entwickelt. Schlüssel zur Verbesserung der Situation ist die systematische Anwendung kontextorientierter Vorgehensweisen. Die Kontext-Dimensionen Zeit, Raum und System werden beschrieben und in Beziehung gesetzt. Damit lassen sich entscheidungsrelevante Prozesszustände in landwirtschaftlichen Arbeitsverfahren strukturiert beschreiben. Auf der Grundlage dieser Kontexte werden Komponenten abgeleitet, die in einer anschließend zusammengeführten Systemarchitektur die automatisierte Identifikation, Beschreibung und Bewertung von Prozesskontexten ermöglichen. Auf dieser Basis lassen sich im Rahmen der gegebenen Möglichkeiten (z.B. Maschinenleistung, Befahrbarkeit) konkrete Maßnahmen zur Verbesserung von Prozessen ableiten.Am Beispiel der Ernte von Silomais (Häckseln, Transportieren, Einlagern) wird das Wirkungsprinzip der Systemarchitektur veranschaulicht. Der Prozess wird unter dem Gesichtspunkt relevanter Kontexte modelliert und unter Berücksichtigung der definierten Komponenten in Form einer agentenbasierten Simulation implementiert. Für die Durchführung der Simulation werden auf realen Arbeitsmaschinen leistungs- (z. B. Durchsatz) und kostenrelevante (z.B. Kraftstoffverbrauch) Parameter erfasst und Produktionsfunktionen entwickelt. Die Simulation liefert für eine gegebene Prozesskonfigurationen (Leistung des Feldhäckslers, Anzahl, Geschwindigkeit und Kapazität der Transportfahrzeuge sowie Anzahl und Masse Verdichtungsfahrzeuge) die Kosten und Zeitansprüche. In einer darauf aufbauenden Parametervariation, d. h. Veränderung der leistungsbestimmenden Parameter in den ermittelten Grenzen mit festgelegter Schrittweite, wird ein Lösungsraum erzeugt, dem vorteilhafte Verhaltensweisen entnommen werden können. In Ergänzung zur Simulation wird ein mathematisches Verfahren zur Erzeugung logistischer Kennfelder entwickelt. Simulation und Kennfelder schaffen in Ergänzung die Möglichkeit zur wahlweise diskreten oder kontinuierlichen Betrachtung von Prozessen. Zur Absicherung der entwickelten Modelle werden Ergebnisse einer empirische Untersuchung bei Landwirten und Lohnunternehmern gegenüber gestellt. Der beschriebene Ansatz ermöglicht qualifizierte Entscheidungen zur Verbesserung der Kooperation in Prozessen und damit einen Beitrag zur Reduktion der oben genannten Leistungslücke. Die Grenzen der Verbesserungen ergeben sich jedoch aus den lokal vorherrschenden Umgebungsbedingungen und sind vom Anwender festzulegen. Auf dem beschriebenen Ansatz lassen sich weitere Schritte zur Steuerung und Optimierung von Prozessen aufbauen. 

174 S., 72 Abb., 24 Tab., 48,8 €   

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Experimental study for pumping of food suspensions by usage of different food based model systems

Das Pumpen von Lebensmittelsuspensionen ist ein kritischer Prozessschritt, der insbesondere die lntaktheit der Partikel gefährdet. In dieser Arbeit wird dieser qualitätsmindernde Einfluss des Pumpprozesses in Abhängigkeit von der apparatetechnischen Gestaltung der Pumpe und des Prozessfaktors Drehzahl bzw. Volumenstrom analysiert. Auch wird der Effekt der Eigenschaft der Suspension (Viskosität der flüssigen Phase; Textur der Partikel, Konzentration der Partikel, Größe der Partikel) auf die lntaktheit der Partikel getestet.  Im Rahmen der Pumpversuche werden stellvertretend für Lebensmittelpartikel Modelle aus Gelen auf Hydrokolloidbasis sowie rohe Kartoffeln eingesetzt. Diese repräsentieren jeweils eine Gruppe von Lebensmittelpartikeln mit homogenen Textureigenschaften. Die Textureigenschaften beruhen dabei teilweise auf den mikrostrukturellen Eigenschaften der Lebensmittelpartikel. Die Textureigenschaften sind innerhalb dieser Arbeit auf die Brucheigenschaften der Partikel bezogen. Zur Erfassung werden dafür unterschiedliche Messmethoden mit divergierenden Messgeschwindigkeiten eingesetzt.  Bei den Pumpprozessen wird eine maximale Schädigung von 21 Gew.-% der Partikel in der Lebensmittelsuspension gemessen. Dabei weist die Kreiselpumpe im Volumenstrombereich von 2,0 bis 5,6 m3/h eine geringere bis vergleichbare Zerkleinerung im Vergleich mit der Drehkolbenpumpe in Abhängigkeit von der Viskosität der flüssigen Phase der Suspension auf. Strömungsrelevante Faktoren wie der Volumenstrom und die Viskosität bestimmen die Zerkleinerung der Partikel bei der Kreiselpumpe. Im Gegensatz dazu sind die Eigenschaften der Partikel (Textur und Größe der würfelförmigen Partikel) bei der Drehkolbenpumpe ausschlaggebend für die Zerkleinerung. Für beide Pumpen gilt, dass die Zerkleinerung mit steigender Kantenlänge der Partikel (0,5 auf 1,0 cm) ansteigt. Dagegen sind die Effekte der Konzentration der Partikel (5 bis 15 Gew.-%) ebenso wie der Einfluss unterschiedlicher rotierender Elemente (Kolbenform, Laufradform) bei beiden Pumpen vernachlässigbar. Die unterschiedlichen Texturen führen bei beiden Pumpen zu unterschiedlich starker Zerkleinerung der Partikel. Der Einfluss der Viskosität auf die Zerkleinerung ist bei der Kreiselpumpe abhängig vom Volumenstrom. Bei Volumenströmen bis 7,8 m3/h führt eine Steigerung der Viskosität (1 auf 260 mPas) zu einer höheren Zerkleinerung analog zur Drehkolbenpumpe. Höhere Volumenströme in Versuchen mit der Kreiselpumpe zeigen eine negative Korrelation zwischen Viskosität und Zerkleinerung. Während der Volumenstrom bei der Drehkolbenpumpe keinen Einfluss auf die Zerstörung der Partikel ausübt, ist dieser bei der Kreiselpumpe abhängig von der Viskosität. Wird ein hochviskoses Medium mit hohem Volumenstrom gefördert, sinkt der Anteil zerkleinerter Partikel. Bei geringer Viskosität führt eine Steigerung des Volumenstroms zu einer stärkeren Zerkleinerung der Partikel beim Pumpen.  Für das Pumpen der in dieser Arbeit getesteten Suspensionen wird eine Kreiselpumpe empfohlen.  

189 S., 40 Abb., 36 Tab., 20 €

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Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

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Abstract und Dissertation

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

The energy demand of mechanically ventilated pig houses stems mainly from heating and ventilation requirements. If an exhaust air treatment system (EATS) is also required, the energy demand is increased. EATSs are linked to high operating costs. Against the background of global reductions in fossil fuels and rising energy prices, efforts are being made to use energy more efficiently, or to substitute fossil fuels with alternative energy sources. The objectives of this thesis comprise research on the energy efficiency of two supply air conditioning ventilation systems in pig housing, using geothermal energy and thermal energy of exhaust air, respectively. The first study presents a long-term study of a modular housing system (MHS) with an integrated geothermal heat exchanger. The aim is to quantify the performance potential of this system under practical conditions. The MHS is characterised in particular by the fact that the incoming air into the sections is subject to year-round conditioning, depending on the outdoor temperature (pre-heating and pre-cooling). During the investigation period, the MHS effectively provided a heating of 489,820 kWh at a mean performance of 59.7 kW, and a cooling quantity of 18,455 kWh at a mean performance of 33.3 kW. The subject of the second study is the development of an exchange scrubber (ES). It is a biological trickle-bed reactor with an integrated recuperative heat exchanger. Using this new technology, operating costs of pig houses with EATS may be reduced by saving on heating costs. A pilot-plant on a small scale was constructed to evaluate heating performance. Three configurations of the heat exchanger into trickle-bed reactor were investigated. In all three configurations, preheating of cold incoming outside air was observed. In the outside air temperature range from 0.0°C to 7.9°C, the average heating performance of the configuration with the trickled heat exchanger arranged below the packing material was 4.4 kW at an air flow rate of 1,800 m3 h-1. This is up to 18% higher towards the other two configurations of the heat exchanger. The heating performance of the ES is also influenced by the outside air temperature. The MHS and ES contribute to a more energy-efficient animal husbandry, and are positively assessed from several perspectives: substitution of fossil fuels (sustainability) and avoiding CO2 emissions (ecology); reduction in energy costs (economy); better air distribution on the animal level (animal welfare). However, the investment costs of MHS are higher than for comparable conventional pig houses. A cost analysis for the ES is required, but due to the current state of development this is not yet possible.

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Abstract und Dissertation

Professor

Gallmann, Prof. Dr. apl.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

A prerequisite for the implementation of concepts of precision livestock farming is data acquisition on the level of the individual animal, which is only possible on a large scale by applying electronic animal identification. Radio-frequency identification (RFID) systems in the ultra-high frequency range (UHF, 860 – 960 MHz) offer the possibility of simultaneous detection of transponders and a variably adjustable read range of more than 3 m. Until now, these systems were, however, only insufficiently adapted to the operating conditions in livestock farming. In collaboration with industry partners, passive UHF-RFID transponders for integration into ear tags for cattle and pigs and readers have been developed and tested. The objective of this thesis was the adaption and assessment of this UHF-RFID system for livestock farming. In particular, 1) the construction and test of a static test bench for UHF-RFID ear tags, 2) the development of a method of measuring the influence of ear tissue on the performance of UHF-RFID ear tags, and 3) the application and validation of the UHF-RFID system for monitoring of trough visits of growing-finishing pigs should be carried out. The experiments supported the selection and further development of UHF transponder ear tags and reader antennas for application in livestock farming. A suitable test method for UHF-RFID technology in the fields of research covered was established and applied for the first time. It repeatedly became clear during the experiments that the greatest challenge for the application of UHF transponders in ear tags is the reduction of the sensitivity against ear tissue. In addition to the monitoring of animal health with UHF-RFID, further research could be carried out regarding the positioning of animals for measurement of motion activity, the combination of transponders with sensors, for example, to measure body temperature, and the utilisation of the technology for implementation of the Internet of Things in food supply chains.

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Abstract

Professor

Meyer, H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Berlin, FG Konstruktion von Maschinensystemen

Ort

Berlin

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der energieeffizienten Gestaltung elektrischer Antriebsstränge für Landmaschinen. Die Wechselwirkungen zwischen erhöhter Funktionalität und Verbrauch stellt zumeist einen Widerspruch dar, welchen es bei der Gestaltung von Triebsträngen zu lösen gilt. Ziel der Arbeit ist die Beschreibung eines Vorgehens zur Anpassung eines elektrischen Antriebsstranges an eine Arbeitsaufgabe. Hierzu werden die Freiheitsgrade der mechanischen Komponenten, wie verschiedene Übersetzungen, Summiergetriebe und die Anzahl möglicher Antriebe, herangezogen. Eine systematische Unterteilung von Triebsträngen und Hybridantriebssträngen hinsichtlich der Wirkung auf die Arbeitsaufgabe wird erarbeitet und später als Grundlage für eine Methode zur Erstellung von Triebstrangarchitekturen verwendet. Die Untersuchung des Energieverbrauchs und der Verluste erfolgt auf Basis erweiterter Simulationsmodelle und anhand von Versuchsaufbauten. Hierbei werden für die auftretenden Verluste in Getrieben und Antrieben die Simulationsmodelle detailliert bzw. erstellt und um bisher selten berücksichtigte Verluste, wie Plansch-, Ventilations- und Dichtungsverluste erweitert. Auf dieser Basis werden die Leerlaufverluste nicht im Leistungsfluss befindlicher Getriebestufen bei schaltbaren Getrieben berücksichtigt und der Einfluss auf die Verluste durch die erweiterten Verlustmodelle gezeigt. Der Einfluss der mechanischen Komponenten sowie eine mögliche Substitution von Funktionen durch die Reglung der elektrischen Antriebe werden in verschiedenen Versuchsaufbauten untersucht. Hierbei kann der Einfluss der schaltbaren Getriebe auf die Energieeffizienz am Beispiel von Lastverläufen aus dem DLG-PowerMix Zyklus bestätigt und der Entfall von Summiergetrieben durch die Reglung elektrischer Antriebe gezeigt werden. Ein Vorgehen zur Erstellung von Triebsträngen auf Basis von Arbeitspunkten bzw. Lastzeitverläufen wird abschließend vorgestellt.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Employing modern monitoring technology has helped farm managers to improve animal production and welfare. Due to the importance of monitoring animal behaviours in commercial production, a series of research studies was carried out in a commercial pig farm in the UK. One objective of this study was to investigate the feasibility of using image processing and the Delaunay Triangulation (DT) method to detect change in group lying behaviour of pigs under commercial farm conditions and relate this to changing environmental temperature. By means of the region properties and perimeter of each DT, it was possible to automatically find the changes in lying posture and location within the pen of grouped pigs caused by temperature changes. A study for the definition and categorization of lying patterns of grouped pigs in different ambient temperatures was conducted. Three thermal categories were defined relative to room set-point temperature (21oC), i.e. ARST (around the room set temperature, from 19 to 23oC), LRST (lower than the room set temperature, from 14 to 18oC), and HRST (higher than the room set temperature, from 24 to 28oC). Different lying patterns (close, normal and far) were defined based on the perimeter of each DT triangle, and the percentages of each lying pattern were obtained for each thermal category. A method using a Multilayer Perceptron (MLP) network to automatically classify group pig lying behaviours into the three thermal categories was developed and tested for its feasibility. The results revealed that MLP could classify lying features with a high overall sensitivity, specificity and accuracy (varying from 93.0% to 97.4%) into the three thermal categories. The application of the method developed to monitor pig lying behaviour was demonstrated in a study on the effects of environmental enrichment on pig behaviour. The results demonstrate that the developed machine vision approach can be used as a precise and fast method for quantifying pig lying behaviour for research or practical applications. A further objective of this research was to develop a method for automatic detection of mounting events amongst pigs under commercial farm conditions by means of image processing. An ellipse fitting technique was applied to localize pigs in the image. The intersection points between the major and minor axis of each fitted ellipse and the ellipse shape were used for defining the head, tail and sides of each pig. The Euclidean distance (Ed) between head and tail, head and sides, the major and minor axis length of the fitted ellipse during the mounting were utilized for development of an algorithm to automatically identify a mounting event. The proposed method could detect mounting events with high level of sensitivity, specificity and accuracy, 94.5, 88.6 and 92.7%, respectively.

Der Einsatz moderner Tierüberwachungstechnologien ermöglicht es Landwirten, auch große Tierbestände mit einem hohen Tierwohl im Einklang zu bringen. Aufgrund des Potentials der Bilderkennung für praktische Betriebe wurde eine Serie wissenschaftlicher Untersuchungen auf einem Schweinemastbetrieb in Stafford, Großbritannien durchgeführt. Eine zentrale Zielsetzung dieser Dissertation war die Untersuchung der praxistauglichen Umsetzbarkeit von Bilderkennungsmethoden unter der Nutzung der Delaunay Triangulation (DT) zur Evaluierung des Liegeverhaltens von in Buchten gehaltenen Schweinen, insbesondere in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Die temperaturveränderungsbedingte Anpassung der Liegeanordnung und Positionierung der Gruppe wurde durch Einsatz der Koordinaten und des Umfangs jeder DT erfolgreich ermittelt. Weiterhin wurden Liegemuster von in Gruppen gehaltenen Schweinen bestimmt und charakterisiert. Es wurden drei thermische Kategorien in Bezug auf die Solltemperatur des Stalles (21°C) definiert: ARST (um die Solltemperatur, 19-23°C); LRST (niedriger als die Solltemperatur, 14-18°C) und HRST (höher als die Solltemperatur, 24-28°C). Basierend auf dem Umfang jedes DT -Dreiecks wurden drei Liegemuster (eng, normal und weit) der Schweinegruppen definiert und die prozentuale Verteilung jedes Musters für jede thermische Kategorie bestimmt. Zur Klassifizierung der Liegemuster in die drei Temperaturkategorien wurde ein neuronales Netzwerk mit mehrlagigem Perzeptron (MLP) entwickelt. Die DT -Merkmale (Durchschnittswert des Umfangs, maximale und minimale Länge der Seiten des DT) wurden als Eingangsgrößen für die MLP Klassifizierung berechnet und das Netzwerk damit trainiert, validiert und getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass das MLP das gezeigte Liegeverhalten mit einer hohen Gesamtsensitivität, Spezifität und Genauigkeit (93% bis 97.4%) in die drei thermischen Kategorien klassifizieren kann. In einer weiteren Studie wurde die entwickelte Methode am Beispiel einer Untersuchung zur Auswirkung der Gabe von Wühlmaterialien auf das Liegeverhalten von Schweinegruppen untersucht. Es konnte demonstriert werden, dass das entwickelte Bilderkennungsverfahren zur schnellen und präzisen Quantifizierung des Liegeverhaltens bei Schweinen sowohl in der Wissenschaft als auch der Praxis eingesetzt werden kann. Ein weiteres Ziel dieser Dissertation war, das Aufreitverhalten in einer Tiergruppe unter Praxisbedingungen zu überwachen. Zur Lokalisierung der einzelnen Tiere wurde eine Ellipsenanpassungsmethode anhand der Konturen der im Kamerabild erfassten Schweine verwendet (s.o.). Die vorgestellte Methode war dazu in der Lage, Aufreitereignisse mit einem großen Maß an Sensitivität, Spezifität und Genauigkeit zu bestimmen (94,5%, 88,6% und 92,7%).

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Müller, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Berlin, Institut für Land- und Seeverkehr

Ort

Berlin

Abstract

Das Forschungsvorhaben batterieelektrischer Traktor umfasst alle Komponenten dieses neuartigen mobilen Fahrzeugkonzepts bis hin zum Aufbau und der Evaluation des vollfunktionsfähigen Prototyps. Eine genaue Auswertung der Messdaten erlaubt die Erstellung von Modellen, die eine theoretische Analyse des Systemverhaltens ermöglichen und weiteres Optimierungspotential auf-zeigen. Ausgangspunkt ist die Untersuchung von Lithium-Ionen Hochvoltspeichern mit sehr großer gespeicherter Energie (>100 kWh). Die Auswirkungen von realen Lastzyklen auf das thermische Verhalten der Zellen, mögliche Kühlkonzepte und das Batteriemanagement stellen einen wichtigen Baustein der Arbeit dar. Die Analyse hochauflösender Messdaten bietet die Möglichkeit ein Simulationsmodell für die Traktionsbatterie zu gewinnen. Eine detaillierte Analyse der Leistungsaufnahme der Verbraucher in Abhängigkeit von der Last- und Fahrsituation erlaubt die Erstellung und Parametrierung von realistischen Verlustmodellen der Einzelkomponenten. Ziel ist die Erstellung eines Simulationsmodells des Gesamtfahrzeugs, das belastbare Ergebnisse für weitergehende Untersuchungen liefern kann. Zur Erhöhung der Einsatzdauer im Feld wird ein Batteriewechselkonzept erarbeitet, das die Aufteilung der Batteriekapazität in zwei gleich große Wechseleinheiten vorsieht. Unter der Voraussetzung einer am Feldrand installierten Ladestation kann in einer Simulationsumgebung mittels gemessener Lastzyklen die Belastung der Lithium-Ionen Zellen berechnet werden. Unter gewissen Voraussetzungen ist dann ein kontinuierlicher Einsatz des batterieelektrischen Traktors möglich, da immer eine der beiden Batterien an der Ladestation verbleiben und aufgeladen werden kann. 

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Dissertation

Professor

Bernhardt, H., Prof., Dr., Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik

Institution

Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt

Ort

München

Abstract

Biogas kann mittels Tieftemperaturaufbereitungsverfahren in deren Hauptbestandteile Methan und Kohlendioxid aufgetrennt werden. Das Arbeiten bei Atmosphärendruck ermöglicht die Gewinnung von flüssigem Biomethan und Trockeneis in hoher Reinheit. Das langsame vereisen der eingesetzten Wärmeübertrager ist für eine niedrige Energieeffizienz solcher Verfahren verantwortlich. In dieser Arbeit wird aufgezeigt, wie durch geschickte Variation der Prozessparameter an Stelle fester CO2-Eisschichten locker anhaftende Kristalle erzeugt werden können.

224 S., 83 Abb., 19 Tab.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing., Universität Hohenheim

Institution

Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart

Ort

Stuttgart

Abstract

Die Reinigung ist heute oft die leistungsbegrenzende Baugruppe im Mähdrescher, da zur Entmischung und Abscheidung von Korn neben der Gravitationsbeschleunigung keine zusätzlichen Beschleunigungsfelder wirken. Um die Leistung der Mähdrescher-Reinigung ohne zusätzliche Beschleunigungsfelder zu steigern, kann eine intensivierte Vorsortierung des Gutgemisches vor Eintritt in die Fallstufe der Mähdrescher-Reinigung zielführend sein. Hierfür erweist sich die pneumatische Unterstützung des Sortierprozesses am Vorbereitungsboden als aussichtsreiche Maßnahme. Ziel ist die Erzeugung einer Wirbelschicht. Zur Modellierung der Förderung und Entmischung auf dem Vorbereitungsboden werden verschiedene Ansätze angewendet. Die analytische Beschreibung der Förderung auf dem pneumatisch unterstützten Vorbereitungsboden durch erweiterte Punktmassenansätze in Verbindung mit einer stochastischen Beschreibung der Entmischung ist zur Modellierung komplexer verfahrenstechnischer Prozesse nur eingeschränkt geeignet. Zur experimentellen Bewertung der Förderung und Entmischung wird ein Versuchsstand mit einem zusätzlichen Gebläse am Vorbereitungsboden entwickelt. Der Versuchsstand erlaubt die Ermittlung der Kornverluste, der Sauberkeit, der Überkehranteile und der Abscheidekennlinie in der Mähdrescher-Reinigung. Ausgerichtet am Mähdrescher erfolgt die Gutbeschickung sowohl über den Vorbereitungs- als auch über den Rücklaufboden. Um die Kornverluste dem Beschickungsort zuordnen zu können, werden die Körner auf dem Rücklaufboden eingefärbt. Zur Bewertung der Entmischung auf dem Vorbereitungsboden wird die mittlere Aufenthaltshöhe des Korns über dem Vorbereitungsboden herangezogen, welche durch Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen mit anschließender Partikelverfolgung ermittelt wird. Die Untersuchungen am Vorbereitungsboden ohne pneumatische Unterstützung zeigen, dass bei hohen Gutdurchsätzen die Entmischung auf dem Vorbereitungsboden eingeschränkt ist. Weiterhin wird deutlich, dass sich mit steigendem Gutdurchsatz der Anteil der Körner vom Rücklaufboden an den Kornverlusten überproportional zum Gesamtkornverlust vergrößert. Die aus den Untersuchungen abgeleiteten Gestaltungshinweise beinhalten die Anpassung der Vorbereitungsbodenlänge und die Optimierung der Rücklaufbodenanbindung in der Mähdrescher-Reinigung. Durch eine im letzten Drittel des Vorbereitungsbodens angeordnete pneumatische Unterstützung wird eine Wirbelschicht erzeugt, die den Arbeitserfolg der Mähdrescher-Reinigung um rund 10 % steigert.

155 S., 103 Abb., 21 Tab.

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Abstract

Professor

Meyer, H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Berlin, FG Konstruktion von Maschinensystemen

Ort

Berlin

Abstract

Die Leistungsgrenze moderner landwirtschaftlicher Quaderballenpressen wird durch die aktuell eingesetzte Bindetechnik bestimmt, da die verwendeten Bindegarne bei hohen Ballendichten direkt am Knoten abreißen. In der vorliegenden Arbeit werden Potenziale zu bestehenden Konzepten und solche für neue Bindeverfahren mit dem Ziel untersucht, die Bindemittelfestigkeit und damit die erreichbare Ballendichte zu erhöhen. Im Rahmen einer umfangreichen Ist-Stand-Analyse zu bestehenden Bindeverfahren wurden unterschiedliche Bindegarne und Knoten auf ihre Festigkeit untersucht. Die Versuchsauswertungen haben gezeigt, dass der Knoten als schwächstes Glied in der Kette kein Potenzial besitzt höhere Pressdichten aufzunehmen. Dies gilt auch für alternative Knotenformen, die parallel getestet wurden. Als Alternative zum aktuellen Bindegarn und zum aktuellen Bindesystem wurde Umreifungsband mit der Verbindungstechnologie des Reibschweißens eingesetzt. Die ermittelten Reiß- und Verschlussfestigkeiten liegen deutlich über den Werten für Bindegarn und Knoten. Durch das Reibschweißen vermutete kritische Einsatzparameter wie z.B. unzulässig hohe Temperaturen und Verschmutzung der Verbindungsflächen haben sich in Laboruntersuchungen nicht bestätigt. Auf der Basis dieser positiven Voruntersuchungen wurde zunächst ein Funktionsmuster aufgebaut, mit dem ein vollautomatischer Bindeprozess dargestellt werden konnte. Die Schweißeinheit dieses Funktionsmusters, also ein „alternativer Knoter“, konnte abschließend so weit entwickelt werden, dass die Integration in einer Quaderballenpresse möglich war. In weiteren Praxistests muss dieses System auf Einsatzsicherheit geprüft werden.

96 S., 53 Abb., 12 Tab.

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Abstract und Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof.-Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Zweistufige Hochdruckfermentation zur Erzeugung von Biomethan

The use of natural gas for power and heat generation in the EU has become particularly prominent since the 1990s. As a result, the whole natural gas infrastructure has been continuously expanded and today has a total length of 2.15 million km and a storage capacity of about 108.3 billion m³. The production of biomethane in the EU and its distribution by natural gas network offers an interesting alternative for the reconfiguration of EU’s energy supply system. Up to now, bio-methane is obtained by purifying and upgrading raw biogas in a complex process. In this study, a novel two-stage high pressure anaerobic digestion system was developed. This innovative concept aims to integrate biogas production, purification and pressure boosting within one system. The process is based on the enhanced water solubility of carbon dioxide compared to methane. By operating the methane reactor for biogas production at increased pressures, high amounts of dissolved carbon dioxide can be removed with the liquid effluent from the reactor, resulting in a high-calorific biogas. In batch experiments at pressures up to 30 bar, a significant influence of pressure on the pH-value in the reactor was observed, due to the augmented formation of carbon hydroxide. The study on the effect of a rapid pressure increase up to 100 bar showed no inhibition of the microorganisms in the batchrigs too, although the microorganisms were not adapted to these environmental conditions. Furthermore, a continuously operated methane reactor was run at pressures up to 50 bar for the first time. The experiments showed that a stable anaerobic digestion process could be run at these pressures nearly without any problems and methane contents above 90% could be achieved. The promising results showed that this technology has great potential in producing onsite high calorific gas also in smaller units. In addition, the costs of post-production gas purification can be significantly reduced, due to the fact that the size of a subsequent gas purification unit can be decreased. Furthermore, the produced gas can be injected into the transnational gas grids without post pressurization or can be used in the transportation sector.

60 S., 13 Abb., 9 Tab.

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Abstract und Dissertation

Professor

Bernhardt, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt.

Ort

München

Abstract

Die Bewirtschaftung von extremen Weinbausteillagen ist stark rückläufig. „Geisi“, ein fahrerloses Trägerfahrzeug mit Stachelwalzenantrieb, ist eine neue Steillagenmechanisierungslösung ohne Seilzug. Gegenstand der Arbeit sind Untersuchungen zum Lenkverhalten dieses Fahrzeugs. Eine Skid- und eine Knicklenkungsvariante wurden aufgebaut und die Steuerungssoftware entwickelt. Mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen, Radimpulszählern und GPS werden die Lenksysteme hinsichtlich Schlupf und Materialbelastung verglichen. Für den konkreten Anwendungsfall stellt sich dabei die Variante mit passiver Knicklenkung als besser geeignet heraus.

The area of extremely steep sloped vineyards in cultivation is rapidly decreasing. “Geisi”, a driverless carrier vehicle with studded roller wheels, is a new, cableless steep slope mechanization solution. The subject of this work is a study on the steering behavior of the vehicle. A skid steering as well as an articulated steering variant of the vehicle was built. Steering control software was developed. Using strain gauges, wheel impulse counters and GPS, these steering systems are compared with regard to slip and material stress. The passively articulated steering system is found to be better suited for the intended purpose.

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Dissertation

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Quantifizierung von Spurengasemissionen auf Stallebene in Milchviehbetrieben

Die Agrar- und Klimapolitik stellt sich auf nationaler und internationaler Ebene der Herausforderung, Treibhausgasemissionen langfristig zu reduzieren. In Deutschland ist die landwirtschaftliche Rinderhaltung, insbesondere die Milchviehhaltung, an den Emissionen der Treibhausgase Methan (CH4) und Lachgas (N2O), sowie dem umwelttoxischen Ammoniak (NH3) beteiligt. Emissionen aus der Tierhaltung werden von einer Vielzahl von Haltungssystemen und Einflussfaktoren beeinflusst, so dass Messergebnisse und Untersuchungsmethoden schwer vergleichbar sind. Klimaschutzmaßnahmen erfordern verwertbare Daten für fundierte Richtwerte und standardisierte Messtechniken. Drei Studien zur Datenerfassung und Messverfahren von Emissionen im Hinblick auf Vergleichbarkeit wurden auf Stall- und Quellenebene durchgeführt. In der ersten Studie wurden zwei Analyseverfahren zur Erfassung von geringen N2O-Konzentrationen auf Stallebene verglichen, indem CO2-, CH4- und N2O-Konzentrationen eines „Online-Messverfahrens“ vor Ort mit Werten auf Laborebene korreliert wurden. Die Analyse von N2O im Labor ermöglichte eine deutlich niedrigere Nachweisgrenze. Ein während der Untersuchung modifizierter automatischer Probenehmer entnahm kontinuierliche N2O-Proben und konnte somit Klimagasproben über längere Zeiträume erfassen. Die zweite Studie befasste sich mit der Langzeiterfassung von CH4 und NH3 in einem freibelüfteten Milchviehstall und der vergleichenden Fütterung eines Zusatzstoffes in der Ration. Die Berechnung des Luftvolumenstroms zur Bestimmung des Emissionsmassenstroms wurde mit der CO2-Bilanz-Methode durchgeführt. Die freie Anströmung des Versuchsstalles zeigte stark variierende Witterungseinflüsse. Formulierte Mindestkriterien (Windrichtung und -geschwindigkeit) zur Messung von Emissionen an dieser Stallung haben sich als unerlässlich erwiesen. Unter Berücksichtigung dieser Kriterien waren für diesen Stall Emissionsminderungen von NH3 um bis zu 35 % zwischen zwei Fütterungsgruppen auf Herdenebene mit je 48 Tieren messbar. In der dritten Studie wurden mögliche Quellen von N2O, CH4 und CO2 auf Flächenebene in einem freibelüfteten Milchviehstall analysiert. Unter Verwendung der Closed-Chamber-Technik wurden unterschiedliche Funktionsbereiche einer planbefestigten Stallung untersucht. Während die N2O Emissionen im Stall (1,7 kg CO2-Äquivalenz GV-1 Jahr-1) im Vergleich zu N2O Emissionen bei der Ausbringung und auf dem Acker keine Klimarelevanz zeigten, entstanden während der Lagerung im Flüssigmistbehälter außerhalb der Stallung unter anaeroben Bedingungen höhere CH4 Emissionen. Diese Arbeit bietet Impulse für weitergehende wissenschaftliche Forschungsstudien zu Strategien und Messmethoden zur Emissionsminderung in frei belüfteten Milchviehställen und hat Relevanz für die praktische Anwendung.

77 S., 17 Abb., 9 Tab.

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Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Bewertung eines UHF RFID systems für Nutztiere (Übersetzungstitel)

During a three year project the suitability of an UHF RFID system for simultaneous pig and cattle detection could be evaluated. Therefore, several UHF transponder ear tags had to be developed and tested in laboratory and practical experiments. Additionally, a cost-benefit analysis of the UHF system based on four example barns had to be carried out to estimate the potential of the system for use in practice. Nine different transponder types for each animal species were developed within the duration of the project. Before testing the UHF transponder ear tag types in practice, they were all tested on a dynamic test bench. Using this test bench, a preliminarily assessment of the in-house developed transponder types by themselves, with foreign and commercially available UHF transponder types under various conditions was possible. Afterwards the UHF transponder ear tag types were tested with the aid of driving experiments using pigs and cattle with a focus on their suitability and durability under practical conditions. In the last stage of development, a suitable, well-functioning UHF transponder ear tag type and good average reading rates could be achieved for both animal species (pigs: ø 98 %; cattle: ø 99 %) While performing the cost-benefit analysis, it could be calculated that, at the present state of devel-opment of the UHF system, the benefits do mostly not exceed the costs of the system. Only in dairy cattle husbandry, a positive result could be reached only under the best estimations and for the largest example farm. Great development progress could be achieved for the UHF RFID system and a large potential for PLF could be shown within this project, even if the system is not yet ready for market.

121 S., 38 Abb., 17 Tab.

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Abstract

Professor

Köller, K., Prof. Dr. Dr. h.c. mult.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Die Literaturrecherche zum Thema Landtechnik zeigte, dass durch den Einsatz von Maschinen zwar die körperliche Belastung in der Landtechnik gesunken, die mentale Belastung jedoch gestiegen ist, und dass die Maschinen bedingt durch neue Funktionalitäten zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit zunehmend komplexer werden. Bedienkonzepte für Landmaschinen, die sich an den Bedürfnissen, Fähigkeiten und dem Lernvermögen der Nutzer orientieren, wurden bisher nur in geringem Umfang realisiert. Des Weiteren müssen bei der landwirtschaftlichen Arbeit unterschiedlichste Einflussfaktoren wie beispielsweise die Maschineneinstellungen, die Flotte (Maschinenverbund), die Witterungsverhältnisse oder der Boden berücksichtigt und aufeinander abgestimmt werden. Vor allem müssen viele Maschineneinstellungen manuell und ohne jegliche Hilfe seitens des Systems vorgenommen werden, was Kenntnisse und Erfahrungen voraussetzt. Da zusätzlich noch Bedienkonzepte für Maschinen unterschiedlicher Hersteller unabhängig voneinander entwickelt werden, muss der Nutzer die Bedienung jedes Mal neu erlernen, wenn er die Maschine eines anderen Herstellers nutzt. Herstellerspezifische Unterschiede führen ferner dazu, dass fahrerspezifische Einstellungen nicht gespeichert werden und alle Präferenzen jeweils neu eingestellt werden müssen. Der Fahrer erhält während des gesamten Ernteauftrags keine Unterstützung (z.B. in Form von Handlungsempfehlungen) vom System. Letztendlich lässt sich festhalten, dass die Interaktion zwischen Mensch und Maschine in der Landtechnik zunehmend an Bedeutung gewinnt und Kommunikationsprobleme sowie Medienbrüche zu großen Problemen und sogar zu Unfällen führen können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, die folgende Forschungsfrage zu überprüfen: Ob Benutzeroberflächen eines Maschinendisplays am Beispiel eines Feldhäckslers Optimierungspotenzial besitzen (siehe Kapitel 1.1). Basierend auf dieser Forschungsfrage ergeben sich schwerpunktmäßig drei Bereiche, aus denen weitere Forschungsfragen abgeleitet wurden: • Auftrags- und Performance-Optimierungssystem für den Ernteauftrag • Bediensystem (Software und Hardware) • Realisierung eines Demonstrators/Prototyps Diese Forschungsfragen wurden unter Anwendung des Paradigmas der Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) als Teilbereichs des System-Engineering-Prozesses (SEP) unter der Verwendung von Usability-Methoden analysiert und evaluiert. In der bisher ausgewerteten Literatur stellt dies einen neuartigen Ansatz dar, denn im Rahmen der Recherche zu Usability in der Landtechnik wurden keine Arbeiten gefunden, die Usability hinsichtlich des SEP betrachten und die komplette Umsetzung mittels dieses Prozesses durchführen. Nachdem die Probleme im Rahmen des Ernteauftrages erfasst und vorgestellt wurden, folgte zur Optimierung des Gesamternteprozesses zuerst eine empirische Untersuchung mit Experten zur Ermittlung des Ist-Zustandes der Maschinendisplays (MD) am Beispiel des Feldhäckslers. Die empirische Untersuchung wurde mit Experten (N = 27) evaluiert, bei denen es sich um Anwender bestimmter Herstellermaschinen aus der Praxis handelte. Aus dieser resultierten Befragung ergaben sich Mittelwerte zwischen 4,64 und 5,77 auf einer siebenstufigen Likert-Skala von „sehr negativ“ (1) bis „sehr positiv“ (7). Dabei stellte sich heraus, dass es in folgenden Bereichen signifikante Unterschiede zwischen den Herstellern gibt (herstellerspezifische Schwächen): • Aufgabenangemessenheit • Selbstbeschreibungsfähigkeit • Steuerbarkeit • Erwartungskonformität Um die Anforderungen an die Bediensysteme, welche sich in Software und Hardware unterteilen, zu ermitteln, wurden zusätzlich 78 Anwender aus der Praxis zu den spezifischen Bereichen „Fahrer“, „Display“ und „Maschinenoptimierung“ befragt. Das Feedback der Experten ergab nicht nur, welche Informationen sie unter anderem auf dem Maschinendisplay dargestellt haben möchten, sondern zeigte auch ihre Präferenzen in Bezug auf die Hardwaregröße sowie weitere Wünsche für die Zukunft. Als Folge des stetig steigenden Angebots an Tablets und Smartphones bezog sich ein häufig geäußerter Wunsch auf Gestik-Anwendungen (wobei hier herstellerspezifische Unterschiede zu berücksichtigen sind, da nicht auf allen Maschinendisplays Gestik-Anwendungen möglich sind). Um zu überprüfen, ob und welche Gesten im Ruhezustand und bei Fahrten auf dem Feld für den Fahrer von Vorteil sind, wurde aufbauend auf der vorherigen empirischen Studie mit Anwendern (N = 22) mit unterschiedlichen Erfahrungen mit Landmaschinen und mobilen Endgeräten eine weitere empirische Studie evaluiert. Hieraus ergab sich, dass in der Ruhephase alle Gesten von allen Fahrern anwendbar waren, während der Fahrt aber nur die Ausführung der nachfolgend aufgelisteten Gesten als angenehm beurteilt wurde: • Scroll (down) • Dragging an object to a place • Pulling out • Drag-Flick left/right • Checkmark • Pinch & Spread Darüber hinaus äußerten die Anwender, dass insbesondere für Personen, die mit dem landwirtschaftlichen Prozess und den Maschineneinstellungen nicht vertraut sind, aktive Unterstützung während der Häckselernte erwünscht sei. Das Resultat der gesamten empirischen Evaluation lautet, dass ein Optimierungspotenzial in der Interaktion zwischen Fahrer und Maschine/System vorhanden ist. Die gewünschten Verbesserungen beziehen sich speziell auf einen reibungslosen und aktiven Support seitens des Systems während des kompletten Ernteauftragsprozesses sowie auf eine intuitive und einfache Benutzeroberfläche. Um diese Verbesserungen des reibungslosen aktiven Supports seitens des System zu ermöglichen, wurde im Rahmen der Dissertation für ein Proof-of-Concept eine Applikation als Prototyp entwickelt, die am Beispiel des Feldhäckslers implementiert wurde. Sie bietet eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für den Bediener von der Zuweisung des Auftrags, über die Navigation zum Feld, bis hin zu den Maschineneinstellungen auf einer durchgängigen Benutzeroberfläche ohne Medienbrüche. Dabei wurden Design-Richtlinien abgeleitet, die auch anderen Entwicklern als Hilfestellung dienen können. Basierend auf diesen Design-Richtlinien wurde sodann ein Prototyp entwickelt, der eine vollständige Implementierung nicht nur des User Interfaces, sondern auch des gesamten Funktionsumfangs des Regelungssystems umfasste. Teil dieser Lösung ist eine „Machine Optimization Engine“ (MOE), die nicht nur die auftragsspezifischen Daten anzeigt und automatisch auf die Maschine überträgt, sondern basierend auf den auftragsspezifischen Einstellungen und der Auslastung der Maschine während des Häckselvorganges halbautomatische und automatische Empfehlungen berechnet. Dadurch soll die Maschinen-leistung nicht nur auf aktuelle Erntesituationen reagieren, sondern durch eine einfache Benutzeroberfläche zusätzlich einen Lerneffekt bei dem Benutzer auslösen. Diese Neuartigkeit wurde als Patent in Deutschland, der USA und in China mit dem Kennzeichen P22822 eingereicht [123]. Der entwickelte Prototyp wurde, wie zuvor das MD, von den gleichen Anwendern aus der Praxis (Experten, N = 27) mithilfe desselben Fragebogens (ISO-Norm 9241) bewertet. Es zeigte sich, dass der Prototyp mit Werten zwischen 5,69 und 5,96 in den jeweiligen Kategorien besser bewertet wurde als das MD, welches Werte zwischen 4,64 und 5,77 erzielte. Zudem wurde dieser Prototyp von Experten unter authentischen Anwendungsbedingungen während der Silograsernte getestet und nachfolgend mit einem SUS-Score von 90,5 % („gute bis exzellente Usability“) beurteilt. Als Synthese der Abhandlung kann festgehalten werden, dass mit den angewendeten Methoden ein Optimierungspotenzial am Beispiel eines Feldhäckslers identifiziert und genutzt werden konnte. Die aus der Arbeit resultierenden Verbesserungen wurden mithilfe von Tests auf dem Feld im Sinne von MMI als benutzerfreundlich beurteilt. Damit wird deutlich, dass sich MMI-Methoden bei der Bearbeitung solcher Forschungsfragen sinnvoll anwenden lassen.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Bedarfsorientierte Biogas-Produktion in Anaerob-Filtern (Übersetzungstitel)

Fluctuating energy sources, namely wind turbines and photovoltaic, will be the mayor contributors to the increase in share of renewable energies. The intermittent energy supply by these sources poses challenges for the power grid and need to be counter balanced. A demand-driven energy supply by weather independent biomass conversion can offer these grid services. Flexible energy production from biogas has been identified as a vital approach to provide the grid with positive and negative balancing power. The two-staged anaerobic digestion may be especially suitable for demand orientated gas production due to the advantages of the anaerobic Filters to withstand high organic loading rates and shock loading. Two staged anaerobic digestion is characterized by a spatio-temporal separation of acidification and methane production. A liquid rich in soluble prod-ucts, such as volatile fatty acids, alcohols and sugars is produced in the first stage and and is subsequently converted to biogas in the second stage. The methanation stage as the main gas producing unit in such a system is in the focus of this research. The ability to react to sudden changes in demand might be influenced by substrate composition and controlled hydrolysis to-wards certain intermediates could improve the reaction times towards increased demand. It is therefore one focus of this research work to examine intrinsic methane production kinetics of common intermediates of anaerobic digestion. Other major questions are how fast the methane production can be adapted to sudden changes in demand and to what extent these adaptions are reproducible. It was therefore of interest to demonstrate the feasibility, reproducibility and the possible extent of demand-driven biogas production in anaerobic Filters, with respect to changing substrate composition. Furthermore the evaluation of the process effciency based on car bon fluxes should be examined to unfold effects resulting from changing operational conditions. With a newly developed methodology, introduced in the publication "Kinetics of Biogas Production in Anaerobic Filters" kinetic parameters of methane production for individual volatile fatty acids (VFA) could be determined. The bandwidth of tested intermediates was broadened in the second research paper "Intrinsic Gas Production Kinetics of Selected Intermediates in Anaerobic Filters for Demand Orientated Energy Supply". It has been found that intermediates could be ordered ac-cording to their half-lives of methane production. The apparent order, beginning with the fastest was acetic acid >ethanol >butyric acid >iso-butyric acid> valeric acid> propionic acid> propane-diol> lactic acid. However the mixture of these individual components administered as a naturally produced hydrolysate revealed the fastest methane production kinetics. Differences in the abso-lute values of determined kinetic parameters between the two experiments can be attributed to variations in organic loading rate (OLR), since degradation rates of a specific substrate are determined by substrate concentration. But also other parameters influence the absolute rate at which methane is produced, such as the concentration of products or unionized substrate itself, pH, nutrient availability, bioenergetics, temperature, inhibition, mass transfer and microbial population. In the third research paper "Demand-Driven Biogas Production in Anaerobic Filters" the previous Findings have been put to the test by applying changes in OLR throughout the day and examining different substrate compositions with respect to the methane production rates. As demonstrated, the gas production followed the applied OLR with a distinctive expression of each change in the OLR. That marks the process as highly predictable and defined boundaries within safe operation of AD, in terms of VFA accumulation, can possibly be satisfied by process control. The inclusion of three reactors in the analysis emphasizes the repeatability and therefore the predictability of such an approach of operation. Feasibility and reproducibility of demand-driven biogas production by anaerobic filters could thus be demonstrated. It has been found that the hydrolysate composition has no significant influence on methane production kinetics for demand orientated gas production, since the maximum rate is limited by acetoclastic methanogenesis. The control of the hydrolysis should focus on high overall degradation, rather than towards the production of specific intermediates. A key factor in order to prevent large fluctuation in gas composition is alkalinity, specifically the provision of nitrogenous compounds is vital to maintain stable conditions. Anaerobic filters or attached biomass reactors in general seem to exhibit superior performance towards shock loading and are therefore especially suited for demand orientated gas production as they recover quickly from overloading. Formation of soluble microbial products (SMP) and extracellular polymeric substances (EPS) may be influenced or exaggerated by constantly changing HRT and OLR. Further research in order to evaluate the limits of safe operation is recommended as more extreme scenarios than the ones examined in this work are imaginable in practice.

90 S., 13 Abb., 3 Tab.

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Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Unviersität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Biochemische Zusammensetzung der Biomasse und deren Einfluss auf die spezifische Methanausbeute (Übersetzungstitel)

This thesis analyzes the biomass biochemical composition and its influence on the specific methane yield potential of energy crops. The influence of the ensiling technique and the specific methane yield potential gained using a batch-test scaled up to semi-continuous flow system were also assessed.

The results show that through ensiling process the risk of over-estimating the specific methane yield potential was particularly high for silages of low DM content. Through ensiling up to 8.6% higher methane yield potential could be achieved. The impact was different depending on the maturity index of the crop material.

The evaluation of the bioconversion efficiency in batch and semi-continuous flow digester showed that 80% to 87% of the theoretical methane yield potential could be recovered in a batch-test. By scaling up batch the bioconversion efficiency decreased of up to 19%. The investigation on maize showed that the absolute values of the biochemical crop traits and in-vitro estimates of digestibility for whole-crop were poor predictors for high specific methane yield potential (R² = 0.31 to 0.32).

Other crops alternative to maize showed a wider variation range in specific methane yield potential. Reproductive crop fractions of lipid rich crops revealed higher specific methane yields reaching 0.455 mN³ CH4/ kg ODM in sunflower crown and 0.598 mN³ CH4/ kg ODM in rape seed. The stalk/stem fraction of these crops seemed to be the most limiting factor for degradability. Conversely, carbohydrates rich crops (rye and sorghum) showed methane yields slightly lower or equal to those of maize

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Abstract

Professor

Köller, K., Prof. Dr. Dr. h.c. mult.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Das Ziel bei der Maisaussaat ist die gleichmäßige Verteilung der Maiskörner in der Reihe, welche in Deutschland in der Regel mit Einzelkornsägeräten realisiert wird. In den letzten Jahren führte der vermehrte Anbau von Mais zu Arbeitsspitzen bei der Aussaat. Höhere Fahrgeschwindigkeiten erlauben es mehr Flächen in kürzerer Zeit zu bearbeitet, was jedoch zu ungleichmäßigen Pflanzenstellenverteilungen in der Reihe im Feld führen kann. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, den Einfluss der ungleichmäßigen Pflanzenstellenverteilung in der Reihe auf den Frischmasse- und Biogasertrag sowie die Inhaltsstoffe von Silomais zu untersuchen. Hierfür wurden in den Jahren 2012 bis 2014 Versuche auf insgesamt neun Flächen in Niedersachsen angelegt. Um eine Variation der Pflanzenstellen in der Reihe schon bei der Aussaat zu erzeugen, wurden die Säscheiben für die Einzelkornsämaschine durch Versatz der Lochbohrungen modifiziert. Vier Scheiben mit den Variationskoeffizienten (VK) der Lochbohrungen von 15, 30, 45 und 60% (Scheibe 15, 30, 45, 60) wurden erzeugt, welche sich an tatsächlich in der Praxis vorkommenden Werten orientieren. Als Kontrollscheibe wurde die konventionelle Säscheibe mit einem VK von 0% (Scheibe 0) eingesetzt. In Abhängigkeit der jeweiligen modifizierten Scheiben sowie der Kontrollscheibe wurden ebenfalls Fehl- und Doppelstellen vorgegeben. Ein Einsatz der Scheiben im Messstand sollte die Funktionalität der Scheiben überprüfen. Hierbei zeigten sich geringe Abweichungen von den gewünschten VK.

Durch den Einsatz dieser modifizierten Säscheiben konnte der VK im Feld verändert werden und eine systematisch ungleichmäßige Maiskornablage wurde realisiert. Im Feldversuch ergaben sich unterschiedliche Pflanzenstellenverteilungen in der Reihe wie von den einzelnen Scheiben vorgegeben. Die VK im Feld schwankten zwischen 22,04% und 70,40% über alle Scheiben. Die höchsten VK der Pflanzenstellenverteilung konnten bei Scheibe 60 festgestellt werden. Die Abweichungen vom Soll-VK zum Ist-VK im Feld wurden von der Kontrollscheibe (Scheibe 0) zu Scheibe 60 immer kleiner. Die größte Abweichung wurde immer bei der Kontrollscheibe festgestellt. Bei der Betrachtung der Fehl- und Doppelstellenanteile im Feld kam es zu einem Anstieg von Scheibe 0 zu Scheibe 60. Die Korrelation zwischen Fehl- und Doppelstellen und dem VK stellte sich als positiv und höchst signifikant heraus. Um nach dem Bewertungsschema der DLG vorzugehen, wurden die Fehl- und Doppelstellen bei der Berechnung des VK nicht berücksichtigt. Dabei kam es zu immer niedrigeren Werten beim bereinigten VK. Durch die Einteilung der VK in Klassen von „exzellent“ bis „sehr schlecht“, wurden 12% der bereinigten VK der Klasse „exzellent“ und 77% der Klasse „sehr gut“ zugeordnet. Bei den nicht bereinigten VK konnten keine Werte der Klasse „exzellent“ und nur 6% der Klasse „sehr gut“ zugeordnet werden. Es zeigte sich, dass ein größerer Anteil an Fehl- und Doppelstellen, höhere Abweichungen vom vorgegebenen mittleren Pflanzenabstand nach sich ziehen. Es wurden nur schwache oder keine Korrelationen zwischen Fehl- und Doppelstellen und dem mittleren Pflanzenabstand gefunden. Für die weitere Auswertung wurden die VK in Klassen, unabhängig von der erzeugenden Scheibe, eingeteilt. In einem varianzanalytischen Modell wurden diese Einflussfaktoren auf den Parzellenfrischmasseertrag und die Inhaltsstoffe geprüft. Nicht alle im Modell berücksichtigten Einflussfaktoren erwiesen sich für den Frischmasseertrag oder die Inhaltsstoffe als signifikant. Die Effekte „Scheibe“ und „VK eingeteilt in Klassen“ zeigten keinen signifikanten Einfluss auf den Frischmasseertrag oder die Inhaltsstoffe. Für den Effekt „Boden“ und den Effekt „Block(Jahr)“ wurden hoch signifikante Einflüsse ermittelt. Beim Effekt „VK bereinigt“ wurden keine signifikanten Einflüsse festgestellt. Die Mittelwerte der Frischmasseerträge der drei Versuchsjahre beim Einsatz der modifizierten Scheiben unterschieden sich nicht signifikant vom Frischmasseertrag der Kontrollscheibe. Ebenfalls wurden hierbei keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen modifizierten Scheiben oder den VK eingeteilt in Klassen nachgewiesen.

Zur Überprüfung des Einflusses der Pflanzenstellenverteilungen in der Reihe auf den Biogasertrag, wurde ein Biogasertragvorhersage-Modell herangezogen. Die Mittelwerte der Biogas- und Methanerträge stellten sich als nicht signifikant heraus, was sich auf die nicht signifikanten Unterschiede bei den Inhaltsstoffen zurückführen lässt. Insgesamt zeigte sich, dass es schwierig ist, Aussagen zur genauen Pflanzenstellenverteilung im Feld mithilfe des VK zu treffen, da die verschiedensten Pflanzenstellenverteilungen zum selben VK führen können. Auch mit Angabe der Fehl- und Doppelstellenanteile ist keine Aussage zu den realen Abständen zwischen den Pflanzen zu treffen. Die aus der vorliegenden Arbeit gewonnenen Erkenntnisse können als Basis für weiterführende Untersuchungen zur Beurteilung der Ablagegenauigkeit bei der Maisaussaat herangezogen werden. Festzuhalten ist, dass durch unterschiedliche Pflanzenstellenverteilung in der Reihe, bei gleichbleibender Aussaatstärke und Reihenabstand in dieser Untersuchung kein Einfluss auf den Frischmasseertrag, die Inhaltsstoffe oder den Biogasertrag festgestellt werden konnte.

The main interest when seeding corn is the establishing of uniform plant spacing, usually being realized in Germany with single seed drills. In the last couple of years, maize cultivation in gen-eral is increasing as well as the working speed and due to higher working speed more fields can be seeded in less time. As a result the within-row plant spacing variability is decreasing. The aim of the thesis in hand was to analyse the influence of the variation in plant spacing on the yields and the constituents as well as the biogas yield. Therefor in the years, 2012 to 2014 field trials on nine fields in Lower Saxony were conducted. In order to generate variation in the in-row plant spacing while seeding, the single seed discs were modified by displacing the boreholings. Four discs with coefficients of variation (cv) 15, 30, 45 and 60% were created, which were orientated on values found in cultivated fields. The conventional seed disc with a cv of 0% (disc 0) was used as control disc. In dependence of the modified discs, missings and doubles were given as well. To show the functionality of the discs they were verified in the test plant. Little deviation from the favored cv appeared.

Using the modified discs in the field trials, the cv of the plant spacing was changed and a sys-tematical uneven corn placement was realized. The coefficients of variation measured in field differed from the given distributions. Over all discs, the cv in field varied from 22,04% to 70,40%. Disc 60 showed the highest coefficient of variation. From the targeted cv on the disc to the actual cv in the fields, the deviation from the control disc (disc 0) to disc 60 got smaller. The control disc always showed the highest deviation. Regarding the missings and the doubles in the field, an increase from disc 0 to disc 60 could be determined. The correlation between missings and doubles and the cv turned out positive and highly significant. Following DLG valuation standard, missings and doubles were not considered in the calculation of the coefficient of variation. Tough the adjusted cv always showed lower values. By classifying, the cv into categories ranging from “excellent” to “very bad” 12% of the adjusted cv could be classified as “excellent” and 77% as “very good”. Regarding the non-adjusted coefficients, no values could be classified as “excellent” and just 6% as “very good”. It could be revealed that the higher the amount of missings and doubles the higher is the deviation of the aimed plant spacing. Tough just weak or no correlations be-tween missings and doubles and the plant spacing were found. The coefficients of variation were classified regardless of the disc for further evaluation. With an analysis of variance, these influencing parameters on the yield and the constituents were tested. Not all considered parameters in the model turned out significant for the yield or the constituents. The effect “disc” and the classified effect “coefficient of variation” showed no significant influence on neither the yield nor the constituents. Highly significant influences could be determined for the effect “soil” and the effect “block(year)”. For the effect “adjusted coefficient of variation” significant influences were found. The average yield of the three years using the modified discs did not show any significant differences to the yield of the control disc. Furthermore, no significant differences in yield could be found between the modified discs or the classified coefficient of variation.

To verify the influence of the different in-row plant spacings to the biogas yield, a prediction mod-el for biogas yield was used. The calculated means of the biogas and methane yields turned out not significant, what can be traced back to the non-significant differences in the constituents. In general, it becomes apparent that, making predications to the exact in-row plant spacing with the cv is difficult, because various plant spacings can lead to the same coefficient of variation. Speci-fying the missings and doubles does not provide evidence to the real spacings between the plants. The results of the thesis in hand can be used as a base for further investigations regard-ing the evaluation of accuracy of in-row plant spacing. For the record, different in-row plant spac-ings did not show any influence on the yield, the constituents or the biogas yield, when the crop density and the distance between rows is constant.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Gallmann, apl. Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Der Anbau von Futtermitteln, die Haltung von Nutztieren, die Verarbeitung der tierischen Produkte und die dadurch ausgeprägte Flächennutzung durch die gesamte landwirtschaftliche Tierhaltung führen weltweit zu Treibhausgasemissionen. In direktem Zusammenhang mit der Haltung von Nutztieren und somit auch in der Mastschweinehaltung stehen die Ammoniak- und Methanemissionen. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit waren Untersuchungen zum Emissionsgeschehen und zu ausgewählten Ansätzen zur Emissionsminderung von Ammoniak und Methan, insbesondere beim Flüssigmistmanagement in der Mastschweinehaltung. In diesem Kontext standen die drei Herangehensweisen Messen – Analysieren – Modellieren im Fokus und wurden entsprechend als Teilziele festgelegt: • Durchführung von Emissionsminderungsstrategien beim Flüssigmistmanagement in einem konventionellen Schweinemaststall und Vergleich der Emissionen mit einem Referenzsystem ohne Emissionsminderungsmaßnahmen. Die ausgewählten Emissionsminderungsstrategien sollten praxistauglich und nachträglich in vorhandenen Stallbauten anwendbar sein. • Analyse der Haupteinflussfaktoren auf die Emissionen im Mastverlauf in unterschiedlichen Jahreszeiten unter besonderen Berücksichtigung von Zeitreiheneffekten und Regressionen. • Prüfung der Möglichkeiten einer Stoffflussmodellierung, Anwendung auf die eigenen Messdaten bzw. zur Potentialabschätzung von Emissionsminderungsmaßnahmen sowie Evaluierung des gewählten Ansatzes zur Stoffflussmodellierung. Das Flüssigmistmanagement im Stall beeinflusst in der Mastschweinehaltung die Emissionen von Ammoniak und Methan entscheidend, obgleich die konkreten Minderungspotentiale noch nicht hinreichend geklärt sind. In dieser Arbeit wurden im ersten Arbeitspaket in einem Case-Control-Ansatz über je einen Mastdurchgang die Flüssigmistmanagementmaßnahmen - wöchentliche Entleerung des Flüssigmistkanals, Abdeckung des unterflur gelagerten Flüssigmists sowie die Zugabe von Effektiven Mikroorganismen als Flüssigmistadditive - auf ihr Emissionsminderungspotential untersucht und mit dem Staumistverfahren als Referenz verglichen. Der Versuchsstall für Mastschweine war in zwei Abteile (Versuchs- und Referenzabteil) mit je 50 Tieren unterteilt. Quasi-kontinuierlich wurden die Zuluft,- Abteil- sowie Abluftkonzentrationen von Ammoniak und Methan, die Zuluft,- Abteil- sowie Ablufttemperaturen sowie die Temperatur und der pH-Wert des Flüssigmists erfasst. Ergänzend wurden im 14- täglichen Rhythmus Flüssigmistproben analysiert, der Flüssigmistpegel gemessen sowie der Verschmutzungsgrad der Buchtenböden, die Tiergewichte und Leistungs- bzw. Fütterungsdaten erhoben. Zwischen dem Versuchs- und Referenzabteil bestanden keine weiteren Unterschiede hinsichtlich der Fütterung, Lüftung, Haltung. Die angewendeten Minderungsstrategien konnten die Ammoniak- und Methanemissionen teilweise reduzieren (wöchentliche Entleerung des Flüssigmistkanals: Emissionsminderung bei Methan um 39,4 % bezogen auf die Emissionsrate in Gramm je Tag und GV; Flüssigmistabdeckung: 13,8 % Minderung bei den Ammoniakemissionsraten in Gramm je Tag und GV), hatten zum Teil keinen Effekt oder sogar einen negativen Einfluss auf die Emissionen (wöchentliche Entleerung des Flüssigmistkanals: kein Effekt auf die Ammoniakemissionen; Flüssigmistabdeckung: 111,9 %-iger Anstieg bei den Methanemissionsraten in Gramm je Tag und GV). Das gewählte wöchentliche Intervall für die Entleerung des Flüssigmistkanals reichte als Minderungsstrategie nicht aus. Bei der Abdeckung der Flüssigmistoberfläche unterflur muss bedacht werden, dass durch den fast luftdichten Abschluss der Flüssigmistoberfläche die Voraussetzungen für die Methanogenese begünstigt werden. Die Zugabe von Effektiven Mikroorganismen zum Flüssigmist hatte sowohl auf die Ammoniak- als auch auf die Methanemissionen nur einen geringen Einfluss.

Die Ammoniakemissionen stiegen um 8,3 % und die Methanemissionen um 5,9 %. Die Auswertungen (Zeitreihen- und Regressionsanalyse) der Daten aus den Referenzabteilen von insgesamt vier Mastdurchgängen (zwei Sommer- und zwei Winterdurchgänge) umfassten das zweite Arbeitspaket. Die Zeitreihenanalyse ermöglichte Einblicke in die zeitlichen Zusammenhänge zwischen den Ammoniak- und Methanemissionen und den Einflussfaktoren, welche die Freisetzung und den Transport der Gase beeinflussen. Beispielweise konnte graphisch gezeigt werden, welchen zeitlichen Einfluss hohe Außentemperaturen auf das System „Mastschweinestall“ und die Freisetzung von Emissionen haben. Die Zeitreihenanalyse gab Hinweise darauf, wie dynamisch bzw. stabil das klimatische Geschehen in einem Mastschweinestall sein kann. Die Regressionsanalysen zeigten deutlich, dass das Emissionsgeschehen, sowohl bei Ammoniak als auch bei Methan, im Besonderen durch die vorhandene Menge an Flüssigmist, die Temperatur und den Luftvolumenstrom beeinflusst wird. Ebenso hatte der Abstand zwischen der Flüssigmistoberfläche und dem Spaltenboden (‚headspace‘) direkten Einfluss auf die Freisetzung von Ammoniak und Methan aus dem Flüssigmist. Ein großer ‚headspace‘ korrelierte mit geringeren Emissionen und umgekehrt. Anknüpfend an die Erhebung der Emissionsdaten und den statistischen Auswertungen wurde im dritten Arbeitspaket untersucht, welchen Beitrag die Stoffflussmodellierung der Ammoniakemissionen für den Erkenntnisgewinn hinsichtlich des Emissionsgeschehens und der Minderungsmaßnahmen im Mastschweinestall leisten kann. Dafür wurden ausgewählte Messdaten in ein Stoffflussmodell überführt. Als Basis diente das Modell von CORTUS et al. (2010a), welches in drei Schritten an die Bedingungen im eigenen Versuchsstall angepasst wurde. Als Systemgrenze galten die baulichen Abgrenzungen des Versuchsstalls. Für die numerische Integration der Differentialgleichungssysteme wurde die Software Berkeley Madonna 8.3.18 verwendet. Die Kalibration und Validation erfolgte anhand der eigenen Daten, jeweils aus dem Referenzabteil zwei unterschiedlicher Mastdurchgänge. Das angepasste Modell war prinzipiell in der Lage Ammoniakkonzentrationen- und emissionen zu modellieren. Zudem konnte der Einfluss der Flüssigmisttemperatur und des pH-Werts des Flüssigmists abgebildet werden. Insgesamt reagierte das Modell aber zu temperatur- und zu pH-Wert-sensitiv. Aufgrund dessen über- oder unterschätze das Modell die gemessenen Werte teilweise deutlich. Einen wesentlichen Einfluss auf die Modellgüte scheint das Untermodell der Urinpfützen zu haben. Dieses wurde für die eigenen Modellierungen, im Zusammenhang der Modellanpassung auf die erhobenen Daten, aus dem Basismodell herausgekürzt. Die Modellierung von Gaskonzentrationen- und Emissionen bietet im Vergleich zu Messungen den Vorteil, kostengünstig und zeitsparend das Emissionspotential verschiedener Haltungssysteme z.B. für die Mastschweinehaltung abschätzen zu können. Die Kalibrierung und Validierung sowie Anpassung auf den Anwendungsfall bedürfen aber besonderer Sorgfalt und Expertise. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum besseren Verständnis des Emissionsgeschehens und der Emissionsminderung, insbesondere beim Flüssigmistmanagement in der Mastschweinehaltung mit Hilfe verschiedener methodischer Ansätze über die Messung, Analyse und Modellierung.

151 S., 37 Abb., 40 Tab.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Siebald, Hubertus

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Real-time acoustic monitoring of cutting blade condition for self-propelled field chopper

In der vorliegenden Dissertation wurde die Machbarkeit einer akustischen Messerzustandserkennung am selbstfahrenden Feldhäcksler untersucht. Gegenstand waren die Charakterisierung des schneidkraftinduzierten Körperschalls, Untersuchung des Zusammenhangs von Körperschall und Schleifintensität bzw. Ernteleistung, Erarbeitung von Auslegungskriterien für die Sensorik (Position, Messrichtung, Frequenzbereich) und für die Analysesoftware (Zeit- und Frequenzbereichsverfahren). Der Schneidprozess wurde in seiner prinzipiellen Wirkungsweise mit einem analytischen Modell beschrieben und die Schneidkräfte entsprechend der Parameter der Versuchsmaschinen berechnet. Mit einer experimentellen Modalanalyse wurde das dynamische Verhalten der Gegenschneide inkl. des Gegenlagers untersucht. Körperschallmessungen in der Grassilage-, Ganzpflanzensilage- und Maissilageernte an einem selbstfahrenden Feldhäcksler wurden bei unterschiedlich intensiv geschliffenen Messern und in der Ernte ohne Schleifen durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulation und aus dem Feld zeigen gleichermaßen, dass die schneidkraftinduzierten Körperschallsignale von den Anteilen in der Messerfolgefrequenz und deren höheren Harmonischen dominiert sind. Die Messposition an der Gegenschneide ist anderen Positionen im Häcksler deutlich überlegen und es ist an dieser Position eine Messung in allen drei Richtungen möglich. Mit einem linearen multiplen Regressionsverfahren und einem statistischen Klassifikationsverfahren mit der Methode der SVM konnten die Schallpegelveränderungen in Abhängigkeit von der Schleifintensität gut beschrieben werden. Sowohl in der Gras- als auch in der Maisernte konnte eine Schallpegelzunahme in Abhängigkeit von der Erntefläche detektiert werden, Erntebedingungen und insbesondere Ackerschlagwechsel haben einen deutlichen Einfluss. Die Klassifizierung zeigt v.a. für die Maisernte mit insgesamt ca. 700 t Erntegut eine Klassifizierungsgenauigkeit von über 92 %.

119 S., 67 Abb., 10 Tab.

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Abstract

Professor

Köller, K., Prof. Dr. Dr. h.c. mult.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Development of an algorithm based on dew sensor to control freely adjustable application devices in plant protection

Der landwirtschaftliche Produktionsprozess steht in zunehmendem Maße im Widerstreit gesellschaftlicher, rechtlicher und produktionstechnischer Anforderungen sowie einer anwender- und verbraucherseitig unterschiedlichen Einschätzung umwelt- und gesundheitsrelevanter Auswirkungen. Im Rahmen der Pflanzenschutzmittelapplikation steht insbesondere die Forderung nach anwenderunterstützenden Systemen, zum Zweck einer nach Bedarf-, Kosten und Arbeitszeit optimierter Ausbringung im Mittelpunkt. Zudem ist ein steigendes Interesse an der Nutzung von Witterungs- und aktuellen Standortinformationen sowie agrarmeteorologischer Daten und dem Einsatz verbundener Sensorik, neben einem, insbesondere in der näheren Vergangenheit, stark zunehmenden Automatisierungsgrad landwirtschaftlicher Anwendungen zu verzeichnen. Aufgrund des engen Zeitfensters der Pflanzenschutzbehandlung ist dessen Ausdehnung und die Nutzung von Tauwasser sowie die Chance einer Applikation bei Taufall, von großem Interesse. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag daher auf der schrittweisen Erarbeitung eines elektronischen Sensor- und Steuerungssystems mit Algorithmik, mit dem Ziel der bedarfsgerechten kontinuierlichen online Anpassung der ausgebrachten Trägersubstanz Wasser, in Abhängigkeit des Betauungsgrades einer behandelten Kultur. Der Untersuchung ist es gelungen, die Möglichkeit einer Durchführung von Pflanzenschutzmaßnahmen bei nächtlicher Taubildung und somit die Chance zur Ausdehnung des allgemeinen Applikationsfensters in die damit einhergehenden, verbesserten Bedingungen der Nacht, unter Verwendung der applizierten Flüssigkeiten und Mittel, für die Kulturen Weizen und Raps, als machbar nachzuweisen. Durch die Entwicklung eines robusten und funktionssicheren Sensor- und Steuerungssystems für ein prototypisches, frei regelbares Pflanzenschutzgerät, war die praktische Umsetzung im Rahmen der Untersuchungsbedingungen möglich. Jedoch zeigte sich das eingesetzte zentrale Direkteinspeisungssystem im Verlauf der Versuchsdurchführung, aufgrund langer Reaktionszeiten, als ungeeignet. Die angestrebte, bedarfsgerechte Anpassung der Wassermenge im ausgebrachten Gemisch, war mittels des dem entwickelten Steuerungssystems hinterlegten Algorithmus, basierend auf online Sensordaten, erfolgreich realisierbar.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart

Ort

Stuttgart

Abstract

Vehicle vibrations have raised articulate awareness in agricultural industry during the last years. Especially, the legal basis with the EU directive 2002/44/EC and its implementation into national law with the corresponding ordinance have sensitized the manufacturers concerning the vibration behaviour of their vehicles accompanied with an increasing demand for ride comfort by the cus-tomers. Only an optimized design and combination of the vehicle components can reduce vibrations and improve ride comfort and endurance strength. In this thesis mechanical vibrations in the ride comfort frequency range between 10 Hz and 80 Hz are regarded. For the investigations a new mechanical shaker device has been developed and single frequency force excitations in the mentioned frequency range can be applied to a rolling tire. The results for the single wheel show that for this tire size within the frequency range 0 - 80 Hz up to 15 tire modes can occur. All of these can be determined precisely concerning eigenfrequency, modal damping and mode shape. One of the key aspects in this thesis to be examined was the speed influence. Results are showing a slight frequency decrease with the onset of rolling. The force amplitudes measured in the tread pattern increase at first with the onset of rolling and then decrease at speeds above 3 km/h significantly. 1st and 2nd Lateral, 1st Vertical as well as 1st and 2nd F/A modes still show noticeable amplitudes for the rolling tire.

194 S., 116 Abb., 46 Tab.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Die Haltung von Mastschweinen auf Vollspalten ist für die Tiere mit Einschränkungen in Bezug auf die Ausübung des Normalverhaltens verbunden. Es lassen sich Änderungen im Verhalten der Tiere sowie das „Umorientieren“ von Verhaltensweisen auf Artgenossen beobachten. Um den Tieren Verhaltensweisen wie wühlen, kauen und beißen auch in der intensiven Haltung zu ermöglichen und das Auftreten unerwünschten Verhaltensweisen zu verringern, wurde eine technische Wühlmöglichkeit für Mastschweine, der sogenannte „Wühlkegel“, entwickelt. Der Wühlkegel ist ein Beschäftigungsgerät für Mastschweine und besteht aus drei federbelasteten Kugeln aus Polyurethan, welche mithilfe einer wabenförmigen Platte auf den Spalten befestigt werden. In der Zeit von März bis August 2013 wurden die in umfangreichen Vorversuchen entwickelten Wühlkegel in 18 Buchten (6 pro Durchgang) mit jeweils 17 Tieren einem Praxistest unterzogen. Dabei dienten 18 Buchten (6 pro Durchgang), in denen die Schweine einen Hartgummiball an einer Kette zur Verfügung hatten, als Kontrolle. Mithilfe eines Boniturschemas wurden die Integumentveränderungen an den Körperregionen Kopf, oben, Seite, Ohr und Schwanz erfasst sowie ein kumulativer Boniturindex (kBi) für jedes Einzeltier ermittelt und ausgewertet. Hier zeigte sich sowohl auf Buchtenebene, als auch auf Einzeltierebene kein signifikanter Einfluss der Art des Beschäftigungsgerätes auf die Integumentveränderungen. Es wurden jeweils zu Mastbeginn, in der Mittel- und Endmast Verhaltensbeobachtungen durchgeführt. Diese zeigten, dass die Wühlkegel in durchschnittlich 11,27 % der Einzelbeobachtungsphasen von den Tieren benutzt wurden und im Laufe der Mast nicht an Attraktivität verloren, sondern der prozentuale Anteil der Einzelbeobachtungsphasen mit einer Beschäftigung durch mindestens 1 Tier in den Versuchsgruppen im Mastverlauf zugenommen hat von 9,93 % zu Mastbeginn auf 14,36 % zum Ende der Mast. Ebenfalls Gegenstand der Verhaltensbeobachtung war die Körperhaltung der Schweine bei der Nutzung des Beschäftigungsgerätes. Hier zeigte sich, dass die Wühlkegel am häufigsten liegend genutzt werden, gefolgt von einer Nutzung im Stehen und am wenigsten häufig sitzend. Der Hartgummiball an der Kette wird hingegen überwiegend stehend, seltener sitzend und am wenigsten in liegender Körperhaltung genutzt. Das Liegeverhalten der Schweine wurde durch den Einsatz des Wühlkegels dahingehend beeinflusst, als dass sich die Tiere in den Versuchsgruppen bevorzugt in unmittelbarer Nähe zum Wühlkegel, im sogenannten „Wühlkegelbereich“ ablegten. Es ist gelungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine technische Wühlmöglichkeit für intensiv gehaltene Mastschweine zu entwickeln, welche für die Tiere dauerhaft attraktiv ist und u. a. die Ausübung von wühlen, kauen und beißen ermöglicht. Eine Auswirkung der Wühlkegel auf das Integument der Tiere konnte nicht nachgewiesen werden.

231 S., 52 Abb., 24 Tab.

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Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart

Ort

Stuttgart

Abstract

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Unter Einfluss des gegenwärtigen Klimawandels sowie dem Anstieg der Erdbevölkerung ist der effiziente Umgang mit den vorhandenen Wasserressourcen ein zentrales Thema in der Bewässerungslandwirtschaft. Die Unterflurbewässerung ist ein seit Jahrtausenden bekanntes Verfahren, bei dem das Bewässerungswasser unterhalb der Erdoberfläche aufgebracht wird und der Pflanze direkt im Wurzelraum zur Verfügung steht. Die Gefäßbewässerung ist ein selbststeuerndes Verfahren wobei die Wassergabe aus dem unglasierten Tongefäß aufgrund der im umgebenden Boden anliegenden Saugspannung erfolgt. Diese wassersparende und dem Wasserbedarf der Pflanze angepasste Bewässerungsweise ist Grundlage der Überlegungen und Untersuchungen der vorliegenden Arbeit. Ausgehend von dem Gedanken der Kombination der Vorteile der Gefäßbewässerung mit denen moderner Materialien, die eine maschinelle Installation ermöglichen und eine lange Lebensdauer aufweisen, wurde die Entwicklung einer selbststeuernden Bewässerung verfolgt.

Materialrecherchen und eine Auswahl als geeignet identifizierter Materialien führten zu Laboruntersuchungen an Hand derer die Darcy-Eigenschaften (linearer Zusammenhang zwischen Volumenstrom und anliegendem Druck) überprüft wurden. Membranen erwiesen sich danach als geeignet, so dass an einer ausgewählten Schlauchmembran weitergehende Untersuchungen zum Einsatz für die Bewässerung vorgenommen wurden. Diese umfassten Langzeitlaborversuche im Boden zur Untersuchung der Entwicklung der Durchlässigkeit der Schlauchmembran über die Zeit, sowie zum Nachweis der Selbststeuerung des Systems. Mit den gewonnenen Ergebnissen war es möglich großmaßstäbliche Versuche im Gewächshaus zu realisieren, bei der die Schlauchmembran im Vergleich zur Tropfbewässerung hinsichtlich Wasserverbrauch und Ernteertrag an Standorten in Deutschland und Algerien getestet wurde.

Diese Gewächshausversuche zeigten vielversprechende Ergebnisse für die Membranschlauchbewässerung mit im Vergleich zur Tropfbewässerung erhöhten Erträgen bei gleichzeitig geringerem Wasserverbrauch. Dies wurde besonders bei Verwendung von Bewässerungswasser mit erhöhtem Salzgehalt deutlich. Sorgfältiger Beachtung bedarf die Wasserqualität, da die Membranschlauchbewässerung auf Wasserverunreinigungen mit Durchflussverminderung reagiert, die sich nachteilig auf die Pflanzenentwicklung auswirkt. Aufgabe weiterer Forschungen muss es demnach sein, technische Verfahren zu entwickeln, die die langfristige Leistungsfähigkeit der Membran im Bewässerungsbetrieb aufrechterhalten.  

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Kenya lies within the equatorial tropics of East Africa and is renowned as a world hot-spot for aflatoxins, i.e. toxic and carcinogenic compounds associated with fungal metabolism on foods. Water activity influences both drying and storability and cannot be overlooked in the design of energy efficient and qualitative food processing systems. This study focussed on characterizing water activity during convective drying of maize. Spreadsheet modelling with MS Excel Solver was applied to predict gravimetric dehydration from sensor sampled thermo-hygrometric data at experimental settings of 37oC, 43oC, and 53oC, i.e. the range of transition between low and high temperature drying. The results of the composite analysis showed the maize kernels and cob/spindle to differ in their capacities to take-up convective enthalpy. Process air in the range 35oC to 45oC combined with high airflows (> 1.5 m/s) favoured dehydration of the kernels ahead of the cob, recommendable for energy-efficient drying of maize at high initial moisture contents. Conventional batch drying theory was then applied to assess how bulking and densification affects maize drying in undisturbed (or stationary) batches. Husking and shelling maize congested the beds increasing resistance to airflow. The instantaneous energy demand of the beds also in-creased with more evaporative cooling observed within the thin-layer, promoting uneven drying and necessitating the introduction of mechanical agitation or airflow reversal. Lower ventilation and supervision requirements were associated with the use of shallow beds of cobed maize, making this practice recommendable for small farms in Kenya. To conclude the study, desiccation potentials of silica gel and hot-bulbs (i.e. simple surface heaters) were compared for convective drying using encased air. The results showed comparable ventilation and dehumidification rates for silica gel and hot-bulbs during the first 5 hours of peak drying. Drier air conditions resulted from the use of silica gel, increasing the volume of encased air (or reducing the drying mass relative to provided headspace), drying-rate-moderation of the husk and increasing process tempera-ture. On the contrary, higher air humidity was associated with exhaustion of desiccant hygroscopicity, smaller headspace or vents, husking of maize and lowering temperature. Granular desic-cants could prove useful for hygienic drying of maize. Their hygroscopicity can be restored quickly and efficiently, even in crude ovens, without the spoilage risks associated with high-temperature or open-air food drying. Qualitative maize drying is capital intensive. Psychrometrically controlled ventilation, coupled with space heating and the use of shallow beds, desiccants and renewable energy, could offer practical ways forward to mechanize maize drying affordably on small farms in Kenya. Further research around these themes is highly recommended.

Kenia liegt in den Äquatorialtropen von Ostafrika und ist als ein weltweiter Hot-Spot für Aflatoxinbelastung insbesondere bei Mais bekannt. Diese toxischen und karzinogenen Verbindungen sind Stoffwechselprodukte von Pilzen und so insbesondere von der Wasseraktivität abhängig. Diese beeinflusst sowohl die Trocknung als auch die Lagerfähigkeit von Nahrungsmitteln und ist somit ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von energieeffizienten und qualitätsorientierten Verarbeitungsprozessen. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, die Veränderung der Wasseraktivität während der konvektiven Trocknung von Mais zu untersuchen. Mittels einer Optimierungssoftware (MS Excel Solver) wurde basierend auf sensorerfassten thermo-hygrometrischen Daten der gravimetrische Feuchteverlust von Maiskolben bei 37°C, 43°C und 53°C vorausberechnet. Dieser Bereich stellt den Übergang zwischen Niedrig- und Hochtemperaturtrocknung dar. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede im Verhalten der Körner und der Spin-del. Die Trocknung im Bereich von 35°C bis 45°C kombiniert mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten (> 1,5 m / s) begünstigte die Trocknung der Körner gegenüber der Spin-del und kann daher für eine energieeffiziente Trocknung von Kolben mit hohem Anfangs-feuchtegehalt empfohlen werden. Weitere Untersuchungen wurden zum Verhalten unter-schiedlicher Schüttungen bei der bei Mais üblichen Satztrocknung durchgeführt. Entlieschter und gedroschener Mais führte zu einem vergrößerten Luftwiderstand in der Schüttung und sowohl zu einem höheren Energiebedarf als auch zu ungleichmäßigerer Trocknung, was nur durch einen erhöhten technischen Aufwand etwa durch Mischeinrichtungen oder Luftumkehr behoben werden könnte. Aufgrund des geringeren Aufwandes für die Belüftung und die Kontrolle kann für kleine landwirtschaftliche Praxisbetriebe in Kenia daher insbesondere die Trocknung ganzer Kolben in ungestörten Schüttungen empfohlen werden. Weiterhin wurde in der Arbeit die Entfeuchtung mittels eines Trockenmittels (Silikagel) kombiniert mit einer Heizquelle und abgegrenztem Luftvolumen unter-sucht und der konventionellen Trocknung gegenübergestellt.  Die Ergebnisse zeigten vergleichbare Entfeuchtungsraten während der ersten 5 Stunden der Trocknung. Der jeweilige Luftzustand bei Verwendung von Silikagel wurde insbesondere durch das eingeschlossene Luftvolumen und die Temperatur beeinflusst. Granulierte Trockenmittel sind bei der Maistrocknung unter hygienischen Gesichtspunkten vorteilhaft und können beispielsweise mit einfachen Öfen regeneriert werden, so dass Qualitätsbeeinträchtigungen wie bei Hochtemperatur- oder auch Freilufttrocknung vermieden werden können. Eine hochwertige Maistrocknungstechnik ist sehr kapitalintensiv. Aus der vorliegenden Arbeit kann aber abgeleitet werden, dass einfache Verbesserungen wie eine sensorgestützte Belüftung von Satztrocknern, der Einsatz von Trockenmitteln und eine angepasste Schüttungshöhe praktikable Lösungen für Kleinbauern in Kenia sein können. Hierzu besteht, ggf. auch zum Aspekt der Verwendung regenerativer Energien, weiterer Forschungsbedarf.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Meyer, H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Berlin, FG Konstruktion von Maschinensystemen

Ort

Berlin

Abstract

Combined Control of Semi-Active Cab and Axle Suspension Systems to Improve Comfort and Driving Safety of Mobile Working Machines

Schwingungsbeeinflussende Systeme wie Kabinen- und Achsfederung sollen gleichzeitig einen hohen Fahrkomfort, das heißt geringe Vibrationsbelastungen und hohe Fahrsicherheit in Form von geringen Radlastschwankungen, ermöglichen. Die zunehmenden Fahrgeschwindigkeiten von Traktoren, der Wunsch nach verbesserter Effizienz sowie der aus Gründen der Gesundheit notwendige Vibrationsschutz der Fahrer und Fahrerinnen stellen zunehmend höhere Anforderungen an diese Systeme. Zahlreiche Untersuchungen an aktiven und semi-aktiven Federungssystemen zeigen die Möglichkeit, mit Hilfe einer geeigneten Regelung das Zielkriterium Fahrkomfort beziehungsweise die Fahrsicherheit gegenüber einem passiven System zu verbessern. In der Regel besteht jedoch bei der Verwendung von nur einem geregelten System, wie beispielsweise einer geregelten Achsfederung, weiterhin der Zielkonflikt zwischen beiden Kriterien, bei dem eine Verbesserung des einen Kriteriums zu einer Verschlechterung des jeweils anderen Kriteriums führt. Diese Arbeit untersucht daher die Kom¬bination von zwei schwingungsbeeinflussenden Systemen (Achsfederung und Kabinenfederung) mit verschiedenen Regelungsstrategien. Die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen verdeutlichen zunächst den Zielkonflikt bei passiven und semi-aktiv geregelten Achsfederungen. Weitere Simulationen zeigen das Potenzial der geregelten Achsfederung in Verbindung mit einer geregelten Kabinenfederung, bei der beide Regelungsalgorithmen jeweils ein separates Zielkriterium verfolgen. Gegenüber dem einfachen geregelten System können so gleichzeitig Fahrkomfort und Fahrsicherheit verbessert werden. Es wurden Versuche auf einem hydraulischen Vier-Stempel-Prüfstand durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Kombinationen der Kabinen-  und Achsfederung getestet.

144 S., 79 Abb., 18 Tab., 45,8 €

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam) is an important strategic agricultural crop grown in many countries around the world. The roots and aerial vine components of the crop are used for both human consumption and, to some extent as a cheap source of animal feed. In spite of its economic value and growing contribution to health and nutrition, harvested roots and aerial vine components has limited shelf-life and is easily susceptible to post-harvest losses, especially in many parts of tropical developing countries. Various storage and preservation techniques have been employed to extend the shelf-life of harvested components of sweet potato, but with varying success. In developed countries for instance, low temperature storage (13-15 °C, 85-95% RH) has been demonstrated to be capable of insuring year round availability of sweet potato roots in the fresh form. While these conditions are attainable in developed countries, farmers in tropical developing countries are restrained by lack of temperature and relative humidity controlled infra-structure. Storage of roots in rudimentary storage systems often results in high post-harvest losses, which vary between 15% to 70% due to decay, sprouting, alongside pests and insect at-tack. Unlike the roots, sweet potato aerial vine components under ambient conditions easily de-cay within two to three days after harvest due to their high moisture content. Experts have agreed that any effort to extend the shelf-life of sweet potato roots and aerial vine components, particu-larly in tropical developing countries, would make marketing over a longer period of time feasible, thus improving food security and farmers’ incomes.

Although post-harvest losses of both sweet potato roots and aerial vine components is signifi-cant, there is no information available that will support the design and development of appropriate storage and preservation systems.  The lack of suitable post-harvest storage and preservation systems among sweet potato farmers, especially in developing countries is a disincentive to large-scale investment into its production and limits its food security prospects. In this context, the present study was initiated to improve scientific knowledge about sweet potato post-harvest handling, through experimental and modeling studies of design parameters in order to support decision-making in the design and optimization of sweet potato storage and preservation systems and the development of new processes. Additionally, the study also seeks to utilize locally availa-ble material such as mud to construct a simple storage structure, explore the possibility for inte-grating evaporative cooling media as well as renewable energy sources, such as photovoltaic panels as energy sources in order to establish adequate environmental conditions (temperature, relative humidity and airflow) for storage of sweet potato under tropical conditions.

In the first study, airflow resistance of sweet potato aerial vine components was investigated. The influence of different operating parameters such as airflow rate, moisture content and bulk depth at different levels on airflow resistance was analyzed. All the operating parameters were observed to have significant (P < 0.01) effect on airflow resistance of the investigated components of sweet potato. Prediction models that has the ability to incorporate these influencing operating parame-ters were developed. The developed models provided a good fit to the experimental pressure drop data obtained in the range of airflows, moisture contents, and bulk depth considered. Bulk density of sweet potato leaves and chopped aerial vine components was significantly affected by mois-ture content. In the second study, the resistance of airflow through unwashed and clean sweet po-tato roots was investigated. An attempt was made to examine the effect of sweet potato roots shape factor, surface roughness, orientation to airflow, and presence of soil fraction on airflow re-sistance. The physical properties of the roots were explicitly incorporated into a physically mean-ingful modified Ergun model and compared with a modified Shedd’s model. The modified Ergun model was able to account for the different structural parameter values of the sweet potato roots and hence provided the best fit to the experimental data when compared with the modified Shedd’s model. The differences in the pressure drop between sweet potato roots arranged differ-ently to airflow and with or without soil fraction on the surfaces of the roots were further explained by the contribution of particle drag and surface friction. The pressure drop through unwashed and clean sweet potato roots was observed to increase with higher airflow, bed depth, root grade composition, and presence of soil fraction. The findings on the effect of soil fraction stress the importance of cleaning sweet potato roots before storage.

Next, the effect of sweet potato root size (medium and large), different air velocity and tempera-ture on the cooling/or heating rate and time of individual sweet potato roots were investigated ex-perimentally. Also, a simulation model which is based on the fundamental solution of the transient equations was proposed for estimating the cooling and heating time at the centre of sweet potato roots. The simulation model was adapted to receive input parameters such as thermo-physical properties of whole sweet potato roots as well as the surrounding air properties, and was verified with experimental transient temperature data. The experimental results showed that increasing air velocity during cooling and heating influences the cooling and heating rates, thus significantly (P < 0.05) affects the cooling and heating times. Furthermore, the cooling and heating times were significantly different (P < 0.05) among medium and large size sweet potato roots, thus pointing to the importance of sorting of sweet potato roots before forced-air cooling or heating treatment. Comparison of the simulation results with experimental data confirmed that the transient simula-tion model can be used to accurately estimate the cooling and heating times of whole sweet pota-to roots under forced convection cooling and heating. 

Due to the need for low-cost cooling technologies in tropical rural areas, an experimental study was undertaken to investigate the performance of charcoal evaporative cooling pad configura-tions for integration into sweet potato roots storage systems. The experiments were carried out at different levels of air velocity, water flow rates, and three pad configurations: single layer pad (SLP), double layers pad (DLP) and triple layers pad (TLP) made out of small and large size charcoal particles. The results showed that higher air velocity has tremendous effect on pressure drop. Increasing the water flow rate above the range tested had no practical benefits in terms of cooling. It was observed that DLP and TLD configurations with larger wet surface area for both types of pads provided high cooling efficiencies and higher pressure, though it evidently lead to increase in water consumption. SLP configuration showed the lowest cooling efficiency, pressure drop and specific water consumption. DLP and TLP configurations at low air velocity is therefore recommended for practical applications.

Airflow distribution is one of the most important factor to consider when designing forced convec-tion systems for handling perishable agricultural products. Therefore, CFD technique in the ANSYS Fluent software was used to simulate airflow distribution in the low-cost mud storehouse. The study formed part of the initial design procedures of the ventilated mud storehouse presented in Chapter 8. By theoretically investigating different geometries of air inlet, plenum chamber, and outlet as well as its placement using ANSYS Fluent software, an acceptable geometry with uni-form air distribution was selected and constructed. A series of experimental measurements were conducted to assess the design using potato as a stored product. Comparison between average air velocities extracted from the CFD simulation and the experimental measurements of head-space air velocities revealed good agreement. Across the entire bulk surface, the average rela-tive error value between the simulated and measured headspace air velocity was 10.4%.  The validation procedure used further strengthen the selected design and thus shows that CFD tech-nique can be used to design post-harvest handling systems which do not require complicated duct and air plenum design.

Field research was conducted to demonstrate the applicability of some of the data from the labor-atory studies in the development of a PV ventilated system for storage of sweet potato roots un-der tropical climates. The developed system comprised of a 10.85 m3 mud storehouse, a newly developed PV driven fan and a secondary evaporative cooling system. Test results showed that under solar irradiance of around 800 W m-2, the developed PV driven fan can provide airflow required for ventilating bulk sweet potato roots. As the developed fan has a relative low operating voltage threshhold, it operated continuously during the entire experimental duration. The option of integrating a low-cost evaporative cooling system into the mud storage structure for use under tropical climates was also investigated. The results showed a reduction of ambient temperature inside the mud storehouse while relative humidity was enhanced. The ability of the developed storage system to provide and maintain airflow, temperature and relative humidity which are the key parameters for shelf-life extension of sweet potato roots highlight its ability to reduce post-harvest losses at the farmer level, particularly under tropical climate conditions. Due to the utilization of PV panels for direct powering of the fan and the water pump, this PV ventilated storage system can be used in rural areas without grid connected electricity for storage of sweet potato roots.

Die Süßkartoffel (Ipomoea batatas (L.) Lam) ist in vielen Ländern der Welt ein strategisch wichtiges landwirtschaftliches Erzeugnis. Die Knollen und oberirdischen Ranken werden als Lebensmittel für die menschliche Ernährung sowie zu einem gewissen Grad als preiswerte Futtermittelquelle verwendet. Trotz ihrer wirtschaftlichen Bedeutung und ihres wachsenden Beitrags zur Gesundheit und Ernährung, weisen sich die geernteten Süßkartoffeln und Ranken durch eine sehr eingeschränkte Lagerfähigkeit aus und unterliegen signifikanten Nachernteverlusten. Dies trifft besonders auf viele tropische Entwicklungsländer zu. Eine Vielzahl von Lager- und Verarbeitungsmethoden zur Verlängerung der Lagerfähigkeit sind bereits angewandt worden, jedoch mit sehr unterschiedlichen Ergebnissen. In Industrieländern beispielsweise hat sich die Niedertemperaturlagerung (13-15 °C, 85-95 % RH) zur ganzjährigen Versorgung mit frischen Süßkartoffeln etabliert. Während diese Lagerbedingungen in Industrieländern bereitgestellt werden können, ist sie Land-wirten in Entwicklungsländern durch den fehlenden Zugang zur benötigten Infrastruktur vorenthalten. Die Lagerung der Süßkartoffeln in sehr einfachen Lagerungssystemen resultiert oft in hohen Nachernteverlusten (15%...70%) welche durch Zerfall, Keimung, sowie Schädlinge und Insekten verursacht werden. Anders als die Knollen verderben die Ranken aufgrund ihres hohen Feuchte-gehaltes bei Umgebungsbedingungen innerhalb von 1-2 Tagen. Experten sind sich einig, dass besonders in tropischen Entwicklungsländern eine Erhöhung der Haltbarkeit von Knolle und Ranke die Vermarktung über einen längeren Zeitraum ermöglichen und somit die Ernährungssicherung und den Einkommensstatus von Bauern verbessern würde.

Obwohl die Nachernteverluste sowohl der Knollen als auch der Ranken sehr hoch sind keine Informationen darüber erhältlich, die den Entwurf und die Entwicklung von geeigneten Lagerungs- und Verarbeitungseinrichtungen unterstützen könnten. Der fehlende Zugang zu geeigneten Konservierungsverfahren und Lagermöglichkeiten besonders von Süßkartoffelanbauern in Entwicklungsländern behindert Investitionen in die Süßkartoffelproduktion im großen Stil und limitiert somit deren Beitrag zur Ernährungssicherung. Die vorliegende Arbeit wurde daher initiiert, um den Wissensstand über die Nacherntebehandlung von Süßkartoffeln durch experimentelle und modellbasierte Studien zu erweitern, die die Entscheidungsfindung in der Entwicklung und Optimierung von Süßkartoffellager- und Verarbeitungssystemen unterstützen. Zusätzlich strebt die Studie an, lokal erhältliche Materialien (z.B. Lehm) zum Bau einfacher Lagerstrukturen zu nut-zen, und die Möglichkeiten der Integration der Verdunstungskühlung sowie erneuerbarer Energie-quellen (Photovoltaik) zur Bereitstellung adäquater Umweltbedingungen (Temperatur, relative Feuchte und Luftströmung) in der Lagerung von Süßkartoffeln unter tropischen Bedingungen zu untersuchen.

Im ersten Teil der Arbeit wurde der Strömungswiderstand der Süßkartoffelranken untersucht. Der Einfluss verschiedener Prozessparameter wie Luftvolumenstrom, Feuchtegrad und Schütthöhe auf den Strömungswiderstand wurde auf unterschiedlichen Ebenen untersucht. Alle Prozessparameter zeigten einen signifikanten Effekt (P < 0,01) auf den Luftströmungswiderstand der unter-suchten Komponenten der Süßkartoffel. Voraussagemodelle wurden entwickelt, in welche alle relevanten Prozessparameter einbezogen werden können. Die entwickelten Modelle lieferten eine gute Übereinstimmung mit den experimentell bestimmten Druckverlustdaten für die untersuchten Luftmengen, Feuchtegrade und Schütthöhen. Die Schüttdichte von Süßkartoffelblätter und der zerkleinerten Ranken wurde dabei maßgeblich vom Feuchtegrad beeinflusst.

In einer zweiten Studie wurde der Strömungswiderstand bei ungewaschenen und saubere Knollen untersucht. Es wurde angestrebt, den Einfluss des Formfaktors, der Oberflächenrauhigkeit, der Orientierung zum Luftstrom und des Erdanhanges auf den Strömungswiderstand zu ermitteln. Die physikalischen Eigenschaften der Knollen wurden in ein modifiziertes Ergun Modell eingebunden und mit einem modifizierten Shedds Modell verglichen. Mithilfe des modifizierten Ergun Modells war es möglich, alle strukturellen Parameterwerte zu berücksichtigen und eine bessere Überein-stimmung zu erzielen, als mit dem modifizierten Shedd Modell. Die Unterschiede im Druckverlust zwischen den in Bezug auf die Strömungsrichtung der Luft unterschiedlich angeordneten Knollen und mit/ohne Bodenfraktion konnte durch den Beitrag der Oberflächenreibung bzw. der Partikel-bewegung erklärt werden. Der Druckverlust durch ungewaschene und saubere Knollen erhöhte sich mit steigendem Luftdurchsatz, größerer Schütthöhe, Knollenklassenzusammensetzung und des Erdanhanges. Die Ergebnisse in Bezug auf die verschmutzung zeigen, dass die Reinigung der Knollen vor der Einlagerung von außerordentlicher Wichtigkeit ist.

Anschließend wurde der Effekt der Knollengröße (mittelgroß und groß), unterschiedlicher Luftge-schwindigkeiten und der Temperatur auf die Kühl- bzw. Erwärmungsrate und –zeit der einzelnen Knollen experimentell untersucht. Weiterhin wurde ein Simulationsmodell, welches auf der funda-mentale Lösung transienter Gleichungen beruht, vorgeschlagen, mit dessen Hilfe die Kühl- bzw. Heizdauer im Kern einer individuellen Süßkartoffel vorausgesagt werden kann. Das Simulations-modell wurde so angepasst, dass Eingangsgrößen wie thermo-physikalische Eigenschaften der Knollen, sowie der umgebenden Luft eingegeben werden konnten. Das Modell wurde anschlie-ßend experimentell mit transienten Temperaturdaten verifiziert. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit während des Kühlens und Erhitzens die Kühl- bzw. Erwärmungsraten beeinflusst und somit die Abkühlungs- und Erwärmungszeiten signi-fikant beeinflusst (P < 0,05). Weiterhin waren diese zwischen den untersuchten Knollengrößen signifikant unterschiedlich (P < 0,05). Dies lässt den Schluss zu, dass die Sortierung nach Größe vor der Einlagerung von großer Wichtigkeit ist. Der Vergleich zwischen den experimentell be-stimmten und simulierten Werten bestätigte, dass das transiente Simulationsmodell zur akkuraten Bestimmung der Abkühlungs- und Erwärmungszeiten ganzer Knollen unter erzwungener Konvek-tion anwendbar ist.

Eine experimentelle Studie zur Untersuchung des Verhaltens einer Verdunstungskühlung in un-terschiedlichen Konfigurationen zur Integration in ein Süßkartoffelknollenlager wurde durchge-führt, da in ländlichen Gegenden von tropischen Ländern ein sehr hoher Bedarf an preiswerter Kühltechnologie besteht. Die Experimente wurde mit unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten, Wasserfließraten und drei unterschiedlichen Mattenkonfigurationen durchgeführt: einlagig (SLP), zweilagig (DLP) und dreilagig (TLP), welche aus kleinen und großen Partikeln bestanden. Die Er-gebnisse zeigen, dass eine höhere Luftgeschwindigkeit einen imdeutlichen Einfluss auf den Druckabfall hat. Die Erhöhung der Wasserflussrate über die obere festgelegte Grenze hinaus brachte keine praktische Verbesserung der Kühlleistung. Es konnte beobachtet werden, dass die DLP und TLP Konfigurationen mit einer vergrößerten nassen Oberfläche in beiden Fällen eine hö-here Kühlkapazität lieferten und einen höheren Druck verursachten, und dies zu einem höheren Wasserverbrauch führte. Die SLP Anordnung wies sich durch die niedrigste Kühlleistung, den ge-ringstem Druckverlust und den geringen Wasserverbrauch aus. Daher werden die DLP und TLP Anordnungen mit niedrigen Luftgeschwindigkeiten für die praktische Anwendung empfohlen.

Die Strömungsverteilung der Luft ist einer der wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren bei der Entwicklung von auf erzwungener Konvektion beruhenden Systemen zur Lagerung verderblicher landwirtschaftlicher Güter. Daher wurde die Strömungsverteilung der Luft in einem einfachen auf Lehmbauweise basierenden Lagerhaus unter Zuhilfenahme der computer gestützten Strömungs-simulation (CFD) mit dem ANSYS Fluent Paket simuliert. Diese Untersuchung bildete einen Teil der ersten Entwurfsvorschriften zur Entwicklung des in Kapitel 8 präsentierten Lehmhauses. Ein funktionierendes Design wurde entwickelt, indem eine theoretische Untersuchung unterschiedli-cher Geometrien für den Lufteinlass, die Leiteinrichtungen und den Auslass sowie deren Positio-nierung in ANSYS Fluent durchgeführt wurde. Es wurde eine Reihe von experimentellen Untersu-chungen mit Süßkartoffeln gemacht, um das Design zu validieren. Ein Vergleich der durchschnitt-lichen Luftgeschwindigkeiten aus Experimenten, welche über der Schüttung gemessen wurden, und Simulation zeigten eine gute Übereinstimmung. Der relative Fehler zwischen Experiment und Simulation über den gesamten Oberflächenquerschnitt betrug 10,4%. Das verwendete Validie-rungsverfahren verbesserte das gewählte Design weiter. Es konnte gezeigt werden, dass CFD Simulationen zur Entwicklung von Lagerhausern, die keine komplizierten Geometrien für die Ein- und Auslässe sowie die Vergleichmäßigungseinrichtungen benötigen, geeignet ist.

Zur Demonstration der Anwendbarkeit/Funktionalität der erhobenen Labordaten und in Zusam-menhang mit der Entwicklung eines photovoltaisch (PV) angetriebenen Ventilators zur Nutzung in Lagersystemen für Süßkartoffeln unter tropischen Bedingungen wurde ein Prototyp gebaut. Das entwickelte System bestand aus einem Lehmlagerhaus mit einer Grundfläche von 10,85 m², ei-nem neu entwickelten PV betriebenen Ventilator und einem folgenden Verdunstungskühlsystem. Die Ergebnisse der Versuche zeigten, dass der entwickelte Ventilator bei einer Solaren Einstrah-lung von ca. 800 W/m² die benötigte Luftströmung zur Belüftung der Süßkartoffelknollenschüttung bereitstellen kann. Da der entwickelte Ventilator eine sehr niedrige Anlaufspannung benötigt konnte er durchgängig während der gesamten Versuchszeit betrieben werden. Weiterhin wurde die Einbindung des Verdungstungskühlsystems in die Lehmlagerstruktur untersucht. Die Ergeb-nisse zeigten eine Reduzierung der Umgebungslufttemperatur bei gleichzeitiger Erhöhung der re-lativen Luftfeuchte. Das entwickelte System kann einen angemessenen Luftstrom bereitstellen, sowie die Lufttemperatur und –feuchtigkeit halten. Alle drei beschriebenen Stellgrößen sind Schlüsselaspekte in der Verbesserung der Lagerfähigkeit von Süßkartoffelknollen. Folglich konnte gezeigt werden, dass mit Hilfe des entwickelten Systems die Nachernteverluste auf dem land-wirtschaftlichen Betrieb, besonders unter tropischen Bedingungen, reduziert werden können. Durch die Nutzung von PV Panels zum direkten Antrieb des Ventilators und der Wasserpumpe ist dieses System sehr gut zur Nutzung in ländlichen Gegenden ohne Netzanbindung geeignet.

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Dissertation

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Recording and Evaluation from Separation of Fine Seeds in Single Seeding Machines

111 S., 66 Abb., 14 Tab.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Improvement of animal welfare and reduction of ammonia emissions by optimized slatted floor design

Der Großteil der konventionell erzeugten Mastschweine wird auf Betonspaltenböden gehalten. Der Einsatz von Spaltenböden wird sowohl politisch als auch tierschutzrechtlich kontrovers diskutiert. Hier stehen der Schlitzanteil und die Schlitzbreite im Fokus. Die Schlitzbreite bei Mastschweinen (max. 18 mm) und der Perforationsanteil (Vollspalten max. 15 %) sind in der Tierschutznutztierhaltungsverordnung sowie in der DIN EN 12737 festgelegt. Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung von speziell entwickelten Strukturspaltenböden für die Schweinemast. Die funktionsoptimierten Spaltenböden sollen den Anspruch erfüllen, den Schlitzanteil im Boden auf ein möglichst niedriges Niveau zu verringern, ohne die Drainagefunktion des Bodens bzw. den Abtransport der Exkremente negativ zu beeinflussen. Hierzu wurden Strukturspaltenböden aus Beton mit 3 %, 4,5 % und 6 % Schlitzanteil und ein Strukturspaltenboden aus Kunststoff mit 3,8 % Schlitzanteil entwickelt. Der reduzierte Schlitzanteil soll sich positiv auf die Klauen- und Fundamentgesundheit der Tiere auswirken. Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchung liegt in der Bestimmung des Minderungspotentials von Ammoniakemissionen aus Ställen mit Strukturspaltenboden. In der Untersuchung der Klauen- und Fundamentgesundheit wurde der Fokus auf die Bewertung der Sohlen- und Ballengesundheit, Wandhornläsionen und Lederhautblutungen. Hyperkeratosen, Bursitiden und die Klauenlänge gelegt. Eine deutliche oder gänzliche Verbesserung der Klauen- und Fundamentgesundheit konnte durch die Strukturspaltenböden nicht erreicht werden. Der Strukturspaltenboden aus Kunststoff zeigte trotz des geringen Schlitzanteils eine gute Sauberkeit. Die Strukturspaltenböden aus Beton neigten bei zu geringen Schlitzanteilen zu starker Verschmutzung. Bezogen auf die Sauberkeit der Oberflächen schnitt der Standardspaltenboden mit 15 % Schlitzanteil am besten ab, neigte aber zu feuchten Bereichen. Die dreidimensionale Oberfläche der Strukturspaltenböden aus Kunststoff konnte bezüglich des Emissionsminderungspotentials überzeugen, da eine deutliche Minderung der NH3-Emissionen erreicht werden konnte. Bei dem Strukturspaltenboden aus Kunststoff mit 3,8 % Schlitzanteil konnte eine Reduzierung von 23,3 % im Winter bzw. 37,5 % im Sommer erzielt werden. Kein Spaltenboden konnte in dieser Untersuchung alle Anforderungen der Tiergerechtheit und des Umweltschutzes bzw. der NH3-Minderung gleichermaßen erfüllen.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Köller, K., Prof. Dr. Dr. h.c. mult.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

The Claas Xerion as self-propelled seeder - Potential analysis for various cropping regions based on a simulation model

Der Claas Xerion ist ein Systemtraktor mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten, bei denen die Leistungsfähigkeit eines Selbstfahrers durchaus erreicht werden kann. Für den Arbeitsschritt Aussaat gibt es heute keine selbstfahrenden Maschinen. Der Claas Xerion könnte durch die zur Verfügung stehenden Aufbauräume sowie durch das Antriebskonzept die Brücke zwischen der Selbstfahrermechanisierung und der Traktor-Geräte-Kombination schlagen. Vor allem der Claas Xerion Saddle Trac bietet die Möglichkeit einer hohen Transportkapazität. Die Einsatzbedingungen während der Aussaat sind je nach Anbauregion verschieden, sodass eine Untersuchung des Potentials für unterschiedliche Bedingungen durchgeführt werden muss. Exemplarisch wurden die Anbauregionen Kasachstan, Russische Föderation, Baltikum und Polen sowie Tschechien, Ungarn und Rumänien untersucht. Da Praxisversuche für die Fragestellung zu komplex wären und außerdem die Gefahr der Überlagerung durch externe Faktoren besteht, wurde die Leistungsfähigkeit von unterschiedlichen Mechanisierungsvarianten für die verschiedenen Einsatzbedingungen mit Hilfe eines, für den Claas Xerion angepassten, Simulationsmodells nach Schreiber verglichen. Dabei stand die Optimierung der Stillstandzeiten beim Aussaatvorgang durch eine höhere Transportkapazität im Vergleich zur Standardsämaschine im Vordergrund. Die Ergebnisse aus dem Simulationsmodell zeigen, dass durch die Nutzung eines Aufbautanks auf dem Claas Xerion Saddle Trac eine Steigerung der Flächenleistung im Vergleich zu konventionellen Mechanisierungsvarianten möglich ist. Die Leistungssteigerung reicht jedoch nicht unter allen Bedingungen aus, um die höheren Anschaffungskosten zu kompensieren. Lediglich unter Direktsaatbedingungen konnte eine eindeutige Vorteilhaftigkeit des Systems der selbstfahrenden Säeinheit nachgewiesen werden.

236 S., 63 Abb., 23 Tab.,

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Griepentrog, H. W., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

The ability to assess the structural durability of agricultural machinery is of growing importance given the increasing -and often conflicting - demands of weight reduction and safe and reliable products. In order to compensate for the variability of farm structures which results in different machine use and hence operation profiles, manufacturers have been developing advanced trac-tors and implements of ever increasing power, capacity and size, which in some cases (e.g. for swathers) can reach up to 19 m working width. Factors such as higher operating speeds and heavier machine weights affect the durability of agricultural machines, with high economic loss in the case of a machine breakdown. Assessing the fatigue life of agricultural machinery is a chal-lenging task, as modern agricultural implements change their shape radically between transport and working conditions. Furthermore, due to the big variety of machinery structures, the devel-opment of a generic procedure for assessing fatigue life for all structure types is not straightfor-ward. The aim of this cumulative dissertation was to develop methods for assessing fatigue life and performing accelerated durability testing of agricultural machinery from measured load and sur-face data. To fulfil this aim, analysis of fatigue life problems from the perspective of modern agri-cultural implements had to be considered. Three main areas were decided to be examined: (1) development of portable instrumentation technology for fatigue life assessment of an agricultural implement performing measurements under real-life conditions, (2) surface profiles acquisition to evaluate fatigue life through simulation of an agricultural machine traversing these profiles, and (3) accelerated structural durability testing for rapid fatigue life assessment of developed proto-types. The present work was the first systematic attempt to measure the loads that a modern agricultur-al implement faces under actual working and transport conditions. The CLAAS LINER 4000 four-rotor swather was an ideal candidate as it is large and heavy, and has long articulated arms that fold during transportation. The maximum working width reaches 15 m and under transportation does not exceed 3 m. During headland turning, the rotors are lifted not to be damaged from the necessary manoeuvres. Consequently, data under all operating conditions, and the corresponding transitions between operating modes, had to be logged via automation. Sensor-data georeferenc-ing and synchronisation helped to identify the absolute position on the road or in the field, where the swather faced high amplitude loads. This gave the opportunity to investigate surface condi-tions that induced high fatigue damage to the machine. A sensor-frame was developed, utilising modern sensor technology, to measure the road and field profiles in absolute coordinates. A quarter–car vehicle model was used to evaluate the vertical loads on an agriculture machine travelling at constant speed over the measured profiles. From the vertical loads, the accumulated fatigue damage was assessed. Based on the power spectral density (PSD), the profiles were classified according to ISO 8608 standard. As in many cases on-ly the PSD of the profile is provided and not the measured profile, it was examined if the profile realisations from the PSD could result in the same fatigue damage as the actual ones. The performed experiments for acquiring the loads on the swather proved to be time consuming and to have a significant cost. Since it was not possible to acquire all types of loads that the swather will face during its service life, the most damaging measured loads were extrapolated. The fatigue damage value of a 10-year use of the swather was calculated forming a simple opera-tion profile. To perform accelerated durability tests, the test facilities of the German Agricultural Society (Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft - DLG e.V.) were utilised. A centred pivoting bar with one end fixed was used, resulting in a circular movement of the swather, in order to pull the machine over a number of trapezoidal bumps on the ground. Loads from a number of laps were recorded for all operating modes and for different speeds. A test-design optimisation method was utilised based on the assessed accumulated damage values of all measured Points.

123 S.

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Abstract und Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

The process of food drying is widely applied to make the product more stable especially for fruits and vegetables which are highly perishable. In order to meet the quality standard lot of developments were made in food drying sector and most of them are indirect type. Batch type convective dryers are common and easy to use due to simple design configuration. But problem of uneven air distribution encounter in most batch type drying systems. Non-uniform air distribution causes non-uniformity in air velocity and drying temperature which translates into drying heterogeneity in the dryer.

In this study a new batch type dryer named “diagonal-batch dryer” has been developed with diagonal airflow channel without baffle plates. Apart of the benefits to use air guiders, they cause not only increase in dryer construction cost but also results in velocity pressure drop. So, more energy is consumed in the drying process. In order to get spatial uniform drying without air guiders, the food buckets were arranged diagonally along with the length of dryer. The main purpose of diagonal channel was to expose the entire product uniformly to the incoming hot air. The airflow simulation was carried out using ANSYS-Fluent. Potato slices were used as drying material to conduct drying experiments. The measured span of moisture content among the food buckets was found low at a given drying time showing the occurrence of spatial drying homogeneity. The statistical analysis showed good correlation coefficient (correlation coefficient of 87.09%) for airflow distribution between the average predicted and the average experimental measured velocity. The colour of the product was measured non-destructively to develop relationship between drying quality and drying homogeneity. An imaging box was developed for this purpose comprising a camera and lights. Spatial variations of this quality parameter were selected as criteria to assess the uniform quality drying throughout the dryer’s chamber. The change in values of total colour difference of potato slices at all sections of the drying chamber were found similar which ascertain the fact of uniform temperature availability throughout the drying chamber. Thermodynamic analysis of the dryer was performed. The energy efficiency of the system was calculated 50.16% within the applied drying conditions and the average amount of energy used in the form of electricity to produce one kilogram of dried potato samples (SPE) and to evaporate one kilogram of water (SEE) were calculated to be lower 16.24MJ/kg and 4.78MJ/kg respectively at high temperature of 65oC and sample thickness of 5mm. The main component for improving the system efficiency was found to be the fan-heater combination based on exergy analysis, possessing low exergy efficiency of 46.43-52.11%, high improvement potential rate (IP) of 2.53-2.55 and high exergetic factor (f) of values 54.26-54.40% under the used drying conditions. The energy and exerggy analyses for diagonal batch dryer were also compared with other reported batch tray dryers. The comparison revealed that the diagonal batch dryer gave good results of energy and exergy analyses. It was because of drying uniformity obtained with uniform airflow distribution. Mathematical drying model was developed to describe the drying kinetics of the product and the dynamics of the dryer.

The development of diagonal-batch dryer provides a useful and an effective way to get possibility for spatial drying homogeneity. This design is able to expose the entire product to air uniformly in the drying chamber rather to pass the air from one food tray to the next.

Das Verfahren der Lebensmitteltrocknung wird häufig angewendet, um ein Produkt für längere Zeit haltbar zu machen. Obst und Gemüse sind aufgrund ihres hohen Wassergehalts leicht verderblich durch biochemische Vorgänge innerhalb des Produktes, nicht sachgemäße Lagerung und unzureichende Transportmöglichkeiten. Um solche Verluste zu vermeiden wird die direkte Trocknung eingesetzt, welche die älteste Methode zum langfristigen haltbarmachen ist. Diese Methode ist jedoch veraltet und kann den heutigen Herausforderungen nicht gerecht werden.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer Chargentrockner, mit diagonalem Luftstömungskanal entlang der Länge des Trocknungsraumes und ohne Leitbleche entwickelt. Neben dem unbestreitbaren Nutzen der Verwendung von Leitblechen, erhöhen diese jedoch die Konstruktionskosten und führen auch zu einer Erhöhung des Druckverlustes. Dadurch wird im Trocknungsprozess mehr Energie verbraucht. Um eine räumlich gleichmäßige Trocknung ohne Leitbleche zu erreichen, wurden die Lebensmittelbehälter diagonal entlang der Länge des Trockners platziert. Das vorrangige Ziel des diagonalen Kanals war, die einströmende, warme Luft gleichmäßig auf das gesamte Produkt auszurichten. Die Simulation des Luftstroms wurde mit ANSYS-Fluent in der ANSYS Workbench Plattform durchgeführt. Zwei verschiedene Geometrien der Trocknungskammer, diagonal und nicht diagonal, wurden modelliert und die Ergebnisse für eine gleichmäßige Luftverteilung aus dem diagonalen Luftströmungsdesign erhalten. Es wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um das Design zu bewerten. Kartoffelscheiben dienten als Trocknungsgut. Die statistischen Ergebnisse zeigen einen guten Korrelationskoeffizienten für die Luftstromverteilung (87,09%) zwischen dem durchschnittlich vorhergesagten und der durchschnittlichen gemessenen Strömungsgeschwindigkeit. Um den Effekt der gleichmäßigen Luftverteilung auf die Veränderung der Qualität zu bewerten, wurde die Farbe des Produktes, entlang der gesamten Länge der Trocknungskammer kontaktfrei im on-line-Verfahren bestimmt. Zu diesem Zweck wurde eine Imaging-Box, bestehend aus Kamera und Beleuchtung entwickelt. Räumliche Unterschiede dieses Qualitätsparameters wurden als Kriterium gewählt, um die gleichmäßige Trocknungsqualität in der Trocknungskammer zu bewerten. Entscheidend beim Lebensmittel-Chargentrockner ist sein Energieverbrauch. Dafür wurden thermodynamische Analysen des Trockners durchgeführt. Die Energieeffizienz des Systems wurde unter den gewählten Trocknungsbedingungen mit 50,16% kalkuliert. Die durchschnittlich genutzten Energie in Form von Elektrizität zur Herstellung von 1kg getrockneter Kartoffeln wurde mit weniger als 16,24 MJ/kg und weniger als 4,78 MJ/kg Wasser zum verdampfen bei einer sehr hohen Temperatur von jeweils 65°C und Scheibendicken von 5mm kalkuliert. Die Energie- und Exergieanalysen für diagonale Chargentrockner wurden zudem mit denen anderer Chargentrockner verglichen. Die Auswahl von Trocknungstemperatur, Massenflussrate der Trocknungsluft, Trocknerkapazität und Heiztyp sind die wichtigen Parameter zur Bewertung der genutzten Energie von Chargentrocknern. Die Entwicklung des diagonalen Chargentrockners ist eine nützliche und effektive Möglichkeit um die Trocknungshomogenität zu erhöhen. Das Design erlaubt es, das gesamte Produkt in der Trocknungskammer gleichmäßigen Luftverhältnissen auszusetzen, statt die Luft von einer Horde zur nächsten zu leiten.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Durch steigende Scharzahlen und Arbeitsbreiten bei Anbaupflügen tritt eine Asymmetrie der Krafteinleitung in den Schlepper auf. Zusammen mit der hohen Zugkraft, die benötigt wird, ist diese Art der Krafteinleitung einmalig in der Landtechnik. Durch die eingeleiteten Kräfte entstehen Seitenkräfte, welche auf die Achsen des Schleppers und auf die Anlagen der Schare wirken. Ziel der Arbeit ist es, einen mechanischen Ansatz zu erstellen, der es ermöglicht auf Basis von Unterlenkerstellung und gemessenen Unterlenkerkräften die Kräfteverhältnisse an der Zugmaschine zu berechnen. Außerdem werden die Einflüsse auf die Kräfte durch Variation von Frontballastierung, Unterlenkerstellung und Arbeitsbreite ermittelt. Bisherige Literaturangaben geben unterschiedliche Empfehlungen zur korrekten Einstellung der Unterlenkerstellung an. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Unterlenkerverstellung ermittelt, um die grundsätzlichen Einflüsse der Veränderung der Unterlenkerstellung verfügbar zu machen. Es können durch die Unterlenkerverstellung die auftretenden Kräfte umverteilt werden. Ein starker Einfluss der Unterlenkerstellung auf die benötigte Zugkraft des Pfluges kann bei den Versuchen nicht gemessen werden. Es wird ermittelt, welchen Einfluss eine Arbeitsbreitenverstellung auf die Unterlenkerkräfte hat. Bei Vergrößerung der Arbeitsbreite steigen die Zugkräfte des landseitigen Unterlenkers an. Gleichzeitig sinkt die Zugkraft des furchenseitigen Unterlenkers, jedoch in geringerem Maße als der Anstieg des landseitigen Unterlenkers. Die ermittelten Einflüsse auf die Unterlenkerkräfte werden in die Einflüsse auf die Querkräfte der Schlepperachsen umgerechnet. Mit diesen Werten wird es ermöglicht, Änderungen der Querkräfte und des Querkraftverhältnisses zu ermitteln. Die vorliegenden Ergebnisse erlauben es, für neue Pflugentwicklungen optimierte Kinematiken abzuleiten. 

102 S., 88 Abb., 16 Tab.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Bernhardt, H., Prof. Dr.

Institution

Technischen Universität München, Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik

Ort

München

Abstract

Comparative analysis of hydraulic and electric axle drives for mobile working machines under consideration of the typical conditions of application

Die gelenkte Hinterachse eines selbstfahrenden Feldhäckslers ist mit einem elektrischen Antrieb ausgerüstet worden. Anhand von Feld- und Prüfstandsuntersuchungen, die auf typischen Lastzyklen basieren, ist der neuartige Antrieb dem bestehenden hydrostatischen System gegenüberzustellen. Aussagen hinsichtlich Wirkungsgradverhalten und Energieeffizienz können dadurch für beide Systeme getroffen werden. In beiden Punkten ist der elektrische Antrieb dem hydrostatischen überlegen. In Bezug auf Bauraum, Kosten und Gewicht besitzt der hydrostatische Antrieb Vorteile.

248 S., 102 Abb., 35 Tab.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Pitch Oscillation Compensation and Wheel Load Management for Tractor-Trailer Combinations with Rigid Drawbar

Die wesentlichen Ziele bei der Entwicklung von Traktorfahrwerken für die Straßenfahrt lauten Fahrkomfort und Fahrsicherheit. Bei der Feldarbeit kommt durch die hohen Fahrzeugmassen der richtigen Gewichtsverteilung für die Traktion eine bedeutende Rolle zu. Im Fokus dieser Arbeit stand die wissenschaftliche Untersuchung eines entsprechenden Lösungsansatzes für Traktorgespanne, welcher gleichzeitig die Funktion des Frontgewichts ersetzen kann: Der sogenannte Topzylinder, verbaut zwischen Traktor und Starrdeichselanhänger, kann sowohl auf der Straße als auch auf dem Feld verwendet werden. Im theoretischen Teil der Arbeit wurde zunächst mit einfachen Modellen der positive Einfluss des Topzylinders auf das Schwingungsverhalten und die Radlasten nachgewiesen. Aufbauend auf den Erkenntnissen zur Schwingungsdämpfung wurde ein Gespannmodell erstellt, mit welchem anschließend das vertikale Schwingungsverhalten analysiert und der Topzylinder als Feder-Dämpfer-Element ausgelegt wurde. Der praktische Teil der Arbeit bestand darin, in Fahr- bzw. Feldversuchen den Einfluss des Topzylinders zu beurteilen. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Straßenfahrt das Gespann durch den Topzylinder so beeinflusst wird, dass die Nickschwingungen des Traktorrumpfs gedämpft werden. Der Topzylinder beeinflusst bei Feldarbeit das Radlastverhältnis und damit die Traktion so, dass bei konstantem Schlupf eine Zugkraftreserve bzw. bei konstanter Zugkraft ein geringerer Schlupf vorliegt. Mit den Ergebnissen dieser Forschungsarbeit sind die Grundlagen gelegt worden, um mit dem Topzylinder als weiterem Lösungsbaustein die Ziele Fahrsicherheit und Fahrkomfort sowie optimale Traktion zu erreichen. Parallel dazu kann der Topzylinder das Frontgewicht sowohl auf der Straße, als auch auf dem Feld, ersetzen.

180 S., 69 Abb., 36 Tab.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Path and route planning for semi-autonomous, GNSS-based agricultural machinery

Die Entwicklungen in der Landwirtschaft sind durch Automatisierung und Informationstechnologie geprägt. Parallelfahrsysteme sind zu einem wichtigen Werkzeug geworden, um die Maschine mit einer Spurgenauigkeit von wenigen Zentimetern auf dem Feld zu navigieren. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Planungsprogramm, mit dem ein automatisches Lenksystem zu einem teilautonomen Feldroboter ohne Mehrmaschinenkooperationen weiterentwickelt wurde. Hierfür sind fünf notwendige Planungsschritte konzipiert worden. Im ersten Schritt werden die notwendigen Eingabeparameter Feldgrenze und Hindernisse aufgezeichnet und nachbearbeitet, die notwendigen Maschinenparameter wurden ebenfalls in das System eingegeben. Das Feld wird in Bereiche unterteilt und Bearbeitungsrichtungen für die Teilbereiche bestimmt. Die Fahrspuren werden mithilfe der eingegebenen Daten flächendeckend generiert und Wendeflächen vorgesehen. Im Anschluss wird eine Teilfeld- sowie Fahrspurreihenfolge mittels Methoden des Operations Research berechnet. Es wird gezeigt, dass die verwendeten Algorithmen für eine Feldteilung, Auswahl einer Abarbeitungsrichtung und für eine Spurerstellung die Arbeitszeit um durchschnittlich 5 % minimieren können. Ein Modell zur Arbeitszeitabschätzung für ein gegebenes Feld wird gebildet und verifiziert. Das Sequenzieren der Teilfelder und Fahrspuren wird ebenfalls durch das Programm vorgeplant. Durch eine solche Fahrstrategieplanung wird die Wendezeit um ca. 50 % verringert. Ein weiterer wichtiger Baustein für das System ist die Überwachung. Neben den Neuberechnungen der Routen aufgrund von situationsbedingten, von den Landwirten angestoßenen Planänderungen werden auch Wendemanöver geplant und ausgeführt. In dieser Arbeit wird ein Assistenzsystem und teilautonomer, mobiler Roboter vorgestellt, was wissenschaftlich noch nicht betrachtet wurde. Es werden Vorschläge für jeden Planungsschritt generiert und diese - nach Bestätigung oder Änderung durch den Anwender - ausgeführt. Der Vorteil ist somit, dass jeder automatisch generierte Schritt manuell geändert werden kann. Das System ist modular aufgebaut und Erweiterungen des Systems sind möglich, sodass auch andere nicht betrachtete Feldprozesse teilautonom gefahren werden können. Alle Algorithmen sind auf einen minimalen Rechenzeitbedarf ausgelegt. Analysen bestätigen die Anwendbarkeit auf einem Maschinenterminal.

112 S., 84 Abb., 11 Tab.

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

In this study we focused on process engineering for the conversion of biomass, and utilization of the gas obtained by fermentation. Several topics regarding efficiency and emissions have been addressed by conducting intensive and long-term measurements.

In detail, our objectives were (1) to conduct long-term measurements of the electric energy consumption of the biogas plant and its individual components and examination of energy-saving potentials; (2) to develop a method to measure mixing quality in the digester and to examine the mixing quality by measuring nutrient distribution in the digester with different agitator setups; (3) measure the influence of maintenance strategies on efficiency and emissions at long-term operation in practical application; (4) examine the efficiency of an external biological desulfurization plant under practical conditions to enhance biogas fuel quality.

The results of electric energy measurement over a period of two years showed that a percentage of 8.5% (in 2010) and 8.7% (in 2011) of the produced electric energy was required to operate the biogas plant. The consumer unit agitators with 4.3% (in 2010) and 4.0% (in 2011) and the CHP unit with 2.5% (in 2010 and 2011) accounted for the highest electrical power demand, in relation to the electric energy produced by the CHP unit. Calculations show that the agitators consumed 51% (in 2010) and 46% (in 2011) of the total electric energy demand. The results stress the need for further research in the fields of substrate homogenization in biogas plants in order to reduce the demand for electric energy. Based on the results of electric energy consumption, follow-up studies have been conducted on nutrient distribution, which depends on agitator type and agitator regime. The investigation showed that significant differences in local concentrations of organic acids, which are not correlated to DM content, are found in dependence on agitator type and agitation regime. Measurements on electric energy consumption of the different agitator types verified that, depending on the agitator type, the saving potential rises up to 70%. The results for emissions and efficiency of the CHP unit confirm the fact that after readjustment of the air-fuel ratio (Lambda value), the emission values for NOx decline while CO increases. However, the emission-optimized operation mode leads to lower engine efficiency. The permanent measurements proved their legitimacy showing various emission deviations from the limiting values prior and post maintenance. In addition, the results show that by monitoring the lubricating oil quality, the oil change intervals can be maximized, while ensuring that engine performance is not endangered. This allows the operator to reduce maintenance expenditures while minimizing wear. To increase engine efficiency, the reduction of the lambda value combined with exhaust gas scrubbing and exhaust gas power generation is a promising approach. However, that would presuppose a permanent and almost total removal of H2S from the biogas.

The fourth part of the study examined the technical and economic feasibility of a Fixed Bed Trickling Bioreactor (FBTB) for external biological desulfurization of biogas. In contrast to well-established biological methods to oxidize H2S, the FBTB allows removal of these from the biogas process, thus ensuring a constant low H2S concentration in the biogas.

The FBTB showed H2S removal efficiencies (RE) of 98% at temperatures between 30-40°C. A major decline in RE in a range of 21-45% was observed when temperature in the FBTB dropped to a range of 5-25°C. The results revealed that different pH values of the percolation fluid and air ratios have little effect on RE. The practical use of the investigated FBTB system is an interesting technological alternative as disadvantages of internal biological desulfurization methods are being avoided. Due to high expenditures for operation resources and maintenance for FBTB operation during the research, a technical optimization is necessary to ensure economical operation.

The results presented in this thesis show that the scientific instrument ?research biogas plant? is the ideal supplement to methods such as laboratory scale research and measuring programs. Research at full scale offers an entirely new opportunity to determine the interaction of process technique and process biology and to conduct long-term studies of gas utilization. Compared to measuring programs at commercial biogas plants, the research biogas plant has the advantage of being significantly better equipped with measurement technologies and that economic success is not the overall goal.

Kurzfassung auf Deutsch:                           Der Fokus dieser Untersuchungen lag auf der verfahrenstechnischen Konversion der Biomasse und der Nutzung der durch Fermentation gebildeten biogenen Gase. Die Teilziele der Untersuchung gliederten sich wie folgt: (1) Durchführung von Langzeitmessungen zur elektrischen Hilfsenergieaufnahme der Biogasanlage und seiner einzelnen Verbrauchskomponenten sowie die Identifizierung von Einsparmöglichkeiten; (2) Entwicklung einer Messmethode zur Bestimmung der Durchmischungsqualität im Fermenter unter Einfluss verschiedener Rührwerke durch die Erfassung der Nährstoffverteilung; (3) Messung des Einflusses der Wartungsintervalle auf Effizienz und Emissionen des Blockheizkraftwerkes im praktischen Langzeitbetrieb; (4) Untersuchungen zum Wirkungsgrad einer externen biologischen Entschwefelungsanlage im Praxisbetrieb zur Steigerung der Brennstoffqualität des Biogases.

Die Ergebnisse einer zweijährigen Untersuchungsreihe zur elektrischen Hilfsenergieaufnahme zeigen, dass 8,5% (2010), bzw. 8,7% (2011) der vom BHKW produzierten elektrischen Energie zum Betrieb der Biogasanlage aufgewendet werden mussten. Den höchsten Verbrauch wiesen dabei die Rührwerke mit 4,3% (2010), bzw. 4,0% (2011) und das Blockheizkraftwerk mit 2,5% (2010 und 2011) bezogen auf die produzierte elektrische Energie auf. Somit lag der Energiebedarf der Rührwerke bei 51% (2010), bzw. 46% (2011) der gesamten zur Biogaserzeugung und Nutzung benötigten elektrischen Energie. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Notwendigkeit der Forschung im Bereich der Substrathomogenisierung in Fermentern an Biogasanlagen zur Reduktion des Eigenstrombedarfs.

Auf der Basis der Untersuchungen zum Eigenenergiebedarf wurden Studien zur Nährstoffverteilung in Abhängigkeit des Rührregimes und der Rührwerksart im Fermenter durchgeführt. Im Rahmen dieser Untersuchungen konnte eine signifikant unterschiedliche und von der Trockenmasse unabhängige Verteilung von organischen Säuren in Abhängigkeit von Rührwerkstyp und ?kombination nachgewiesen werden. Durch Messungen des elektrischen Hilfsenergieaufwandes konnte in Abhängigkeit des Rührwerkstyps ein Einsparpotenzial von bis zu 70% ermittelt werden.

Die Ergebnisse zu Emissionen und Effizienz des Blockheizkraftwerkes bestätigten, dass durch eine Korrektur des Luft-Kraftstoff Verhältnisses (Lambda-Wert) die NOx Emissionen reduziert werden, während die CO Emissionen zunehmen. Der emissionsoptimierte Betrieb führte jedoch zu einem geringeren elektrischen Wirkungsgrad. Die Bedeutung der dauerhaften Emissionsüberwachung wird durch zahlreiche Überschreitungen der Emissionsgrenzwerte auch zwischen den Wartungen bestätigt. Durch die Überwachung der Schmierölqualität können die Abstände zwischen den Ölwechselintervallen verlängert werden, ohne dabei die Leistung des Motors zu beeinträchtigen, was sich in geringeren Wartungskosten und Verschleiß niederschlägt. Um den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen, ist eine Reduzierung des Lambdawertes in Kombination mit einer Abgasaufbereitung und einer Abgasnachverstromung ein vielversprechender Ansatz. Eine nahezu vollständige Entfernung des Schwefelwasserstoffs aus dem Biogas ist hierzu jedoch zwingend notwendig.

Im vierten Teil dieser Arbeit wurde die technische und ökonomische Eignung eines Fixed-Bed-Trickling-Bioreactors (FBTB) zur externen biologischen Entfernung des Schwefelwasserstoffs aus Biogas untersucht. Im Gegensatz zur etablierten biologischen Schwefelwasserstoffoxidation innerhalb des Fermenters bietet der FBTB die Möglichkeit, den Schwefel aus dem Biogasprozess auszuschleusen, so dass dauerhaft niedrige H2S-Konzentrationen im Biogas erreicht werden können. Im Rahmen der Untersuchungen konnten Entschwefelungsleistungen des FBTB von bis zu 98% bei Temperaturen zwischen 30-40°C erreicht werden. Ein spürbarer Rückgang der Entschwefelungsleistung auf 21-45% wurde bei einem Abfall der Temperatur im Reaktor auf 5-25°C beobachtet. Ein Einfluss des pH-Wertes der Perkolationsflüssigkeit und des Sauerstoffüberschusses konnte nicht nachgewiesen werden. Die Verwendung des untersuchten externen biologischen Entschwefelungsverfahrens ist damit technisch eine interessante Alternative, da die Probleme interner Verfahren umgangen werden.

Die Untersuchungen zur vorliegenden Arbeit zeigten, dass das wissenschaftliche Instrument ?Forschungsbiogasanlage? eine ideale Ergänzung zu Laboruntersuchungen und Messprogrammen darstellt. Insbesondere zur Determination von Interaktionen zwischen Verfahrenstechnik und Prozessbiologie, sowie zu Langzeituntersuchungen zur Gasnutzung eröffnet der Full-scale-Maßstab der Forschungsbiogasanlage vollkommen neue Möglichkeiten. Im Vergleich zu Messprogrammen an kommerziellen Biogasanlagen wirken sich dabei die wesentlich bessere messtechnische Ausstattung sowie die geringeren wirtschaftlichen Zielsetzungen des Anlagenbetriebes vorteilhaft aus.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Hartung, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Evaluierung verschiedener Anwendungsbereiche für die durch aktuelle Sensorsysteme gewonnenen Informationen zur Wiederkau- und Fressaktivität von Milchkühen

The main aim of the current study was to evaluate potential areas of application for data on rumination and feeding behaviour of dairy cows gathered by acoustic and pressure sensors. Therefore, rumination behaviour around calving, rumination time and feeding behaviour around estrus, and the relationship between feed intake with feeding and chewing time were investigated. In case of calving and estrus, deviations from reference periods were analysed. Feed intake was estimated by feeding and chewing time and that way, an approach for simplification of monitoring individual feed intake under practical farm conditions was evaluated. An acoustic sensor fixed on a collar for monitoring of rumination time and a pressure sensor placed on the cow’s nose for monitoring of chewing and rumination behaviour were used for data collection. Weighing troughs were applied for monitoring of feed characteristics. Results of the first two trials showed that the used sensors are able to detect deviations from normal behaviour during reference periods. This accounts for rumination behaviour around calving and for feeding behaviour and rumination time during estrus. Additionally, feeding and chewing time proved to be adequate indicators for estimating feed intake per feeding bout. Altogether, the collected data, recorded by the tested sensor systems, were likely able to provide useful information for the improvement of dairy herd management.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

The increasing demands of world’s growing population for food, energy and products, the effects of climate change and the depletion of fossil resources forces the development of sustainable in-dustries. An essential part of this bio-based economy will be biorefineries, as they enable the pro-duction of goods and energy from bio-based resources. The aim of this study was to establish an innovative green biorefinery concept to optimize biogas process chains. New ensiling techniques were applied, in order to increase the amount of valuable ingredients in the silage with a special focus on lactic acid. After solid-liquid separation of the silage to exploit organic acids, the solid residue was used for anaerobic digestion. Lactic acid was the most promising chemical, increased to highest amounts during the ensiling process. The addition of carbonated lime was the most ef-fective treatment to increase the amount of lactic acid, requiring a high fermentability coefficient of the utilized raw substrate. Additional lactic acid producing bacteria can help to stabilize the silage and promote the growth of lactic acid contents. The comparison of specific methane yields of the fresh silages with the corresponding solid residues always yielded higher values for the fresh si-lage (not always significant), due to the loss of volatile solids during the fractionating. Further-more, there is a loss of overall methane production, due to the reduction of mass while fractionat-ing. Crucial importance for the economic feasibility lies on the downstream process of lactic acid. In the context of adding value to existing biogas process chains, the presented green biorefinery concept is an alternative conversion path of biomass and will likely be of monetary interest in the near future."

Der zunehmende Bedarf der wachsenden Weltbevölkerung an Nahrungsmitteln, Energie und Gütern, sowie die Auswirkungen des Klimawandels und die Verknappung fossiler Ressourcen erfordern eine nachhaltigere Wirtschaft. Wesentlicher Bestandteil dieser biobasierten Wirtschaft werden Bioraffinerien sein, die es ermöglichen Güter und Energie aus biobasierten Rohstoffen herzustel-len. Ziel dieser Studie war es, ein neues, verbessertes, Konzept einer grünen Bioraffinerie aufzu-stellen, um bestehende Biogasprozessketten zu optimieren. Dabei wurden neuartige Siliertechniken angewandt, um die Menge an wertvollen Inhaltsstoffen in der Silage, insbesondere der Milchsäure, zu erhöhen. Mittels einer Fest-Flüssig-Trennung der Silage wurden zunächst organische Säuren von der Biomasse abgetrennt, im Anschluss wurde der feste Rückstand anaerob fermentiert. Milchsäure erwies sich als der meistversprechende Inhaltsstoff, welcher in größten Mengen erzeugt werden konnte. Die Zugabe von kohlensaurem Kalk stellte dabei den wirksamsten Einflussfaktor dar. Voraussetzung hierfür war ein ausreichend hoher Fermentationskoeffizient des verwendeten Rohsubstrats. Zusätzlich applizierte Milchsäure produzierende Bakterien trugen zur Stabilisierung der Silage bei und förderten die Bildung der Milchsäure. Beim Vergleich der spezifischen Methanausbeute zwischen frischen Silagen und den entsprechenden Pressrückständen wiesen die frischen Silagen stets höhere Werte auf (nicht immer signifikant). Grund hierfür ist ein in den Pressrückständen reduzierter Gehalt an organischen Säuren nach der Fest-Flüssig-Trennung. Des Weiteren führte der aus der Fest-Flüssig-Trennung resultierende Masseverlust zu einem absoluten Verlust an produziertem Methan. Die Extraktion und Reinheit der Milchsäure ist von entscheidender Bedeutung für die wirtschaftliche Realisierung des Bioraffineriekonzeptes. Vor dem Hintergrund bestehende Biogasprozessketten zu optimieren, weist das vorgestellte Bioraffineriekonzept vielversprechende und alternative Umwandlungspfade für Biomasse auf und könnte in naher Zukunft wirtschaftlich interessant werden.

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Publikations-Art

Professor

Schulze-Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hartung, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Die der Arbeit zugrunde liegenden Untersuchungen hatten das Ziel, verschiedene Regelalgorithmen zur teilflächenspezifischen Tiefenregulierung bei der Bodenbearbeitung zur Mulchsaat zunächst zu entwickeln, verfahrenstechnisch umzusetzen, sowie auf ihren Einfluss auf Kraftstoffverbrauch, Arbeitsleistung, Schlupf und Zugkraftbedarf hin zu überprüfen. Ergänzend wurde noch der Einfluss der unterschiedlichen Regelalgorithmen auf die jeweiligen Feldaufgänge und Ertragsleistung untersucht. Die Versuche wurden auf hinsichtlich Bodeneigenschaften und Relief heterogenen Flächen durchgeführt, dessen Bodenleitfähigkeiten im Vorfeld mittels EM38 georeferenziert kartiert wurden. Für die teilflächenspezifische Variation der Arbeitstiefe zur Hauptfrucht Weizen wurden drei unterschiedliche Regelalgorithmen entwickelt, die mittels des jeweiligen ortsspezifisch vorhandenen Input-Parameters Ernteertrag der Vorfrucht, Bodenleitfähigkeit und Relief die Bodenbearbeitungstiefe in zwei Stufen, 10 cm für flach und 18 cm für tief, automatisch anpassten. Als Referenz diente jeweils eine Bodenbearbeitung mit konstanter Tiefe (18 cm). Im Rahmen von Vorversuchen wurden zum einen Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Ermittlung der Bodenleitfähigkeit mittels EM38 durchgeführt und die sich daraus ergebene Flächenheterogenität beschrieben. Zum anderen wurde der grundsätzliche Einfluss unterschiedlicher Bearbeitungstiefen auf Kraftstoffverbrauch, Arbeitsleistung, Schlupf und Zugkraftbedarf sowie die Ertragsleistung ermittelt. Als Bodenbearbeitungsgerät zur Mulchsaat wurde eine Grubber-Scheibeneggenkombination vom Typ Centaur 3002 des Herstellers Amazone mit einer Arbeitsbreite von 3 m eingesetzt, welche mittels hydraulisch höhenverstellbarem Grubberzinkenfeld, die ortsspezifische Anpassung der Arbeitstiefe anhand der, durch den jeweiligen Regelalgorithmus erstellten, Applikationskarte während der Bodenbearbeitung automatisch vornehmen konnte. Um die Auswirkungen auf den Kraftstoff- und Zugkraftbedarf, sowie auf den Schlupf und die Arbeitsleistung zu ermitteln, wurde ein Standardschlepper Claas Axion 840, bzw. 850 mit umfangreicher Messtechnik und Sensorik ausgestattet. Durch die entwickelten Regelalgorithmen Ertrag, EM38 und Relief gelang es im Vergleich zur Referenzvariante sowohl den Kraftstoffverbrauch als auch parallel dazu den Arbeitszeitbedarf signifikant zu verringern. Das Ausmaß der Einsparung lag bei 1,7 l/ha (Variante Ertrag) bis 2,2 l/ha (Variante Relief) bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Arbeitsleistung um 0,4 bis 0,5 ha/h, wobei es hier erwartungsgemäß jeweils Abhängigkeiten von den absoluten und relativen Flächenanteilen der flachen und tiefen Bodenbearbeitung gab. Die Reduktion der Bodenbearbeitungstiefe nach dem EM38-Algorithmus auf den Teilflächen mit „schwereren“ Böden und eine entsprechend tiefere Bearbeitung auf den Teilflächen mit „leichteren“ Böden erwiesen sich dabei hinsichtlich Kraftstoff- und Zeiteinsparung am effizientesten. Die Feldaufgänge und Mähdrusch-Ertragsleistungen der Regelalgorithmen wiesen im Vergleich zur Referenzvariante keine signifikanten Unterschiede auf, wobei die 10 cm tiefe Bearbeitung des EM38-Algorithmus signifikant höhere Erträge aufwies, als die 18 cm-Bearbeitung, was auf einen entsprechenden Einfluss des Bodens hindeutet, der hier die Effekte einer intensiven Lockerung überlagert. Die teilflächenspezifische Bodenbearbeitung zur Mulchsaat kann als weiteres Verfahren im Sinne des Precision Farmings einen Beitrag leisten, landwirtschaftliche Flächen durch einen höchstmöglichen Bodenschutz, insbesondere Erosionsschutz, nachhaltiger zu bewirtschaften.

166 S., 58 Abb., 63 Tab.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Optimization of primary fermentation at two-stage biogas plants

Die anaerobe mikrobielle Konversion von Biomasse zu Biogas erfolgt über mehrere Prozess-schritte, die aufgrund der beteiligten Mikroorganismen zur primären Gärung, sekundären Gärung und Methanbildung zusammengefasst werden können. Im Gegensatz zu einstufigen Verfahren soll in zweistufigen Biogasprozessen die primäre Gärung und die Methanogenese räum-lieh getrennt ablaufen, um den unterschiedlichen Milieuanforderungen der beteiligten Mikroorganismen besser entsprechen zu können. Für diese zweistufige Biogasproduktion sind in der Literatur viele verschiedene Kombinationen an Reaktortypen beschrieben. Die hauptsächlich für die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen eingesetzten, diskontinuierlich betriebenen Perkolationsreaktoren haben den Nachteil, dass im Prozessablauf der pH-Wert nicht reguliert werden kann und somit keine konstante Säure- und Gasbildung möglich ist. Daneben werden ftlr die erste Prozessstufe auch Rührkesselreaktoren eingesetzt, in denen der pH-Wert mittels Additiven geregelt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde an der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie ein vollständig automatisiertes, kontinuierliches, zweistufiges Verfahren entwickelt und im La-bormaßstab aufgebaut. Bei diesem Verfahren wurde ein Rührkesselreaktor mit integrierter Filtration zur Fest-Flüssigtrennung mit einem Anaerobfilter kombiniert. Der pH-Wert der ersten Prozessstufe konnte über die Rückführung von basischem Effluent aus dem Anaerobfilter reguliert werden. Um diese neu entwickelte Regulierung des pH-Wertes zu überprüfen und zu optimieren, wurde untersucht, (1) welcher Einfluss von den Substrateigenschaften auf den Abbaugrad und den Biogasertrag der zugeführten Biomasse ausgeht, (II) welcher pH-Wert in der ersten Prozessstufe einen optimalen Aufschluss der Biomasse ermöglicht, (Ill) ob durch eine kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung der Gärreste und deren Rückführung in den Prozess eine Steigerung des Gesamtmethanertrages der Biomasse erreicht werden kann. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass eine pH-Wert-Regulierung in der primären Gärung mittels einer Rückführung von basischem Effluent aus dem Anaerobfilter ohne Einsatz von Additiven mit einer sehr hohen Präzision möglich ist. Durch diese pH-Wert-Regulierung konnte eine konstante Säure- und Gasbildung erzielt werden. Ein Ziel-pH-Wert von 6,5 und höher in der primären Gärung führt dazu, dass die Methanbildung nicht mehr unterdrückt und eine Trennung der Milieubedingungen zwischen den beiden Prozessstufen nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Die Untersuchungen zum Einfluss des pH-Wertes auf den Abbaugrad von lignocellulosehaltigen Substraten zeigten ein Optimum, wie in der Literatur beschrieben, bei pH-Werten zwi-schen 7 und 8. Bei einem pH-Wert von 5,75 wurde im Vergleich zu den ermittelten Gasertragspotenzialen der Substrate im zweistufigen System eine Methanausbeute erzielt, die bei dem Substrat „Heu/Stroh" um -70,6 % und bei dem Substrat „Maissilage" um -31,3 % geringer ist. Im Gegensatz dazu konnte bei zuckerhaltigen Substraten kein Unterschied zwischen dem Batchtest und dem zweistufigen System ermittelt werden. Die Aufbereitung der Gärreste mittels der Kugelmühle zeigte keine Verluste an leicht flüchtigen Substanzen durch eine Erwärmung. Durch die mechanische Aufbereitung konnte eine Steigerung des spezifischen Methanertrages um 9 % bei der Aufbereitung des „Maissilage" Gärrestes und um 17 % bei der Aufbereitung des „Heu/Stroh" Gärrestes aus der zweistufigen Anlage erreicht werden. Bei der Aufbereitung des Gärrestes der Praxisanlage konnte eine Verdreifachung des spezifischen Methanertrages auf einem sehr geringen Niveau ermittelt werden. Die kombinierte mechanische/enzymatische Aufbereitung mit dem aeroben Pilz „lentinulaedodes" führt bei dem „Heu/Stroh" Gärrest zu Verlusten der organischen Trockenmasse zwischen 58,2 % und 86,4 % und bei dem Gärrest der Praxisanlage zwischen 10,8 % und 18,4 %. Außerdem konnte bei dem ,,Heu/Stroh" Gärrest ein Anstieg des Ligningehaltes ermittelt werden. Bei den Gärresten der zweistufigen Anlage führte die kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung zu einem Verlust der Methanausbeute von bis zu 86,4 %. Im Gegensatz dazu zeigte der Gärrest der Praxisanlage einen Anstieg der Methanbildung um 134,5 %. Die Untersuchungen belegen, dass der Einsatz von zweistufigen Systemen im Sinne der ,,klassischen" Biogasproduktion nur für leicht abbaubare Stoffe vorteilhaft ist. Denn es konnte nachgewiesen werden, dass niedrige pH-Werte in der ersten Prozessstufe bei der Vergärung faserreicher Substrate keine Vorteile bringen, sondern zu einem reduzierten Abbau der zugeführten Biomasse führen. Wird auf eine Trennung der Milieubedingungen verzichtet, ist die Reaktorkaskade aus Rührkesselreaktor und Anaerobfilter aufgrund der Flexibilität, Prozessstabilität und hohen Belastbarkeit sehr gut zur Verwertung von Bioabfällen mit wechselnden Zusammensetzungen geeignet. Zudem konnten wesentliche Grundlagen für den Einsatz von innovativen Fermentationsverfahren, wie z.B. der Druckfermentation, gelegt werden. Die kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung scheint sowohl für die einstufige als auch für die zweistufige Biogasproduktion eine sinnvolle Alternative zur klassischen Substrataufbereitung zu sein und sollte in weiteren Projekten untersucht werden.

70 S.

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Publikations-Art

Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing., Universität Hohenheim

Institution

Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart

Ort

Hohenheim

Abstract

Das Tangentialdreschwerk ist bereits sehr intensiv untersucht. Dennoch ist, besonders bei Mehrtrommeldreschwerken, aufgrund der Vielzahl an Konstruktions- und Einstellgrößen, noch ein nennenswerter offener Forschungsbedarf im Hinblick auf die Qualitätsverbesserung des Druschergebnisses vorhanden. Hierbei spielt das Bruchkorn als Qualitätskriterium eine entscheidende Rolle, da sich der Bruchkornanteil auf die Keimfähigkeit, die Lagerfähigkeit und den erzielbaren Verkaufserlös auswirkt. Sowohl bei der Konstruktion als auch bei der Einstellung des Dreschwerks entsteht ein Zielkonflikt zwischen optimaler Abscheidung, minimaler Bruchkornentstehung und geringen Ausdruschverlusten. Daraus leitet sich die Fragestellung ab, ob durch eine Erweiterung der derzeitigen Einstellmöglichkeiten des Dreschkorbs dieser Zielkonflikt minimiert werden kann. Dies wird durch experimentelle Untersuchung mit variabler Einstellung von Vor- und Hauptkorb bei einem Dreschwerk mit Beschleunigervortrommel beantwortet. Hierfür kann neben dem Hauptkorb auch der Vorkorb in drei Freiheitgraden verstellt werden. Obwohl die Dreschtrommeldrehzahl und der Durchsatz dominant sind, kann dennoch mit der Einstellung des Dreschkorbs ein erheblicher Einfluss auf Ausdrusch und Bruchkornentstehung genommen werden. Eine Erhöhung der Druschintensität durch Verringerung der Dreschspaltweite führt beispielhaft zu einer Steigerung der Bruchkornentstehung. Es zeigt sich, dass die Entstehung von Bruchkorn eine starke Abhängigkeit zur Höhe und Häufigkeit der Impulseinwirkungen im Druschprozess aufweist. Die Bruchkornentstehung wird daher näher untersucht und im Anschluss eine Methode zur Bruchanalyse sowie ein Bruchmodell für Weizen entwickelt. Das Bruchmodell bildet neben dem Rückprallverhalten bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten auch die Festigkeitseigenschaften ab. Hierfür ist nicht nur die Nachbildung des statischen, sondern auch des dynamischen Festigkeitsverhalten notwendig. Mit einem neuen Prall-versuchsstand konnten Aufprallgeschwindigkeiten von 15 bis 50 m/s mit Weizen erreicht werden. Mit Hilfe des gewonnenen Datenmaterials lässt sich nachweisen, dass sich die, aus der Betriebsfestigkeitslehre bekannte Wöhlerkennlinie, auf das Festigkeitsverhalten von Weizen übertragen lässt. Auf dieser Basis kann ein DEMModell als Grundlage für zukünftige Entwicklungsaufgaben erstellt und verifiziert werden.

258 S., 141 Abb., 13 Tab.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Schick, M., apl. Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

lnfluence of automatic feeding systems in dairy farming on animal behaviour and feed quality

Die automatische Fütterung von aufgewerteten Mischrationen und Totalmischrationen gewinnt in der Milchviehhaltung immer mehr an Bedeutung. Dieses Fütterungsverfahren ermöglicht eine vollautomatische Vorlage der Grundfutterration oder einer Mischration aus Grund-und Kraftfutter mit Hilfe von Futterbändem, schienengeführten oder selbstfahrenden Fütterungsrobotern. Somit sind verschiedene Mischrationen und häufigere Futtervorlagen pro Tag ohne erhöhten Arbeitszeitbedarf und Arbeitsbelastung möglich. Eine häufigere Futtervorlage durch automatische Fütterungsverfahren soll laut Herstellerangaben neben einer deutlichen Arbeitsentlastung, eine bessere Futterhygiene sowie weniger Futterverluste ermöglichen. Darüber hinaus soll es das natürliche Fressverhalten der Tiere unterstützen und somit die Tiergesundheit erhalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum einen verschiedene Futtervorlagehäufigkeiten mit dem automatischen Fütterungsverfahren und deren Einfluss auf Leistungs-und Verhaltensparameter der Tiere untersucht. Verglichen wurde darüber hinaus die automatische Vorlage mit der Futtervorlage durch den Futtermischwagen. Auf dem Versuchsbetrieb der Forschungsanstalt Agroscope in Tänikon wurde der Einfluss auf die Futteraufnahme, das Fress-und Wiederkauverhalten, die Milchleistung und die Milchinhaltstoffe sowie das Liegeverhalten erfasst. Die Versuche zur Futteraufnahme und zum Liegeverhalten der Tiere wurden durch zusätzliche Datenerhebungen auf sechs Praxisbetrieben ergänzt. Zum anderen wurde untersucht, wie sich die Futterqualität und Futterhygiene von Maissilage bei einer Lagerung über 48 Stunden in den Vorratsbehältern der Fütterungsanlage bei verschiedenen Temperatureinflüssen entwickeln. Ziel war es, grundlegende, wissenschaftlich abgesicherte Erkenntnisse zum Betrieb von automatischen Fütterungsverfahren und Auswirkungen auf das Tier und die Futterqualität zu erlangen. Hierzu wurden sowohl im Winter als auch im Sommer Maissilagen aus drei verschiedenen Konservierungsverfahren (Hochsilo-, Quaderballen-und Folienschlauchsilage) über zwei Tage in den Vorratsbehältern gelagert und die Temperatur im Futter mittels Temperatursensoren erfasst. Darüber hinaus fanden Probenahmen zur Bestimmung der Belastungen mit Hefen, Schimmelpilzen und aeroben Fremdkeimen, der Gehalte an Gärsäuren und zur Bestimmung des pH-Wertes bei Befüllung und nach zwei Tagen Lagerung statt. Zur Charakterisierung des Ausgangsmaterials wurde die aerobe Stabilität ermittelt. Die gewonnen Daten ermöglichen es, die Versorgung der Tiere und die Arbeitsplanung des Landwirtes weiter zu optimieren. In allen Versuchen zur Futtervorlagehäufigkeit war eine steigende Futteraufnahme bei steigender Anzahl der Vorlagen festzustellen. Darüber hinaus wies auch eine hohe Anzahl Futtervorlagen keinen wesentlichen Einfluss auf das Tierverbalten wie dem Fress-und Wiederkauverhalten und dem Liegeverhalten von Milchkühen auf. Die Fress-und Wiederkaudauer lagen in allen Versuchen im Versuchsbetrieb und in den Praxisbetrieben nahe beieinander, obschon die Futteraufnahme je Tier und Tag unterschiedlich war. Allerdings waren die Rationen in den Versuchen auch nicht identisch. Die Variation zwischen den Betrieben war deutlich geringer, als innerhalb der Betriebe zwischen den Tieren. Dies war bei allen erhobenen Parametern zum Fress-und Wiederkauverhalten und zum Liegeverhalten zu erkennen. In einem Versuch stiegen mit steigender TS-Aufnahme auch die Milchleistungen und die ECM. Die Ergebnisse der Versuche zu der Futterqualität und -hygiene zeigten, dass die Temperatur ein erster Indikator für beginnenden Verderb darstellen kann, aber als alleiniger Parameter nicht ausreicht. Im Winter blieb die Temperatur im Futter für alle drei Maiskonservierungsverfahren konstant. Im Sommer kam es in einigen Fällen bereits nach kurzer Zeit zu einem starken Anstieg der Futtertemperatur in der Hochsilo-und der Folienschlauchsilage, während in der Quaderballensilage die Temperatur konstant blieb. Diese Ergebnisse spiegelten sich sowohl im pH-Wert als auch in den mikrobiologischen Analysen. Im Sommer stieg die Anzahl an koloniebildenden Einheiten von Hefen, Schimmelpilzen und von aeroben Fremdkeimen im Futter sprunghaft an. Die einzige Ausnahme war die Quaderballensilage. In der Folienschlauchsilage wurde ein starker Anstieg der Hefen sowohl im Sommer als auch im Winter beobachtet. Bei den nicht verdichtet gelagerten Silagenbestand im Vergleich zur Quaderballensilage eine höhere Gefahr für einen schnellen Verderb. Eine Lagerung von nicht verdichteter Maissilage über zwei Tage in den Vorratsbehältern bei warmen Temperaturen führte zu einer Verringerung der Silagequalität und -hygiene. Die mikrobiologischen Ausgangswerte waren in diesem Fall höher als die der anderen Silagen und der Versuche im Winter. Grund dafür war der Einfluss von Sauerstoff und Temperatur an der Anschnittfläche. Automatische Fütterungsverfahren ermöglichen eine erhöhte Futteraufnahme, eine geringere Anzahl von stark frequentierten Fresszeiten und auch eine höhere Milchleistung. Bei der Futterlagerung üben der Luftzutritt als auch die Umgebungstemperatur einen wesentlichen Einfluss auf den Zustand der Silage aus. Basierend auf den Ergebnissen der vorliegenden Versuche, kann die Lagerung von Maissilage über einen Zeitraum von zwei Tagen insbesondere im Sommer nur bedingt empfohlen werden. Die Lagerung über zwei Tage im Winter ist bei Quaderballensilage möglich. In allen Fällen ist eine gute Silagequalität von entscheidender Bedeutung, um sowohl die Lagerstabilität als auch die Tiergesundheit zu gewährleisten.

264 S., 69 Abb., 79 Tab.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

In composite agricultural materials such as grass, tee, medicinal plants; leaves and stems have a different drying time. By this behavior, after leaving the dryer, the stems may have greater moisture content than desired, while the leaves one minor, which can cause either the appearance of fungi or the collapse of the over-dried material.

Taking into account that a lot of grass is dehydrated in forced air dryers, especially rotary drum dryers, this research was developed in order to establish conditions enabling to make a separation of the components during the drying process in order to provide a homogeneous product at the end. For this, a rotary dryer consisting of three concentric cylinders and a circular sieve aligned with the more internal cylinder was proposed; so that, once material enters into the dryer in the area of the inner cylinder, stems pass through sieve to the middle and then continue towards the external cylinder, while the leaves continue by the inner cylinder.

For this project, a mixture of Ryegrass and White Clover was used. The characteristics of the components of a mixture were: Drying Rate in thin layer and in rotation, Bulk density, Projected Area, Terminal velocity, weight/Area Ratio, Flux through Rotary sieve.

Three drying temperatures; 40°C, 60° C and 80° C, and three rotation speeds; 10 rpm, 20 rpm and 40 rpm were evaluated. It was found that the differences in drying time are the less at 80 °C when the dryer rotates at 40 rpm. Above this speed, the material adheres to the walls of the dryer or sieve and does not flow.

According to the measurements of terminal velocity of stems and leaves of the components of the mixture, the speed of the air should be less than 1.5 m s-1 in the inner drum for the leaves and less than 4.5 m s-1 in middle and outer drums for stems, in such way that only the rotational movement of the dryer moves the material and achieves a greater residence time. In other hand, the best rotary sieve separation efficiencies were achieved when the material is dry, but the results are good in all the moisture contents. The best rotary speed of sieve is within the critical rotational speed, i.e. 20 rpm. However, the rotational speed of the dryer, including the sieve in line with the inner cylinder should be 10 rpm or less in order to achieve the greatest residence times of the material inside the dryer and the best agitation through the use of lifting flights.

With a finite element analysis of a dryer prototype, using an air flow allowing speeds of air already stated, I was found that the best performance occurs when, through a cover, air enters the dryer front of the Middle cylinder and when the inner cylinder is formed in its entirety through a sieve. This way, air flows in almost equal amounts by both the middle and external cylinders, while part of the air in the Middle cylinder passes through the sieve towards the inner cylinder. With this, leaves do not adhere to the sieve and flow along drier, thanks to the rotating movement of the drums and the showering caused by the lifting flights.

In these conditions, the differences in drying time are reduced to 60 minutes, but the residence time is higher for the stems than for leaves, therefore the components of the mixture of grass run out of the dryer with the same desired moisture content.

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Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

A validated Tyre Model for the Simulation of Driving Dynamics and Comfort of Tractors during Obstacle Passage

Am Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim wurden im Rahmen vieler Forschungsprojekte die speziellen Eigenschaften von Ackerschlepperreifen untersucht und modelliert. Das aus diesen Arbeiten hervorgegangene Hohenheimer Reifenmodell beschreibt das fahrdynamische Verhalten von großvolumigen, landwirtschaftlichen Reifen auf ebener Fahrbahn. Ziel dieses Vorhabens war es, das gegebene Reifenmodell funktional so zu erweitern, dass es neben der Fahrdynamik auch das fahrkomfortrelevante Verhalten bei der Überfahrt von Unebenheiten abbilden kann. Dazu wurde ein Speichenmodell entwickelt, dessen Aufbau völlig unabhängig von dem des bisherigen Einpunktkontaktmodells gestaltet ist. Trotz der deutlich gestiegenen Komplexität ist das Modell echtzeitfähig. Alle siebzehn Reifenparameter haben einen physikalischen Hintergrund und können mit den institutseigenen Prüfständen bestimmt werden. Die Validierung des Reifenmodells nahm bei seiner Entwicklung einen besonderen Stellenwert ein und gliedert sich in drei Teile. Zunächst wurde das stationäre und transiente Einzelradverhalten auf ebenem Untergrund untersucht. Der Vergleich zwischen gemessenen und simulierten Radnabenkräften zeigt ein hohes Maß an Übereinstimmung. Gleiches gilt für die Validierung des Reifenverhaltens bei der Überfahrt von Hindernissen. Die Überprüfung des Gesamtfahrzeugverhaltens stellte den finalen Schritt in der Validierung dar. Auch hier konnte eine sehr gute Korrelation zwischen den gemessenen Radnabenkräften und dem Simulationsergebnis nachgewiesen werden. Mit dem Reifenmodell steht somit ein valides Werkzeug für die Analyse und Optimierung des Fahrverhaltens von Ackerschleppern und selbstfahrenden Erntemaschinen zu Verfügung.

184 S., 101 Abb., 9 Tab.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Simultaneous Identification of Fattening Pigs using RFID Technology

Der derzeitige Stand der Technik in der elektronischen Tierkennzeichnung mit RFID lässt es nicht zu, dass mehrere Tiere aus einer Gruppe heraus simultan erfasst werden können. Neue Technologien und Methoden sollten daher entwickelt und bewertet werden, mit denen elektronisch gekennzeichnete Mastschweine zur Erfassung nicht vereinzelt werden müssen. Ein ISO 11785-konformes Mehrfachlesegerät im RFID-Niederfrequenzbereich (LF) wurde entwickelt, das aus mehreren kleinen, aufeinander abgestimmten Einzellesegeräten bestand und so ein Raummultiplexverfahren umsetzte. Untersuchungen an einem neu entwickelten Prüfstand zeigten, dass mit diesem Mehrfachlesegerät mehrere Transponder simultan erfasst werden können. Seine Erfassungsreichweite war aber für eine Praxisanwendung bei Schweinen, die mit Ohrmarken gekennzeichnet werden, zu gering. RFID-Systeme im Ultrahochfrequenzbereich (UHF), die sich für eine Simultanerfassung gut eignen, wurden auf ihre Eignung für die elektronische Tierkennzeichnung untersucht. Es zeigte sich, dass mit den Transpondern A und B auch unter Einfluss von Wasser Erfassungsreichweiten von über 1 m erreicht werden können. Die Erfassungssicherheit unter Praxisbedingungen wurde durch regelmäßige Erfassungsversuche mit elektronisch gekennzeichneten Mastschweinen über eine Mastperiode hinweg untersucht. Eine elektronische Tierkennzeichnung mit Simultanerfassung war möglich, allerdings waren die beobachteten Erfassungsquoten noch nicht ausreichend für eine zuverlässige Erfassung.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Studies of dry matter and nutrient optimised rations using near-infrared spectroscopy in self-propelled feed mixer

In der modernen Milchviehhaltung ist die Fütterung einer leistungsangepassten Ration aus Grund- und Kraftfutter eine wichtige Grundlage, um die Tiere mit Nährstoffen zu versorgen und damit das genetische Milchleistungspotential auszuschöpfen. Das Wissen um die Nährstoffzusammensetzung der einzelnen Komponenten spielt bei der Erstellung der Mischration eine wichtige Rolle. Dabei können die betriebseigenen Futterkomponenten Gras- und Maissilage in ihrer Zusammensetzung stark variieren.  Das Ziel der hier vorgestellten Arbeit war es, eine Möglichkeit zu finden, diese Schwankungen von Trockenmasse(TM)- und Nährstoffgehalten bei der Futterentnahme aus dem Flachsilo mit einem selbstfahrenden Futtermischwagen zu erfassen, um anschließend die Ergebnisse in einer Optimierung der Totalen-Mischration zu nutzen. Für die Erfassung der TM- und Nährstoffgehalte der Futtermittel wurde die Technik der Nah-Infrarot-Spektroskopie eingesetzt. Im Vorfeld wurden dafür die Anschnittflächen von verschiedenen Gras- und Maissilagen untersucht. Danach wurden auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse die Spannweiten und Genauigkeiten der zukünftigen Kalibrationen für Gras- und Maissilage festgelegt. Für schnelle und wiederholbare Messungen der Silagen wurde ein Mobiles NIRS-Drehtellersystem entwickelt. Hiermit war es möglich, die Proben so zu vermessen, wie sie bei der Entnahme durch die Fräse aus dem Flachsilo entstehen. Nach der erfolgreichen Grundkalibration wurde das NIRS-System in einen selbstfahrenden Futtermischwagen integriert.  Die Ergebnisse zeigen, dass die Messungen mit dem Mobilen NIRS-Drehtellersystem und dem NIRS-System auf dem selbstfahrenden Futtermischwagen mit aktuellen Untersuchungen von NIRS-Systemen auf selbstfahrenden Futtererntemaschinen zu vergleichen sind.  Das Mobile NIRS-Drehtellersystem zeigt, begründet in der besseren Probenpräsentation zum Messkopf, Ergebnisse mit geringerer Abweichung als das NIRS-System auf dem selbstfahrenden Futtermischwagen.  Die Untersuchung zeigt, dass mit Hilfe der NIR-Technik die TM- und Nährstoffgehalte (Rohasche (XA), Rohprotein (XP), Rohfaser (XF), Rohfett (XL)) der für die Fütterung vorgesehenen Futtermittel erfasst werden können. Hierdurch ist es möglich, eine Optimierung der Ration durchzuführen. Weiter stellt diese Technik ein Werkzeug für die Erfassung und Dokumentation der gefütterten Rationsanteile bei der Futtervorlage im Sinne einer verbesserten Qualitätskontrolle dar.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Behaviour and health monitoring for pregnant sows in group housing

Das übergeordnete Ziel der Arbeit war die Konzeptionierung, Umsetzung und Bewertung eines Monitoringsystems zur Bestimmung von Gesundheits- und Verhaltensabweichungen bei Wartesauen in Gruppenhaltung. Hierzu wurde die sensor- und datentechnische Infrastruktur zur Erfassung tierindividueller Indikatoren als Fressereignisse, Trinkereignisse und zurückgelegte minimale Wegstrecken in einem Wartesauenstall mit dynamischer Großgruppe geschaffen.  Es wurde die vorhandene RFID-Technik zweier elektronischer Futterabrufstationen (EFA) und einer Ebererkennung genutzt und durch den Einbau von zusätzlichen RFID-Antennen ergänzt. Für die Bestimmung ausdosierter Wasservolumina wurden Durchflusszähler eingesetzt und für die Auswertung der Fressereignisse wurden die Datenprotokolle der EFA genutzt. Über die kombinierte zeitliche Abfolge der Registrierungen an den 13 RFID-Antennen innerhalb des Wartesauenstalls wurden die tagesbezogenen tierindividuellen minimalen Wegstrecken kalkuliert. Die tierindividuelle Beurteilung des Gesundheitsstatus und der Verhaltensänderungen der Sauen erfolgte im Rahmen einer Beobachtungsstudie.  Es wurden 29552 Tagesdatensätze von 199 verschiedenen Wartesauen der Paritäten 2 bis 11 erfasst und analysiert. Es konnten nur wenige Krankheitsfälle dokumentiert werden, allerdings wurden mittels Locomotion Scoring mittlere und schwere Lahmheiten bei den Sauen festgestellt. Die Auswertung der 69577 aufgezeichneten Trinkereignisse zeigte, dass Sauen durchschnittlich 2,4-mal je Tag 0,53 L Wasser ausdosierten. Der Vergleich von lahmen Sauen mit nicht lahmen Sauen zeigte eine höchstsignifikante geringere Anzahl an tierindividuellen Trinkereignissen, ausdosierten Wassermengen an den Tränken, geringere kalkulierte minimal zurückgelegte Wegstrecken und Aufenthaltsdauern an der Ebererkennung. Beim Vergleich von unauffälligen Sauen und Umrauschern konnte tendenziell ebenso ein Rückgang der ausdosierten Wassermengen und Anzahl an Trinkereignissen festgestellt werden.  Die Auswertungen der Fressreihenfolge an den elektronischen Futterabrufstationen und die Bestimmung von relativen Fressrängen ergaben keine signifikanten Unterschiede für auffällige und unauffällige Tiere. Für das Fortbewegungsverhalten von Wartesauen in Großgruppen konnten Anhaltswerte für mögliche zurückgelegte Wegstrecken gewonnen werden.  Die Machbarkeit eines tierindividuellen Monitoringansatzes durch die Echtzeitverarbeitung von Sensordaten in einer Wartesauengruppe sowie die Anbindung an eine Managementsoftware konnten gezeigt werden. Insgesamt erschwerte jedoch die sehr großen Tierinter- und Tierintravariabilität die Definition einzeltierbezogener Monitoringmodelle zur indikatorgestützten Krankheitsfrüherkennung.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Bei der Auslegung von Trocknungsprozessen empfindlicher biologischer Güter spielt die Produktqualität eine zunehmend wichtige Rolle. Obwohl der Einfluss der Trocknungsparameter auf die Trocknungskinetik von Äpfeln bereits Gegenstand vieler Studien war, sind die Auswirkungen auf die Produktqualität bisher kaum bekannt. Die Untersuchung dieses Sachverhalts und die Entwicklung geeigneter Prozessstrategien zur Verbesserung der Qualität des resultierenden Produkts, waren das Ziel der vorliegenden Arbeit. In einem ersten Schritt wurden zunächst umfangreiche stationäre Grundlagenversuche durchgeführt, die zeigten, dass eine Lufttemperatur im höheren Bereich, eine möglichst hohe Luftgeschwindigkeit und eine niedrige Taupunkttemperatur zur geringsten Trocknungszeit bei gleichzeitig guter optischer Qualität führt. Die Beurteilung dieser Qualitätsveränderungen erfolgte mit Hilfe einer neu eingeführten Bezugsgröße, der kumulierten thermischen Belastung, die durch das zeitliche Integral über der Oberflächentemperatur repräsentiert wird und die Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse entscheidend verbessert. Im zweiten Schritt wurden die Ergebnisse der Einzelschichtversuche zur Aufstellung eines numerischen Simulationsmodells verwendet, welches sowohl die entsprechenden Transportvorgänge, als auch die Formveränderung des Trocknungsgutes berücksichtigt. Das Simulationsmodell sowie die experimentellen Daten waren die Grundlage zur anschließenden Entwicklung von Prozessstrategien für die konvektive Trocknung von Äpfeln, die die resultierende Produktqualität, repräsentiert durch die Produktfarbe und –form, verbessern und gleichzeitig möglichst energieeffizient sein sollten. In einem weiteren Schritt wurde die Übertragbarkeit auf den industriellen Maßstab untersucht, wobei die entsprechenden Prozessstrategien an einer neu entwickelten, kostengünstigen Trocknungsanlage erfolgreich implementiert werden konnten. Das Ziel einer verbesserten Produktqualität konnte mit Hilfe unterschiedlicher instationärer Trocknungsschemata sowohl am Einzelschichttrockner, als auch im größeren Maßstab erreicht werden. Das vorgestellte numerische Simulationsmodell zeigte auch bei der Vorhersage des instationären Trocknungsprozesses eine hohe Genauigkeit und war außerdem in der Lage, den Trocknungsverlauf im industriellen Maßstab zuverlässig voraus zu berechnen.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Gallmann, PD Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Rubber mats for lying and movement areas in sow housing systems

Gummimatten für den Liege- und den Laufbereich für Sauen zur Verbesserung des Liege- und Laufkomforts bei strohloser Haltung wurden am Bildungs- und Wissenszentrum, Landesanstalt für Schweinezucht und Schweinehaltung (LSZ), Boxberg untersucht. Anhand verschiedener Fragestellungen wurden das Liege- und Laufverhalten, sowie die Klauengesundheit auf Gummimatten in verschiedenen Haltungsabschnitten, in mehreren Durchgängen und Varianten, analysiert. Abschließend wurden die Kosten der Gummimatten dem entstandenen Nutzen gegenübergestellt. In Wahl-versuchen bevorzugten in Gruppe gehaltene Sauen signifikant Liegebereiche mit weichen Gummi-matten, gefolgt von harten Gummimatten und Betonböden. Auch zur Fortbewegung bevorzugten die Sauen Laufwege mit perforierten Gummimatten signifikant gegenüber dem Spaltenboden aus Beton. Zusätzlich wirkten sich Liegematten aus Gummi positiv auf die Klauengesundheit der Sauen aus. Die ökonomische Bewertung zeigte, dass sich der Einsatz von Gummimatten für Betriebe mit hohen wirtschaftlichen Schäden aufgrund von Klauenerkrankungen und Lahmheit durchaus lohnen kann, jedoch schwer monetär zu quantifizieren ist. Gummimatten können als komfortable Alternati-ve zu Stroheinstreu mit positiven Effekten auf die Tiergesundheit und das Wohlbefinden von Sau-en angesehen werden.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Bernhardt, H., Prof. Dr., Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik

Institution

Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt

Ort

München

Abstract

Algorithmic Analysis of Process Chains in Agricultural Logistics

In der landwirtschaftlichen Außenwirtschaft können durch den Einsatz vielgliedriger Maschinenverbunde hohe Prozessleistungen bei transportgebundenen Arbeitsprozessen erreicht werden. Das Management dieser Systeme ist anspruchsvoll und basiert meist auf Erfahrungswerten. Hauptbestandteil dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Analysesystems, das verfahrensindividuelle Parameter für Prozessketten in der Agrarlogistik ermittelt. Speziell erstellte Algorithmen reduzieren die Anforderungen an die Datengrundlage, wodurch ganzheitliche Verfahrensanalysen mit vergleichsweise geringem Aufwand ermöglicht werden.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr., Universität Kassel

Institution

Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

The Impact of Heating and Freeze-Drying on the Mass Concentrations of Lutein and Zeaxanthin in Egg Yolk

Veränderungen der Matrixbindung und der molekularen Struktur der antioxidativ wirkenden Carotinoide können die Bioakzessibilität dieser Substanzen beeinflussen. Die vorliegende Studie untersuchte die Einflüsse von Erhitzung und Gefriertrocknung auf die Massenkonzentrationen der all-E- und 13-Z-Isomere von Lutein und Zeaxanthin in Eigelb und dessen Fraktionen Plasma und Granula. Dabei wurden die Strukturveränderungen der Lipoproteine, mit deren Lipiden die Eigelb-Xanthophylle assoziiert sind, betrachtet. Die Strukturentfaltungen der Low-Density und High-Density Lipoproteine (LDL und HDL) erhöhten die Extrahierbarkeit sowie Z-Isomerisierungen und oxidative Degradationen der Xanthophylle, die der Temperatureinfluss und Reaktanten katalysierten. Die Extrahierbarkeit, Z-Isomerisierungen und oxidative Degradationen der Xanthophylle waren durch den Aufschluss, die Gelbildung, die Oberflächenvergrößerung und die Erhöhung des Trockenmassegehalts der Matrix beeinflusst. Die Strukturentfaltung der in hohen Mengen in Plasma enthaltenen LDL findet bei geringeren Temperaturen (ca. 65 - 76 °C) als die der in Granula dominanten HDL (ca. 75 - 84 °C) statt. Zudem schien die gefriertrocknungsinduzierte Strukturentfaltung der LDL im Gegensatz zu HDL und Granula durch Rehydratation nicht vollständig reversibel zu sein. Daher wies Plasma eine geringere Stabilität bei der Erhitzung und Gefriertrocknung als Eigelb und Granula auf. Die Entfaltung von Lipoproteinstrukturen und die thermisch katalysierte Z-Isomerisierung sind wahrscheinlich für die signifikante 13-Z-Lutein-Zunahme nach Erhitzung von Plasma und Granula bei 82 und 87 °C sowie von Granula bei 77 °C verantwortlich. Der signifikante Verlust der all-E-Isomere der bei 87 °C erhitzten Proben von Eigelb und Granula war vermutlich durch 13-Z-Isomerisierungen und oxidative Degradationen der Xanthophylle bedingt. Marginale Veränderungen der Xanthophylle basierten vermutlich darauf, dass die multifaktoriellen Einflüsse bei der Erhitzung einander kompensierten. Die Erhitzung bei 67 °C bedingte zudem aufgrund der weitgehenden Erhaltung der Lipoproteine ähnliche Xanthophyll-Gehalte wie bei den unerhitzten Proben. Bei der Gefriertrocknung führten die Strukturentfaltung der Lipoproteine unter Abspaltung der Lipide und die abtrocknungsbedingte Oberflächenvergrößerung zu signifikanten Zunahmen der Xanthophylle bei Plasma und Granula. Dies bestätigte sich für gefriergetrocknetes Eigelb vermutlich aufgrund von oxidativen Degradationen und Aggregationen der Xanthophylle nicht. Unterschiedliche Massenkonzentrationsänderungen der Xanthophylle im Vergleich der beiden Chargen wurden mit unterschiedlichen Anteilen an ungesättigten Fettsäuren erklärt. Die charakteristischen Anteile an Proteinen und Lipoproteinen, deren Gelbildungseigenschaften und die Lipidkomposition der Lipoproteine sowie die methodisch bedingte Verdünnung von Plasma waren vermutlich für die bei Granula, Plasma und Eigelb differierenden Massenkonzentrationsänderungen der Xanthophylle verantwortlich. Die Ergebnisse ließen eine höhere 13-Z-Isomerisierungsneigung von all-E-Lutein im Vergleich zu all-E-Zeaxanthin vermuten.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Drying is one of the most used operations to extend the shelf life of agricultural products. Among the many types of technologies, convective drying using air as the energy and moisture carrier remains the most important for agricultural products. Despite their shortcomings and high specific energy consumption, batch dryers are still widely used for drying of grain, herbs and spices. Also, when hay is dried artificially, convective batch dryers are ubiquitous.  The present work took place in the framework of a project investigating a liquid desiccant solar energy storage system for the drying of agricultural products. Cold, moist air is here brought in contact with a concentrated hygroscopic salt solution. During this process air is dehumidified and the latent heat of vaporization released serves to increase its temperature. The application of this process to crop drying is particularly interesting in the case of products which, to maintain a high quality need to be processed at relatively low temperature levels. As is the case in all energy intensive processes and in the particular case of solar energy applications, the efficient use of energy is of primary importance for technical and economical success. In batch dryers an important reduction affecting energy efficiency is due to the lack of drying uniformity. Therefore, from the agricultural engineering part, the focus of the work was on the drying of crops at the low air temperature and humidity levels delivered by the sorption system and in the study and improvement of air distribution and drying uniformity of loose and compressed bulks.  Thin-layer drying experiments were conducted at varying air temperature and relative humidity using leaf celery. Results were clear in the importance not only of air temperature in the drying rate but also of air relative humidity, particularly at low temperatures as provided by the liquid desiccant system.  For the study of air distribution and drying uniformity in loose bulks a fixed-bed dryer was tested by experiments and flow simulations. The performance of the original dryer design was significantly improved by simple design modifications which provided a more uniform airflow through the product.  The drying of round hay bales offers a challenge due to their highly compressed nature and their internally varying density. Airflow and drying simulations as well as experimental measurements showed the importance of the dryer design on the drying uniformity, with the simplest designs performing deficiently even when bales were produced optimally. For such bales, more sophisticated dryers allow a more uniform drying but the results are still heavily influenced by the density distribution of the bale, which in practice is commonly far from ideal.  Finally, as a way to monitor the progress of the drying process in batch dryers, a methodology was tested in which psychrometric and airflow measurements taken at short intervals are used to estimate the current average moisture content of the product. The actual and estimated water removed were in good agreement in most cases. However, the success of the method relies strongly on the accuracy of measurements.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Der Effekt von Enzymzusätzen auf die anaerobe Vergärung von Energiepflanzen

The mechanisms governing the efficiency of commercial fiber-degrading enzyme additives at improving the anaerobic digestion of energy crops were investigated. Standard batch digestion trials (BMP-assays) were performed using the Hohenheim Biogas Test (HBT) on maize straw, maize corn, and rye silage with different inocula. These BMP-assays showed no significant effect of enzyme additives (including commercial cellulase, xylanase, pectinase, laccase) on the methane production rate. However, batch digestion trials performed on grass silage under suboptimal conditions with inoculum of weak bacterial activity revealed significant increases of methane production up to 40%. In another experiment semi continuous acidogenic fermentation was performed in laboratory digesters with maize silage and water added for dilution at OLR 4 kg VS/(m3 × d), HRT 5 days, with the medium kept in the pH range 5 5.5 through quicklime addition. Enzyme additives at a dosage of 10 g/kg substrate VS significantly increased VFA release (+10%) as well as gas production, including H2 production (+20%). The results show that the efficiency of enzyme additives in anaerobic digestion depends on substrate (fibre length and composition) and process parameters (retention time, loading rate, pH, efficiency of bacterial substrate degradation).

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Dissertation

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Univ. Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

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Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Temperature-dependent consumption of drinking water among pig

In den schweinehaltenden Betrieben ist das Stallklima maßgeblich an optimalen Leistungen und der Gesundheit der Tiere beteiligt. Die Kontrolle findet auf Grundlage von vorgegebenen Stallklimaparametern statt. Diese befriedigen die thermischen Bedürfnisse jedoch nur bedingt. Forschungen, die das Tier mit in die Stallklimasteuerung einbinden, finden sich bereits in Bezug auf das Liegeverhalten oder der Vokalisation der Tiere. Forschungsschwerpunkt dieser Studie war die Untersuchung der temperaturabhängigen Tränkwasseraufnahme von Schweinen. Diese fand in den Haltungsabschnitten Ferkelaufzucht, Mastschweine und Wartesauen statt. Hierfür wurde ein Tränkesystem entwickelt, das in der Lage war, den Tieren drei unterschiedliche Wassertemperaturen (warm, stalltemperiert, kalt) anzubieten. Mit Hilfe der drei Wassertemperaturen sollten die Tiere anzeigen, ob sie Wärme aufnehmen oder abgeben wollten oder sich in einem thermisch neutralen Bereich befanden. Die Wasserverbrauchsdaten sollten als Antwortsignal der Tiere auf die aktuelle Umgebungstemperatur und als Informationsgewinn für die Klimasteuerung dienen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Tiere in den verschiedenen Haltungsabschnitten die Wassertemperaturen unterscheiden konnten. In allen Haltungsabschnitten bestand ein signifikanter Zusammenhang (p ? 0,05) zwischen der Stalltemperatur und der Wasseraufnahme bei Stalltemperaturdifferenzen > 5°C. Mit steigender Stalltemperatur nahm der Wasserverbrauch des kalten Wassers zu und der des warmen Wassers ab. Die Ferkel zeigten eine Vorliebe für das kalte, die Mastschweine für das stalltemperierte und die Sauen für das warme Wasser. Eine Vermutung ist, dass die Tiere die Wassertemperaturen passiv und nicht aktiv in Verbindung mit der Stalltemperatur auswählten. Die Wasseraufnahme zur Thermoregulation scheint nicht an erster Stelle zu stehen. Ein Einfluss der Wassertemperaturen auf die Leistung der Tiere konnte nicht bestätigt werden. Zwischen der Wasseraufnahme und dem Liegeverhalten der Tiere zeigten sich Übereinstimmungen. Sogenannte "Schwellenwerte" als Schaltsignal konnten aus den Wasserverbrauchsdaten nicht identifiziert werden. Aus den Messdaten werden das Verhältnis der Wasserverbrauchsdaten der Tränken und ein dynamischer Mittelwert der letzten 24 Stunden gebildet. Daraus kann eine Empfehlung zur Anpassung der Temperatur abgeleitet und eine situationsabhängige Signalverarbeitung mit Entscheidungsempfehlung für den Landwirt durchgeführt werden.

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Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Analysis of automated pressure regulation in silo plastic bags combined with the measurement of the dry matter content using near-infrared spectroscopy (NIRS)

Die Silierung in Folienschläuchen ist ein Verfahren, Futtermittel zu konservieren und zu lagern. Das Verfahrensprinzip besteht darin, ein silierfähiges Substrat mit einer Spezialmaschine in einen Folienschlauch zu pressen und so unmittelbar ein sauerstofffreies Milieu im Silostock zu erzeugen. Die Ziele der Untersuchungen bestanden in der Entwicklung einer automatischen Regelung des Pressdrucks während der Einlagerung sowie in der Dokumentation von Messdaten über die Schlauchgeometrie und das einzulagernde Siliergut. Zusätzlich sollte der Trockenmassegehalt der Siliersubstrate – mittels NIRS-Sensorik – kontinuierlich von einem Prozesscomputer dokumentiert werden. Bei der Einlagerung von Maissilage wichen lediglich 2 % der Werte von dem vorgegebenen Toleranzbereich ab (9,0 - 10,0 % Dehnung), bei der Einlagerung der Grassilage über 50 % der Werte (8,0 - 9,0 % Dehnung). Diese Beobachtung ist auf die unterschiedliche physikalische Beschaffenheit von Gras und Mais als Substrat zurückzuführen.  Zur Bewertung des Effekts unterschiedlicher Verdichtungsintensitäten anhand der eingestellten Foliendehnung wurden Untersuchungen zu Lagerungsdichte und Nacherwärmung an den bereits silierten Schlauchsilagen durchgeführt. In diesen Untersuchungen konnten im Falle der Maissilagen je nach Pressdruck Lagerungsdichten zwischen 179,0 und 280,8 kg TM m-3 erreicht werden. Im Falle der Grassilage lagen die Werte erwartungsgemäß niedriger; sie variierten je nach Pressdruck zwischen 89,3 und 187,7 kg TM m-3. Bei Umgebungstemperaturen von Ø 23 °C konnte Nacherwärmung im oberen Schlauchbereich der Maissilage in Abhängigkeit vom Pressdruck nach 5 bis 7 Tagen festgestellt werden. Bei der Grassilage (Ø Umgebungstemperatur 18 °C) war die aerobe Stabilität nach dem Anschnitt für mindestens 6 Tage gewährleistet. Grundsätzlich ist die automatisierte Bremsdruckregelung von Siloschlauchpressen möglich. Dadurch kann der Maschinenbediener entlastet werden. Die Homogenität der Siloschlauchkonturen ist jedoch in hohem Maße vom einzulagernden Siliergut abhängig.  Die NIRS-Sensorik erwies sich zur TM-Bestimmung im Gutfluss der Siloschlauchpresse generell als geeignet. Es ist jedoch ein kontinuierlicher Kontakt zwischen Siliergut und dem NIRS-Sensor zu garantieren, um Fehlmessungen auszuschließen.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

On-farm welfare assessment of dairy farms based on indicators of their dairy cows behaviour and habitus

In Liegeboxenlaufställen für Milchkühe kann es durch eine suboptimale Gestaltung der einzelnen Funktionsbereiche und ein nicht ordnungsgemäßes Management zu Beeinträchtigungen der Tiere kommen. Um die in vielen Milchviehbetrieben häufig noch ungenutzten Reserven in den Bereichen Haltung und Management zu mobilisieren, wurde von der Landwirtschaftskammer NRW eine Schwachstellenanalyse in Liegeboxenlaufställen („On-Farm Welfare Assessment“) entwickelt, die auf der objektiven und systematischen Erfassung tierbezogener Parameter basiert und eine standardisierte Bewertung der Haltungsbedingungen ermöglicht (vgl. PELZER et al. 2007).  Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die vorliegende Schwachstellenanalyse im Sinne eines Expertensystems weiterzuentwickeln. Hierzu wurde in einer Felderhebung ein Datenpool aus 66 nordrhein-westfälischen Milchviehbetrieben angelegt. Dieser enthielt neben umfassenden  bautechnischen und managementspezifischen Kriterien vor allem ausgewählte Verhaltens- (Laufverhalten, Abliegeverhalten, Aufenthaltsorte, Liegepositionen, Abkoten in der Liegebox) und Erscheinungsparameter (Verschmutzung und Verletzungen) der Tiere.  Die einzelbetriebliche Schwachstellenanalyse sollte als dreistufiger Prozess durchgeführt werden (vgl. RÜTZ 2010). Im ersten Schritt erfolgte ein Vergleich der einzelbetrieblichen, tierbezogenen Untersuchungsergebnisse mit definierten Vergleichs- und Referenzwerten aus dem Expertensystem. Im zweiten Schritt wurden potentielle Risikofaktoren für die haltungsbedingten Beeinträchtigungen der Kühe ermittelt. Auf Grundlage des Datenpools konnten vor allem die negativen Auswirkungen einer suboptimalen Liegeboxengestaltung (unzureichende Boxen- und Nackenriegelabmessungen, ungünstige Seitenabtrennungen sowie schlechte Liegeflächenqualitäten) auf das Verhalten und die Verletzungshäufigkeiten der Kühe herausgestellt werden. Der dritte Schritt enthielt eine Korrektur der bemängelten Kriterien der Haltungsbedingungen im Sinne der Tiergerechtheit. Dabei konnte in einer stichprobenartigen Nachuntersuchung die erfolgreiche Umsetzung der Schwachstellenanalyse mit erheblichen Verbesserungen im Bereich der Tiergerechtheit festgestellt werden.  Zur Evaluierung der Schwachstellenanalyse wurden die tierbezogenen Parameter hinsichtlich der Gütekriterien der Validität, Reliabilität sowie Praktikabilität überprüft. Zudem wurden zur Qualitätssicherung für einige der verwendeten Scores statistische Auswertungen zu deren Reliabilitäten durchgeführt. Abschließend erschienen die Kriterien der Abliegedauer, des Aufenthaltsortes, der Liegepositionen sowie der Verschmutzungen und Verletzungen der Kühe aufgrund ihrer hohen Aussagefähigkeiten sowie der guten Reliabilitäten besonders geeignet, um im Rahmen des Bewertungssystems haltungs- und managementbezogene Schwachstellen, vor allem im Liegebereich, aufzudecken.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Construction and investigation of a test carrier for direct nozzle injection

Direkteinspeisungssysteme für Pflanzenschutzmittel werden entwickelt, um diese flexibel einsetzen zu können, Restmengen von Spritzbrühe zu vermeiden und die  Umwelt sowie den Anwender zu schützen. Sie können anhand ihrer Einspeisungspunkte der Pflanzenschutzmittel in den Strom der Trägerflüssigkeit unterschieden werden. Diese verursachen unterschiedliche Verzögerungszeiten, bis die erzeugte Spritzbrühe die Düse erreicht. Zur sensorbasierten Applikation mehrerer unter-schiedlicher Pflanzenschutzmittel in einem Arbeitsgang sind Mehrtank- oder Direkteinspeisungs-systeme erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Standardfeldspritze zu einem Prototyp mit Direkteinspeisung an der Düse für die teilschlagspezifische Applikation aufgebaut und am Prüfstand untersucht. Bei der geplanten Nutzung sollen drei Herbizide unabhängig voneinander online mit einem Erkennungssys-tem ausgebracht werden.  Die Aufwandmengen der Pflanzenschutzmittel werden an den Einspeisungspunkten unabhängig von der Menge und dem Druck der ausgebrachten Trägerflüssigkeit gesteuert. Zur Steuerung wird ein Controller mit deterministischem Betriebssystem und Field Programmable Gate Array (FPGA) Technologie eingesetzt. Die Zusammenhänge im hydraulischen System, wie die Einflüsse von Temperatur, Viskosität und Druck werden untersucht. Verschiedene Pumpen werden hinsichtlich deren Eignung als Druckquelle für den Anwendungsfall verglichen und eine Differenzdruckregelung zwischen dem Leitungssystem für Trägerflüssigkeit und dem für Pflanzenschutzmittel aufgebaut. Die Steuerung der eingespeisten Menge setzt einen konstanten Differenzdruck zwischen diesen hydraulischen Systemen voraus, da die ausgebrachte Menge durch die Öffnung des verwendeten Einspeisungsventils (RRV®) gesteuert wird. Diese Einspeisungsventile sind ebenfalls Gegenstand der Untersuchung. Es handelt sich dabei um neuartige Kugelventile. Durch die Bewegung der Ventilkugel aus einer Bohrung im Ventilsitz wird die Dosierung gesteuert. Das Dosierventil deckt ein Mengenspektrum von 0,1 bis 150 ml?min-1 und ein Viskositätsspektrum von 1 bis 800 mPa?s ab. Ein Arbeitsschwerpunkt ist die Auslegung des Leitungssystems im Ventilverbund zur Vermeidung von pulsationsbedingten Schwingungen.  Da Druckänderungen und Pulsation die Dosierung beeinflussen, ist  das Erreichen der geforderten Genauigkeit mit maximal 10 % Abweichung vom Sollwert der Ausbringung ebenfalls Arbeits-schwerpunkt. Dieser Wert ist gemeinsam mit dem Julius Kühn-Institut erarbeitet worden. Weiterhin wurde die Leistungsaufnahme der Einspeisungsventile von 40,25 W auf 25,94 W abgesenkt. Dazu ist die Ventilspule angepasst, und die maximale Stromstärke darin begrenzt worden. Die Erwär-mung des Mediums im Einspeisungsventil wurde mit und ohne den kühlenden Trägerflüssigkeits-strom untersucht und die Gefahr der Veränderung der eingespeisten Pflanzenschutzmittelformulie-rung bei Applikation von Trägerflüssigkeit als gering eingeschätzt. Verschiedene Durchflussmesser wurden auf ihre Eignung für den Einsatz am einzelnen Einspei-sungsventil auf dem Spritzgestänge untersucht. Um den Aufbau des Systems zu beschleunigen, wird zukünftig die Durchflussregelung direkt am Einspeisungsventil angestrebt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hartung, E., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Aim of the present study was the examination of quality properties of thatching reed (Phragmites australis) and their importance for durability. For that purpose, basal segments of 214 reed bunches were analysed for morphological and chemical properties. For rapid determination of culm diameter and wall thickness, an algorithm on the basis of image analysis was successfully developed. This algorithm additionally offers data for estimation of density and colouration of bunches. The chemical composition was determined according to VDLUFA Methodenbuch III and includes cell wall components, C/N ratio and mineral components. Examined bunches show high variability concerning all properties, which is probably caused by different environmental, management and transportation conditions. Since reed can differ concerning analysed properties within single reed beds and between different harvest years, deduction of reed quality exclusively from harvest regions or countries is hardly possible. Of all examined bunches, 50 were selected and characterised for their in vitro durability against a white rot fungi under aerobic conditions (DIN CEN/TS 15083-1) as well as against biogas producing bacteria under anaerobic conditions (VDI 4630). Resulting durability parameters under aerobic conditions are only moderately influenced by analysed reed properties, whereas durability parameters under anaerobic conditions are highly determined by chemical composition of the material. Further results indicate an inappropriateness of the used DIN CEN/TS 15083-1 for durability characterization. It is also questionable if durability determination in vitro can actually represent life expectancy of a thatch.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Development of a procedure to cut and peel fruits with high pressure water jet

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt und untersucht, mit welchem Früchte annähernd verlustfrei und unter sehr hygienischen Bedingungen geschnitten werden können. Die Produkte – hier gezeigt am Beispiel von Äpfeln und Melonen – werden mit einem Hochdruckwasserstrahl geschnitten,  der durch ein bildverarbeitendes System entsprechend der Anatomie der Frucht geführt werden kann. Die Vorteile dieses Verfahrens sind die individuelle Schnittführung, die Materialverluste minimiert und die Tatsache, dass die Frucht ohne wesentlichen Eingriff von Personal bearbeitet wird.  Die Literaturauswertung ergab, dass diese Technologie bislang noch nicht bearbeitet wurde. Der Einsatz des Hochdruckwasserstrahlschneidens im Bereich der  Agrartechnik beschränkte sich auf das Schneiden von Zuckerrüben bzw. Kartoffeln, das Zerteilen von Fleisch und Fisch sowie die Nutzung von Wasserstrahlen im Zusammenhang mit der Injektion von Flüssigdünger in Ackerböden. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Einsatzmöglichkeiten des  Wasserstrahlschneidens zu erfassen und zu bewerten. Dazu wurden in einer Vielzahl von Einzelversuchen die Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern wie Wasserdruck, Düsendurchmesser, Vorschubgeschwindigkeit und Düsenabstand auf das Schnittergebnis, also die Rauheit der entstehenden Schnittfläche untersucht. Ein Vergleich mit konventionellen Schneidemethoden erfolgte hinsichtlich der Schnittergebnisse und der Auswirkungen des Wasserstrahlschneidens auf nachfolgende Verfahrensschritte, wie dem Trocknen.  Es wurde ein komplexer, hoch automatisierter Prüfstand aufgebaut, mit welchem die oben genannten Untersuchungen durchgeführt werden konnten.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr., Universität Kassel

Institution

Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Meyer, H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Berlin, FG Konstruktion von Maschinensystemen

Ort

Berlin

Abstract

Energy-oriented analysis of technology in agricultural machinery - analytical in-vestigation of the machine relevant energy balance in grain production and identification of potential CO2 reduction

Die Entwicklung und der Vertrieb von Landmaschinen werden nach wie vor stark von den Anforderungen der europäischen Abgasgesetzgebung beeinflusst. Zudem ist die Nachfrage nach leistungsstärkeren und effizienteren Maschinen in Deutschland und der ganzen Welt hoch und wird weiter steigen. Die Suche nach Reduktionspotenzialen von Klimagasen darf sich dabei nicht nur auf den Motor und die Abgasnachbehandlung fokussieren, sondern muss auch die einzelnen Arbeitsprozesse umfassen und vollständige Produktionsketten in der Landwirtschaft einbeziehen. Im Zuge der vorliegenden Dissertation wurde daher eine praxisnahe, ganzheitliche und prozessorientierte Analyse von Landmaschinendaten durchgeführt. Dabei wurden die wesentlichen Energieströme bei der Getreideproduktion auf den verschiedenen Prozessebenen Produktionsprozess, Arbeitsprozess sowie Maschinenebene erfasst und aufgezeigt. Die Maschinendaten zur Veranschaulichung dieser Energieströme wurden im Zuge zweier Ernte- und Pflanzperioden auf einem Forschungsbetrieb in Schleswig-Holstein mit Hilfe der mit Projektpartnern an der TU-Berlin entwickelten Forschungseinrichtung LaSeKo-Box erhoben. Darauf aufbauend wurden Auswertalgorithmen programmiert, die eine Auswertung der Kraftstoffverbräuche und Maschinenauslastungen bei verschiedenen Arbeitsprozessen und Feldgrößen sowie Prozessabläufen möglich gemacht haben. Dadurch konnten auf dem Forschungsbetrieb konkrete Übermotorisierungen von bis zu 119 kW und sowohl überflüssige Standzeiten als auch die optimale Transportkette in der Erntelogistik des Betriebes herausgearbeitet werden. Ferner wurden alle denkbaren Prozessketten und die dazugehörigen Verbräuche von Stoppel- und Grundbodenbearbeitung über Saatbettbereitung bis hin zum Drillen erfasst, sodass der für den Forschungsbetrieb kraftstoffsparsamste Bodenbearbeitungs- und Drillprozess identifiziert werden konnte.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Klimagas- und Ammoniakemissionen aus Milchviehställen

Livestock farming is blamed to bear the bulk of certain gaseous emissions from agriculture such as ammonia (NH3) and methane (CH4). Emission measurement in naturally ventilated buildings in general, but the determination of the air exchange rate in particular, is very complex. Consequently, there is a lack of knowledge regarding gaseous emissions from modern, naturally ventilated dairy cattle buildings. The objectives of the thesis comprise the development and the utilization of measuring and modelling methods in order to determine NH3 and CH4 emissions from dairy barns. <br> The first study focused on the development of a robust method for the long-term measurement of CH4 and NH3 emissions from a naturally ventilated dairy barn. A rough but solid model for the calculation of the ventilation rate by means of wind parameters was developed. At zero wind speed, the ventilation level in the building was over 870 m3 h-1 LU-1 and each m s-1 increase in wind speed increased the ventilation rate by 1,500 m3 h-1 LU-1.<br> The second study presents results of a one-year measurement campaign in a tripartite, naturally cross ventilated dairy barn allowing for an accurate comparison of the two housing systems slat-ted floor and solid floor including emissions from barn and storage. Emissions from slatted floor including storage with low intensity of slurry homogenization led to lowest NH3 and CH4 emissions (324.9 +- 123.6 g CH4 LU-1 and 29.8 +- 13.1 g NH3 LU-1 d-1 as annual average, respectively). The effect of slurry homogenization beneath the slatted floor was affecting the level of both CH4 and NH3 emissions in a similar way (+17 and +29% higher emissions due to higher intensity of manure homogenization). <br> Furthermore, in the third chapter emission modelling and measuring science was brought together and discussed in an interdisciplinary study. Therefore, the greenhouse gas calculation module of the dairy farm-level model DAIRYDYN was validated by long-term measurement data. The comparison of indicator-modelled CH4 emissions with online measurements offered relatively moderate deviations in case of very detailed indicator schemes (between -6.4 and 10.5%) compared with findings from literature.<br> As a whole, the thesis contributes to the development and improvement of measuring methods for gaseous emissions from naturally ventilated dairy barns offering links for further research activities in this field. The thesis provides emission factors for different housing systems and manure management practices for dairy cows.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Conveying and segregation on the grain pan of the combine harvester

Entlang landwirtschaftlicher Verfahrensketten werden Schnelligkeit und Schlagkraft zunehmend wichtiger. Die Anforderungen unter vielfältigen Ernte- und Einsatzbedingungen nehmen weiter zu. Eine beständige Weiterentwicklung der eingesetzten Technik ist unabdingbar.<br> Beim Mähdrescher stellen Dreschwerk und die Abscheideelemente durch zusätzliche Trenntrommeln und Abscheiderotoren keinen Engpass mehr dar. Bei der stetig steigenden Mähdrescherleistung ist die Leistung der Reinigungsanlage der begrenzende Faktor.<br> Die Leistungssteigerung der Reinigungsanlage kann vor allem durch eine Vorentmischung auf dem Vorbereitungsboden wesentlich verbessert werden. Außerdem ist die Arbeitsqualität des Vorbreitungsbodens maßgeblich von einer sicheren Förderung des Gutgemisches zur Reinigungsanlage bei wechselnden Hangneigungen abhängig. In der vorliegenden Dissertation wurde diese Funktionsbaugruppe näher untersucht. Für Untersuchungen am Vorbereitungsboden wird ein neuer Versuchsstand aufgebaut. In theoretischer Betrachtung des Vorbereitungsbodens wird die Kinematik des Vorbereitungsbodens als ein ungleichförmig übersetzendes Getriebe untersucht. An diesem neu entwickelten Versuchsstand können die Einflüsse der geometrischen und kinematischen Parameter auf den Fördervorgang und die Vorentmischung untersucht werden. Mit der ausgearbeiteten Theorie können die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen entlang des Vorbereitungsbodens bestimmt werden.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Der Schwerpunkt des Forschungsprojektes lag in der Untersuchung und Bewertung von unterschiedlichen Kühlungssystemen für Mastschweineställe. Dabei sollten die Ressourceneffizienz, die Schadgaskonzentrationen und –emissionen, das Tierwohlbefinden und die Kosteneffizienz bewertet werden. <br> An der Landesanstalt für Schweinezucht (LSZ) in Boxberg wurden in den Stallungen der LSZ Boxberg die Varianten Unterflurzuluft, Kühlpad, Hochdruckbefeuchtung sowie ein Referenzabteil mit je 125 Tiere pro Abteil untersucht. Des Weiteren wurden an drei Praxisbetrieben mit den Varianten Erdwärmetauscher, Hochdruckbefeuchtung und Unterflurzuluft Daten zum Praxisvergleich aufgezeichnet.<br> Anhand der Messergebnisse von zwei Jahren konnte festgestellt werden, dass das Kühlpad, der Erdwärmetauscher und die Unterflurzuluft die beste Kühlungseffizienz hatten. Zu dem Einfluss auf die Schadgaskonzentration im Tierbereich konnte keine genaue Aussage getroffen werden. Ebenso war kein eindeutiger Einfluss in dieser Untersuchung auf das Tierwohlbefinden festgestellt worden. Im Bezug zur Energie- und Kosteneffizienz schnitt die Unterflurzuluft am besten ab. Zugleich war die Hochdruckbefeuchtung bei den Bewertungen auf dem letzten Platz.<br> Insgesamt war in dieser Untersuchung die Unterflurzuluft das beste System. Allerdings kann sie nur in Neubauten installiert werden, während das Kühlpad die beste Lösung für Nachrüstungen ist.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr., Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik

Institution

Technischen Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik

Ort

München

Abstract

Multisensor Data Fusion in a mobile Agricultural BUS-System for a real-time process control for a sensor based fertilizer application system

Bei dem Systemansatz Sensor-Ansatz mit Kartenüberlagerung für die teilflächenspezifische N-Düngung gilt es, einen Prozess oder ein System, hier Pflanzen und ihre nähere Umgebung, zu einem ökologischen und ökonomischen Optimum zu führen. Dies erfordert Prozess-Eingangsgrößen verschiedensten Ursprungs, z.B. Online-Sensorik und Kartenmaterial, sowie Information über den aktuellen Zustand des Prozesses zusammenzuführen und mit (Experten)Wissen daraus einen Applikationssollwert für jede einzelne Teilfläche in Echtzeit abzuleiten, d.h. unter Anwendung von Multisensor Data Fusion (Abk.: MSDF)-Technik.  Diese Arbeit zielt darauf ab, ein Vorgehensmodell zur Analyse und Entwicklung für MSDF-Lösungen in landwirtschaftlichen BUS-Systemen vorzuschlagen, am Beispiel einer Real-time Prozessführung für intensive N-Düngung nach dem Sensor-Ansatz mit Kartenüberlagerung die Anwendbarkeit zu überprüfen, den Fusionsalgorithmus abzuleiten und zu implementieren sowie nötige Erweiterungen der ISOBUS-Norm ISO 11783 aufzuzeigen. Das Vorgehensmodell besteht auf funktionaler Ebene aus dem „Revised JDL data fusion model“, auf prozeduraler Ebene aus dem Prozessmodell nach Antony und schließt mit der Ableitung einer ISOBUS-konformen Systemarchitektur ab. Der Fokus liegt bei dem spezifischen Anwendungsbeispiel auf dem „JDL Level 2 Processing – Situation Assessment“, einer umfassenden Situationsbewertung der aktuellen Online-Sensorik-Messwerte mit einer kontextsensitiven Interpretation. Mittels des Prozessmodells konnte hierfür ein Produktionssystem mit einem vorwärts-verkettetem Inferenzmechanismus als ein geeigneter Problemlösungs-Ansatz identifiziert werden. Für die Systemarchitektur wird der Typ „Distributed Sensor/Fusion“ vorgeschlagen, ein verteiltes Sensornetzwerk (kurzfristiges Wissen) und ein zentraler Data Fusion-Knoten („In-field Controller“) mit mittelfristigem Wissen sowie langfristig deklarativem Wissen in Form der Überlagerungskarten und prozeduralem Wissen, dem MSDF-Algorithmus. Die Realisierbarkeit wurde mittels einer Software-Simulation in Form eines Expertensystems für Applikationssysteme gezeigt. Normerweiterungen um einen „In-field Controller“ oder die FMIS-MICS Datenaustauschmöglichkeit für langfristiges explizites prozedurales Wissen werden angeregt.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

This study aimed at assessing the ability of individual cows to adapt to the daily routine and at investigating the relationship between milking frequency and behavioural as well as physiological measures of animal welfare on eight Swiss working farms with an AMS. On 4 farms, a local position measurement system was used to automatically track 138 focus cows, and individual lying times were recorded with data loggers from 115 cows. On 8 farms, 126 cows were selected based on their low or high average milking frequency, and a total of 8 to 10 saliva samples as well as 1 to 8 milk samples per cow were taken. Saliva samples were analysed for melatonin, cortisol and immunoglobulin A- levels, and milk samples for SCC. Data were evaluated using linear mixed-effects models.Cows with a high milking frequency had shorter daytime lying bouts and spent less time in the lying area per visit during daytime as well as at night. These animals also visited the feeding area for shorter times during the day and remained longer per visit and in total in the waiting area at night. Cows with a higher number of night-time milkings, corresponding to cows with a high milking fre-quency, tended to have lower nocturnal melatonin levels. Cows with a low milking frequency showed no obvious time budget constraints, but tended to have higher SCC levels. Milking frequency had no significant impact on mean cortisol and IgA levels.<br> Overall, it is concluded that cow welfare does not seem to be impaired by high or low milking frequency in barns with AMS. However, cows with a high milking frequency may face some trade-offs in their time budget allocation and a dysregulation of melatonin secretion. The fact that they spent more time in the waiting area at night, had shorter lying bouts, and tended to have lower nocturnal melatonin levels might affect their health and welfare. However, the overall daily time budget as well as cortisol and IgA levels of cows with both high and low milking frequencies were not adversely affected. Finally, a sufficiently high milking frequency appears to lower SCC, an aspect which might be beneficial for udder health.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

zur Dissertation

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Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Entwicklung thermoanalytischer Vorhersage- und Klassifizierungsmodellen von Lebensmitteln in thermischen Apparaten mit Hilfe eines Multi-Sensor-Systems und künstlichen neuronalen Netzwerken

Thermal processing of foods influences their quality and health values. To achieve the optimal quality of the food the thermal processing has to be controlled depending on the food type. To be able to optimally control the heating process the kind of food and temperature inside the food during the process have to be known. The aim of the work presented was the development of an automatic oven that was able to recog-nize the type of food and estimate the temperature inside it during the baking process. The required data for the temperature calculation inside the food was gathered automatically with different sensors. An infrared thermometer, an infrared distance sensor, a camera, a temperature sensors and an lambda probe were built inside the oven. A load cell, a current and voltage sensor and a temperature sensor were put outside the oven. The data gathered during the heat up phase of the oven from different foods was used to train several artificial neural networks to categorize the different foods into their corresponding food category for an automatic preparation. To estimate the thermal diffusivity of the food, which depended on the composition (carbohy-drate, fat, protein, water), several artificial neural networks were trained to estimate the individual composition components. Except for the fat component of the food all components could be es-timated sufficiently to calculate the temperature inside the food by different ANNs with a maximum number of 8 hidden neurons. The performed work shows that automatic recognition and internal temperature calculation of dif-ferent foods is possible using several sensors to gather directly and indirectly measurable data of the food and ANNs for categorization and component estimation.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Zur Reinigung der planbefestigten Böden in Mehrflächensystemstellen werden unter anderem Entmistungsschieber eingebaut werden. Allerdings wurden für den Bereich der Schweinehaltung bisher noch keine speziellen Schieber entwickelt. Die vorliegende Untersuchung sollte Aufschluss darüber geben, wie Schieber für Schweine gestaltet sein müssen, um tiergerecht zu sein. Die Arbeit ist in zwei Untersuchungsblöcke unterteilt. Im Untersuchungsteil I wurden Daten an bestehenden Schieberentmistungsanlagen auf Mast- und Zuchtbetrieben erhoben, im Untersuchungsteil II wurde das Verhalten der Tiere an neu entwickelten Schiebern untersucht. In beiden Untersuchungsteilen wurden das Ausweich- und Übersteigverhalten der Tiere sowie das Auftreten von kritischen Situationen erfasst. Im ersten Untersuchungsteil wurde das Tierverhalten auf vier Mast- und vier Zuchtbetriebe beurteilt. Die Erhebung der Daten erfolgte bei vier verschiedenen Varianten. Im Gegensatz zum Effekt der Laufrichtung des Schiebers hatten die Variante und die Phase kaum Einfluss auf das Verhalten der Schweine. Aus den Ergebnissen wird geschlossen, dass der Effekt der Laufrichtung auf die Änderung der Schieberform bzw. des Summenmaßes (Summe aus Höhe und Tiefe des Schiebers) zwischen Abschiebe- und Rückfahrt zurückzuführen ist. Dieser Aspekt wurde bei der Weiterentwicklung von Entmistungsschiebern für Mastschweine und Zuchtsauen beachtet. Im Untersuchungsteil II wurden bei den Mastschweinen zwei neu entwickelte Schiebertypen (ein Kombi- und ein Faltkombischieber) getestet. Die Datenerhebungen erfolgten während zwei Mastdurchgängen. Die unterschiedlichen Schiebertypen und das Alter der Schweine hatten einen signifikanten Einfluss auf die Verhaltensweisen “Übersteigen mittig“ und “Ausweichen seitlich“. Der Faltkombi-Schieber wurde von einem höheren Anteil der Tiere mittig überstiegen als der Kombischieber. Seitliches Ausweichen wurde in der Vormast tendenziell von einem höheren Anteil der Tiere gezeigt als in der Endmast. Die beobachteten Unterschiede lassen den Schluss zu, dass kleinere Summenmaße für Mastschweine vorteilhaft sind. Aus Sicht der Tiergerechtigkeit, welche im Zusammenhang mit Schieberentmistungsanlagen vor allem die Vermeidung von Schäden, Schmerzen und Leiden betrifft, bestehen aufgrund der vorliegenden Ergebnisse gegen den Einbau von Schieberentmistungsanlagen im Schweinebereich keine grundlegenden Einwände.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Müller, J., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Optimisation of band drying for medicinal and spice plants regarding energy demand and product quality

Im Rahmen der Arbeit wurde an einem Praxistrockner die Bandtrocknung von Arznei- und Gewürz-pflanzen optimiert.  Daher stellt sich die Aufgabe, den Durchsatz der bestehenden Bandtrocknungsanlage zu erhöhen, den spezifischen Energieverbrauch zu verringern und die Produktqualität zu verbessern. Insbesondere wurde die Nutzung der Abwärme einer Biogasanlage für die Kräutertrocknung sowie die Gleichmäßigkeit der Trocknung im Bandtrockner untersucht. Hierbei wurden ungleichmäßige Verteilungen der Luftgeschwindigkeit und Lufttemperatur als Probleme identifiziert und behoben. Die Anlage wurde hinsichtlich der thermodynamischen Auslegung durch Strömungssimulation (CFD) modelliert und optimiert. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse haben Modellcharakter und können auf ähnlich gelagerte Betriebe übertragen werden.<br> Bandtrockner haben einen hohen Durchsatz, mit dem Erntespitzen gut abgedeckt werden können. Allerdings weisen sie häufig eine ungleichmäßige Trocknung über der Bandbreite auf. Diese Ungleichmäßigkeit durch Feuchte- und Temperaturmessung über der Bandbreite zu quantifizieren und den Energieverbrauch des Trockners zu ermitteln, war Ziel der Untersuchung. Das Gut trocknet auf dem durchströmten Band an den Seiten stärker als in der Mitte, so dass der Trocknungsfortschritt in der Bandmitte die Verweilzeit des Gutes im Trockner bestimmt. Die Einflussfaktoren auf die Gleichmäßigkeit der Trocknung sind neben der Luftführung die Schwankung der Eingangsfeuchte und der Strahlungseinfluss der heißen Trocknerwände. Die seitlichen Bandzonen, die direkt an die Trocknerwand angrenzen, erhalten mehr als  fünfmal soviel Wärmestrahlung wie die Bandmitte. Der spezifische Energieverbrauch für glatte Petersilie lag zu Beginn der Optimierung bei dem unter-suchten 5-Bandtrockner bei rund 7 600 kJ pro kg verdampften Wassers, wobei die Übertrocknung des Gutes zu einem erhöhten Energieverbrauch führte. <br> Mehrbandtrockner haben häufig einen hohen Energieverbrauch, der hauptsächlich durch fossile Energiequellen gedeckt wird. Ziel dieser Studie war es, die Abwärme eines Blockheizkraftwerks (BHKW) einer Biogasanlage für die Trocknung von Petersilie (Petroselinum crispum) in einem Bandtrockner nutzbar zu machen und die Abwärmeeinkopplung in den Trocknungsprozess zu evaluieren. Die Energieversorgung des Trockners erfolgte mit Heizölbrennern und der BHKW-Abwärme. Der Trockner setzt sich aus einem Einband-Vortrockner und einem Fünfbandtrockner zusammen. Dieser ist in drei Temperaturzonen unterteilt und besitzt eine Gesamttrocknungsfläche von 316 m². Für die Trocknung von Petersilie wurde ein Temperaturprofil von 90/80/70°C für die drei Zonen angewendet. Das Temperaturniveau des Vortrockners, der mit BHKW Abwärme beheizt wurde, betrug maximal 75°C in der Zuluft. Sowohl der Energieverbrauch der Ölbrenner als auch die thermische Energie des BHKW wurden gemessen. Der spezifische Energieverbrauch zur Trocknung von glatter Petersilie betrug 6 753 kJ pro kg verdampften Wassers, wobei 39% der Energie von dem BHKW bereitgestellt wurden. Der Durchsatz belief sich auf 186 kg/h getrocknete Ware. Um die ungleichmäßige Trocknung in Bandtrocknern zu verstehen, wurden Temperatur- und Strömungsmessungen sowie Probenahmen zur Bestimmung der Produktfeuchte am Trockner vorgenommen. Besonders die Bandränder wiesen eine erhöhte Trocknungsrate auf, was zu Übertrocknung, vermindertem Materialdurchsatz und erhöhtem Energieverbrauch führte. Es wurden CFD Simulationen für den leeren und befüllten Trockner durchgeführt und mit den entsprechenden Messungen validiert. Die Erkenntnisse dieser Studie erlaubten eine Optimierung der Luftführung mittels Kanaleinbauten zur Erzielung einer homogenen Temperaturverteilung über die Trocknungsfläche. Der Bedarf an getrockneter Petersilie (Petroselinum crispum) mit optimalem Feuchtegehalt ist in der Lebensmittelindustrie sehr hoch. Die Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) bietet die Möglichkeit, die Trocknung von Petersilie im Prozess zu kontrollieren. Ziel war es die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit der NIR-Sensoren für eine zerstörungsfreie Online-Messung der Produktfeuchte und des ätherischen Ölgehaltes von Petersilie zu ermitteln. Dazu wurden je zwei Sensoren am Trockner installiert, einer in der Bandmitte am Trocknereingang für die Produktfeuchte von 50-90% und ein weiterer am Trocknerausgang für den Feuchtebereich von 5-40%. Zusätzlich wurde der Gehalt an ätherischen Ölen im Bereich von 0 bis 0,4 ml/100 g Produkt gemessen. Die Kalibration wurde für den Feuchtegehalt bei den Wellenlängen 1 450 nm und 1 950 nm durchgeführt. Die ätherischen Öle wurden bei einer Wellenlänge von 2 300 nm kalibriert. Die Kalibration des Feuchtegehaltes für krause Petersilie erzielte gute Ergebnisse, während sich diese für glatte Petersilie als problematisch erwiesen hat, da die Produktbeschaffenheit mit Sandpartikeln und Oberflächenfeuchte die Genauigkeit beeinflusste. Im Allgemeinen erzielte der Sensor am Trocknereingang schlechtere Ergebnisse als der am Trocknerausgang. Die Kalibration für die ätherischen Öle lieferte gute Ergebnisse. Die erzielten Forschungsergebnisse lassen sich in landwirtschaftlichen Betrieben, weiterverarbeitenden Industriebetrieben und im Anlagenbau verwenden. Die Ergebnisse zur Nutzung von BHKW-Abwärme hat voraussichtlich einen hohen Nutzen in der Praxis, da immer mehr dezentrale Kraftwerke entstehen, mit deren Abwärmenutzung ein hoher Gesamtwirkungsgrad, gerade auch in Sommermonaten erzielt werden kann. Dies ist nicht beschränkt auf Biogasanlagen sondern gilt ebenso für Hackschnitzelfeuerungen, Gas-BHKWs oder andere dezentrale Kraft-Wärmekopplungen. Die Integration der zusätzlichen Wärmequelle konnte exemplarisch an einem Vortrockner zur Durchsatzsteigerung und effizienten Energieeinbringung mit homogener Luftverteilung gezeigt werden. Die Ergebnisse der CFD-Strömungssimulation können in Form der entwickelten Dächergeometrie für Bandtrockner mit ähnlicher Luftführung angepasst werden. Weiterhin konnte die CFD-Simulation als Methode validiert werden, die sich zur strömungstechnischen Optimierung von Trocknern sehr gut eignet. Eine Etablierung in der industriellen und wissenschaftlichen Praxis ist daher gut vorstellbar. Generell ist das Energiemonitoring in landwirtschaftlichen Trocknungsanlagen noch ausbaufähig. Die hier verwendet Messtechnik sollte von Betreiber verwendet werden um Einblick in den Prozess zu bekommen und eigenständig Optimierungsmaßnahmen durchzuführen. Die Online-Feuchtemessung und einer darauf aufbauende Trocknerregelung bietet ein großes Optimierungspotenzial, setzt aber einen großen zeitlichen Aufwand für die Kalibration und eine hohe Investition in die Sensoren voraus, so dass dies nur für große Anlagen mit hoher Auslastung zu empfehlen ist.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Köller, K., Prof. Dr. Dr. h.c. mult.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Zur Modellierung des spezifischen Methanertrages von Silomais und Grünlandschnitt wurden in den Jahren 2007 bis 2009 an ftinf Standorten in Baden- Württemberg Silomaisund Grünschnittproben genommen. Die Proben wurden nach Richtlinien des VDLUF A auf ihre Rohnährstoffe und mittels des Hohenheimer Biogasertragstest auf ihren spezifischen Methanertrag untersucht. Die so gewonnenen Daten zeigten für alle relevanten Parameter weitgehend eine ausreichende Variabilität. Vorerst wurden anhand der gewonnenen Daten aus der Literatur bekannte Modelle überprüft. Dabei stellte sich heraus, dass die Vorhersagequalität fast aller Modelle unzureichend war. Aufgrund der mangelhaften Vorhersagequalität der vorhandenen Modelle wurden verschiedene eigene Modelle zur Vorhersage des Methanertrages auf Basis der Rohnährstoffe entwickelt. Dabei stellte sich die Methode der multiplen linearen Regression als ftir den vorgegebenen Zweck nicht geeignet heraus, da die so gewonnenen Modelle dem komplexen Prozess der Biogaserzeugung nicht gerecht werden. Daher wurde für Mais ein neu es, exponentielles Modell zur Vorhersage des Methanertrages entwickelt. Das ermittelte Modell berücksichtigt das Verhältnis der Rohstärke zum Ligninanteil in der Pflanze. Dieses Verhältnis wird an einen nicht-linearen Funktionstyp angepasst. Das Verhältnis der Stärke zum Ligninanteil nähert sich dabei asymptotisch einem maximalen Wert von 0,38 Nm3 / kg oTS ftir den Methanertrag. Das Modell kann 50 % der Varianz des Methanertrages erklären. Das vorgestellte exponentielle Modell bietet einen neuen Ansatz zur Berechnung des Methanbildungspotentials von Silomais. Jedoch ist auch hier eine permanente Fortentwicklung und bei Bedarf eine neue Interpretation der Daten erforderlich. 2 Für Grünschnitt konnte kein zufriedenstelIendes Modell für die Berechnung des Methanertrages gewonnen werden. Hier ergab sich ein multiples lineares Modell unter Berücksichtigung der Parameter Rohfaser, Rohprotein und Rohzucker. Dieses wird jedoch aufgrund der unzureichenden Datenlage und der mangelhaften Anpassung durch den Funktionstyp als ungeeignet angesehen. Da Grünlandschnitte aufgrund der sehr unterschiedlichen Nutzungsintensität und der standortabhängig sehr vielfältigen Zusammensetzung eine enorme Variabilität in ihrer Zusammensetzung aufweisen, müssen für die Entwicklung eines Modells zur Vorhersage des Methanertrages sehr umfangreiche Daten gesammelt werden. Die hier verwendeten Daten wiesen die für eine Modellierung erforderliche Variabilität nicht auf. Um dennoch mögliche Qualitätskriterien zu definieren, wurde der Einfluss der einzelnen Rohnährstoffe anhand einer Korrelationsanalyse näher untersucht. Alle Parameter korrelierten mit dem Methanertrag, jedoch zeigten nur wenige Parameter eine deutliche positive Korrelation. Bei Mais war ein Rohstärkegehalt von minimal 32 % in der Trockensubstanz ftir eine optimale Methanbildung erforderlich. Die besonders guten Proben zeichneten sich außerdem durch einen TS-Gehalt von mindestens 32 % in der Frischmasse aus. Proben, die in einem früheren Entwicklungsstadium geerntet wurden, und daher einen niedrigen TS-Gehalt aufwiesen, wiesen auch einen signifikant niedrigeren spezifischen Methanertrag auf. Bei Grünlandschnitten hatte lediglich der Rohzuckergehalt einen signifikant positiven Einfluss auf das spezifische Methanbildungsvermögen. Da das Ziel der Arbeit war, mögliche Qualitätsparameter für Silomais zur Methanerzeugung zu definieren, und die Stärke einen solchen Parameter darstellt, wurde weiterhin untersucht, inwiefern diese Parameter kostengünstig und schnell zuverlässig ermittelt werden können. Hierzu wurde die am Markt erhältliche Nahinfrarotspektroskopie eingesetzt, die während der Ernte den TS-Gehalt und Inhaltsstoffe von Silomais ermitteln soll. Dabei stellte sich heraus, dass diese Technologie geeignet war, den Stärkegehalt mit einer mittleren Abweichung von 2 % zu bestimmen. Somit stehen nun kostengünstige Verfahren zur Verfügung, die es Anwendern der Biogastechnologie ermöglichen, die Qualität von zugekauften Substraten einzuschätzen und somit eine optimale Qualität ihrer Silagen zu erzeugen.

zur Dissertation

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Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

The Development of Singulation in Single Seed Sowing Maschines for Sugar Beets as Based on Patent Documents since 1840

Bei der Technik der Einzelkornsaat fanden seit ihren Ursprüngen vielfältige Entwicklungsschritte statt. Bis in die 1950er Jahre konnte die Einzelkornsaat jedoch für die Zuckerrübenaussaat nicht eingesetzt werden, weil die Samenknäuel der Zuckerrübe eine maschinelle Aussaat nicht zuließen. Erst die Spaltung der Samenknäuel und die Pillierung von einkeimigem Saatgut, die ab den 1960er Jahren zur Verfügung standen, schufen die notwendigen Voraussetzungen für den Einsatz von Einzelkornsämaschinen. Anhand der verfügbaren Patentliteratur werden die unterschiedlichen Entwicklungsverläufe der Sätechnik getrennt voneinander nachgezeichnet. Es werden unterschiedliche Varianten der Korneinzelung in ihren einzelnen Prozessschritten betrachtet und hierzu die jeweils veröffentlichten Patentdokumente in chronologischer Abfolge herangezogen, ob dies mechanische, pneumatische oder trägergebundene Einzelungsprinzipien betrifft. Es wird gezeigt, dass einzelne Funktionselemente wie mechanische Abweiserelemente zur Verhinderung von Doppelbelegungen einzelner Transportzellen oder Sauglöcher einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Einzelungsqualität lieferten. Darüber hinaus kann gezeigt werden, dass bei der Ablösung der Körner vom rotierenden oder endlos umlaufenden Transportelement eine tangentiale Kornbewegung anzustreben ist, um reproduzierbare Förderbewegungen der Körner und damit weitgehend konstante Kornabstände zu gewährleisten. Zukünftige Entwicklungen werden diese Aspekte berücksichtigen müssen. Darüber hinaus ist ein intensiverer Einsatz elektronischer Sensor- und Regelungssysteme zu erwarten, was zu komplexer werdenden Säsystemen, aber auch zu einer Entlastung des Bedienpersonals führen wird. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Auswertung der weltweit verfügbaren Patentliteratur. Die gewonnenen Informationen werden dem Leser in tabellarischer und thematisch geordneter Form zur Verfügung gestellt, damit er anhand einer Auswahl an besonders relevanten Patentdokumenten einen raschen Einstieg in die Materie findet. Als Entwickler oder Konstrukteur wird ihm der verfügbare Stand der Technik erschlossen, so dass er darin unterstützt wird, mit Hilfe der Dokumentenauswahl Doppelentwicklungen zu vermeiden.

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Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Investigation to reduce ammonia emission in a dairy barn with a cleaning device for slatted floors

Die Milchviehhaltung trägt zu einem großen Teil zu Ammoniakemissionen aus der Landwirtschaft bei. Verschmutzte Laufflächen und Güllelager bieten große Oberflächen mit hohen Emissionspotentialen. Besonders die Haltung in Boxen-laufställen mit einer freien Lüftung erschwert es Emissionsfaktoren zu bestimmen und diese zu kontrollieren. Aus diesem Grund ist es wichtig, emissionsmindernde Maßnahmen in der Tierhaltung zu ergreifen. Besonders Spaltenböden weisen in der Milchviehhaltung ein geringes Maß an Selbstreinigung auf. Um Kot und Harn von den Spaltenböden zu entfernen ist eine adäquate Reinigung von Nöten. In der vorliegenden Studie wurde ein Reinigungsgerät für Spaltenböden auf sein Ammoniakemissionsminderungspotential hin untersucht. Das Gerät kombiniert ein mechanisches Abschieben der Flächen und gleichzeitiges Freihalten der Spaltenzwischenräume mit einer Hochdruck-Nassreinigung. Um die Ammoniak-emissionen von den Laufflächen beurteilen zu können wurde eine Methode entwickelt, die es erlaubt Teilstücke des Spaltenbodens aus dem Stall zu entfernen und unter klimatisch kontrollierten Bedingungen in Messkammern zu untersuchen. Mit Hilfe dieser Methode konnten Emissionsmessungen an den einzelnen Teilstücken des Bodens durchgeführt und bestimmt werden. Die Methode der Spaltenentnahme stellte sich als geeignet dar, um unterschiedliche Behandlungen des Spaltenbodens unter Ausschluss beeinflussender Klimafaktoren und unter standardisierten Bedingungen zu vergleichen. Um dem Ziel einer adäquaten Reinigung näher zu kommen, sind jedoch weitere Studien zum Zusammenhang von Spaltendesign und Reinigungsmethoden nötig.

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Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Studies on the two-phase anaerobic digestion of grass silage

Zur Monofermentation des in Rührkesselreaktoren problematischen Substrates Grassilage wurden an der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie der Universität Hohenheim Laboruntersuchungen an einem zweiphasigen Biogasverfahren, bestehend aus einem diskontinuierlich beschickten Perkolationsfermenter und einem Festbettmethanreaktor, durchgeführt. Das Ziel war es die relevanten Betriebsparameter zu identifizieren und zu optimieren um festzustellen, ob dieses Verfahren eine mögliche Alternative zu den bisher in der Praxis angewandten Verfahren darstellt. An der aus fünf Reaktorpaaren bestehenden Versuchsbiogasanlage wurden dazu unter anderem die Auswirkungen der variierten Parameter auf den Methanertrag und dessen Verteilung auf die Prozessphasen, den Abbaugrad und die CSB-Ausbeute aus den Perkolationsfermentern betrachtet. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Trennung der beiden Prozessphasen verbessert werden kann, je mehr und je öfter Perkolat zwischen den Phasen ausgetauscht wird. Die Untersuchung der Perkolationsfermentertemperatur ergab die schnellste und höchste Methanbildung in der zweiphasigen Biogasanlage bei einer Temperatur von 55 °C. Bei der Verwendung unterschiedlicher Substrate wurde ein individuelles Gärverhalten beobachtet, das sich vor allem auf die Trennschärfe des Prozesses auswirkte. Insgesamt zeigte sich bei den Versuchen ein stabiles Gärverhalten und bei einer optimierten Betriebsweise der Anlage wurden Methanerträge wie in einphasigen Referenzsystemen erreicht. Die Verweilzeit für einen Kilogramm organische Trockensubstanz betrug dabei jedoch nur noch etwa 25 Tage. Es wurde die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens nachgewiesen und eine wesentliche Grundlage für den Betrieb und die Optimierung von diskontinuierlichen zweiphasigen Biogasanlagen mit Perkolationsfermenter und Festbettreaktor geschaffen.

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Abstract

Professor

Hartung, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Development, optimization and evaluation of a device for on-farm milk composition analysis with near-infrared spectroscopy

Eine tägliche Überwachung der tierindividuellen Milchinhaltsstoffe kann ein hilfreiches Instrument für die automatisierte Kontrolle der Tiergesundheit und der Stoffwechselparameter sein, da Veränderungen in der Zusammensetzung der Milch auf Störungen der Gesundheit oder der Fütterung hindeuten können. Die Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS) hat das Potential, die Zusammensetzung der Milch mit einer zeitlich hohen Frequenz auf dem milcherzeugenden Betrieb oder sogar während des Melkens in einem in-line Aufbau zu analysieren. Das Ziel dieser Studie war es, die Eignung und die Genauigkeit von selbstentwickelten, optimierten und evaluierten NIRS basierten Messsystemen zur Bestimmung von verschiedenen Bestanteilen der Rohmilch in einem absätzigen (off-line) und in einem in die Melkleitung integrierten (in-line) Aufbau zu untersuchen. Zudem sollten Einflussfaktoren auf die Nah-Infrarot- (NIR-) Spektren identifiziert und korrigiert werden. Zu diesem Zweck wurden ein off-line und ein in-line Messsystem entworfen, von denen jeweils ei-nes für die Aufzeichnung der Spektren von Rohmilch mit ein und demselben Spektrometer verwendet wurde. Die zu den Spektren zugehörigen Milchproben wurden für die Referenzanalyse in ein Labor geschickt. Die Aufzeichnung der NIR-Spektren und die Probenahme von Rohmilch wurden auf verschiedenen Betrieben mit unterschiedlichen Fütterungseinflüssen durchgeführt. Die Kalibration und die Validation der verschiedenen Milchinhaltsstoffe wurden hierbei mit Hilfe chemometrischer Methoden durchgeführt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen insgesamt, dass die entwickelten, optimierten und evaluierten NIRS basierten Messsysteme sowohl in der off-line, als auch in der in-line Anwendung die Milchinhaltsstoffe der Rohmilch mit einer hohen zeitlichen Auflösung schätzen können. Um eine gute Vorhersagegenauigkeit zu erreichen, ist es von besonderer Bedeutung, einen Großteil der in zukünftigen Proben auftretenden Variabilität im Kalibrationsset zusammenzufassen. Für die Erstellung einer solchen robusten Kalibration ist es zu empfehlen, Proben mehrerer Kühe mit unterschiedlichen Fütterungseinflüssen, die über einen längeren Zeitraum gezogen wurden, mit einzubeziehen.

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Abstract und Dissertation

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Landwirtschaftliche Betriebe benötigen automatisch arbeitende Datenerfassungssysteme für die Dokumentation und für eine zielgerichtete Informationsgewinnung. Dies kann nur über eine leistungsfähige Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) gewährleistet werden. Dazu wurde ein Lösungsansatz auf Basis einer Service Orientierten Architektur (AgSOA) entwickelt. Für automatisch erfasste Prozessdaten aus der Arbeitserledigung im Pflanzenbau wurde dann ein Prozessdatenservice als beispielhafter Ansatz implementiert. Dieser kapselt die gesamte Verarbeitung von Prozessdaten und stellt sie als Webservice in einem standardisierten Informationsmanagementsystem „Precision Farming“ zur Verfügung. Über Software des Landwirts können Daten und Funktionen von diesem Service und von weiteren Services eingebunden werden. Dadurch lässt sich ein spezifisch auf den einzelnen Betrieb abgestimmtes System konfigurieren.

Faming enterprises need automated data acquisition systems for documentation and for specific information retrieval. This can only be guaranteed by powerful information and communication technology (ICT). Therefore an approach was developed based on a Service Oriented Architecture (AgSOA). A process data service was implemented for process data recorded by an automated system during machine operations in plant production. This service encapsulates the processing procedures of process data and provides the results as a web service in a standardised information management system “Precision Farming”. Data and functions of this and other services can be integrated using software of farmers. Thus, a system can specifically be configured to the needs of a single farm.

zur Dissertation

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Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Studies on Controlled Traffic Farming and Satellite-Based Guidance Systems

Diese Arbeit behandelt Controlled Traffic Farming (CTF) Anbausysteme, bei denen für alle Arbeits-gänge satellitengesteuert immer dieselben Fahrspuren benutzt werden. Lässt sich mit CTF die Be-lastung des Bodens verringern und die Effizienz von Direktsaat-Anbausystemen steigern? Neben agronomischen und bodenphysikalischen Parametern wurden Auswirkungen von Lenksystemen und Umsetzungsmöglichkeiten von CTF in die Praxis untersucht. Die Analyse einer CTF-Umsetzung unter europäischen Bedingungen mit der Verwendung von Standardmaschinen zeigte, dass sich CTF-Anbausysteme mit den heute zur Verfügung stehenden Maschinen für Dauergrünland, Mähdruschfrüchte und Mais auf kleiner und grösser strukturierten Flächen relativ einfach mechanisieren lassen. Bei Zuckerrüben und Kartoffeln können Kompromis-se notwendig sein. Generell erfordern CTF-Anbausysteme eine sorgfältige Planung und Umsetzung in die Praxis. Im dreijährigen Feldversuch (Winterweizen, Wintergerste, Kunstwiese mit Kleegrasmischung) auf einem Lehmboden wurde CTF-Direktsaat mit konventionell zufällig befahrenen Direktsaat- und Pflugverfahren verglichen. Unter CTF zeigte sich eine Differenzierung der nicht, gering und intensiv befahrenen Varianten. Auf dem vorliegenden kompakten Boden mit 1150 mm Jahresniederschlag waren die Unterschiede zwischen den nicht befahrenen Flächen und den mit niedrigem Kontaktflä-chendruck befahrenen Flächen eher gering. In den nicht befahrenen Flächen entwickelten Ein-dringwiderstand und Kohlendioxidgehalt der Bodenluft nach drei Jahren signifikant bessere Werte. Bodendichte und Porosität zeigten hingegen keinen eindeutig interpretierbaren Trend. Aufgrund teils suboptimaler Feldaufgänge liess sich keine generelle agronomische Tendenz ableiten. Die in-tensive Befahrung der Pflegefahrgassen zeigte allerdings klar negative bodenkundliche und plan-zenbauliche Auswirkungen. Es bietet sich daher an, vor allem für Pflegearbeiten permanent diesel-ben Fahrspuren zu nutzen. In der Untersuchung zu den Auswirkungen von Lenksystemen zeigten sich signifikante Vorteile von Lenksystemen in einer Verminderung der Fahrerbelastung und einer höheren Lenkgenauigkeit vor allem bei grossen Arbeitsbreiten ohne Spuranreisser. Die meisten anderen Messparameter waren mit Lenksystem leicht vorteilhafter als ohne, unterschieden sich aber nicht signifikant voneinander. Fahrer und naturräumliche Gegebenheiten wie die Schlagform hatten einen wesentlich grösseren Einfluss. Gesamthaft betrachtet erweitert CTF in Kombination mit weiteren Bodenschutzmass-nahmen die Möglichkeiten, Bodenverdichtungen zu vermeiden, den Bedarf an energieintensiver Bodenlocke-rung zu reduzieren und die Entwicklung einer stabileren Bodenstruktur mit höherer Tragfähigkeit zu fördern. Zusammen mit einer an Kultur und Anbausystem angepassten Saatbettbereitung und den in geraden Reihen einfacher durchführbaren mechanischen Pflegemassnahmen ergeben sich gute Voraussetzungen für die Gestaltung agronomisch leistungsfähiger und ökologisch nachhaltiger An-bausysteme.

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Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Investigations into ammonia emission an formation of finest particulate matter from livestock buildings

Gegenstand dieser Arbeit ist die Bestimmung der Quellemission des Vorläufergases NH3 aus aktuellen Haltungsverfahren für Milchvieh und Legehennen um damit die Bildung von sekundären Partikeln aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung abschätzen zu können. Die Emissionsmessungen im Bereich der Milchviehhaltung erfolgten in vier frei gelüfteten Liegeboxenlaufställen mit planbefestigten Laufflächen oder Spaltenboden. Im Bereich der Legehennenhaltung wurde ein Volierenstall untersucht. Die Bestimmung der NH3-Abluftkonzentration erfolgte mittels photoakustischer-IR-Spektroskopie. Der Luftvolumenstrom wurde mit SF6, über eine CO2-Bilanz sowie durch einen kalibrierten Messventilator ermittelt. Zur Untersuchung der Wirkung hoher NH3-Konzentrationen auf die Bildung und das Wachstum von Sekundärpartikeln in Tierhaltungsanlagen wurden Nanopartikel-Größenverteilungen im Luv und Lee der Betriebe sowie auf der Anlage mit einem größenklassierten Kondensationspartikelzähler erfasst und miteinander verglichen. Abschließend wurde eine chemische Analyse von Gesamtstaubproben aus ländlichen und städtischen Regionen sowie aus der direkten Umgebung der Ställe durchgeführt und hinsichtlich der Hauptbestandteile von Sekundärpartikeln (NH4+, SO42-, NO3-) bewertet. Die errechneten Emissionsfaktoren für die untersuchten Haltungssysteme liegen deutlich unter den Literaturangaben. Die Einflüsse der witterungsbedingten Randparameter auf die gemessene NH3-Konzentration zeigten sich sehr variabel und standortabhängig. Die untersuchten Haltungssysteme weisen höhere NH3-Emissionen als konventionelle Systeme auf. Durch die erhöhte Bereitstellung des Vorläufergases NH3 können die Partikelbildung in der Atmosphäre gefördert und die regionale Feinstaubbelastung erhöht werden. In den Anlagen zur Nutztierhaltung konnte eine Erhöhung der Partikelanzahl in den Größenklassen bis 200 nm detektiert werden. Die chemische Analyse der Staubproben zeigte eine deutliche Erhöhung der Bestandteile von Sekundärpartikeln in den Betrieben mit Tierhaltung und im städtischen Bereich. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass eine Partikelbildung auch schon an der Quelle auftritt und nicht ausschließlich im Ferntransport.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Effectivness of weed control using laser according to various biological and technical parameters

Seit einigen Jahren nimmt die Bedeutung des Präzisionspflanzenschutzes in der Landwirtschaft immer mehr zu. Ein wichtiges Ziel ist die Reduzierung der chemischen Pflanzenschutzmittel, besonders der Herbizide, im Ackerbau. Dies wird zum Teil schon realisiert durch eine teilflächenspezifische Ausbringung von Herbiziden oder den Einsatz mechanischer Verfahren. Eine weitere Alternative, die überwiegend im ökologischen Ackerbau bisher Einzug erhalten hat, ist die thermische Unkrautbekämpfung. Der Hintergrund dieses Projektes ist es, durch Laserapplikation eine thermische Unkrautkontrolle durchzuführen. Das Ziel ist hierbei die Unterdrückung der Unkräuter in den Kulturpflanzen, wodurch die Konkurrenz um Platz, Nährstoffe und Wasser minimiert wird. Um dies zu realisieren ist es notwendig, die Unkrautpflanze oder bestimmte Teile davon möglichst schnell und bei geringstem Energieeintrag zu schädigen. Von dieser Zielsetzung ausgehend wurden in ersten Versuchen die biologischen und technischen Versuchsparameter für eine erfolgreiche Laserapplikation ermittelt. Hauptaugenmerk bei der Auswertung der Versuche lag darauf die Auswirkungen des Lasers auf die Unkräuter festzuhalten, ihren Schädigungsgrad zu bestimmen und eine Einschätzung der Weiterentwicklung der Pflanze zu geben. In den unterschiedlichen Versuchsreihen zeigte sich deutlich, dass es bei einem guten Zusammenspiel der technischen und biologischen Parameter durchaus möglich ist bis zu 100 % der Unkrautarten mittels Laserapplikation zu kontrollieren. Allerdings sollten die Pflanzen das Vierblattstadium nicht überschritten haben, und die Applikationszeit nicht über 50 ms liegen, um das Verfahren auch für die Praxis interessant und rentabel zu gestalten.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hahn, Prof. Dr., J.

Institution

Humboldt-Universität Berlin, Department für Nutzpflanzen- und Tierwissenschaften Fachgebiet Biosystemtechnik

Ort

Berlin

Abstract

Quality related grain harvesting - Segregation of grain according to specified quality parameters on a combine harvester

Getreidebestände zeigen in Abhängigkeit von Standortheterogenität und Bestandesführung neben quantitativen Ertragsdifferenzen oft auch ausgeprägte Qualitätsschwankungen im Erntegut. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Online-Bestimmung qualitätsbestimmender Inhaltsstoffe im Gutstrom von Lebensmittel-, Futter- und Energiegetreide mittels des bewährten Verfahrens der Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS). Angestrebt wird die Trennung von Getreidepartien nach definierten Qualitätsparametern während des Mähdruschs. Damit würde die Voraussetzung geschaffen, dass das Verfahren der qualitätsdifferenzierten Getreideernte zukünftig im Rahmen eines Qualitätssicherungssystems eingesetzt und damit den Forderungen nach einer transparenten Lebens- und Futtermittelproduktion entsprochen werden kann.

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Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Using regenerative energy sources for heating and cooling mechanically ventilated animal housing

Die landwirtschaftliche Nutztierhaltung soll aus ökonomischen und ökologischen Gründen energieeffizient ausgerichtet sein, um fossile Energiereserven zu schonen. Hauptziel dieser Arbeit ist es deshalb, drei regenerative Heiz- und Kühlsysteme in zwangsbelüfteten Tierställen hinsichtlich ihres energetischen Leistungspotentials unter Praxisbedingungen zu bewerten. Die Ergebnisse der Langzeitmessungen sollen realistische Kennzahlen für Wissenschaft und Praxis liefern. Messtechnisch untersucht wurden während der Projektphase drei Systeme: Ein rekuperativer Luft-Luft-Wärmetauscher, ein Erdwärmetauscher sowie zwei Grundwasser-Wärmepumpen. Für diese Techniken konnten auf Basis der relevanten, kontinuierlich erfassten Messgrößen die anlagenspezifischen Leistungsparameter berechnet werden. Die Wärmerückgewinnung (WRG) wurde in einem Ferkelaufzuchtstall für 2.200 Tiere installiert. Während der einjährigen Untersuchungen (Okt. 2009 - Sep. 2010) konnte mit ihr, bei einer mittleren Betriebszeitauslastung von 88,4 %, im Jahresdurchschnitt ein Stromaufwand zu Wärmeertrag Verhältnis von 1 kWh zu 15,8 kWh erzielt werden. Der Modulstall wurde als Schweinemaststall für 1.440 Tiere konzipiert. Dieser Stalltyp zeichnet sich besonders dadurch aus, dass die in die Abteile einströmende Zuluft einer ganzjährigen Konditionierung unterliegt. Im Untersuchungszeitraum (Aug. 2010 - Jul. 2011) erreichte der Modulstall im Mittel eine effektive, den Tieren zur Verfügung stehende, Heizleistung von 56 kW. Die Heizleistung betrug max. 175 kW im Winter, die Kühlleistung im Sommer max. 174 kW. Die untersuchten Grundwasser-Wärmepumpen wurden in einem Abferkelstall für 172 säugende Sauen und in einem Ferkelaufzuchtstall für 4.000 Ferkel installiert. Die Leistungszahlen der Wärmepumpen lagen im Winter (Dez. 2011 - Feb. 2012) im Mittel zwischen 2,6 und 2,7. Folglich wurden zwischen 2,6 kWh und 2,7 kWh thermisch je kWh elektrisch zum Heizen zur Verfügung gestellt. Die WRG und die Grundwasser-WP werden überwiegend im Winter und als regenerative Heizsysteme in Tierställen eingesetzt. Der Modulstall eignet sich mit seiner spezifischen Zuluftführung ganzjährig zum regenerativen Heizen und Kühlen von zwangsbelüfteten Tierställen. Von allen drei untersuchten Systemen können große Mengen an Primärenergie substituiert werden.

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Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Direct injection systems are considered a promising technology to apply pesticides site specifically in the future. Possible benefits of direct injection systems include improved cost efficiency, operator safety, and environmental protection compared with conventional sprayers. Over the past years research has focused mainly on the injection process including, response times, metering accuracy, and the mixing of the chemical and the carrier. However, with the proper cleaning of conventional sprayers becoming more and more important, it is crucial that studies on direct injection systems not only restrict themselves to dosing behaviour and accuracy, but also identify strategies to clean these systems. This includes the reclamation of the residual concentrated pesticide from the injection pipe and rinsing of the contaminated parts of the hydraulic system. In this study a direct injection system that injects pesticides locally at all nozzles on a boom was assembled and investigated under laboratory conditions with regards to its ability to be cleaned. The system was contaminated with a safe-to-use polyvinylpyrrolidone-water solution as a test pes-ticide before cleaning. The cleaning process was divided into two steps: 1) reclamation of the simulated pesticide by pushing it back into the pesticide tank using pressurised air (pre-cleaning) and 2) rinsing the contaminated part of the hydraulic system with water. Using gravimetrical and conductivity measurements, the cleaning process was investigated systematically to ascertain the initial dynamics of reclamation and rinsing, as well as the cleaning success. Evaluations included variation of pre-cleaning time and air pressure as well as water inlet positions. Measurements for a 3 m test section showed that the concentration of the simulated pesticide in the rinsing water could initially be as high as 30%. As the pre-cleaning time was extended, the initial concentration was reduced by one third. Changing the water inlet position reduced the initial concentration of the simulated pesticide in the rinsing water to 5%. These concentrations were much higher than in most common spray solutions. This means that if an active pesticide was used, further dilution of the pesticide concentration in the rinsing water would be required for it to be sprayed on a crop. In some cases it took more than 10 min to dilute simulated pesticide residues in a 3 m test section down to 0%. Measurements also showed that the contaminated rinsing water has to be homogenized in order to be able to uniformly control the dosing valves when applying the contaminated rinsing water to the crop. The test bench experiments were verified on a wide boom DIS sprayer. A method that in-cluded homogenization of the contaminated rinsing water was tested and proved to be suitable for future cleaning in the field after operation.

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Abstract

Professor

Meyer, H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Berlin, FG Konstruktion von Maschinensystemen

Ort

Berlin

Abstract

Analysis of data security of self-configuring radio networks on mobile working machines illustrated by the process documentation

Das Produkthaftungsgesetz für Lebensmittel fordert eine lückenlose Dokumentation der landwirtschaftlichen Prozesse durch den Landwirt. Mit Hilfe eines autonomen Datenaustausches zwischen mobilen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen auf dem Feld und einem zentralen Datenserver kann diese Forderung erfüllt werden. Die Basis dieses Dokumentationssystems sind eingebettete elektronische Systeme, die in der Lage sind, autonom miteinander über Funk zu kommunizieren und Daten auszutauschen. Moderne Ernte- und Transportmaschinen erfassen mittels Sensoren die benötigten Informationen wie z. B. Position, Geschwindigkeit, Kornfeuchte, Durchsatz usw. Um die relevanten Maschinendaten detektieren zu können, werden die Kommunikationssysteme mit den CAN-Bussen der landwirtschaftlichen Maschinen verbunden. Systeme zur Ertragsdatenerfassung sind am Markt verfügbar, jedoch erfolgt die Datenübertragung in das Farm Management Informationssystem manuell. Weiterhin gibt es Telemetriesysteme, die die Maschinendaten direkt über Mobilfunk (GPRS) übertragen. Die Nachteile solcher Systeme bestehen in den Providergebühren, der geringen Netzabdeckung in ländlichen Gebieten, den geringen Übertragungsraten und der Einschränkung, dass keine direkte Kommunikation zwischen den Maschinen auf dem Feld aufgebaut werden kann. Aus diesen Gründen werden die Kommunikationssysteme zusätzlich mit Nahbereichsfunkschnittstellen versehen. Um den Anforderungen in der Praxis gerecht zu werden, werden die zur Verfügung stehenden Standards auf ihre Eignung hin untersucht. Die Auswahlkriterien sind Stromaufnahme, Reichweite, Datenrate und Hardwarekosten. Der IEEE802.15.4 erfüllt die gestellten Anforderungen am besten. Da die Funknetzwerke in der Landwirtschaft hoch dynamisch sind, d.h. Maschinen kommen dazu oder fallen weg, werden Ad-Hoc Netzwerke benötigt. Außerdem ist die Reichweite der einzelnen Kommunikationsmodule nicht zuletzt wegen der geringen Sendeleistung eingeschränkt, somit müssen die Daten mittels der Transportfahrzeuge zum Server auf den Hof übertragen werden. Hierbei muss sichergestellt werden, dass der Mähdrescher die Daten an ein Überladefahrzeug übergibt, welches dann die Daten auf den Hof-Server überträgt. Eine Übertragung der Daten an einen weiteren Mähdrescher ist nicht sinnvoll. Es werden daher Prozessprioritäten (PP) für folgende Maschinengruppen definiert: Mähdrescher (PP 70), Transportfahrzeuge (PP 60) und der Hofserver (PP 00), der die niedrigste PP besitzt. Eine Datenübertragung erfolgt immer nur zu einer niedrigeren PP. Das Prioritätenmodell kann modifiziert und an unterschiedliche Ernteketten angepasst werden. Für eine lückenlose Rückverfolgbarkeit des Erntegutes, müssen die Überladevorgänge und die Prozesspartner detektiert und dokumentiert werden. Um die Datensicherheit, d.h. kein Datenverlust oder Zugriff durch Unbefugte, zu gewährleisten, wurden Standards zur Verschlüsselung der Daten und Datenüberprüfung untersucht. Die entwickelten Sicherheits- und Kommunikationsmechanismen sowie das Dokumentationssystem wurden in Feldtests bewertet und deren Funktionalität nachgewiesen.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die Klauen- und Gliedmaßenerkrankungen stellen derzeit in der Milchviehhaltung ein großes Gesundheitsproblem mit zunehmender Häufigkeit dar. Durch rechtzeitige Erkennung können oft schwere Lahmheiten vermieden oder zumindest in ihrem Ausmaß reduziert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei verschiedene Untersuchungen zur Erkennung von Lahmheiten durchgeführt:

Das Ziel der ersten Untersuchung war es, ein automatisches System zur Erkennung von Lahmheiten bei Milchkühen mit Hilfe von ALT-Pedometern zu entwickeln. Zu diesem Zweck wurden 30 laktierende Holstein-Milchkühe nach ihrer Gangbewertung mit einem „Numerical Rating System“ (NRS) = 2 ausgewählt. Die Schwellwerte für die Lahmheit wurden mit den Werten NRS 3,0 und 3,5 festgelegt. Die Kombination mehrerer Merkmale von Aktivität und Liegeverhalten mit den Methoden des maschinellen Lernens ist wichtig für Prognosewerkzeuge. Die gewählte Merkmalskombination wurde mit einer Sensitivität von 72,04 % und einer Spezifität von 81,11 % zur Erkennung von Lahmheiten berechnet.

Die vorgestellten Ergebnisse zeigen deutlich, dass Messungen mit dem ALT-Pedometer das Potenzial haben, Lahmheiten von Kühen auf der Betriebsebene zu erkennen.

In der zweiten Untersuchung wurde an 24 Milchkühe Infrarot-Thermographie (IRT) als nicht invasive diagnostische Methode zur Früherkennung von Klauenläsionen durchgeführt. Die IRT wurde verwendet, um die Oberflächentemperatur des Kronsaums (KS), der Haut (H), und der Temperaturdifferenz (?T) zwischen KS und H der hinteren Gliedmaßen zu erfassen. Die Temperaturen für KS, H und ?T waren bei den Kühen während der Früh- und Mittellakation (= 200) höher als bei den Kühen in der späten Lakation (200 &gt;). Temperaturen für KS und H waren mit der Umgebungstemperatur positiv korreliert. In den jeweils vor und nach dem Klauenpflegetermin erfassten Datensätzen wurde eine signifikante Differenz in der Kronsaumtemperatur zwischen Kühen mit und ohne Läsionen erkannt. Festgestellt wurden Schwellwerte von 0,6 und 1,09 °C am Kronsaum als Temperaturdifferenz zwischen Hintergliedmaßen mit und ohne Läsion vor und nach dem Klauenpflegetermin (Sensitivität = 85,7 %, Spezifität = 55,9 %; und Sensitivität = 80,0 % und Spezifität = 82,9 %). Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Erhöhung bei Oberflächentemperaturen der Klauen, wenn eine Läsion vorhanden ist. Dies deutete darauf hin, dass jede Kuh als ihre eigene Kontrolle für Oberflächen Temperaturschwankungen dienen kann, wenn die zweite Klaue keine Läsion hat. Die durch IRT gemessene Temperaturdifferenz zwischen der linken und der rechten Klaue könnte nützlich sein, um Klauenläsionen bei Milchkühen frühzeitig zu erkennen.

The claw and limb disorders are currently in the dairy farming with an increased incidence. Through early detection severe lameness can be prevented, or at least reduced in their degree.

In the present work two different investigations were performed for the detection of lameness.

The aim of the first study was to develop an automated system to detect lameness in dairy cows by using ALT-pedometer. For this purpose 30 lactating Holstein dairy cows were selected based on their gait with a “Numerical Rating System” (NRS = 2). The threshold NRS alues for this study (3.0 and 3.5) were determined for lameness detection. The combination of several features of activity and lying behavior using the methods of machine learning is important for prognostic tools. The selected feature combination was calculated with a sensitivity of 72.04% and a specificity of 81.11% for the detection of lameness. With the presented results it becomes clear that measurements with the ALT pedometer have the potential to detect on farm lameness.

In second investigation the infrared thermography (IRT) was conducted on 24 dairy cows as a non-invasive diagnostic Method for early detection of foot pathologies in dairy cows. The IRT was used to assess the surface temperature of coronary band (CB) region, skin (S) and temperature difference between coronary band and skin (?T) of the hind limbs. Coronary band, skin temperature, and ?T were significant higher in cows with days in milk (DIM) = 200 than in cows with DIM &gt; 200 for all healthy hooves. Temperatures of coronary band and skin region were positively correlated with ambient temperatures. In the pre and post-trimming data analysis, a significant difference was found in temperature of the coronary band between cows with lesions and cows without lesions. A threshold value was established to determine the temperature difference between lesion and non-lesion hind claws on coronary band at 0.64 and 1.09°C before and after claw trimming (sensitivity [SE] = 85.7%, specificity [SP] = 55.9% and sensitivity [SE] = 80.0%, specificity [SP] = 82.9%, respectively) with the aim to detect hoof lesions. In conclusion, the results demonstrate an increase of surface temperature of the lame limb when a hoof has a lesion. This suggested that each cow can serve as her own control for surface temperature variations if the second hoof has no lesion. The temperature difference between left and right limb measured by IRT might be useful for early detection hoof lesions associated with lameness in dairy cows.

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Abstract

Professor

Hartung, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

The aim of the current study was to evaluate presently used sensor systems in twelve automatic milking farms with regard to detection of mastitis. Cyto-bacteriological analysis of quarter milk samples resulted in a proportion of quarters infected with mastitis pathogens between 13 % and 48 %, from which the most were minor pathogens. The most frequently detected major pathogens were Staphylococcus aureus and environmental streptococci. The proportion of clinical mastitis varied between 2 % and 5 % in the investigated farms. For the detection of udder health disorders the farmers used as indicators mainly the information of milk yield, milking interval, electrical conductivity, and, partially, information of colour measurements and on-line SCC determination, dependent on AMS equipment. Evaluation of herd management data of AMS showed a large variation of sensitivity and specificity for the detection of udder health disorders between the farms. Clinical mastitis was detected with sensitivity between 43 % and 100 % and specificity between 8 % and 90 %. Detection of subclinical mastitis resulted in a lower sensitivity and a specificity in nearly the same range. Results for on-line SCC determination showed a good correlation with laboratory determined values. The results indicated that udder health of the most investigated farms is in need of improvement. Although such sensor systems are implemented in AMS, test performance has to be improved with regard to creation of reliable alerts for mastitis and implementation of certain automatic separation of abnormal milk.

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Abstract und Dissertation

Professor

Bernhardt, H., Prof. Dr., Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik

Institution

Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München

Ort

München

Abstract

Soil liability and soil stress of different undercarriage configurations

Zunehmende Fahrzeugmassen erhöhen das Risiko der Bodenverdichtung. Die z. T. widersprüchlichen Aussagen zur Wirkung von Rad- und Raupenlaufwerken auf den Ackerboden können nicht uneingeschränkt auf moderne Fahrwerke übertragen werden. Ein systematischer Versuch sollte dies klären. Hierbei wurde die Wirkung von Rad- und Raupenfahrwerke bei annähernd gleichem Kontaktflächendruck und einer etwa gleich hohen Gesamtlast untersucht. Das Raupenlaufwerk mit 113 kN Last erzeugte bei der dynamischen Druckmessung geringere Bodendrücke, die sich über die Tiefe schneller als bei den Radialreifen mit 2x51,5 kN /4x23,5 kN Last abbauten. Höhere Einzelradlasten erzeugten größere Tiefenwirkungen. Mehrfachüberrollungen wirkten sich stärker auf den Oberboden aus. Die Stechzylindermessung wies bis 30 cm Tiefe bei jeder Art der Überrollung eine signifikante Veränderung nach. Eine Differenzierung zwischen den Varianten war nicht möglich. Im Unterboden verursachte keine der Fahrwerksvarianten eine nachweisbare Beeinträchtigung.

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Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Investigation into the suitability of herbs for the sod production

Kräuter erfüllen wichtige Funktionen als Lebensraum von Insekten, tragen zur Ästhetik von Landschaften bei und dienen der Verbesserung des Grundfutters von landwirtschaftlichen Nutztieren. Eine sichere Etablierung von Kräutern in geschlossenen Grünlandbeständen ist im Saatverfahren durch wuchsstärkere Gräser als problematisch zu bewerten. Ein Lösungsansatz besteht in der Vorzucht und dem Verpflanzen von Kräutersoden, ähnlich der Technik des Fertigrasenanbaus. Aufgrund der morphologischen Differenzen von Kräutern und Gräsern standen bei Beginn der Untersuchungen viele Fragen offen. Diese richten sich an die Verträglichkeit von Wurzelschnitten, zur Entwicklung, dem Ertrag an Trockenmasse des Oberbewuchses, zum Anwuchsverhalten, zur Sodenstabilität, sowie auch der Wurzelneubildung von Kräutern. Zur Klärung dieser Fragen wurden bei 9 unterschiedlichen Kräuterarten verschiedene Anbauversuche mit Wurzelkürzungen, Ertragsbestimmungen und Sodenverpflanzung durchgeführt. Auch erfolgten Untersuchungen zur Ermittlung eines Sodenträgermateriales und die Entwicklung eines Sodenschneidersystems. Die Versuche orientierten sich hierbei teilweise an der Fertigrasenerzeugung. Die Forschungsergebnisse ergaben, dass die Erzeugung von Kräutersoden möglich ist. In Bezug auf den Ertrag, dem Anwuchsverhalten und der Wurzelbildung reagierten die Kräuterarten sehr unterschiedlich auf einen Wurzelschnitt. Die Techniken der Fertigrasenproduktion können allerdings nicht direkt auf die Herstellung von Kräutersoden übertragen werden

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Abstract

Professor

Meyer, H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Berlin, FG Konstruktion von Maschinensystemen

Ort

Berlin

Abstract

Development and investigation of a semi-active suspension system for full spring mounted tractors

Herkömmliche Traktoren besitzen kein Federungssystem. Seit Forschungsergebnisse den gestiegenen Fahrkomfort und das verbesserte Fahrverhalten durch eine Federung nachweisen konnten, sind moderne Traktoren mit verschiedenen Federungssystemen für den Sitz, die Kabine oder die Achsen ausgestattet. Bei der Achsfederung unterscheidet man Vorderachsfederung und Vollfederung des Chassis über beide Achsen. Im Folgenden soll das Potential eines semi-aktiven Fahwerks für vollgefederte Traktoren aufgezeigt werden. Basierend auf einem Systemtraktor mit Starrachsen wurde eine hydropneumatische Vollfederung entwickelt. Diese umfasst die erforderliche Sensorik, die hydraulischen Aktoren und eine auf dem Skyhook Prinzip beruhende Regelung in Echtzeit. Die Validierung dieser Regelung erfolgte mit Hilfe eines MKS Modells, verschiedenen Reglermodellen und Testfahrten. Durch die kontinuierlich ausgeführte Regelung ist eine Anpassung an die ständig wechselnden Fahrsituationen möglich. Sowohl die Ergebnisse der Simulation als auch die der Fahrversuche zeigen eine Reduzierung der Beschleunigungswerte des Traktorchassis durch das semi-aktiv geregelte, hydropneumatische Fahrwerk. Dieses trägt zu einem deutlich verbesserten Fahrkomfort und einer erhöhten Fahrsicherheit bei.

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Abstract

Professor

Hartung, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Charakterisierung von Substratqualität und Methanausbeute von in Schleswig-Holstein angebauten Energiepflanzen. Es wurde die spezifische Methanproduktion von 224 Substratvarianten im Hohenheimer Biogasertragstest (HBT) und von 72 Varianten im Batch-Test bestimmt. Die spezifische Methanproduktion (HBT) beträgt bei Weizen 359-371 lN/kgoTS, bei Mais 358-378 lN/kgoTS und bei Deutschen Weidelgras 341-372 lN/kgoTS. Die Ergebnisse zur spezifischen Methanproduktion liegen aufgrund eines systematischen Versatzes im Batch-Versuch immer unter denen des HBT, wobei Silagen höhere Gasausbeuten erzielen. Die während der Silierung auftretenden Masseverluste wurden durch die erhöhte Gasproduktion der Silagen kompensiert. Hinsichtlich des Methanhektarertrages ist Mais den anderen untersuchten Nawaro deutlich überlegen. Die experimentell ermittelten Methanerträge zeigten gute Übereinstimmungen mit nach WEIßBACH (2008, 2009) berechneten theoretischen Methanerträgen.

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Dissertation

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Bei der Anwendung des ADM I auf landwirtschaftliche Substrate muss gegenüber der Abwassertechnologie die anders geartete Zulaufcharakterisierung, der Zerfall von mikrobieller Biomasse und die N-Inhibition gesondert berücksichtigt werden. Die vorgenommenen Erweiterungen im dynamischen Modell ermöglichen eine einfache, massebasierte Zulaufcharakterisierung anhand verfügbarer Daten zur stofflichen Zusammensetzung und Verdaulichkeiten aus Futterwerttabellen und die Simulation der Weender Fraktionen. Die entstehende Biomasse zerfällt im Modell in eine eigene, unabhängige Zustandsvariable. Die Acetatoxidation als dominanter Acetat-Abbauweg in landwirtschaftlichen Biogasanlagen wurde in das Modell integriert. Die Anpassungen wurden anhand von 13 Versuchsreihen, die sich hinsichtlich Substrat, Fermentertyp und Beschickung unterscheiden. validiert und zu einem allgemeinen Konzept ,.agriADM I" zusammengeführt.

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Abstract und Dissertation

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Bedingt durch die Veränderung der ökologischen und ökonomischen Rahmenbedingungen in der europäischen Landwirtschaft stehen seit einigen Jahren auch die Effizienz und die Leistungsfähigkeit von Antriebskonzepten in der landtechnischen Diskussion. Hierbei wird besonderes Augenmerk auf den Fahrantrieb gelegt, da dieser bei Ackerschleppern den Hauptantrieb darstellt und auch bei selbstfahrenden Erntemaschinen einen großen Anteil der Verbrennungsmotorleistung beansprucht. Aufgrund seiner Besonderheiten wie beispielsweise Stufenlosigkeit und Reversierbarkeit stellt der Mähdrescherfahrantrieb insbesondere durch den stufenlosen Wandler hohe Ansprüche an die Antriebstechnik. Er wird daher einer detaillierten Betrachtung unterzogen, deren Ziel es ist, unterschiedliche, stufenlose Wandler für Mähdrescherfahrantriebe zu untersuchen, einander gegenüberzustellen und Grundlagen für deren Bewertung zu erarbeiten. Nach Auswertung der theoretischen Grundlagen stufenloser Wandler werden ein hydrostatischer und ein elektrischer Wandler zur näheren Betrachtung ausgewählt. Diese werden entsprechend ausgelegt und parallel in denselben Versuchsmähdrescher eingebaut. Mit dem Mähdrescher werden anschließend Untersuchungen zum Vergleich der Wandler durchgeführt. Um eine möglichst breite Basis für die Bewertung der Wandler zu schaffen, werden hierbei die unterschiedlichen, im Einsatzprofil eines Mähdreschers auftretenden Betriebsbedingungen durch verschiedene Betriebs-bereiche (Standlauf, Ernteeinsatz, Straßenfahrt, Volllast) abgedeckt. Abschließend werden auf Basis der Antriebsauslegung und der Ergebnisse der Versuche Bewertungskriterien stufenloser Wandler für Mähdrescherfahrantriebe abgeleitet und diese in Relation zu bekannten Forderungen an Fahrantriebe für Ackerschlepper gesetzt.

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Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Heilkräuter sind während des Trocknungsprozesses zahlreichen Einflüssen ausgesetzt, welche die Qualität des Endproduktes entscheidend beeinflussen. Diese Forschungsarbeit beschäftigt sich mit der Trocknung von Zitronenmelisse (Melissa officinalis L.) zu einem qualitativ hochwertigen Endprodukt. Es werden Strategien zur Trocknung vorgeschlagen, die experimentelle und mathematische Aspekte mit einbeziehen, um bei einer adäquaten Produktivität die erforderlichen Qualitätsmerkmale im Hinblick auf Farbeänderung und Gehalt an ätherischen Ölen zu erzielen. Getrocknete Zitronenmelisse kann zurzeit, auf Grund verschiedener Probleme beim Trocknungsvorgang, den hohen Qualitätsanforderungen des Marktes nicht immer genügen. Es gibt keine standardisierten Informationen zu den einzelnen und komplexen Trocknungsparametern. In der Praxis beruht die Trocknung auf Erfahrungswerten, bzw. werden Vorgehensweisen bei der Trocknung anderer Pflanzen kopiert, und oftmals ist die Trocknung nicht reproduzierbar, oder beruht auf subjektiven Annäherungen. Als Folge dieser nicht angepassten Wahl der Trocknungsparameter entstehen oftmals Probleme wie eine Übertrocknung, was zu erhöhten Bruchverlusten der Blattmasse führt, oder eine zu geringe Trocknung, was wiederum einen zu hohen Endfeuchtegehalt im Produkt zur Folge hat. Dies wiederum mündet zwangsläufig in einer nicht vertretbaren Farbänderung und einen übermäßigen Verlust an ätherischen Ölen. Auf Grund der unterschiedlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften von Blättern und Stängel, ist eine ungleichmäßige Trocknung die Regel. Es wird außerdem eine unnötig lange Trocknungsdauer beobachtet, die zu einem erhöhten Energieverbrauch führt. Das Trocknen in solaren Tunneln Trocknern bringt folgendes Problem mit sich: wegen des ungeregelten Strahlungseinfalles ist es schwierig die Trocknungstemperatur zu regulieren. Ebenso beeinflusst die Strahlung die Farbe des Produktes auf Grund von photochemischen Reaktionen. Zusätzlich erzeugen die hohen Schwankungen der Strahlung, der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit instabile Bedingungen für eine gleichmäßige und kontrollierbare Trocknung. In Anbetracht der erwähnten Probleme werden folgende Forschungsschwerpunkte in dieser Arbeit gesetzt: neue Strategien zur Verbesserung der Qualität werden entwickelt, mit dem Ziel die Trocknungszeit und den Energieverbrauch zu verringern. Um eine Methodik vorzuschlagen, die auf optimalen Trocknungsparameter beruht, wurden Temperatur und Luftfeuchtigkeit als Variable in Abhängigkeit der Trocknungszeit, des ätherischer Ölgehaltes, der Farbänderung und der erforderliche Energie betrachtet. Außerdem wurden die genannten Parametern und deren Auswirkungen auf die Qualitätsmerkmale in solaren Tunnel Trocknern analysiert. Um diese Ziele zu erreichen, wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt. Die Sorption-Isothermen und die Trocknungskinetik von Zitronenmelisse und deren entsprechende Anpassung an verschiedene mathematische Modelle wurden erarbeitet. Ebenso wurde eine alternative gestaffelte Trocknung in gestufte Schritte vorgenommen, um die Qualität des Endproduktes zu erhöhen und gleichzeitig den Gesamtenergieverbrauch zu senken. Zusätzlich wurde ein statistischer Versuchsplan nach der CCD-Methode (Central Composite Design) und der RSM-Methode (Response Surface Methodology) vorgeschlagen, um die gewünschten Qualitätsmerkmalen und den notwendigen Energieeinsatz in Abhängigkeit von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit zu erzielen. Anhand der gewonnenen Daten wurden Regressionsmodelle erzeugt, und das Verhalten des Trocknungsverfahrens wurde beschrieben. Schließlich wurde eine statistische DOE-Versuchsplanung (design of experiments) angewandt, um den Einfluss der Parameter auf die zu erzielende Produktqualität in einem solaren Tunnel Trockner zu bewerten. Die Wirkungen der Beschattung, der Lage im Tunnel, des Befüllungsgrades und der Luftgeschwindigkeit auf Trocknungszeit, Farbänderung und dem Gehalt an ätherischem Öl, wurde analysiert. Ebenso wurden entsprechende Regressionsmodelle bei der Anwendung in solaren Tunnel Trocknern erarbeitet. Die wesentlichen Ergebnisse werden in Bezug auf optimale Trocknungsparameter in Bezug auf Qualität und Energieverbrauch analysiert. Ein wesentlicher Beitrag dieser Arbeit besteht außerdem darin, die gewonnenen Ergebnisse und Methoden auf die Trocknung ähnlicher Produkte mit ähnlichen Trocknungseigenschaften und Problemen zu übertragen.

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Abstract und Dissertation

Professor

Auernhammer, H. Prof. Dr.

Institution

Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München, Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik

Ort

München

Abstract

Analysis of feed intake and rumen development of calves by using process data of a multi-sensor calf rearing system

Zur Analyse der individuellen Futteraufnahme und der Vormagenentwicklung wurde eine multisensorische Kälberaufzuchtanlage mit Tränkeabrufstation mit Fiebermesssystem, Vorderfußwaage, Trinkwasserautomat, Kraftfutterautomat und Grundfutterwiegetrögen installiert und über einen Betriebscomputer vernetzt. In einem Langzeitversuch über 33 Wochen konnten damit für 66 Einzeltiere mehr als 95 % der Sensordaten mit hoher Auflösung und sehr hoher Präzision erfasst werden. Die Futteraufnahmemengen stiegen mit Ausnahme der durch den Tränkeplan begrenzten Milchtränke in Abhängigkeit des Alters nahezu kontinuierlich an. Generell war die Verzehrsmenge bei den männlichen Kälbern höher, weshalb sich auch die Gewichtsdifferenz mit zunehmendem Alter vergrößerte. Anhand der vernetzten Technologien konnte gezeigt werden, dass sich in Abhängigkeit des Alters die Einflussgrößen auf die Trinkwasseraufnahme ändern. Für die Futter- und Trinkwasseraufnahme ergaben sich hohe Korrelationen zu den erfassten Einflussgrößen in unterschiedlichen Kombinationen. Dabei kann eine Abhängigkeit der Pansenentwicklung vom Alter und der Futteraufnahme nachgewiesen werden. Das Zottenwachstum auf der rechten Pansenseite, speziell die Papillenbreite am caudo-dorsalen Blindsack, korreliert dabei hoch positiv mit der Kraftfutter- und Trinkwasseraufnahme. Damit kann über die Futteraufnahme und die Lebendmasse die Pansenentwicklung in dieser Region bestimmt werden. Mit Hilfe der Korrelations- und Differenzanalysen konnte gezeigt werden, dass für bestimmte Parameter eine Region einer Pansenseite repräsentativ ist für die entsprechende Region der anderen Pansenseite. Aufgrund der ermittelten Ergebnisse müssen künftig die Tränke- und Kraftfutterpläne tierindividuell oder zumindest geschlechtsspezifisch an die Futteraufnahme und somit die Pansenentwicklung des Kalbes adaptiert werden. Für die weitere Optimierung sind modifizierte Folgeversuche erforderlich, in welchen das individuelle Tierverhalten mittels zusätzlicher Sensoren noch detaillierter und zudem auch der Gesundheitsstatus erfasst werden.

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Abstract und Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Traktor-Geräte-Systeme stellen einen elementaren Bestandteil der landwirtschaftlichen Mechanisierung dar, gleichzeitig ist eine fortgesetzte Produktivitätssteigerung unumgänglich. Der Blick in benachbarte Fachgebiete zeigt eine steigende Verbreitung elektrischer Antriebe, deren Einsetzbarkeit für die Kombination Traktor und Gerät untersucht wurde. Elektrische Antriebe bieten in diesem Umfeld einige Vorteile, die vor allem in der Effizienz, der Steuer- und Regelbarkeit und der aufgelösten Bauweise liegen. Damit sie jedoch sinnvoll eingesetzt werden können, müssen eine Systemarchitektur und ein Bedienkonzept entwickelt werden. Hierzu wurde ein Systemvorschlag erarbeitet, der auf den Ideen des ISOBUS und insbesondere auf den darin vorgesehenen verteilten, maschinenübergreifenden Regelkreisen beruht. Eine einfache, sichere, komfortable und wirtschaftliche Anwendung wird dabei durch einen hohen Grad der Vereinheitlichung der Steckverbinder, gepaart mit einer automatischen Identifikation und Konfiguration, erreicht. An den konkreten Beispielen Düngerstreuer, Pflanzenschutzspritze und Triebachsanhänger konnte in rechnerischen Modellen und anhand von prototypischen Maschinen eine Vielzahl von Vorteilen erarbeitet werden. Diese reichen von der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beim Düngerstreuer, über die Reduzierung technischer Restmengen bei der Pflanzenschutzspritze bis zu Verbesserungen in Traktion und Fahrverhalten beim Triebachsanhänger. Insbesondere die häufig mit dem precision farming in Verbindung gebrachten Geräte profitieren von der guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebe. Unproduktive Nebenzeiten zum Ankuppeln und Befüllen können verringert werden. Zusätzlich konnten Komfort und Sicherheit beim Ankuppeln verbessert werden.

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Abstract und Dissertation

Professor

Böttinger, S., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Die Leistungsfähigkeit eines Mähdreschers wird durch den Gutdurchsatz, bei dem die Kornverluste ein vertretbares Maß nicht überschreiten, bestimmt. Die Reinigungsanlage reagiert im Durchsatzoptimum sensibel auf die Änderung der Maschinenneigung. Dabei ist der Einfluss der Querneigung wesentlich größer als der Einfluss der Längsneigung. Abhilfe schaffen lagegeregelte Mähdrescher, deren Spezialfahrwerke die gesamte Maschine bei der Befahrung eines Hanges in waagerechter Position halten. Andere hangangepasste Reinigungsanlagen sind weniger wirkungsvoll und stoßen bereits bei mittleren Neigungen an ihre Grenzen. In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von Hanglagen bis 15% Neigung untersucht. Die Versuchsmaschinen erreichten im Großparzellenversuch Korndurchsätze von mehr als 9,4 kg/s pro Meter Reinigungsbreite. Die Ergebnisse zeigen, dass in verschiedenen Durchsatzbereichen zwischen 15 t/h und 55 t/h bereits bei einer seitlichen Maschinenneigung von 10% eine Verdreifachung der Reinigungsverluste eintreten kann. Der Einfluss der Längsneigung ist marginal. Die Messergebnisse der Kornverlustsensoren der Reinigungsanlage werden durch die Arbeitsweise benachbarter Förder- und Verteilelemente beeinflusst. Die allgemein bekannte Durchsatz/ Verlustbeziehung der Reinigungsanlage wird sowohl in der Ebene als auch am Hang nachgewiesen. Die Reinigungsverluste verdoppeln sich am Seitenhang im Vergleich zur Ebene bereits bei einem Korndurchsatz von weniger als 20 t/h. Der Einfluss der Hangneigung auf die Reinigungsverluste ist bei den Fruchtarten Winterweizen und Sommergerste sehr groß. Die Untersuchungen großkörniger Leguminosen ergaben keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen Hangneigung und Reinigungsverlusten. Die Ergebnisse sind nicht allgemein gültig. Sie sind Momentaufnahmen der untersuchten Maschinen und Jahre im Versuchsbetrieb.

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Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Development, Implementation and Evaluation of an IT System for Process Documentation and Process Support in Livestock Farming

In der Nutztierhaltung ist der Einsatz von Automatisierungstechnik verbreitet. Diese erleichtert den Prozessbeteiligten die tägliche Arbeit, indem sie Teilprozessschritte autark abarbeitet. Die Überwachung der eingesetzten Technik erfolgt zumeist manuell. Ebendies gilt für die Erfassung prozessrelevanter Parameter wie Ressourcenverbräuche und Klimadaten. Eine ganzheitliche Prozessüberwachung und –dokumentation ist daher nur mit großem personellen Aufwand zu erreichen. Die Tierproduktion sieht sich, veranlasst durch den Strukturwandel und den Ruf nach Lebensmittelsicherheit und Rückverfolgbarkeit, vor der Herausforderung, Informationstechnologie einzuführen. Die in diesem Zusammenhang relevanten Themenfelder Erfassung, Haltung, Nutzung und Austausch von Daten auf landwirtschaftlichen Betrieben und in deren Umfeld beleuchtet diese Arbeit am Beispiel der Schweinemast. Ausgehend von einem Mastschweinestall erfolgt eine Analyse der Gegebenheiten, der Anforderungen und der Umsetzungsmöglichkeiten zur Erreichung der Ziele Prozessdokumentation und -unterstützung. Die infolge dessen abgeleiteten und ergriffenen Maßnahmen haben ein prototypisches System entstehen lassen, das seinen Fokus auf die vollständige Integration der im Stall vorhandenen technischen Komponenten unter Verwendung von Standards legt. Neben der Vorstellung und der Bewertung des entstandenen Systems wird der konkrete Nutzen für Wissenschaft und Praxis anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele dargestellt sowie Optimierungspotentiale hinsichtlich der genutzten Technologien und Standards aufgezeigt.
 

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Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Conservation Tillage in Organic Agriculture - Analysis of a Technology in the Context of Soil Fertility

Seit der Gründung der Ökologischen Landbaubewegung wird über eine angepasste Bodenbearbeitung diskutiert. Konservierende Bodenbearbeitungssysteme scheinen zwar dem Prinzip des Erhalts und der Förderung der Bodenfruchtbarkeit am ehesten gerecht zu werden, wurden bislang vor allem auf Grund der Unkrautregulierung im Ökolandbau abgelehnt. Anhand von vier Methoden (Literaturrecherche, Feldversuch, Umfrage und Experteninterviews) werden die unterschiedlichen Aspekte der konservierenden Bodenbearbeitung in der Praxis des Ökolandbaus untersucht. In dem dreijährigen Feldversuch wurde das Mulchsaatverfahren mit zwei verschiedenen Bearbeitungstiefen (5-7 cm und 13-15 cm) zur Zwischenfrucht mit dem Pflugeinsatz (25 cm) verglichen. Dabei zeigt sich, dass bei der tiefen Bearbeitung mit dem Grubber der für einen nennenswerten Erosionsschutz notwendige Bedeckungsgrad von 30 % nicht zuverlässig erreicht wird. Gleichzeitig sprechen die geringen Unterschiede in den Trockenmasseerträgen der flachen und tiefen Grubbervarianten für eine flachere Bearbeitung. Die Ergebnisse der Umfrage zur Bodenbearbeitung, die 367 Ökobauern beantworteten, zeigen, dass die Mehrheit der Betriebe (56%) bei der Grundbodenbearbeitung den Pflug einsetzt. 6% der befragten Ökobauern geben an ohne Pflug zu wirtschaften. Etwa 40 % der befragten Ökobauern verzichten zumindest einmal in ihrer Fruchtfolge auf den Pflug. Die Experteninterviews von drei Ökobauern verdeutlichen die unterschiedlichen Maßnahmen der konservierenden Bodenbearbeitung. Ein komplexes System wird erkennbar, das sich durch langjährige Erfahrung der Landwirte entwickelt hat. Anhand der Ergebnisse ist eine konservierende Bodenbearbeitung im Ökolandbau möglich und im Sinne der Förderung der Bodenfruchtbarkeit auch als notwendig zu bezeichnen. Allerdings ist dabei die Bodenbearbeitung nicht isoliert zu betrachten. Im Konzept der konservierenden Bodenbearbeitung sind Entscheidungen in vielen Teilbereichen des Ökobetriebs zum Erfolg notwendig.
 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Influence of Process Control on Drying Kinetics and Product Attributes of Sensitive Biological Products

Die Konvektionstrocknung ist eine der ältesten Methoden zur Konservierung von Lebensmitteln. Es ist bekannt, dass Agrarprodukte temperaturempfindlich sind. Bei Überhitzung erleiden sie chemische und physikalische Veränderungen, die ihre Qualität vermindern. In der industriellen Praxis wird die Konvektionstrocknung in der Regel auf Grundlage empirisch ermittelter Werte durchgeführt, welche die Produkttemperatur nicht berücksichtigen. Es ist deshalb nicht sichergestellt, ob der Prozess optimal oder auch nur gut betrieben wird. Inhalt dieser Arbeit ist ein Vergleich der klassischen einstufigen Konvektionstrocknung mit einer Prozessführungsstrategie bei der die Produkttemperatur als Regelgröße eingeführt wird. Anhand der Untersuchung des Trocknungsverhaltens von Äpfeln werden die beiden Verfahren analysiert, die erhaltenen Ergebnisse miteinander verglichen und daraus optimierte Trocknungsbedingungen abgeleitet. Die für dieses Projekt entwickelte Prozessanlage erlaubt die simultane Untersuchung sämtlicher wesentlicher Temperaturen, der Gewichtsveränderung und der optischen Qualitätskriterien. Gleichzeitig ist es möglich, entweder die Lufttemperatur oder die Temperatur des Produktes zur regeln, während die jeweils andere Größe als Messwert erfasst wird. Es kann weiterhin zwischen Durch- und Überströmung gewählt werden.

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Abstract

Professor

Hensel, O., Prof. Dr.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die vorliegende Arbeit hatte das übergeordnete Ziel, einen Beitrag zur Steigerung der Prognosesicherheit für Ausbreitungssimulationen von Feinstäuben aus Tierställen zu leisten. Darunter fiel zum einen die Quantifizierung der Partikelemission aus Rinderställen. Ein weiterer wichtiger Aspekt war die Betrachtung der Transmission der Partikel. Hierzu gehörten die Parameter Sedimentation, Resuspension und Adsorption.

Emissionsmessungen fanden in drei Milchviehställen statt, die sich hinsichtlich ihrer Haltungsverfahren, des baulichen Konzeptes und der Lüftung unterschieden. Die untersuchten Ställe boten Platz für ca. 50 GV. Die Bestimmung des Luftvolumenstroms erfolgte gleichzeitig anhand der Abklingmethode mit dem Tracergas SF6.
Durch die 24 Stunden-Messungen konnten Tagesverläufe bezüglich der Partikelmassenkonzentration detailliert dargestellt werden. Während den Stallzeiten konnte ein deutlicher Anstieg der Partikelmassenkonzentration nachgewiesen werden, wobei der Einfluss der Tieraktivität gering war. Wie erwartet, waren in einem eingestreuten Haltungssystem um den Faktor 10 höhere Emissionsfaktoren als in einem konventionellen Liegeboxenlaufstall. Ferner war hervorzuheben, dass sowohl in der Abluft der untersuchten Liegeboxenlaufställe, als auch in dem Tieflaufstall die Partikelmassenkonzentration weit unter den geforderten Grenzwerten der TA-Luft lag.

Parallel fanden Untersuchungen zur Quellenbeschreibung des Rinderstallstaubes statt. Die Daten der chemischen und mikroskopischen Analysen flossen im weiteren Verlauf in die Berechnung der Partikelmasse mit ein. Durch die Ermittlung einer partikelgrößenspezifischen Dichte konnten für die acht untersuchten Größenklassen von 2,0 bis > 20,0 µm realitätsnahe Werte für die Emissionsmessungen erstellt werden. Die errechneten Partikelmassenfaktoren konnten durch eine Parallelmessung im Stall bestätigt werden.

Im Labor wurden im Folgenden die Transmissionsparameter an unterschiedlichen Versuchsständen analysiert. Die Ermittlung der Sedimentationsgeschwindigkeit fand in einem Sedimentationszylinder statt. Die Untersuchungen zur Resuspension und Adsorption erfolgten in einem dafür entwickelten Windkanal.

Es wurden Sedimentationsgeschwindigkeiten von 0,002 bis 0,014 m s-1 mit zunehmender Partikelgröße gemessen. Die Resuspensionsmessungen zeigten, dass bedingt durch die geringen Windgeschwindigkeiten, die am Boden vorherrschen, die resuspendierte Partikelmasse sehr gering ausfällt. Es folgte die Bestimmung der Adsorptionsrate von Weizen als Modellpflanze anhand von Bilanzmessungen. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass Weizen unerwartet hohe Adsorptionsraten aufwies, die mit zunehmender Partikelgrößenklasse anstiegen.

Neben den partikelgrößenspezifischen Emissionsfaktoren liegt durch die Bestimmung der Parameter Sedimentation, Resuspension und Adsorption eine erste Datenbasis für die Transmission von Feinstäuben aus Rinderställen vor. In weiteren Untersuchungen sollte diese Basis ausgebaut werden.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hein, O., Prof.

Institution

Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Development of an online-measurement of percent residue cover in conservation tillage

Die vorliegende Arbeit ist Teil eines Verbund-Forschungsprojektes mit dem Ziel, eine Präzisions-Bodenbearbeitung in Abhängigkeit von verschiedenen Bodenparametern sowie dem Bodenbedeckungsgrad zu realisieren. Ziel dieses Teilprojektes war die Bereitstellung einer Online-Messung des Bedeckungsgrades, um die Bearbeitungsintensität während der Feldüberfahrt regeln zu können: Ein Kamerasensor vorne am Schlepper ermittelt die Bodenbedeckung und ein Tiefen-Sollwert wird an das Regelsystem eines Gerätes zur teilflächenspezifischen Bodenbearbeitung ausgegeben. Da unter Feldbedingungen Methoden zur Bedeckungsgradmessung nur relativ zueinander verglichen werden können, wurde zunächst ein Laborvergleich mit wohldefinierten Bodenbedeckungen durchgeführt, um die prinzipiellen Stärken und Schwächen von Bildanalyse sowie zwei visuellen Methoden (Gitterraster-Methode und „Meterstick-Methode“) zu ermitteln: • Eine visuelle Methode, die auf einer begrenzten Anzahl von einfachen Stichprobenbeobachtungen beruht (Gitter), überschätzte den Bedeckungsgrad systematisch, wobei dieser Effekt unter Feldbedingungen vermutlich klein gegenüber der bekannten Schwankungsbreite zwischen Messungen verschiedener Beobachter ist. • Eine visuelle Methode, die auch Größe und Orientierung des Strohs berücksichtigt (Meterstick), lieferte präzise mittlere Messwerte. Diese Methode war die mit Abstand arbeitsaufwändigste. • Nach einer einfachen Korrektur des Abbildungsfehlers des Kameraobjektivs war auch die Bildverarbeitungs-Methode in der Lage, die bekannten tatsächlichen Bedeckungsgrade exakt darzustellen, bei gleichzeitig der geringsten Schwankungsbreite der Messwerte. Die Online-Messung der Bodenbedeckung durch Ernterückstände ist bisher jedoch ungelöst. Obwohl in früheren Untersuchungen Texturmerkmale oder Farbunterschiede erfolgreich genutzt wurden, um den Bedeckungsgrad zu bestimmen, wird eine Bedienperson zur interaktiven Festlegung bestimmter Parameter benötigt. Um den Prototypen eines onlinefähigen Kamerasensors zu entwickeln, wurden geeignete Ausrüstung und Bedingungen zur Bildaufnahme untersucht und verschiedene Auswertealgorithmen mit Hilfe einer wissenschaftlichen Bildanalysesoftware geschrieben und getestet: • Da im Nahinfraroten zwischen ca. 800 und 1400 nm der größte Intensitäts-Kontrast zwischen Stroh und Boden besteht wurde zur Bildaufnahme eine Schwarz-Weiss-CCD-Kamera mit aufgesetztem Infrarotfilter gewählt. Eine Diffusor-Box sorgte für homogene Beleuchtungsbedingungen. • Zwei auf Kantendetektion und automatischer Schwellwertsetzung basierende Versionen („A“ und „B“) eines „klassischen“ Segmentierungsalgorithmus wurden geschrieben. Durch einen iterativen Ansatz konnten geeignete Thresholding-Verfahren abhängig von der Größenordnung der Bodenbedeckung verwendet werden. Die zur Online-Regelung der Bearbeitungstiefe nötige Beschränkung der Prozesslaufzeit auf ca. 1000 ms/Bild konnte eingehalten werden. • Eine alternative automatisierbare Kontrollmethode wurde entwickelt, welche Merkmale der Grauwerthistogramme der Stroh/Boden-Bilder auswertet (Algorithmus „C“). Dieser Ansatz ist nochmals deutlich schneller als eine Bildsegmentierung (ca. 5 – 10 Bilder/s). • Der Sensor wurde an einem Quad montiert und die Bodenbedeckung auf drei Testfeldern untersucht. Zwischen den Messergebnissen eines Algorithmus vom Typ A/B und dem Ansatz C wurde eine Pearson-Korrelation von 0,967 für die Messwertegesamtheit gefunden. • Auf Versuchsparzellen mit definiert aufgebrachten Strohmengen (ein weiteres Teil-projekt) wurden an GPS-referenzierten Punkten Bilder mit dem Sensor aufgenommen und Referenzmessungen mit der visuellen Gitterraster-Methode durchgeführt. Zwischen der Bildverarbeitung (A, B) und dem Gitter ergaben sich befriedigende Pearson-Korrelationen im Bereich von 0,7 – 0,8. Allerdings waren für hohe Bedeckungen die Ergebnisse des Sensors meist signifikant niedrigere als der Mittelwert von drei das Gitter auszählenden Personen. Eine Kontrolle mit Ansatz C ergab, dass die Histogramm-Merkmale der einzelnen Bilder deutlich besser mit den per Bildverarbeitung ermittelten Bedeckungsgraden korrelierten als mit den Gittermessungen. – Insgesamt erwies sich die schnelle Bildverarbeitung als geeignet für den Einsatz als neue Referenzmethode zur Messung der Bodenbedeckung durch Ernterückstände. • Da der Aufbau des Sensors ohne die Diffusor-Box praxisgerechter ist, besteht weiterer Forschungsbedarf in Bezug auf die dann auftretenden Probleme durch stark wechselnde Beleuchtung und Schattenwurf. • In einem letzten Schritt wurde der Kamerasensor erfolgreich in ein bereits entwickeltes System zur teilflächenspezifischen Bodenbearbeitung an der Universität Kiel integriert. Eine Regelung der Arbeitstiefe durch den Kamerasensor war problemlos möglich, allerdings gilt es noch belastbare Kriterien für die Vorgabe von Tiefen-Sollwerten in Abhängigkeit vom Bedeckungsgrad zu entwickeln.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Die Kennzeichnung von landwirtschaftlichen Nutztieren mit einer Ohrmarke ist obligatorisch und ermöglicht, jedes Tier seinem Halter zuzuordnen. Der zusätzliche Einsatz einer elektronischen Komponente (Transponder) diente bis anhin hauptsächlich dazu, die Tiere mittels stationärer Antenne an der Futterstation zu identifizieren und das Futter tierindividuell zuzuteilen. Ziel dieser Untersuchung ist, die Handhabbarkeit von elektronischen Ohrmarken und stationären Antennensystemen zur Identifikation des Einzeltieres aus der Gruppe zu bewerten. Weiter wurden die Verlustquote und die Funktionssicherheit von elektronischen und der offiziellen Kunststoff-Ohrmarke sowohl auf landwirtschaftlichen Betrieben als auch in Schlachtbetrieben in der Schweiz erhoben. Zur Bewertung verschiedener Antennensysteme wurden mit Ohrmarken gekennzeichnete Schweine in der Gruppe durch eine stationäre Antenne getrieben. Zum Einsatz kamen neben standardisierten (ISO-)Transpondern auch solche mit Anti-Kollisions-Algorithmus (AK-Transponder). In Tests mit AK-Transpondern und zwei verschiedenen Antennen konnten durchschnittlich 65 bzw. 84 % der Schweine erkannt werden. Bei ISO-Ohrmarken lag die Lesequote zwischen 60 und 98 %. Bei der Simulation des Treibens einer Tiergruppe konnten zwischen 43 und 48 % der AK- und zwischen 68 und 85 % der ISO-Transponder automatisch identifiziert werden. Die Handhabbarkeit von verschiedenen elektronischen und der offiziellen Kunststoff-Ohrmarke wurde in unterschiedlichen Haltungs- und Produktionssystemen bewertet. Die Ohrmarkenverluste der Kunststoff-Ohrmarke lagen mit 1,3 % deutlich unter denen der drei elektronischen Ohrmarken (2,0 bis 5,9 %). Die Funktionssicherheit betrug zwischen 98,6 und 99,5 %. Bei der Bewertung von verschiedenen Ohrmarken im Schlachtbetrieb zeigten der Ohrmarkentyp (Form und Größe der Ohrmarke) sowie die Enthaarungsmaschine einen großen Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit, dass eine Ohrmarke bei der Enthaarung herausgerissen wurde. Ein Kennzeichnungssystem mit elektronischen Ohrmarken für eine lückenlose automatische Identifikation von Schweinen von der Geburt bis zur Schlachtung ist zurzeit noch nicht praxisreif. Die Ohrmarkenverluste im Produktionsprozess und bei der Enthaarung im Schlachtbetrieb führten dazu, dass der Anteil bis nach dem Enthaaren automatisch identifizierbarer Schlachttiere teilweise zu gering ausfiel. Die Ergebnisse beim Lesen des Einzeltieres aus der Gruppe zeigten das Potential dieser Technik auf.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Unzureichende Bodenbearbeitung, ungünstige Witterungsbedingungen und monotone Fruchtfolgen führen zu sogenannten Primärinfektionen mit Pilzen (hier: Fusarium). Vielfach treten diese aber auch im Gefolge von Fraßinsekten auf (Sekundärbefall). Unter bestimmten Bedingungen setzen Fusarien giftige Stoffwechselprodukte frei.

Die Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO, 2005) schätzt, dass bis zu 25% der Weltproduktion von Nahrungsmitteln mit Mykotoxinen kontaminiert sind und pro Jahr etwa 1000 Millionen Tonnen an Nahrungsmitteln auf Grund von Mykotoxinbelastungen als Nahrungs- und Futtermittel verloren gehen. In einem Kooperationsprojekt an der Universität Hohenheim wird eine praktikable, ökonomisch und ökologisch sinnvolle Entsorgungsmöglichkeit gesucht, bei der die Inaktivierung des Pilzes und die Reduktion seines Mykotoxins im Vordergrund stehen. Das Projekt wurde von der FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe) gefördert.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hartung, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Um eine erfolgreiche sowie ökonomisch und ökologisch nachhaltige Landwirtschaft zu betreiben, ist es unerlässlich jedes Betriebsmittel möglichst effizient einzusetzen. Bei der Ausbringung von Flüssigmist sollte der gezielte Einsatz von Flüssigmist als Düngemittel für die Düngung im Vordergrund stehen. Vor dem Hintergrund schwankender Nährstoffgehalte im Flüssigmist gilt es, den Nährstoffgehalt im Flüssigmist möglichst genau und zeitnah zu bestimmen und an den teilflächenspezifisch variierenden Nährstoffbedarf anzupassen.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Nahinfrarotsystem (NIR) für die Onlinebestimmung der Flüssigmistnährstoffe Trockensubstanz, Gesamtstickstoff, Ammoniumstickstoff, Phosphor und Kalium auf einen praxisüblichen Gülletankwagen mit 18,5 m³ Fassungsvermögen aufzubauen. Der Wert der Nährstoffkonzentration kann dann für die Volumendosierung [m³/ha] so eingesetzt werden, dass es möglich ist, die Ausbringmenge nach der Nährstoffkonzentration zu regeln.

Nach dem Aufbau des NIR-Messsystems erfolgten mit einer konstant bleibenden Probe (Weißstandard) Versuchsreihen zur grundsätzlichen Überprüfung der Beeinflussbarkeit des NIR-Messsignals im Stand sowie während der Fahrt. Es wurde festgestellt, dass sich das Messsignal einer ideal, konstanten Probe während des Zeitraumes der Ausbringung eines Fasses fast nicht nachweislich verändert, sich bei längerer Betrachtung aber ändern kann. Der geschätzte Ge-samtstickstoffgehalt von Flüssigmist mit hohen, mittleren und niedrigen Trockensubstanzgehalt wurde bei verschiedenen Durchflussgeschwindigkeiten verglichen. Die Schätzwerte für Gesamtstickstoff schwankten bei Flüssigmist mittleren und niedrigen TS Gehalts um den Mittelwert. Die Regelgrenzen des Gülleausbringsystems waren mit  14,1% von einer mittleren Ausbringmenge größer als die Schwankungen der Nährstoffkonzentration innerhalb eines Fasses während der Ausbringung, somit ist die Voraussetzung für die nährstoffgesteuerte Ausbringung von Flüssigmist gegeben. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Messstelle in der liegenden Güllehauptleitung, an der während der Befüllung, des Rührens und der Ausbringung NIR-Messungen möglich sind sich für die Messungen eignet. Die anhand von Flüssigmistreferenzproben und parallel dazu unter Praxisbedingungen ermittelten NIR Spektren erstellten Kalibrationsergebnisse wurden mit der Methode der Full Cross Validation validiert. Die Einordnung der Güte der Kalibration erfolgte anhand des r² und des RPD. Für die Flüssigmistnährstoffe wurden die höchsten Werte des Bestimmtheits-maßes wie folgt erreicht: TS von Rinderflüssigmist (r² = 0,95; RPD = 4,53), Nges von Schweine-flüssigmist (r² = 0,96; RPD = 4,97), NH4 N von Schweineflüssigmist (r² = 0,94; RPD = 3,95); P von Schweineflüssigmist (r² = 0,86; RPD = 2,66) und K von Mischflüssigmist (r² = 0,86; RPD = 2,80). Dabei war es im Rahmen der Arbeit sinnvoll, den vorliegenden Datensatz nach seiner Flüssigmistart, d.h. Rind, Schwein, etc. aufzuteilen. Bei der Einordnung der in der vorliegenden Arbeit ermittel-ten Kalibrationsergebnisse für Nges und NH4-N in die aus der Literatur bekannten Kalibrationsergebnisse, können die Ergebnisse als sehr gut eingestuft werden. Zudem muss für eine Bewertung der Kalibrationen berücksichtigt werden, dass aus der Literatur lediglich Kalibrationen aus Labormessungen bekannt sind. Mit dem entwickelten Messsystem können nicht nur online verlässliche Nährstoffgehalte von Flüssigmist unter Praxisbedingungen bestimmt werden, sondern darüber hinaus kann durch das Messsystem eine nährstoffgesteuerte und teilflächenspezifische Flüssigmistausbringung sowie deren Dokumentation umgesetzt werden.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hartung, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Ammonia and PM10 emissions in naturally ventilated dairy housing with an outdoor exercise area using a tracer ratio method

Literaturdaten für die Emission von NH3 und PM10 bei Milchvieh sind für die in der Schweiz verbreiteten Laufstallsysteme mit Laufhof nicht aussagekräftig. Ziel dieser Untersuchung ist es, die Emissionen von NH3 und PM10 für die Haltung von Milchvieh im Laufstall mit Laufhof zu bestimmen und damit einen Beitrag für Emissionsinventare zu leisten. Die Messungen erfolgten in zwölf Messperioden auf sechs Praxisbetrieben in freigelüfteten Liegeboxenlaufställen mit planbefestigten Laufflächen und Laufhof. Messungen in je zwei von drei Jahreszeiten (Sommer, Übergangszeit, Winter) pro Betrieb deckten die klimatische Variation im Jahresverlauf ab. Um die Emissionen von zwei Bereichen separat zu bestimmen bzw. zwei Emissionsquellen mit unterschiedlicher Quellstärke abzubilden, wurde eine Tracer-Ratio-Methode mit zwei Tracergasen (SF6, SF5CF3) entwickelt. Die Zudosierung der verdünnten Tracergase erfolgte kontinuierlich über ein Rohrsystem mit kritischen Kapillaren direkt an den emittierenden Laufflächen. Ein Luftsammelsystem mit kritischen Kapillaren ermöglichte in den weiträumigen Ställen eine repräsentative Probenahme der Tracergase und von NH3. Die beiden Tracergase wurden gaschromatographisch und NH3 mit einem photoakustischen Sensor bestimmt. PM10 wurde an mehreren Messorten im Stallbereich und Laufhof anreichernd mit Impaktoren gesammelt und anschließend gravimetrisch quantifiziert. Zur Charakterisierung der jeweiligen Messsituation, zur Plausibilisierung von Messdaten, als Bezugsgrößen und zur Ableitung von wichtigen Einflussgrößen auf die Emissionen dienten neben beschreibenden Betriebsdaten die Parameter Außenklima, Klima in Stall und Laufhof, Tieraufenthalt, Laufflächenverschmutzung sowie Stickstoff-Input, -Output und -Verwertung. Diese Messanordnung mit Zudosierung, Probenahme und Analytik hat sich im Praxiseinsatz bewährt. Erstmalig wurden PM10-Emissionen auf Milchviehbetrieben mit freier Lüftung quantifiziert. Für die NH3-Emissionen konnten mit diesem systematischen Messansatz betriebliche sowie jahreszeitliche Effekte aufgezeigt werden. Die einzelnen Messtage einer Messperiode waren sehr konsistent. Als relevante Einflussgrößen auf die NH3-Emission resultieren die Außentemperatur, die Windgeschwindigkeit im Stall und der Harnstoffgehalt der Tankmilch.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Wallentowitz, H., Univ.-Prof. Dr.-Ing.

Institution

RWTH Aachen, Institut für Kraftfahrzeuge

Ort

Aachen

Abstract

Der steigende Mechanisierungsgrad in der Landwirtschaft mit der Forderung nach immer größerer Flächenleistung für eine termingerechte Arbeitserledigung, führte zur Entwicklung von leistungsstarken und damit schweren landtechnischen Fahrzeugen. Als Folge kann es zu wachstumsschädigenden Verdichtungen bis in Bereiche unterhalb der Grundbodenbearbeitungstiefe kommen.

Zunächst werden in dieser Arbeit die relevanten technischen Systeme und die Radlasten am Beispiel der Zuckerrübenerntetechnik ermittelt, um hieraus die Arbeitshypothese zur Reduzierung des Kontaktflächendrucks darzustellen.

Die Darstellung des Standes der Technik grenzt zunächst die begriffliche Bedeutung von Reifendrucksteuerung, Reifendruckregelung und radgebundene Reifendruckregelung gegeneinander ab. Bei der Betrachtung der unterschiedlichen Systeme der Luftübertragung auf das rollende Rad fällt auf, dass diese in der Regel individuell an die Achskonstruktion angepasst sind. Dies führte zum Konstruktionsvorschlag eines achsunabhängigen Drehdurchführungsringes.

Mittels konstuktionsmethodischer Vorgehensweise wird eine radgebundene Reifendruckregel-anlage mit Darstellung der terramechanischen Zusammenhänge entwickelt. Die Bodendruckreduzierung wird durch eine Vergrößerung der Reifenaufstandsfläche gewährleistet, was wiederum durch Reduzierung des Reifenluftdruckes erreicht wird. 

Der hieraus entstandene Versuchsträger, mit der neu entwickelten radgebundenen Reifen-druckregelanlage, wurde auf einem Reifenprüfstand erprobt.  Der Reifeninnendruck wird abhängig von Radlast und Fahrgeschwindigkeit  durch einen geschlossenen Wirkungskreis selbständig geregelt.

Die Prüfstandsversuche zeigen, dass die hier erstmals entwickelte Regelstrategie, die zulässige Reifeneinfederung mittels Luftdruckverstellung in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit zu regeln, ihre Gültigkeit hat. Dies entspricht der Arbeitshypothese, den Reifen im Gelände stets mit dem niedrigsten Reifeninnendruck bei größt möglicher Aufstandsfläche zu betreiben.

Shaker-Verlag, Aachen

Publikations-Art

Abstract

Professor

Bux, PD Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Dewatering and solar drying of liquid sewage sludge

Bei jedem großtechnischen Abwasserreinigungsprozess fällt neben dem geklärten Wasser auch Klärschlamm an, der aufgrund der Schadstoffproblematik in Deutschland mit zunehmendem Anteil thermisch entsorgt wird. Vor einer thermischen Verwertung ist jedoch eine möglichst weitgehende Abtrennung des Wassers wünschenswert. Derzeitige Verfahren zur Wasserabtrennung sind aber für einen Großteil der Kläranlagen aufgrund der Ausbaugröße nicht wirtschaftlich einsetzbar. Eine Alternative kann die dezentral einsetzbare kostengünstige solare Klärschlammtrocknung sein. Diese wird im Rahmen dieser Arbeit erstmals in Kombination mit einer vorgeschalteten statischen Entwässerung des Klärschlammes eingesetzt und untersucht. Bei der Untersuchung der statischen Entwässerung von Klärschlamm auf einer Filterschicht im Labormaßstab wird mit Hilfe der aus der Literatur bekannten Zusammenhänge der Kuchenfiltration ein Modell abgeleitet. Die Validierung des Modells zeigte dabei eine sehr gute Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Werten. Zur Validierung der Laborergebnisse wird die Filterschicht anschließend in drei Trocknungsanlagen eingebaut und im großtechnischen Maßstab über einen Zeitraum von 2 Jahren untersucht. Abschließend erfolgt für eine wirtschaftlichen Einordnung und Bewertung des Verfahrens ein Kostenvergleich der solaren Trocknung mit maschinellen Entwässerungsverfahren. Mit Hilfe der Sensitivitätsanalyse wird ferner der Einfluss ausgesuchter Parameter auf die Wirtschaftlichkeit überprüft. Zusammenfassend erweist sich die solare Trocknung mit statischer Entwässerung als technisch machbare und ökonomisch interessante Option zur Schlammtrocknung auf kleinen Kläranlagen.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die vorliegende Forschungsarbeit entstand aus der Motivation heraus, die Wertschöpfung des Faserhanfanbaus zu verbessern. Ansatzpunkte waren zum einen, die erste industrielle Verarbeitungsstufe in Form der Grünentholzung mittels Feldhäcksler in den landwirtschaftlichen Betrieb zu verlagern. Zum anderen sollte durch die "CULTAN"-Düngung (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition) der Ertrag und die Qualität der Fasern verbessert werden.

Untersucht wurden in den Jahren 2003 bis 2005 in Südwest-Deutschland verschiedene Häckselintensitäten im Vergleich zum Trockenaufschluss mittels einer Laborentholzungsmaschine, der Einfluss des Trockensubstanzgehaltes sowie der Schnittzeitpunkt bei der mechanischen Belastung des Pflanzenmaterials.

Die Bruchdehnung und der E-Modul der Hanffasern wurden durch die Belastungsintensität nicht beeinflusst. Es traten signifikante Unterschiede zwischen Häckselvariante und herkömmlichem Trockenaufschluss auf. Die Werte der feinheitsbezogenen Höchstzugkraft lagen im Bereich von 50 % bis 60 % von denen des Trockenaufschlusses. Ein späterer Schnittzeitpunkt hatte keinen Einfluss auf die Qualität des Häckselmaterials. Auch das Antrocknen des zu häckselnden Materials bewirkte keine Qualitätsverbesserung.

Bei dem Düngeversuch handelte es sich um eine Kontrollvariante ohne Düngung, eine Variante in Form von Kalkammonsalpeter und als "CULTAN" in Form von Ammoniaklösung.

Durch die Anwendung des "CULTAN"-Düngeverfahrens wurden keine statistisch abgesicherten Unterschiede bezüglich Ertrag und Qualität nachgewiesen. Die Witterung hatte einen stärkeren Einfluss auf den Ertrag und die Qualität als die durchgeführten Düngungsmaßnahmen. Auch wenn keine Effekte durch die "CULTAN"-Düngung auf den Ertrag und die Qualität der Hanfpflanzen erzielt wurde, ist durch die "CULTAN"-Düngung unter Umständen eine kostengünstigere Düngung möglich

Als Ergebnis der Forschungsarbeit bleibt festzuhalten, dass eine "CULTAN"-Düngung praktikabel ist. Die Verlagerung des ersten Verarbeitungsschrittes auf das Feld ist vom Verwendungszweck des Erntegutes abhängig.

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Lehrstuhl für Agrarsystemtechnik

Ort

München

Abstract

zur Dissertation

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München

Ort

München

Abstract

Investigation on Exhaust Gas Emissions and the Application of Particulate Filter Systems at Rapeseed Oil-Fuelled Combined Heat and Power Units

Beim Betrieb von Blockheizkraftwerken (BHKW) mit Rapsöl bestehen Unsicherheiten hinsichtlich des Emissionsverhaltens. Deshalb wurden in wiederkehrenden Untersuchungen in Praxisanlagen die Abgaskomponenten CO, NOx, HC und Partikelmasse ermittelt und der Einfluss von Rapsölqualität, Betriebsweise und Partikelfilter analysiert. Technisch einwandfreie BHKW mit Oxidationskatalysatoren weisen bei Nennlast günstige Emissionswerte auf, die an verschiedenen Messtagen unterschiedlich stark variieren und so auf ein Optimierungspotenzial hindeuten. Die Störanfälligkeit von Filtern für die Minderung von Partikelemissionen ist durch gegenseitige Abstimmung von Rapsölkraftstoff, Filter und Motorsystem noch zu verringern.

zur Dissertation

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Ziel der Arbeit war es, ein Verfahren zu entwickeln, das durch Belüften von Schweine-Flüssigmist (FM) die Ammoniak-, Lachgas- und Methanemissionen deutlich mindert. Eine Unterflurabsaugung sollte die Bedingungen für Mensch und Tier im Stall verbessern, und die mit Ammoniak angereicherte Abluft sollte durch einen sauren Abluftwäscher gereinigt werden. Weiterhin sollte das Konzept in anderen FM-basierten Tierhaltungsanlagen kostengünstig nachrüstbar sein.

Danach wurde zunächst eine Pilotanlage entwickelt, die sich zur Simulation der Betriebsver-hältnisse eignete. Der Vorteil der Belüftung wurde nachgewiesen, indem die Emissionen unter anaeroben und aeroben Bedingungen analysiert und miteinander verglichen wurden. Zur Minimierung der Methan- und Lachgasemissionen war ein möglichst geringer Volumenstrom zu wählen, um eindeutig aerobe Bedingungen und keine Mischverhältnisse zu schaffen.

Für den Betrieb wurden Anlagen zur Belüftung, Absaugung, Abluftreinigung und Analyse der Gaszusammensetzungen in modularer Bauweise entwickelt. Das Design der Module bewährte sich in einem Langzeitversuch. Bei intermittierender Belüftung im Betrieb mit 7,2  m3 Luft pro m3 FM und Tag im 1 h -Intervall bestand ein Minderungspotential von 14 % für Lachgas und von 56 % für Methan. Das Treibhauspotential für die FM-Lagerung in Deutschland würde von 10,592 auf 5,728 106 t CO2-Äquivalente und somit um 46 % gesenkt.

Die Anwendung des Kreuzstromverfahrens mit Schwefelsäure in sehr geringer Konzentration bei pH 3,0 und der Einsatz von Füllkörperelementen führten zu Reinigungsleistungen für Ammoniak von durchschnittlich 80 bis 87 % im Abluftwäscher. Wird die gesamte Abluft zentral über eine Unterflurabsaugung abgeführt, sind durch die Minderung der Schadstoffe auch verbesserte Bedingungen für Mensch und Tier im Stall zu erwarten. Weiterhin wird so die gesamte Abluft im sauren Wäscher behandelt und die Ammoniakemissionen sinken weiter.

Die einzelnen Bauelemente können auf andere Ställe mit FM übertragen werden, wobei sie vorher an die spezifischen Situationen des neuen Betriebes anzupassen sind.

Die Energiekosten einer intermittierenden Belüftung und Abluftwäsche lagen bei 54 € pro Mastschwein, wobei ein aktueller Strompreis von 19,58 ct (kWh)-1 angenommen wurde.

Das entwickelte Verfahren ist funktionsfähig. Ein Interesse in der Praxis dürfte allerdings wegen der hohen Kosten erst bei stark veränderten Rahmenbedingungen zu erwarten sein, für die Entscheidungen in der Umweltpolitik erforderlich sind.

Publikations-Art

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

2009, Nachdruck Lehrbuch

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Um das Fahrverhalten von Ackerschleppern - die in der Regel keine Hinterachsfederung haben und bis zu 60 km/h schnell sind - simulieren zu können, ist ein genaues Reifenmodell besonders wichtig, da die großvolumigen Reifen die gesamte Federungs- und Dämpfungsarbeit übernehmen müssen. Bestehende Reifenmodelle sind jedoch auf Pkw-Reifen spezialisiert und können nur bedingt das Verhalten von Ackerschlepperreifen wiedergeben. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Modell für großvolumige landwirtschafliche Reifen entwickelt – das Hohenheimer Reifenmodell – und anhand von Messungen an verschiedenen Prüfständen verifiziert. Das Hohenheimer Reifenmodell ist in der Lage, das dreidimensionale Übertragungsverhalten der Ackerschlepperreifen nachzubilden, wobei es echtzeitfähig bleibt. Es handelt sich um ein hybrides Reifenmodell, das den Reifen sowohl mittels Kennlinien als auch mittels Feder-Dämpfer-Elementen nachbildet. Es wurde in das Mehrkörpersimulationsmodell eines Ackerschleppers für Fahrdynamiksimulation eingesetzt. Für die Validierung des Gesamtfahrzeugmodells wurden mit einem Versuchsfahrzeug verschiedene Fahrversuche wie doppelter Spurwechsel oder Slalommanöver durchgeführt und mit Simulationsergebnissen abgeglichen. Schließlich wurden verschiedene einfache Maßnahmen zur Verbesserung des Fahrverhaltens von Ackerschleppern untersucht.

zur Dissertation

Publikations-Art

Professor

Herbst, R., Prof. Dr.

Institution

Humboldt-Universität Berlin, Institut für Pflanzenbau

Ort

Berlin

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die Geflügelhaltung wird in zunehmendem Maße als eine Quelle umweltrelevanter Schadstoffe betrachtet. Die Stallluft enthält Schadgase, Gerüche, Staub und Mikroorganismen. Diese Komponenten können die Tiergesundheit beeinträchtigen und somit die Produktivität mindern. Außerdem haben diese Stoffe einen negativen Einfluss auf die allgemeine Gesundheit der Mitarbeiter und direkten Anwohner eines Geflügelbetriebes. Der Stallstaub entsteht aus Futter, Einstreu, Stallmist, Federn und auch aus Baustoffen. Entsprechend der Umweltschutzgesetze und der maximal zulässigen Staubkonzentration am Arbeitsplatz muss die Staubkonzentration innerhalb der Geflügelställe eingehalten werden, um ausreichend saubere Luft für die Arbeiter und Tiere innerhalb dieser Ställe zur Verfügung zu stellen.

Ziel dieser Untersuchung war es, die Luftqualität durch Rezirkulation und Filterung der Luft innerhalb eines Stalls zu verbessern. Die Experimente wurden im Inneren eines Legehennenstalles mit Volierensystem durchgeführt. Trocken- und Nassfiltertechniken wurden hierbei überprüft. Durch verschiedene Laborexperimente wurde zunächst geeignetes Filtermaterial für ein Trockenfiltersystem bestimmt und die Mess- bzw. Arbeitsbedingungen den Ställen entsprechend angepasst.

Der entwickelte Trockenfilter zeigte die beste Staubreduzierung  im Vergleich zu Zyklon- und Nassfiltersystemen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen sollte im zweiten Schritt, das Trockenfiltersystem in einem typischen Legehennenstall eingesetzt werden.  Die Staubreduzierung dieses Filtersystems betrug in den abschließenden Praxis-messungen für die Innenraumkonzentration 55 % und für die Staubemission 72 %.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Die Planung und Gestaltung von Milchviehbetrieben in heißen Klimaten ist sehr komplex. Die dabei durchzuführenden Berechnungen sind nicht nur sehr zeit- und arbeitsaufwändig, sie können außerdem auch eine Fehlerquelle darstellen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist deshalb die Entwicklung eines Computer-Tools zur Planung und Gestaltung von Milchviehbetrieben in heißen Klimaten. Dabei sollen die erfassten Daten so aufbereitet werden, dass sie den Anwender bei seiner Entscheidungsfindung optimal unterstützen.

Zur Planung und Gestaltung unterschiedlicher Milchviehbetriebe wurden insgesamt elf Simulationsmodelle entwickelt. Neun Modelle simulieren die Funktionsbereiche bzw. Funktionselemente, ein Modell erarbeitet die Zuordnung der Funktionsbereiche (Funktionsprogramm) und ein weiteres dient der Kostenkalkulation. Für jedes Simulationsmodell wurde ein elektronischer Entscheidungsbaum erstellt und jeweils das Simulationsmodell in den jeweiligen Entscheidungsbaum integriert.

Mit Hilfe der objektorientierten Programmierungssprache C# (C Sharp) wurde ein Expertensystem entwickelt, welches die Simulationsmodelle und die jeweiligen Entscheidungsbäume nutzt. Mit diesem Expertensystem können die verschiedenen Elemente eines Milchviehbetriebes, wie beispielsweise die Bauhülle, das Kühlsystem, der Melkstand sowie die Futter- und Güllelagerung, geplant und gestaltet werden. Das Expertensystem setzt dabei die implementierten Technologien um und erstellt anschließend einen Lageplan. Außerdem schätzt das Expertensystem den Strom- und Wasserverbrauch des geplanten Milchviehbetriebes und ermittelt die verschiedenen Anschlussmöglichkeiten. Darüber hinaus berechnet das Expertensystem den Kapitalbedarf für den gesamten Betrieb sowie die fixen und die variablen Kosten.

Für eine Planung sind maximal 358 Eingaben erforderlich. Dabei wird jedoch ein Großteil der Eingabedaten durch das Expertensystem mittels einer entsprechenden Voreinstellung vorgeschlagen. Nach einer Berechnung der eingegebenen Daten werden 372 Output-Daten ausgegeben. Die Output-Daten können anschließend gespeichert und später wieder abgerufen werden. Außerdem wurde die Genauigkeit des Systems anhand der tatsächlichen und der berechneten Ausgabewerte überprüft. Dabei wurde eine 98,6%ige Genauigkeit festgestellt. Die Syntax des Expertensystems enthält 22106 Zeilen.

Grundlage für die abschließende Validierung und die Evaluierung des Expertensystems waren sechs bestehende Milchviehbetriebe in Ägypten. Dazu wurden die Unterschiede zwischen den tatsächlichen und den berechneten Werten ermittelt und die jeweiligen Standardabweichungen berechnet. Die Variationskoeffizienten liegen zwischen 3% und 7%.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass das entwickelte Expertensystem für die Planung und Gestaltung von Milchviehbetrieben in heißen Klimaten geeignet ist und den Anwender bei seiner Entscheidungsfindung effektiv unterstützen kann.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Die von Deutschland in internationalen Abkommen und nationalen Programmen getroffenen Vereinbarungen zur Verminderung klima- und umweltrelevanter Emissionen erfordern besonders im Bezug auf die Ammoniakemissionen aus der Nutztierhaltung zusätzliche Maßnahmen, um die international und national gesteckten Ziele zu erreichen. Im Rahmen eines BMBF-geförderten interdisziplinären Forschungsverbundprojektes wurden neuartige Ureaseinhibitoren für den Einsatz in der Tierhaltung erprobt. Die vorliegende Arbeit zeigt die dazu notwendigen Grundlagenuntersuchungen auf, welche die Basis bildeten für die Untersuchungen unter stallähnlichen Bedingungen und im Praxisstall im zweiten Teil des Projektes (LEINKER, 2007).

Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirkung verschiedener Ureaseinhibitoren auf die Harnstoffhydrolyse und somit auf die Ammoniakfreisetzung in Rinderflüssigmist unter standardisierten, reproduzierbaren und kontrollierten Laborbedingungen zu quantifizieren und mögliche Einflussfaktoren zu untersuchen (Prescreening). Daraus ergaben sich folgende Teilziele: Entwicklung eines geeigneten Messsystems und einer standardisierten Versuchsdurchführung, Untersuchung verschiedener Ureaseinhibitoren bei unterschiedlichen Substrattemperaturen und Inhibitorkonzentrationen, Selektion des Ureaseinhibitors mit der besten Minderungswirkung, Quantifizierung weiterer Einflussfaktoren auf die Wirkung des ausgewählten Ureaseinhibitors. Zur Beurteilung der Inhibitorwirkung sollte außerdem durch eine Flüssigmistanalyse auch jeweils das im Flüssigmist in seiner protonierten Form als Ammonium vorliegende Ammoniak erfasst werden. Zusätzlich sollten für den ausgewählten Ureaseinhibitor erste Hinweise zur Langzeitwirkung, zum Einfluss auf die Biogasbildung und zur Wirkung in Schweineflüssigmist abgeleitet werden.

Zur Durchführung der Untersuchungen wurde ein Behälter-Wasserbad-Messsystem aufgebaut und validiert. Die mit jeweils 2 l Flüssigmist befüllten 28 Messbehälter des Messsystems arbeiteten nach dem Prinzip der dynamischen Kammer und konnten mittels eines Wasserbades konstant temperiert werden. Zur quasi-kontinuierlichen Messung der Ammoniakkonzentrationen im jeweiligen Messbehälter wurde ein Gasanalysegerät auf Basis der NDIR-Spektroskopie verwendet. Die in den Hauptversuchen angewandte standardisierte Versuchsdurchführung wurde in Vorversuchen entwickelt.

Von den fünf untersuchten Ureaseinhibitoren (vier neue Wirkstoffe + Referenzwirkstoff NBTPT) wurde der Ureaseinhibitor D für weitere Untersuchungen im Projekt selektiert, da dieser Inhibitor die beste (signifikante) Minderungswirkung zeigte, welche hinsichtlich der Ammoniakfreisetzung von der Substrattemperatur und von der Inhibitorkonzentration abhängig war. Für eine effektive Minderung der Ammoniakfreisetzung erscheint es sinnvoll, geringere Mengen des Inhibitors öfter auszubringen,. Der Ureaseinhibitor D zeigte eine signifikante Minderungswirkung unabhängig von der Herkunft und der Schichtdicke des jeweiligen Flüssigmistes. Im Vergleich der mit dem Ureaseinhibitor behandelten D-Varianten wurde jedoch bei einer Schichtdicke von 4 mm signifikant mehr Harnstoff zu Ammoniak- und Ammonium-Stickstoff umgesetzt als bei einer Schichtdicke von 90 mm. Abgesehen von der Ammoniakfreisetzung ergab sich aus der Stickstoff-Bilanzierung aller jeweils durchgeführten Versuche kein Hinweis auf weitere nennenswerte gasförmige Stickstoffverluste, wie z.B. durch Lachgas.

In den Untersuchungen konnte kein signifikanter Einfluss des Ureaseinhibitors D auf die (harnstoffunabhängige) Grundfreisetzung von Ammoniak aus dem jeweiligen Flüssigmist infolge des Abbaus organischer Substanzen nachgewiesen werden. Für die Praxis bedeutet dies, dass der Einsatz des Ureaseinhibitors nur bei Anwesenheit von Harnstoff sinnvoll ist.

Die ersten weiterführenden Untersuchungen wiesen auf eine temperaturabhängige Wirkungsdauer des Ureaseinhibitors D hin, ließen keine negativen Effekte durch mit dem Inhibitor D behandelten Flüssigmist auf die Biogasbildung erkennen und zeigten für den Ureaseinhibitor D im Schweineflüssigmist ähnliche Zusammenhänge auf wie in Rinderflüssigmist.

Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen konnte ein Ureaseinhibitor selektiert werden, der im Rinder- und Schweineflüssigmist die Harnstoffhydrolyse und damit auch die Ammoniakfreisetzung signifikant minderte. Die Grundlagenuntersuchungen leisten somit einerseits einen wichtigen Beitrag zur Erweiterung des Kenntnisstandes in diesem Bereich und tragen andererseits zur Entwicklung neuer Techniken bei, um die Ammoniakemissionen aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung nachhaltig zu senken.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Pickel, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Zentrum für Ingenieurwissenschaften

Ort

Halle-Wittenberg

Abstract

Das Reparaturschweißen an Landmaschinen erweist sich als sehr problematisch. Zum einen erzeugen die geringe Festigkeit der Reparaturnähte und der hohe Verschleiß der hohe Verschleiß große Unzufriedenheit beim Auftraggeber, zum anderen hat dies zur Folge, dass die Landmaschinen ausfallen und zusätzliche Kosten bei der Folgereparatur sowie der Ersatzteilbeschaffung entstehen. Daraus ergab sich die Zielstellung, Methoden zu entwickeln, die das Reparaturschweißen in der Landmaschinentechnik optimieren.

Publikations-Art

Professor

Pickel, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrartechnik und Landeskultur

Ort

Halle-Wittenberg

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Das Verfahren der Einlagerung von gequetschtem Futtergetreide in Folienschläuchen mit einer Schlauchpresse mit integrierter Walzenquetsche (Crimper-Bagger) stellt eine technische Alternative zu konventionellen Techniken dar, weil erntefrisches Getreide mit hohen Feuchtegehalten in einem Arbeitsgang gequetscht, mit Konservierungszusätzen behandelt, verdichtet und luftdicht eingelagert werden kann. Eine Analyse und Beschreibung substratbedingter und verfahrenstechnischer Ein-flüsse auf die Futterqualität bei der Einlagerung von Feuchtgetreide im Folienschlauch mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen an feucht und zerkleinert eingelagerter Gerste und Weizen unter Anwendung eines chemischen Konservierungszusatzes war Ziel der eigenen Untersuchungen. 

Die Basis der Untersuchungen lag in der Zerkleinerung von Gerste und Weizen zweier Feuchtestu-fen mit anschließender Einlagerung in Folienschläuchen mit einem Crimper-Bagger. Die Feuchte-gehalte von etwa 20 und 30 % wurden sowohl durch vorgezogene Ernte als auch durch nachträgli-ches Anfeuchten erreicht. Die Futterqualität und aerobe Stabilität im Folienschlauch wurde während der anaeroben Lagerung und der aeroben Auslagerungsphase untersucht. Zur Bestimmung grund-sätzlicher Einflüsse auf Gärqualität und aerobe Stabilität sowie der Wirkung verschiedener Auf-wandmengen eines chemischen Konservierungszusatzes wurden standardisierte Versuche in Si-liergläsern angelegt. Die biochemische und technische Charakterisierung der Substrate erfolgte sowohl durch Analyse der Inhaltsstoffe und des Besatzes an verderbverursachenden Mikroorga-nismen als auch durch Bestimmung von Aufbereitungsgrad und Verdichtbarkeit.
Es konnte aufgezeigt werden, dass eine verlustarme Konservierung aller untersuchten Feuchtge-treidevarianten unabhängig vom Feuchtegehalt unter Luftabschluss im Folienschlauch möglich ist. Unter Lufteinfluss traten deutliche Unterschiede zwischen den untersuchten Getreidevarianten auf. Als Ursache hiefür sind Unterschiede im Aufbau der Getreidekörner und in physikalischen sowie biochemischen Eigenschaften bei variierenden Feuchtegehalten zu nennen. Die Effizienz eines chemischen Konservierungszusatzes konnte unabhängig von Getreideart und -feuchte aufgezeigt werden, so dass dessen Einsatz zur Senkung des Verderbrisikos grundsätzlich zu empfehlen ist. 

Die vorliegenden Ergebnisse leisten einen Beitrag zur sachgerechten Bewertung und sicheren An-wendung des Crimper-Bagger-Verfahrens. Optimierungsansätze werden aufgezeigt.
 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hoy, St., Prof. Dr.

Institution

Universität Gießen, Institut für Tierzucht und Haustiergenetik

Ort

Gießen

Abstract

Bei der Gruppenbildung kommt es durch die biologisch notwendige Ausbildung einer Rangordnung zu teilweise heftigen agonistischen Interaktionen (AI) zwischen den Sauen. Der Stress einer Gruppierung kann das Absterben einzelner Embryonen oder sogar den Verlust des ganzen Wurfes verursachen, was die Rentabilität der Ferkelproduktion senkt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Institut für Agrartechnik, Universität Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

Untersucht wurden die folgenden zukunftsfähigen Verfahren: aufgewertete konventionelle Ställe mit schlitzreduzierter Liegefläche und Beschäftigungstechnik, Schrägbodenställe mit Minimaleinstreu, Offenfrontställe mit Ruhekisten sowie Auslaufställe mit Stroh. Die Tiergerechtheit wurde mittels Direktbeobachtungen des Verhaltens, Integumentbonituren sowie der Erhebung stallbezogener Randparameter untersucht. Die Transkription des Tierverhaltens fand mit Hilfe der Scansampling Methode statt. Eine mobile Videotechnik für den Feldeinsatz als Unterstützung für die Beobachtung bei nicht direkt einsehbaren Buchtenbereichen wurde entwickelt sowie eine eigene Erfassungssoftware (ETHOSCAN 04) programmiert. Zur Standardisierung der Integumentbonituren wurde ein definierter Bilderkatalog erstellt. Zur weiteren Objektivierung der Datenaufnahme wurden im Versuchszeitraum mehrmals Vergleichstests zwischen den Beobachtern bzw. Beurteilern durchgeführt, die dabei gewonnenen mittleren Korrelationskoeffizienten lagen im hohen (r = 0,89; Beobachtungen) bis mittleren Bereich (r = 0,65; Bonituren). Die Funktionssicherheit wurde mit Bonituren der Buchtensauberkeit und Stallklimamessungen erhoben. Der Arbeitszeitaufwand wurde mit Hilfe von Arbeitszeittagebüchern festgehalten, die Baukosten von 18 der untersuchten Ställe wurden nach der DIN 276 ermittelt. Eine Verbraucherbefragung von 249 Gymnasiallehrern wurde mit Hilfe von Fragebögen durchgeführt. Die Einzelergebnisse flossen schließlich in eine integrierte Gesamtbewertung ein. Die finale Auswertung der Daten von Verhaltensbeobachtungen und Integumentbonituren erfolgte mit Hilfe eines Gemischte-Effekte-Modells. 

Die Akzeptanz des Liegebereichs durch die Tiere war in den Systemen mit getrennten Klimabereichen nahezu doppelt so gut (Offenfrontstall 82,07%, Auslaufstall 62,64%) wie in den Systemen mit einheitlichen Klimabereichen (aufgewerteter konventioneller Stall 31,39%, Schrägbodenstall 43,94%). Eine höhere quantitative und qualitative Ausprägung des Erkundungsverhaltens „Wühlen“ wurde in den Einstreuverfahren gezeigt, wohingegen Beschäftigung mit der Buchteneinrichtung und mit Beschäftigungstechnik in den strohlosen Systemen gesteigert beobachtet wurde. Verhaltensstörungen wurden abnehmend vom aufgewerteten konventionellen Verfahren (4,91%) zum Schrägboden- (3,1%), dann zum Offenfrontstall (2,34%) und schließlich zum Auslaufstall (2,26%) beobachtet, jedoch auf einem insgesamt akzeptablen Niveau. In Buchten mit Einstreu wurden weniger pathologische Veränderungen bzw. Verletzungen an den Gliedmaßen der Tiere und somit Lahmheiten festgestellt als bei strohloser Haltung, was die dämmende Schutzfunktion auch schon geringer Strohmengen für die Gliedmaßen unterstreicht. Dennoch waren diese Veränderungen über alle Verfahren hinweg insgesamt auf hohem Niveau. Mit abnehmender Nettobuchtenfläche je Tier konnte eine signifikante Zunahme des Merkmals „Veränderungen am Schwanz“ bestimmt werden. Bei allen Parametern zur Beurteilung der Tiergerechtheit konnte ein starker betriebsindividueller Einfluss auf die Ergebnisse festgestellt werden, welcher zum Teil höher war, als der Systemeffekt. 

Bei den Stallplatzkosten wurden für das aufgewertete konventionelle System 611€, für das Schrägbodensystem 513€, für den Offenfrontstall 447€ sowie den Auslaufstall 423€ je Tierplatz ermittelt (alle je 1,0 m²/Tierplatz). Für einen konventionellen Stallplatz nach der Tierschutz-Nutztierhaltungsverordnung (2006) mit einem Mindestflächenanspruch von 0,75/m²Tier wurden Kosten von 458€ errechnet. Bei den Einstreuverfahren wurde ein höherer Arbeitszeitaufwand je Tierplatz festgestellt (Schrägbodenstall 1,42 APh, Auslaufstall 1,76 APh), als bei den einstreulosen (konventioneller Stall 0,98 APh, Offenfrontstall 0,81 APh), jedoch war dies vor allem durch systemunabhängige Arbeiten bedingt, wie z.B. die Vermarktung.

Maßgeblich für die Gesamtbeurteilung der Verfahren durch Konsumenten ist deren Einschätzung über die Tiergerechtheit der Ställe, Verbraucher präferieren vor allem Ställe mit Auslauf bzw. mit außenklimanahen Bedingungen und Einstreu. Spaltenböden werden nicht direkt abgelehnt, wenn diese in ein tiergerechtes Gesamtkonzept integriert sind. Minimalstrohgaben bzw. das Angebot von Beschäftigungstechniken wurden in ihrer ethologischen Bedeutung nicht erkannt.  

Im Hinblick auf die Zielfragestellung der Studie erreichten bei der abschließenden Gesamtbeurteilung das Auslauf- sowie das Offenfrontstallsystem jeweils die beste Rangnote 1,9 dicht gefolgt vom Schrägbodenstall mit der Rangziffer 2,5. Für den aufgewerteten konventionellen Stall wurde die Rangziffer 3,7 ermittelt. In der gesamten Studie war deutlich der individuelle Betriebseffekt auf das Potential des jeweiligen Verfahrens zu erkennen.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

The aim of this research was to define the direct injection process in order to develop an adequate system for real-time site-specific application of pesticides, which will prepares the required mixture concentration with a desired homogeneity on-the-go. Further aims of this research project were to investigate the mixing process in the nozzle chamber, define the limit for the process output and propose an optimization for the DIS. Additionally, the effect of interrupting the carrier flow on non-sprayed areas in combination with DIS was studied, to enhance the spraying efficiency. 

An advanced direct injection assembly was proposed including an innovative injection valve. The valve minimizes time delay of DIS to less than 1 ms and enables variable flow rate setting without hardware adapting. The concentration increase of the proposed injection assembly was enhanced on 20 % s-1 and in combination with the step control process the injection time was reduced to 50 ms. 

The homogenisation process was studied by computer fluid dynamics (CFD) simulations. To reduce the time delay caused by the mixing process, three different static mixers were proposed to intensify the process. The 12 L/D KMS static mixer was chosen as smallest device proposing desired limit of 5 % of homogeneity and the mixing time was reduced to 30.2 ms for carrier flow of 20 ml s-1. Consequently, the DIS response time was reduced to less than 100 ms.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Conventional methods for inter-row weed control can handle with approximately 80 % of the field area in row planted crops. However the weeds occur in the remaining area between and around the plants have a bigger impact on the development and yield of the plants. Online detection of the single plant position and the plant-weed distinction are the bottlenecks of the intra-row mechanical weeding. A method and system for plant position detection based on the spectral characteristics of plants with the context of information on planting pattern was developed.  Virtual prototyping was used to design an adequate hoeing tool for intra-row weeding. The hoeing tool consists of an arm holder and three or more integrated arms rotating around the horizontal axis above the plant row. The servo system built in the physical prototype was operated in a mode with direct software control. The main task of the controlling software was the permanent calculation, checking and change of the recent rotational speed of the hoeing tool in real time. Tests have proved that depending on the angular adjustment of the hoeing knives an uncultivated area remains to avoid damaging of the plant roots around the plants during intra row weeding with the developed system.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Bockisch, F.-J., Prof. Dr.

Institution

Johann Heinrich von Thünen-Institut, Institut für Agrartechnologie und Biosystemtechnik

Ort

Braunschweig

Abstract

Bei mutterlosen Aufzuchtverfahren von Kälbern in Gruppen ist während der Tränkperiode häufig gegenseitiges Besaugen zu beobachten, wodurch Erkrankungen und finanzielle Verluste auftreten können.
In der Untersuchung erfolgte zunächst die Bewertung der baulich-technischen Änderungen am Tränkestand und die Nutzung des möblierten Nachtränkebereichs im Hinblick auf eine Reduzierung des gegenseitigen Besaugens. Die Kontrollgruppe war in einer Zweiflächenbucht auf Tiefstreu aufgestallt, die optimierte Gruppe hatte einen möblierten Nachtränkebereich, strukturierten Auslauf und eine angereicherte Haltungsumgebung. Der Versuch wurde mit 168 weiblichen Kälbern der Rasse deutsche Holstein durchgeführt. Die Kälber haben 12 Wochen Frischmilch über einen Tränkeautomaten erhalten. An drei Terminen wurden je zwei Abende in Folge Direktbeobachtungen nach der Mahlzeit für 20 min durchgeführt. Je nach Altersgruppe haben 11,2 bis 17,2 % der optimierten Gruppe gegenseitiges Besaugen gezeigt mit einer Dauer zwischen 39,0 und 62,0 sec und 58,6 % bis 74 % der Kontrollgruppe mit durchschnittlich 79 sec bis 122,5 sec. Mit zunehmendem Alter lag die Aufenthaltsdauer im Nachtränkebereich bei 416 sec.

Anschließend wurden Standardaufzuchtverfahren und optimierte Verfahren im Hinblick auf den Einfluss eines unterschiedlichen Angebots an Milchmenge und einer unterschiedlichen Technik bei der Milchaufnahme auf den Blutglukosespiegel untersucht. Die zwölf Varianten wurden mit 120 männlichen und weiblichen Kälbern der Rasse deutsche Holstein durchgeführt. Die Kälber haben je nach Variante Frischmilch oder MAT erhalten. Die Datenaufnahme erfolgte mit Direktbeobachtungen im Alter von 39 bis 58 Tagen, und Blutprobennahmen zur Erstellung von Glukoseprofilen im Alter von 50 bis 65 Tagen. Die aufgenommene Milchmenge lag bei der Datenerhebung bei allen Varianten, die restriktiv über den Automaten getränkt wurden, bei 3,0 I pro Kalb und Tag. Die Milchmenge bei den Kuh-Kalb-Gruppen betrug 8,0 bis 8,5 I, bei den ad lib Gruppen 7,4 I bis 9,2 I. Die Dauer der Milchaufnahme lag bei restriktiver Fütterung zwischen 03:50 min und 05:25 min, bei den Kuh-Kalb-Gruppen zwischen 10:44 min und 11:11 min und bei den ad libitum Gruppen zwischen 14:01 min und 15:29 min. Im Zeitraum direkt nach Ende der Milchmahlzeit bis 15 Minuten danach, war bei elf Varianten ein Zuwachs der Glukosewerte zwischen 0,650 und 2,060 mmol/I zu verzeichnen mit Werten von 5,670 und 9,160 mmol/I. Der höhere Zuwachs trat bei den Varianten MAT, Nachtränke und der ad libitum Frischmilch auf.

Aus den Ergebnissen ergeben sich drei Lösungsansätze, in Abhängigkeit der Betriebsstruktur: Eine Fixierung im  Tränkestand (CaIfProtect), ein Nachtränkebereich oder eine Ammenkuhhaltung.

Publikations-Art

Abstract

Professor

von Borell, E., Prof. Dr.

Institution

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften

Ort

Halle-Wittenberg

Abstract

Die momentanen und zukünftig zu erwartenden Entwicklungen der internationalen und nationalen Rahmenbedingungen zur Minderung von klima- und umweltrelevanten Quellen in der Landwirtschaft zeigen sehr deutlich auf, dass ein essentieller Bedarf und hohes öffentliches Interesse an effizienten, finanziell tragbaren und praxistauglichen Maßnahmen zur Reduzierung von Ammoniakemissionen aus Nutztierställen besteht.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung einer Prinziplösung zur Senkung von Ammoniakemissionen aus Nutztierställen mit Hilfe von Ureaseinhibitoren. Durch die Applikation neuartiger Ureaseinhibitoren auf Stallböden sollte über eine geminderte Harnstoffhydrolyse eine maximale Minderung der Ammoniakemission erreicht werden. Es ergaben sich folgende Teilziele: Entwicklung und Aufbau einer Labormessmethode, die Untersuchung der Wirkung von Ureaseinhibitoren auf die Ammoniakfreisetzung im Labor und auf dem Stallboden in einem frei belüfteten Liegeboxenlaufstall sowie zur Sondierung in einem Schweinemaststall. Über die Ableitung eines grundsätzlichen Maßnahmenkataloges und einer Kostenabschätzung von beispielhaften Applikationsverfahren sollte diese Minderungsmaßnahme bewertet werden.
Zusammenfassend lässt sich aufgrund der im Rahmen dieses Forschungsvorhaben durchgeführten Untersuchungen festhalten, dass für alle Teilziele umfangreiche Ergebnisse erarbeitet wurden. Danach stellt die Applikation von Ureaseinhibitoren auf befestigten Stallböden in Rinderlaufställen eine wirkungsvolle Maßnahme zur Minderung von Ammoniakemissionen dar.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Gegenstand der hier beschriebenen Arbeit ist die systematische Analyse der Zusammensetzung von Partikelemissionen aus der Schweinehaltung in Abhängigkeit von den jeweiligen Haltungsabschnitten und der Jahrszeit. Die Ergebnisse der Untersuchung liefern realistische Schätzwerte für die Höhe von Partikelquellemissionen aus Schweineställen und liefern einen Überblick über die Einflussfaktoren auf die Partikelfreisetzung.

Es konnten verschiedene methodische Variablen bestimmt werden, die zur Ermittlung von Partikelemissionsfaktoren eine wichtige Rolle spielen. Dabei ist die Datengrundlage einer 24-Stunden-Messung als kleinstes Auswertungsintervall zu betrachten, da Halbstundenmittelwerte um bis zu 300 % vom Tagesmittel abweichen können und der Luftvolumenstrom sowie die Tieraktivität erheblichen Einfluss auf den Verlauf der Partikelkonzentration haben. Das Management des Landwirts ist als Bindeglied zwischen eingesetzter Technik, Klimabedingungen und Tierverhalten zu sehen. Durch gezielte Steuerung der Anlagen in Abhängigkeit von klimatischen Randbedingungen kann er in das Emissionsgeschehen eingreifen. Um einen durchschnittlichen Emissionsfaktor bezogen auf ein Jahr zu kalkulieren, wurden Messungen in den verschiedenen Jahreszeiten unter „typischen“ Praxisbedingungen durchgeführt.

Für die Partikelkonzentrationsmessungen wurden Aerosolspektrometer eingesetzt. Dabei werden die Stäube durch eine Fraktionierung in Partikelgrößen anhand ihres durch Streulicht bestimmten Querschnitts beschrieben. Die hier gewählte Methode zur Einteilung der Partikelgrößen lässt Vergleiche mit anderen z.B. arbeitsmedizinischen Untersuchungen zu. Die Erfassung des Luftvolumenstroms erfolgte mit Messventilatoren. In Kombination mit dieser Messmethodik wurden Tieraktivitätsmessungen durchgeführt, so dass Einflussfaktoren auf die Partikelfreisetzung bestimmt werden konnten. Die Darstellung der Ergebnisse wurde auf Basis von Partikelmassenkonzentrationen (mg m-3) und der Quellemission (g h-1GV-1) vorgenommen. Eingestreute Systeme emittieren dabei höhere Staubfrachten als konventionell betriebene Ställe. Vermeintlich verbesserter Tierschutz und höhere Umweltbelastungen stehen hier in einem Zielkonflikt. Der Grenzwert der Partikelmassenkonzentrationen in der Abluft aus der TA-Luft (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft) von 20 mg m-3 wurde in keinem Stallsystem erreicht.

Durch die Bestimmung von Partikelverteilungen, -dichten und Sedimentationsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit der Haltungsabschnitte und -bedingungen konnten weitere physikalische Eigenschaften der Staubpartikel näher untersucht werden. Zusammen mit diesen Eigenschaften und den Partikelverteilungen sowie den Tagesverläufen kann die Datengrundlage für Ausbreitungssimulationen verbessert werden.

Publikations-Art

Professor

Köller, K., Prof. Dr. Dr. h.c. mult.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

120 S., 56 Abb., 9 Tab., 0 €

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Fortschritte in der Unkrauterkennung mittels Kameras in Kombination mit Bildverarbeitungstechniken erfordern Verbesserungen der Applikationstechnik. Aktuelle Spritzsysteme verteilen die Herbizide gleichmäßig auf dem Feld. Die Beschränkung der Anwendung von Chemikalien auf Teilflächen mit Unkrautbesatz, der auf einer Unkrautkarte verzeichnet ist (offline-Ausbringung) oder von einem Unkrauterkennungssystem angezeigt wird (online-Ausbringung), würde die Kosten deutlich senken und einen Beitrag zu einem umweltfreundlichem Pflanzenbau leisten. In Direkteinspeisungssystemen werden die Chemikalien so in das hydraulische System der Spritze eingeleitet, dass sich Art und Menge des Herbizids während des Feldbetriebs verändern lassen. Ein Nachteil aktuell verfügbarer Einspritzsysteme liegt in ihrer langen Reaktionszeit, d.h. der Zeit, die vergeht, bis die Spritzlösung an den Düsen die erforderliche Konzentration erreicht. Ausbringungsfehler sind darauf zurückzuführen, dass sich die Fließgeschwindigkeit des Wirkstoffs an den Düsen nicht schnell genug ändert, um an einer bestimmten Stelle auf dem Feld die erforderliche Herbizidmenge zur Verfügung zu stellen. Für die online-Ausbringung muss der Abstand zwischen dem Einspeisungsort und der Düse möglichst klein sein. Diese Arbeit stellt die Ergebnisse von Reaktionszeitanalysen vor, die an einem Direkteinspeisungssystem mit zwei verschiedenen Einspeisungsorten durchgeführt wurden. Tot- und Reaktionszeiten wurden anhand des mit einem Leitfähigkeitssensor erfassten Konzentrationsverlaufs eines Indikators ermittelt. Die Versuche wurden mit verschiedenen Fließgeschwindigkeiten von Trägerflüssigkeit und Indikator sowie mit verschieden dimensionierten Rohrleitungen und mit Indikatorflüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität durchgeführt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Van den Weghe, H., Prof. Dr. Ir.

Institution

Georg-August-Universität Göttingen, Zentrum für Veredelungswirtschaft

Ort

Vechta

Abstract

Bei der Freilandhaltung von Legehennen kommt es in den hochfrequentierten stallnahen Auslaufabschnitten zu einem vermehrten Absatz von Exkrementen. Daher wurden drei Betriebe (900, 2.000, 5.000 Hennen) mit Auslaufbesatzdichten von 2,5 m², 4 m² bzw. 10 m² pro Henne auf ihr N- und P2O5-Eintragspotential in Boden und Grundwasser untersucht. 
Der Exkrementenanfall im Auslauf wurde mit Hilfe von Rasenschutzgittern erfasst, parallel wurde die Anzahl Hennen im Auslauf von einem Hochsitz aus bestimmt. Der Nährstoffanfall im Auslauf wurde zusätzlich anhand von P2O5-Bilanzen auf Stallbasis kalkuliert, begleitend wurden die N- und P2O5-Gehalte des Bodens bestimmt. Zur Einschätzung der möglichen Nitrateinträge in das Grundwasser wurden im Lysimeterversuch verschiedene Auslaufintensitäten und Bodenabdeckungen (Holzhack, Stroh, Grasnarbe) simuliert. 

Mit zunehmender Herdengröße nutzten im Mittel weniger Hennen den Auslauf (5.000 Hennen: 10 %, 2.000 Hennen: 19%, 900 Hennen: 40 %) und mit zunehmendem Abstand zum Stall nahm die Besatzdichte (Hennen / m²) und die Exkrementenmenge (g / m² * h) deutlich ab. In Abhängigkeit zu den zwischen den Betrieben unterschiedlichen P2O5-Gehalten von Futtermitteln und Exkrementen ergaben sich bei nahezu gleicher Retention in tierischen Produkten unterschiedliche Nährstoffverwertungsgrade. Die Nmin und P2O5-Gehalte des Bodens konnten nicht zwangsläufig mit der Legehennenhaltung in Verbindung gebracht werden. Im Lysimeterversuch wurden bei unbedecktem Boden bis zu 35 % des aufgetragen N in Form von Nitrat mit dem Sickerwasser ausgetragen. Bei Bodenabdeckung mit organischem Materialien (Stroh, Holzhack) lag die Austragung über die Dauer von einem Jahr bei rund 15 %, über die Dauer von zwei Jahren bei rund 28 %, wobei das Reduzierungsvermögen der organischen Bodenabdeckmaterialien auf die Entstehung von gasförmigem Stickstoff zurückzuführen sein könnte.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Bei Mastschweinen, die auf barem Betonboden liegen, treten häufig Veränderungen am Integument und insbesondere Verletzungen an der Haut der Gliedmaßen auf. Möglicherweise ruft die dauernde Abkühlung durch das Liegen auf dem Betonboden zudem Entzündungen der Gelenke hervor. In der vorliegenden Untersuchung sollte abgeklärt werden, ob sich eine Kunststoffplatte, eine mehrschichtige Liegematte (MS-Matte) sowie eine als Laufflächenbelag für Rinderställe entwickelte Gummimatte im Liegebereich von Mastschweinen positiv auf das Liegeverhalten und auf die Veränderungen am Integument auswirken. Die Kunststoffplatte und die Gummimatte weisen im Unterschied zur MS-Matte keine Verformbarkeit durch Mastschweine auf. Als Referenz dienten ein nicht eingestreuter und ein eingestreuter Betonboden. Die geringere Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffplatte führte dazu, dass ein größerer An¬teil der Schweine auf dem Spaltenboden lag als in den Referenzbuchten. Die MS-Matte wies auch eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf. Im Gegensatz zu der Untersuchung mit der Kunststoffplatte lagen jedoch in den Buchten mit der MS-Matte nicht mehr Schweine auf dem Spaltenboden als in den Buchten mit den Referenzunterlagen. Auf der MS-Matte nahmen dagegen mehr Schweine die entspannte Seitenlage an. Mit dem Einsatz der MS-Matte konnte das Auftreten von Wunden und subkutanen Bursen an den Tarsalgelenken deutlich vermindert werden. Im Vergleich zur MS-Matte wiesen die Tiere auf der Gummimatte mehr Hyperkeratosen an den Karpal- und Tarsalgelenken auf. Im Vergleich zum nicht eingestreuten Betonboden optimiert die MS-Matte die Liegeplatzqualität bei Mastschweinen. Die Verformbarkeit und die glatte Oberfläche der MS-Matte sind hierbei zwei wichtige Eigenschatten. Untersucht wurden zusätzlich die Möglichkeiten und Grenzen der Thermographie als nicht invasive Methode zur Erfassung von Gelenkentzündungen bei Mastschweinen. Pathologisch nachgewiesene akute Gelenkentzündungen könnten thermographisch erfasst werden, chronische Gelenkentzündungen hingegen nicht.

Publikations-Art

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Das Hauptziel dieser Forschungsarbeiten war die Entwicklung und Bewertung eines berührungslosen Ertragserfassungs-Radarsystems für Zuckerrüben, das teilflächenbasiert eine Zählung und Massebestimmung der Einzelrüben ermöglicht. Die angewendete Methode hat in unterschiedlichen Messbedingungen eine 90% bis 96% erfolgreiche Zuckerrübenidentifikation ermöglicht, mit Korrelationskoeffizienten zwischen tatsächlichen und delektierten Zuckerrübenpositionen von um 99% und einem durchschnittlichen Positionierungsfehler von 1,1 bis 3,6 cm. Die Korrelationskoeffizienten zwischen der Einzelrübenmasse und der gemessenen reflektierten Energiemenge lagen im Bereich von über 70% und die besten Ergebnisse erreichten Werte von 90%.

Publikations-Art

Professor

Hahn, J., Prof. Dr.

Institution

Humboldt-Universität zu Berlin, FG Technik in der Pflanzenproduktion

Ort

Berlin

Abstract

Dissertation, 0 €

Publikations-Art

Dissertation

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden die Grundlagen für eine automatische Führung von Erntemaschinen mit Satellitennavigation mit den Schwerpunkten Fahrregelung und Leitlinienplanung erarbeitet. Die Verfahren werden exemplarisch mit einem selbstfahrenden Feldhäcksler untersucht. Das entwickelte Führungssystem gliedert sich in die Querregelung, um die seitliche Abweichung der Maschine in Bezug zu einer vorgegebenen Leitlinie zu minimieren und einer kombinierten Fahrgeschwindigkeits- und Durchsatzregelung, um die Maschine bei veränderlichen Erntebedingungen im Feld konstant auszulasten. Zusätzlich werden Methoden vorgestellt, mit denen Leitlinien für flächendeckende Erntevorgänge sowie für die Schwadernte mit einer automatisch geführten Maschine berechnet werden können.

zur Dissertation

Publikations-Art

Abstract

Professor

Pickel, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Professur für Landtechnik, Umwelt- und Kommunaltechnik

Ort

Halle-Wittenberg

Abstract

Habilitation

Die landwirtschaftliche Nutztierhaltung steht aufgrund ihrer nachhaltigen Beeinflussung von Umwelt und Natur in der Kritik der Öffentlichkeit. Neben einer überhöhten Nährstoffzuführung auf landwirtschaftlichen Nutzflächen, werden vor allem umweltrelevante Emissionen klimaschädigender Gase kritisiert. Dabei weist die Kenntnis des Ammoniak-Emissionsverhaltens aufgrund der Komplexität der Schadgas-Entstehung und -Freisetzung zahlreiche Lücken auf. Dies gilt besonders für die klimarelevanten Gase Distickstoffmonoxid und Methan, deren Datenbasen weit unter dem Niveau des Ammoniaks liegen. Allgemein kann dies auf das Fehlen internationaler Standards für Messverfahren, unzureichender Datenbasen und Nichtbeachtung tierarteigener Randbedingungen zurückgeführt werden. Anhand des Einsatzes von Flüssigmist-Additiven in konventionellen Haltungssystemen wird nachgewiesen, dass durch die Beeinflussung biochemischer Umsetzungsprozesse emissionsmindernde Wirkungen erzielt werden können.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Prochnow, PD Dr.

Institution

Humboldt-Universität Berlin, Institut fur Pflanzenbauwissenschaften

Ort

Berlin

Abstract

Im Projektgebiet Nuthe-Nieplitz-Niederung südlich von Berlin wurde durch Langzeituntersuchungen geprüft, inwiefern mechanische Landschaftspflegeverfahren Einfluss auf die Vegetationszusammensetzung und die Nährstoffverhältnis am Standort nehmen.

Beim elfjährigen Vergleich unterschiedlicher Pflegeverfahren auf artenarmen Daueruntersuchungsflächen unterscheiden sich bei den beräumten Varianten die Mähmaschinen unterschiedlichen Funktionsprinzips in ihrem Einfluss auf die Vegetation nicht voneinander. Im Vergleich von beräumten und gemulchten Flächen gibt es nur geringe Unterschiede in den Untersuchungsergebnissen. Die Variante Mulchen beeinflusst die Nährstoffsituation und die Vegetationszusammensetzung nicht negativ. Sie ist daher ebenso wie die Variante Mähen und Räumen als Maßnahme zur Offenbarung in der Landschaftspflege geeignet. Die Sukzessionsparzellen der Daueruntersuchungsflächen weisen in den elf Untersuchungsjahren keine Verbuschungstendenz auf.

Nach zehnjährigen Parzellenversuchen zum Mulchen mit unterschiedlichen Zerkleinerungsgraden hat sich die Mahd und Nachzerkleinerung mit einem Scheibenmähwerk als die Vorzugsvariante herausgestellt. Die grobe Zerkleinerung des Aufwuchses begünstigt dessen rasche Zersetzung. Negative Einflüsse auf Menge und Zusammensetzung des Folgeaufwuchses und auf die Bodennährstoffe zeigen sich nicht. Bei Anwendung des Schlägelmulchers werden vergleichbar gute Wirkungen erzielt. Das Scheibenmähwerk ist diesem jedoch aufgrund seines bauartbedingten Antriebs- und somit Kraftstoffbedarfes vorzuziehen.

Publikations-Art

Professor

Krause, R., Prof. Dr.

Institution

Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften, Universität Kassel

Ort

Kassel

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hügle, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Das Ziel der Arbeit war es, die Nahinfrarotspektrometrie (NIR) zur Analyse der Inhaltsstoffe der Gülle einzusetzen. Die entwickelte NIR-Methode wurde im Rahmen eines Schweinemastversuches in einem Schweinemastbetrieb in Emsbüren überprüft. Es wurden vier Mastdurchgänge mit je 624 Mastschweinen durchgeführt. Der gesamte Versuch dauerte ca. 2 Jahre (jeder Mastdurchgang ca. 150 Tage). ie NIR-Messungen erfolgten direkt vor Ort sofort nach der Entnahme der Proben mit Hilfe der so genannten Mixtransmission oder Transflexion (Transmission bei teilweiser Reflexion). 144 Proben wurden in zweifacher Wiederholung im Labor auf Trockensubstanz, organische Substanz, Gesamtstickstoff und Ammoniumstickstoff analysiert. Danach erfolgte die Kalibration der Spektraldaten mit den Labordaten mit Hilfe der Patrial-Least-Squares-Analyse. Mittels der Validation wurde anschließend die Qualität der Kalibration geprüft. Dabei wurden folgende Ergebnisse erzielt: für Gesamtstickstoff R2=0,95 und SEP=0,029, für Ammoniumstickstoff R2=0,89 und SEP=0,024, für pH-Wert RZ=0,88 und SEP=0,17, für Trockenmasse R2=0,97 und SEP=0,28 und für organische Substanz R2=0,97 und SEP=0,25. Es wurde eine statistische Analyse der während der NIR-Messungen gewonnenen Daten durchgeführt. Mit Hilfe des Modells mit fixen Effekten konnte festgestellt werden, dass physiologische Faktoren der Tiere (Geschlecht) einen signifikanten Einfluss auf Gesamtstickstoff, Ammoniumstickstoff und pH-Wert der Gülle haben. Die Lysinversorgung der Tiere hat einen signifikanten Einfluss nur auf Gesamtstickstoff und Ammoniumstickstoff. Die Faktoren Mastdurchgang und Mastabschnitt sowie ihre Wechselwirkung beeinflussen signifikant alle untersuchten Inhaltsstoffe der Gülle. Dies ist vor allem auf die Rahmenbedingungen der Mastversuche zurückzuführen; die indirekt Klimafaktoren, emperatur, Herkunft und Genotyp der Schweine umfassen. ie Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die entwickelte NIR-Methode zur Analyse der Schweinegülle angewendet werden kann. Im Vergleich zur konventionellen Laboranalyse liegen ihre Vorteile vor allem in der Schnelligkeit, der hohen Messdichte und der sofortigen Verfügbarkeit der Ergebnisse. Außerdem ist ein mobiler Einsatz des NIR-Messsystems möglich. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit der Online-Nutzung des Systems, zum Beispiel als Bypassverfahren zur kontinuierlichen Messung und Steuerung innerhalb eines Prozesses.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Zwei alternative, nachrüstbare Verfahren zur Emissionsminderung wurden in quasikontinuierlichen Langzeitmessungen hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit zur Minderung von Staub und Ammoniak in zwei unterschiedlichen Stallungen zur Schweinemast über eine Mastperiode hinweg untersucht. Dabei wurden die Staubkonzentration mit Hilfe eines Streulichtspektrometers und die Ammoniak-Konzentration photoakustisch bestimmt. eim "Umluftsystem" wurde die Stallluft eines Abteils von 515 Tieren durch zwei identische Sprühwäscher dauerhaft im Kreislauf geführt. Die Wäscher arbeiteten dabei zur verbesserten Ammoniakabscheidung mit verdünnten Säuren. Es konnte durch die Langzeitmessungen eine Verminderung der Quellstärke von Gesamtstaub um 54 % und von PM10-Staub 51 % gegenüber der Referenz nachgewiesen werden. Die Quellstärke von Ammoniak nahm um 34 % ab. Dabei reduzierten sich die Innenraumkonzentrationen von Gesamtstaub um 63 %, von PM10-Staub um 60 % und von Ammoniak um 46 %. eim "Sprühsystem" wurde eine Ölgemisch-Wasser-Emulsion unter Hochdruck flächig im Stall vernebelt. Dabei war das Ölgemisch zur Hemmung bzw. Minderung der Bakterien und Viren der Stallluft eine Mischung aus verschiedenen ätherischen Ölen und einem Trägeröl. Durch die zyklische Ausbringung (jede halbe Stunde) dieser Emulsion im Abteil 1 des Maststalles wurde eine quasikontinuierliche Reinigung der Stallluft dieses Abteils erreicht. Die Langzeitmessungen zeigten gegenüber dem Referenzabteil (Abteil 2) eine Verminderung der Quellstärken für Gesamtstaub um 68 %, für PM10-Staub um 6S % und für Ammoniak um 28 %. Dabei waren die Innenraumkonzentrationen im behandelten Abteil für Gesamtstaub um 59 %, für PM10-Staub um 54 % und für Ammoniak um 16 % geringer. m Falle des Sprühsystems wurden veterinärmedizinische Stichproben-Untersuchungen der Lungen der Mastschweine vorgenommen und die Lungenbefunde des Schlachthofs nahezu aller Tiere des Stalles aufgenommen. Es konnte kein negativer Einfluss der Olgemisch-Aersole auf die Lungen der Schweine festgestellt werden. Luftkeimsammlungen ergaben darüber hinaus eine um 58 % verminderte Innenraumkonzentration an luftgetragenen Schimmelpilzsporen und eine um 14 % verminderte Innenraumkonzentration an luftgetragenen Bakterien im behandelten Abteil.  

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hügle, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Die Effizienz der Mastschweineproduktion wird wesentlich durch die Aufnahme und die Verwertung der zugeführten Nährstoffe bestimmt. Die Fütterungstechnik sollte jederzeit unter Berücksichtigung der aktuellen Umwelt- und Leistungsbedingungen eine optimale Nährstoffversorgung für das Tier gewährleisten. In vier Mastdurchgängen wurde untersucht, inwieweit Futterzusammensetzung, Futtervorlage und Stallklima die Mastleistungen von Mastschweinen beeinflussen. Die Aufgabe war es, messtechnisch erfassbare Parameter zu identifizieren, diese mittels Sensoren kontinuierlich zu erfassen und die erhaltenen Signale in einem Regelkreis so zu verarbeiten, dass bei Störungen oder sonstigen Abweichungen rechtzeitig korrigierend eingegriffen wird. Hierfür wurden 624 Tiere je Mastdurchgang in vier Fütterungsgruppen eingeteilt, deren Futterrationen durch unterschiedliche Lysinzugaben aufgewertet wurden. Anhand der Gülleanalyse der vier Fütterungsgruppen auf Gesamtstickstoff und Ammoniumstickstoff sollte geprüft werden, ob diese Parameter Rückschlüsse auf die Nährstoffversorgung der Mastschweine liefern können. Wider Erwarten hatte die Höhe der Lysinzulage keinen signifikanten Einfluss (p > 0,05) weder auf die Mastleistungen noch auf den Gesamtstickstoff- oder den Ammoniumstickstoffgehalt. Eine bessere Futter- und auch Eiweißverwertung aufgrund der höheren Eiweißwertigkeit konnten in keinem Mastdurchgang signifikant nachgewiesen werden. Hingegen zeigten sich deutliche Leistungsunterschiede zwischen den Geschlechtern. Die Mastschweine konnten durch ihr Fressverhalten den Umfang ihrer Futterration selbst bestimmen. Im Vergleich zu den Börgen benötigten Sauen mehr Zeit für den Verzehr ihrer Mahlzeiten und nahmen weniger Futter pro Mahlzeit auf. Sauen und Börge wiesen aber ein ähnliches Fressmuster auf. Beobachtungen des Stallklimas in gewissen Zeitabschnitten von mit Börgen belegten, einzelnen Doppelbuchten zeigten einen statistisch hoch signifikanten Temperatureinfluss auf das Fressverhalten (p < 0,01 ). 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Ziel der Arbeit war es, Schwachstellen in der Wasserversorgungstechnik von schweinehaltenden Betrieben zu analysieren und zu beschreiben. Dazu wurde ein Erhebungsbogen erstellt. Im Weiteren sollte anhand von Laborversuchen untersucht werden, wie sich die Durchflussrate und die Betätigungskraft verschiedener Tränken in Abhängigkeit zum Wasserdruck verändern. Letztlich sollte mittels einer Managementsoftware der Wasserverbrauch eines Beispielstalles erfasst werden, um zu klären, in wieweit sich die Erfassung des Wasserverbrauchs auf Abteilebene als Managementgröße eignet. er im Rahmen der Arbeit entwickelte Erhebungsbogen wurde auf mehr als 20 Betrieben getestet. Es zeigte sich, dass der Bogen sich gut zur Analyse von Schwachstellen eignete. Im Weiteren zeigte sich jedoch auch, dass die untersuchten Betriebe in ihren Eigenschaften so inhomogen waren, dass ein direkter Vergleich der Betriebe nahezu unmöglich war. ie Laboruntersuchungen haben ergeben, dass die Durchflussraten der Tränken vor allem für Saugferkel eine viel zu hohe Bandbreite aufwiesen. Die empfohlenen Durchflussraten für verschiedene Haltungsbereiche ließen sich teilweise nur in einem sehr engen Druckbereich einhalten. Nur mit einer sehr genauen Einstellung der Tränken ist die Gefahr der Wasservergeudung als gering einzuschätzen. Bei der Messung der Betätigungskräfte ergaben sich ebenfalls sehr starke Unterschiede. In Abhängigkeit zum konstruktiven Aufbau der einzelnen Tränke stieg die Betätigungskraft proportional oder antiproportional zum Wasserdruck. Auch zeigte sich, dass die absolute Höhe der Betätigungskräfte sehr stark voneinander abwichen. ie Erfassung der Wasserverbräuche in einem Maststall zeigte, dass der Wasserverbrauch der Tiere sowohl von der Lebendmasse der Tiere, als auch von klimatischen und noch anderen Bedingungen abhängt. Eine Erfassung auf Abteilebene macht 5inn, wenn sich im Abteil eine homogene Tiergruppe befindet. Unter diesen Umständen kann der Wasserverbrauch als Managementfaktor von Bedeutung sein, weil unerklärliche Veränderungen im täglichen Verbrauch als Alarm gemeldet werden. Der Betriebsleiter hat dann die Möglichkeit, den Alarmgrund zu finden und frühzeitig zu handeln.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Aufgabe der Stallklimaregelung ist die Sicherstellung einer für die Gesundheit von Mensch und Tier unbedenklichen Stallluftqualität sowie die Gewährleistung einer möglichst geringen Freisetzung und Emission gas- und partikelförmiger Stoffe. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Evaluierung sensorgestützter komplexer Regelstrategien für die Mastschweinehaltung, die sich möglichst komplementär auf Stallklima und Emissionen auswirken. Hierfür wurden Untersuchungen über vier Mastdurchgänge in zwei räumlich getrennten Abteilen im Versuchsstall für Mastschweine der Universität Hohenheim durchgeführt. Verglichen wurden je eine konventionell temperatur- (und luftfeuchte-) geregelte Variante ohne bzw. mit Befeuchtung sowie zwei um die Regel-/Steuergrößen CO2-Innenraumkonzentration bzw. Tieraktivität erweiterten Regelstrategien. Die Regelung erfolgte abteilgetrennt über jeweils einen digitalen, mit dem Messsystem vernetzten Stallklimaregler Typ DR2 (Möller GmbH, Diepholz). Die Befeuchtung, gleichzeitig Evaporationskühlung, basierte auf einer Hochdruckvernebelung von Wasser (70 bar) in der Zuluft und im Innenraum. aupteinflussgrößen auf das Stallklima waren die adiabatische Kühlung der Luft sowie die indirekt oder direkt beeinflusste Höhe der Luftwechselrate. Die Regelung über die CO2-Innenraumkonzentration führte bei sehr kühlen Außentemperaturen zu einer Optimierung, insgesamt zu einer Verringerung der Abluftvolumenstromhöhe. Die gemessene CO2-Produktion lag hierbei um etwa 30 % bis 50 % über aktuellen Berechnungsgrundlagen. Die Einbindung des Tieraktivitäts-Signals realisierte weiterhin sehr gut die zeitnahe Erfassung von Belastungsspitzen im Stall, insbesondere an Aerosolen. nnenraumtemperatur bzw. Luftvolumenstromhöhe übten weiterhin einen Einfluss auf die Höhe der NH3-, CH4- und PM10-Emissionen aus. Auf der Basis der Ergebnisse kann das durch Zuluft- und Innenraumkühlung bedingte Minderungspotential für NH3-Emissionen, bei vollständiger Evaporation des versprühten Wassers, mit etwa 10 % bis 14 % angenommen werden. Für CH4-Emissionen ergab sich durch die vollständige Entleerung und Reinigung der Flüssigmistbereiche weiterhin ein Minderungspotential von etwa 40 %; einem temperaturbedingten Emissionsanstieg kann gegebenenfalls durch Innenraumkühlung entgegengewirkt werden. Die Volumenstromhöhe beeinflusste weiterhin die Relation zwischen Innenraum- und Abluftkonzentration an PM10 und somit den Abtransport an Partikeln. ie Dissertation gibt einen Überblick zur Stallklimaregelung und adiabatischen Kühlung sowie zur Freisetzung und Minderung, Konzentration und Emission von Schadgasen und Aerosolen in der Mastschweinehaltung. Daneben sind Einsatzpotentiale und Regelvarianten für die Befeuchtungskühlung mittels Simulation sowie Leistungsdaten der Tiere und der Wasser- und Energieverbrauch dargestellt.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Zum Antrieb von Ackerschleppern werden heute fast ausschließlich Dieselmotoren eingesetzt. Durch die gestiegenen Kraftstoffpreise und das wachsende Umweltbewusstsein bezüglich CO2-Emissionen und Ressourcenschonung gewinnt der Kraftstoffverbrauch zunehmend an Bedeutung. Die Substitution von Diesel durch alternative Kraftstoffe auf Pflanzenölbasis ist grundsätzlich möglich, dennoch wird das Substitutionspotenzial aufgrund von Anbauflächenknappheit als gering eingestuft und die Kosteneinsparung ist durch höheren Kraftstoffverbrauch bei der heutigen Preissituation trotz der Mineralölsteuerbefreiung gering. Folglich können nur die Einsparung von Kraftstoff bei den verschiedenen Arbeitsgängen und gegebenenfalls eine Umstellung der Produktionsverfahren nachhaltig zur Verbrauchs- und Kostensenkung beitragen. 
In der vorliegenden Arbeit werden die wesentlichen Einflussfaktoren auf den Kraftstoffverbrauch aufgezeigt. Da Feldversuche sich nur begrenzt zur Untersuchung von Einzelparametern eignen, wurde ein Modell entwickelt, um derartige Betrachtungen durchführen zu können. Das vorgestellte Modell basiert auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft zum Motor-, Getriebe-, und Laufwerksverhalten von Ackerschleppern und wurde mit dem Verfahren zur Zugkraftberechnung unterschiedlicher Geräte nach dem ASAE-Standard 497.4 kombiniert. 

Das neue Modell wurde mit dem Programm Matlab umgesetzt, um das Verbrauchsverhalten bei unterschiedlichen Arbeiten für definierte Parametervariationen bestimmen zu können. Die Validierung erfolgte durch den Vergleich mit Messergebnissen, die bei der Bodenbearbeitung mit einem entsprechend ausgestatteten Schlepper durchgeführt wurden. Mit dem Modell wurden der Einfluss einer Vielzahl von Einzelparametern untersucht, die Auswirkungen auf den Verbrauch gezeigt und Optimierungsmöglichkeiten entwickelt. 

Das Einsparungspotenzial durch die Optimierung des Arbeitsprozesses bei unterschiedlichen Arbeiten liegt je nach Ist-Zustand bei bis zu 30 %. Hierzu muss der Laufwerkswirkungsgrad durch richtige Ballastierung und entsprechende Reifenwahl maximiert werden, Zugfahrzeug und Gerät müssen optimal aufeinander abgestimmt sein, Allradantrieb und Differenzialsperren müssen bei Bedarf zugeschaltet werden und die Getriebeübersetzung muss so gewählt werden, dass nahe dem optimalen Betriebspunkt des Motors gefahren wird. 

Neben diesen Kriterien der Prozessoptimierung ist auch die Bereitstellung von Standard-Verbrauchswerten (Faustzahlen) für unterschiedliche Arbeiten und Produktionsketten von großer Wichtigkeit für die Praxis. Da für das vorgestellte Modell sehr viele Eingangsparameter bestimmt werden müssen und für eine Faustzahlenberechnung kein so genaues Modell erforderlich ist, wurden aus dem genauen Modell vereinfachte Gleichungen zur Verbrauchsberechnung abgeleitet. Diese ermöglichen eine schnelle und einfache Berechnung von Kraftstoffverbrauchswerten und spiegeln dabei das grundsätzliche Motor-, Getriebe- und Triebkraftverhalten des Schleppers gut wider. 

Das Einsparungspotenzial durch Umstellung der Produktionskette (z.B. auf Minimalbodenbearbeitung) ist erheblich, dennoch sind die pflanzenbaulichen Auswirkungen groß, die wiederum betriebswirtschaftliche Folgen haben. Da solche externen Effekte kaum abgeschätzt werden können, sind Aussagen zur Veränderung der Produktionskette zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs für den Einzelfall zu überprüfen. 

Die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs wird in Zukunft aus den genannten Gründen noch weiter an Wichtigkeit gewinnen. Gerade deshalb wird den verschiedenen Einsparungsstrategien eine größer werdende Bedeutung zukommen, um landwirtschaftliche Arbeiten diesbezüglich zu optimieren. Der gezeigte Ansatz kann genutzt werden, um Einsparungspotenziale aufzuzeigen, Optimierungsstrategien zu entwickeln und Verbrauchswerte für die verschiedensten Arbeiten abzuschätzen.

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Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Die Gewannebewirtschaftung stellt einen Ansatz der virtuellen Flurbereinigung dar, in klein strukturierten Landschaften durch gemeinsame Bewirtschaftung nebeneinander liegender Flächen eine größere Wirtschaftlichkeit bei der Produktion zu erreichen. Bei der Gewannebewirtschaftung bleiben sowohl die vorhandenen Besitz- und Pachtverhältnisse als auch die Nutzungsverhältnisse bestehen. Die Landwirte nebeneinander liegender Felder einigen sich auf gemeinsame Fruchtfolgen und Bearbeitungszeitpunkte und führen die Bewirtschaftung unter Verwendung der jeweils besten verfügbaren Mechanisierung und unter Nutzung des besten vorhandenen Spezialisierungswissens gemeinsam auf dem Gewann durch. Dabei werden kaum Eingriffe in das bestehende Landschaftsbild nötig. In den, in dieser Arbeit durchgeführten, Untersuchungen zeigte sich, dass eine Vergrößerung der Bewirtschaftungseinheiten von vorherrschenden ein bis zwei auf fünf bis zehn Hektar zu einer Reduktion der Arbeitszeit von über 30 Prozent und einer Verringerung der variablen Maschinenkosten um etwa 25 Prozent führt. Dabei entstehen weitere positive ökonomische Effekte wie eine stärkere Markmacht und in vielen Fällen die Realisierung höherer Ernteerträge durch die Nutzung des besten verfügbaren Wissens in der Gemeinschaft. Durch den Einsatz GPS-gestützter Datenerfassungstechnologie lassen sich zum einen Ertrag und Aufwand teilflächengenau zuordnen. Entsprechende Datenerfassungs- und -verarbeitungssysteme wurden in dieser Arbeit entwickelt, getestet und bewertet. Neben der ökonomischen und der technischen Betrachtung wurden zum anderen Aspekte des Landschaftsschutzes und des Umweltschutzes untersucht. Der vorhandenen Gefahr einer unkontrollierten Veränderung der Landschaftsstruktur könnte durch gezielte Förderprogramme für die Gewannebewirtschaftung begegnet werden. Dies böte gleichzeitig die Möglichkeit, bestimmte ökologische Ziele, wie die stärkere Diversifizierung von Landschaften, die Biotopvernetzung und den Bodenschutz zu fördern. Gewannebewirtschaftung sollte in größeren zusammenhängenden Arealen (Gemarkungen) realisiert werden. Es wird dann empfohlen, eine digitale Vermessung der Fluren zur Grenzsicherung und eine Erosionsprognose zur Planung der Gewannestrukturen vorzunehmen. Erhebliche Bedeutung könnte die Gewannebildung für den organischen Landbau gewinnen, da Randflächenanteile und damit unerwünschte Beeinflussungen durch die umliegende Bewirtschaftung minimiert werden. Trotz der überzeugenden Vorteile stehen die meisten Landwirte der Gewannebewirtschaftung derzeit skeptisch gegenüber. Wichtige Ursachen hierfür sind die Einschränkung der individuellen Entscheidungsfreiheit innerhalb der Kooperation in Gewannen und die hohe Priorität nicht-ökonomischer Effekte wie beispielsweise des Freizeitwertes der landwirtschaftlichen Betätigung für Nebenerwerbslandwirte. 

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Diekmann, B., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn

Ort

Bonn

Abstract

In der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) sind Grenzwerte für die Emissionen und Immissionen luftfremder Stoffe wie Staubpartikel festge-setzt. Zur Gewährung rechtlicher Sicherheit bezüglich der Einhaltung dieser Grenzwerte dienen Ausbreitungssimulationen zur Immissionsprognose bei der Stand-ortfindung und -sicherung genehmigungspflichtiger Anlagen. Eine korrekte Model-lierung der Staubausbreitung erfordert Kenntnisse über die physikalischen Eigen-schaften der Partikel. Dafür fehlte bislang eine ausreichende Datenbasis.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Messsystem zur Bestimmung der Sedimentations-geschwindigkeit mehrkomponentiger Staubgemische entwickelt. Auf Basis der Mess-ergebnisse ist die Angabe des partikelspezifischen Quotienten aus Dichte und dynamischem Formfaktor in Abhängigkeit der Partikelgröße möglich. Dieser Quo-tient kann als ergänzendes Modul in vorhandene Ausbreitungsmodelle eingearbeitet werden und dient so zu deren Präzisierung. Er ermöglicht außerdem die Identifi-kation unbekannter Staubproben durch eine Zuordnung zu möglichen Quellen.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die Emission und Immission von Stäuben gewinnt im Rahmen von Genehmigungsverfahren für den Neubau oder Umbau von Tierställen in der Landwirtschaft immer mehr an Bedeutung. Belastbare Daten über Quellemissionen sind Voraussetzung für die Immissionsprognose. Aus diesem Grund ist es notwendig, Erkenntnisse über das Emissionsgeschehen von frei gelüfteten Geflügelställen und die darauf wirkenden Einflussfaktoren zu gewinnen. Übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist die Beschreibung verschiedener Aspekte der Partikelemission aus einem frei gelüfteten Putenstall. Dazu gehören die Quantifizierung der Quellemission sowie die Beschreibung der Einflüsse und Fluktuationsgrößen auf die Staubemission und die Staubzusammensetzung. Außerdem soll die Tracergasmesstechnik zur Luftvolumenstrombestimmung bei frei gelüfteten Ställen methodisch weiterentwickelt werden. ür die Bestimmung der Emissionsmassenströme sind Messungen der Stoffkonzentration in der Abluft und in der Zuluft sowie des Luftvolumenstromes notwendig. ie Staubkonzentrationsmessungen wurden mit Hilfe eines Aerosolspektrometers nach dem Streulichtprinzip durchgeführt. Die Probennahme erfolgte im Abluftstrom des Stalles. Der Luftvolumenstrom wurde mit Hilfe der Tracergas-Abklingmethode bestimmt. Dazu wurde Gas in den Zuluftstrom des Stalles injiziert und im Anschluss die Verdünnung des Gases in der Abluft des Stalles gemessen. Die Methode wurde an einem zwangsgelüfteten Stall mit der Messventilatormethode verglichen, wobei sich sehr gute Übereinstimmungen zeigten. ls wichtigste Einflüsse auf die Staubkonzentration und die Partikelgrößenverteilung ergaben sich die Tieraktivität und der Luftvolumenstrom. Die Öffnungsweiten der Lüftungsflächen und die Windrichtung bildeten die wichtigsten Einflussfaktoren auf den Luftvolumenstrom. Für diesen mit Stroh eingestreuten Mastputenstall ergab sich ein Emissionsfaktor für Gesamtstaub als Mittelwert über alle Durchgänge von 0,027 g h-1 Tier-1 - korrigiert mit den Leerzeiten des Stalles von 0,021 g h-l Tier-1, was in beiden Fällen für den untersuchten Stall eine Unterschreitung des Grenzwertes der TA-Luft bedeutet.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Wirtschaftseigene Grundfutter bilden unter den derzeitigen Produktionsbedingungen in der Milcherzeugung die Hauptbestandteile der TMR. Insbesondere gewinnt Mais zur Energieversorgung der Kühe an Bedeutung, wobei die Konservierungsprobleme zunehmen. Hohe Häckslerleistungen und nicht ausreichende Verdichtung bei der Einsilierung stellen ein Problem in der Verfahrenskette dar. m den Einfluss von Häcksellänge, Aufbereitungsgrad und Sorte auf die Siliereigenschaften von Mais zu untersuchen, wurden in zwei Ernteperioden Versuche durchgeführt. Im ersten Erntejahr (2003) wurden zwei Sorten in drei Häcksellängen (5,5; 14,0 und 21,0 mm) mit zwei Spaltweiten (1,0 und 2,0 mm) gehäckselt. Im zweiten Versuch (Erntejahr 2004) wurden drei Sorten in zwei verschiedenen Häcksellängen (5,0 und 21 ,0 mm) mit konstanter Spaltweite (1,0 mm) gehäckselt. Die Silagen wurden in unterschiedliche Siloformen einsiliert und zusätzlich im Labormaßstab untersucht. ine Steigerung von theoretischer Häcksellänge und Spaltweite führte zu einer Steigerung des Überlängenanteils (>25 mm). Ein hoher Trockenmassegehalt hatte einen gleichgerichteten Einfluss auf den Überlängenanteil. ie kurzen Häcksellängen (5,0 bzw. 5,5 mm) führten zu Dichtesteigerungen von bis zu 25 % Im Vergleich zu langen Häcksellängen (21,0 mm). Eine Steigerung der Schnitthöhe führte nochmals zu einer um 21 % höheren Dichte. Ein direkter Einfluss von Spaltweite und Trockenmassegehalt auf die Verdichtbarkeit war nicht abzuleiten. Erhebliche Unterschiede in den Trockenmassegehalten erschwerten die Interpretation des Sorteneinflusses auf die Verdichtbarkeit. ie Dichten in Flach- und Schlauchsilos lagen durchweg unter einem Zielwert von 250 kg TM/m3. Die Folge war deutliche Nacherwärmung an den Anschnittflächen nahezu aller Schlauchsilos, die mit steigender Häcksellänge zunahm. ie gesteigerten Häcksellängen führten überwiegend zu geringeren Energiegehalten und zu hohen Gärverlusten in den Schlauchsilos. Aus technischer Sicht besteht bei der Verdichtung von Flach- und Schlauchsilos erheblicher Entwicklungsbedarf. 

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Bei den vielfältigen Einsatzbedingungen von Ackerschleppern und selbstfahrenden Arbeitsmaschinen ist die Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn von entscheidender Bedeutung für die Effizienz der Arbeit und die Fahrsicherheit bei Straßenfahrt. Mit der Einzelradmesseinrichtung der Universität Hohenheim werden das stationäre und insbesondere das instationäre Übertragungsverhalten der Radlast und des Schräglaufwinkels auf die Seitenkraft untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine Wegabhängigkeit des instationären Seitenkraftverhaltens und führen in Konsequenz zur Einführung einer Relaxationslänge (Einlauflänge). Dynamikparameter werden für diverse Reifen und Fahrbahnbedingungen ermittelt. Die Messungen werden mit Modellen verglichen, welche sich für Fahrdynamiksimulationen mit geringen Anregungsfrequenzen eignen. 

zur Dissertation

Publikations-Art

Abstract

Professor

Brunsch, Reiner, Prof. Dr.

Institution

Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB)

Ort

Potsdam

Abstract

Trotz einiger Fortschritte in den letzten Jahren stellen die Eutererkrankungen noch immer ein großes Problem in der Milchviehhaltung dar. Eine Ursache ist dabei im Melkprozess zu suchen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Ansätze für konstruktive Veränderungen von Melkzeugen zu entwickeln, um die mechanische Belastung des Euters durch die Melktechnik zu reduzieren. Dazu ist es erforderlich auftretende Kräfte bei den unterschiedlichen Melksystemen zu messen und zu bewerten. Weiterhin sollten Einflüsse durch "Melker", "Schlauchführungshilfen", "Melkstandtyp" und "Hersteller" auf die entstehenden Kräfte quantifiziert werden. Zur messtechnischen Erfassung der auftretenden Vertikal-, Dreh- und Horizontalkräfte wurde ein von der DLG entwickelter Prüfstand genutzt. Die Untersuchungen wurden mit verschiedenen Euterformen in konventionellen und automatischen Melksystemen (AMS) in Praxisbetrieben durchgeführt. Den größten Einfluss hatten der Melkstandtyp und die Schlauchführungshilfe. Die konventionellen Melkstände sowie die AMS mit Melkmodule verursachen höhere Kräfte gegenüber AMS mit viertelindividueller Schlauchführung. in weiterer Schwerpunkt der Arbeit war der Einfluss von verschiedenen Milchflüssen und unterschiedlichen Melkzeugen auf das Vakuumverhalten. Ausgehend von den Ergebnissen der Kraftuntersuchungen wurden bei konventionellen Melkzeugen und Prototypen eines "Melkzeuges ohne Sammelstück" bei verschiedenen Milchflüssen das Vakuumverhalten charakterisiert. Dazu wurde während des simulierten Melkens der Unterdruck nach der "Nassmessmethode" im Melkzeug gemessen. Das Vakuum an der Zitzenspitze bei verschiedenen Melkzeugtypen und zunehmendem Milchfluss wurde erfasst. Die Ergebnisse zeigen, dass zentralenlose Melkzeuge mit großen Schlauchquerschnitten (16 mm) im Vergleich geringere zyklische Vakuumschwankungen und einen geringeren Abfall des mittleren Vakuums bei zunehmendem Milchfluss aufweisen. ie Dissertation gibt einen Überblick zu technisch bedingten Kräften an der Zitze und deren Beeinflussung. Auf der Basis der eingesetzten Messtechnik und Auswertungsverfahren sind reproduzierbare technische Bewertungen von Melkständen und konstruktiven Details der Melkzeuge möglich. Sie bilden die Grundlage für die Untersuchung der physikalischen Wirkung differenzierter Kräfte an den Zitzen. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Aufgrund verbesserter Rahmenbedingungen für die Biogaserzeugung findet derzeit der Einsatz von Grüngut in Biogasanlagen auf der Basis für die Vergärung angebauter nachwachsender Rohstoffe oder kommunalen Grünschnittes eine rasche Verbreitung. Zur Planung von Biogasanlagen werden zum Faulverhalten und zu realisierbaren Gaserträgen belastbare Kenndaten für diese Substrate benötigt, die bisher nicht vorlagen.

Im Biogaslabor der Universität Hohenheim sowie mithilfe des neu entwickelten und patentierten Verfahrens des Hohenheimer Biogasertragstests (HBT) wurden das Mähgut unterschiedlichster Grünlandnutzungen sowie Ganzpflanzensilagen von verschiedenen Pflanzen des Ackerfutterbaus (Silomais, Sonnenblumen, Rüben, u.a.) untersucht. An drei Biogasanlagen im württembergischen Allgäu wurden die Werte auf Ihre Übertragbarkeit in die Praxis überprüft.
Das Grüngut zeigte sich von Seiten der biologischen Prozessstabilität als Kosubstrat zu Rinderflüssigmist als gut geeignet. Die realisierbaren substratspezifischen Parameter wurden in hohem Maße von der Nährstoffzusammensetzung der Ausgangsstoffe beeinflusst. Zwischen dem flächenbezogenen Methanertragspotenzial der Kulturpflanzen und deren Trockenmasseertrag konnte für die untersuchten Substrate ein nahezu linearer Zusammenhang nachgewiesen werden. Die Fermentertechnik zur Vergärung von Grüngut erfordert insbesondere bei der Einbring- und Rührtechnik eine Anpassung an die strukturreichen Substrate.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Van den Weghe, H., Prof. Dr. Ir.

Institution

Universität Göttingen, Zentrum für Veredelungswirtschaft

Ort

Vechta

Abstract

Air exchange rates (AERs) were calculated from 2 full sized broiler houses. The first broiler house was a Louisiana stall (natural ventilation) and the second a mechanically ventilated stall. The following methods were tested in the naturally ventilated livestock house. Under hot summer conditions the CO₂, heat and moisture mass balance models were assessed. Because of the hot temperatures and high AERs, mass balance model results were corrected, reasonable AER estimates were obtained. In the autumn, a tracer gas method was set up with only 6 sampling locations, mass balance models were also tested. The measured ventilation rates were low, but recorded significant correlation coefficients with outside temperatures (r²=0,73), wind speeds (r²=0,47) and were above the minimum recommended winter ventilation rates, except on 1 day when the wind speeds were very low and wind directions random. The tracer gas method results were correlated with the heat and moisture mass balance model results (r²=0,73 and 0,71, respectively) and the calculated AERs were within range of each other. The following methods were tested in a mechanically ventilated broiler house; pressure flow sensor, constant tracer gas injection and the mass balance models. Air volume discharges were accurately quantified with the pressure flow sensor, a high correlation (r²=0,95) between AERs and outside temperatures was recorded. These measured results were validated and considered to be the true AERs. The CO₂, heat and moisture mass balance models were validated against the true AERs. The mass balance results were unpredictable, sometimes very accurate and other times out of range. The CO₂ mass balance results at times correlated well with the heat and moisture balance results (r²=0,91 and 0,64, respectively). At best, the average 24h CO₂ mass balance results were +54% above the true AERs (r²=0,78), the heat balance results -14% below (r²=0,66) and moisture balance +5% above (r²=0,61). To compare the accuracy of the mass balance models on a finer scale, day and night time averages from the true AERs were compared with the mass balance model results, no trends were observed. Methods of improving the mass balance results by incorporating bird activity into the model to account for diurnal variation, and using 2h intervals instead of 1h were tested. The mass balance results improved only sometimes with these amendments. Due to poor tracer gas/air mixing the tracer gas method did not obtain reasonable results. A SF6 sink was identified, located directly beneath the exhaust chimneys this depressed the air exchange rate results.

178 S., 0 €

zur Dissertation

Publikations-Art

Abstract

Professor

Isensee, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Zur Beurteilung von Bodenverdichtungen auf unterschiedlich belasteten Teilflächen eines Schlages wurde ein Monitoring auf 17 Ackerstandorten in Schleswig-Holstein durchgeführt. Mit punktuellen und großflächigen Methoden wurden die normal bewirtschaftete Fläche, die jährlich häufig befahrene Fahrgasse und das langjährig stark befahrene Vorgewende untersucht. Als Referenz diente unbefahrenes Ödland vor Ort. Auf allen Böden sind Veränderungen gegenüber dem natürlichen Lagerungszustand festzustellen. Diese sind auf der Kernproduktionsfläche am geringsten und erweisen sich als nicht schädlich für die Funktionsfähigkeit a1s Pflanzenstandort. Die Fahrgassen sind auf allen Böden vor allem im Oberboden schädlich verdichtet. Je nach Bodenart und Belastungshäufigkeit reicht die Beanspruchung auch bis in den Unterboden. Dort wird zwar eine Dichtezunahme und ein erhöhter Eindringwiderstand gemessen, dieser erweist sich jedoch nur vereinzelt als pflanzenbaulich schädlich. Eine teilweise deutliche Beeinträchtigung ist auf dem Vorgewende zu finden. Das Porenvolumen ist dort durchschnittlich 2 % niedriger als auf dem Feld. Insbesondere die Fahrgasse auf dem Vorgewende ist eindeutig als schadverdichtet zu bezeichnen. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Habilitationsschrift

Aktuelle Probleme mit Qualitätsminderung von Silagen sind ursächlich eng mit der Steigerung der Durchsatzleistung von Erntemaschinen und auch mit der ganzjährigen Fütterung von Silage verbunden. Bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an Milchleistung und Tiergesundheit, sowie steigenden Anforderungen des Gesetzgebers an Systeme zur Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit, nimmt diese Problematik an Bedeutung zu. ie Hauptursachen für Qualitätsminderung von Silagen werden in mangelnden Informationen zu qualitätssichernden Parametern in der Arbeitsspitze der Futterernte und -konservierung gesehen. In der Untersuchung wird die Grundlage für ein QM-System aus siliertechnischer Sicht dargestellt, das dem Betriebsleiter bzw. dem Lohnunternehmer als Basis dienen soll, Entscheidungen im Prozess operativ zu treffen, um somit für den Erhalt der Silagequalität vom Feld bis zum Trog zu sorgen. Das System basiert auf der Transparenz der Vernetzung von Einflussfaktoren. Innerhalb der Verfahrensketten sollten kritische Lenkungspunkte lokalisiert werden, an denen Experimente mit standardisierten Einflussgrößen entsprechend der Skala der Entscheidungsfindung durchgeführt werden. Die Auswertung dieser Experimente sollte dazu dienen, punktuell Regelkreise zur Qualitätssicherung von Silage abzubilden. Als Zielgröße soll ein neuer Qualitätsparameter "Langzeitstabilität" (Haltbarkeit der Silage) eingeführt werden, an dem technische Maßnahmen im QM-System zukünftig auszurichten sind. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Schwerpunkt der Arbeit war die Untersuchung von Aerosolpartikeln mit Methoden der Einzelpartikelanalytik, wie Lichtmikroskopie, Lasermikrosonden-Massenspektrometrie (LAMMA) und Elektronenstrahl-Mikroanalyse (EPXMA). Dazu wurden an einem landwirtschaftlichen Versuchsgut Aerosolpartikel mit fünfstufigen Minikaskadenimpaktoren gesammelt. Die Probennahmenorte waren Luv- und Leelagen, Flüssigmistsilos, Futterstraße, Schweineställe und Geflügelställe. Zeitgleich zur Partikelsammlung wurden in-situ die Partikelkonzentration und Partikelgrößenverteilung mit Streulichtphotometern bestimmt. Partikelproben für die quantitative Bulkanalyse mittels Röntgenfluoreszenz (RFA) wurden durch die Exposition von Schwebstofffiltern gewonnen.

Erhöhte Elementkonzentrationen im Lee stehen mit den Einrichtungen und Tätigkeiten am Versuchsgut in direktem Zusammenhang. Durch Anwendung multivariater statistischer Verfahren konnte gezeigt werden, dass die untersuchten Partikelquellen nahezu in allen Größenfraktionen signifikante Unterschiede in der Partikelzusammensetzung aufweisen. Phosphorbestimmte Massenlinien, wie PO2, PO3 and H2PO4 sind Marker für einen Typ agrarspezifischer Aerosolpartikel. Viele der im Tierfutter nachgewiesenen Stoffe werden in den am Versuchsgut gesammelten Aerosolpartikeln wieder gefunden (z.B. Calcium, Calciumcarbonate, Zink, Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen).

Die gemessenen Partikelgrößenverteilungen wurden durch Überlagerung von logarithmischen Normalverteilungen parametrisiert. Zwischen den luv- und leeseitigen Messungen besteht beim Akkumulations-Mode ein nur geringer Unterschied. Im Gegensatz dazu werden beim Grobpartikel-Mode große Unterschiede sowohl bei der Gesamtpartikelkonzentration wie auch beim Medianpartikeldurchmesser gefunden. Dieser Befund wird durch die Einzelpartikelanalytik bestätigt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Köller, K., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Bei der teilflächenspezifischen Landbewirtschaftung werden Informationen über Standort- und Bestandesunterschiede gewonnen, so dass Teilflächen oder Management-Zonen abgeleitet werden können. Basierend auf messbaren und existenten Parametern wurde ein Expertensystem zur Festlegung der optimalen Saatstärke auf der Teilfläche entwickelt. Auf der Grundlage einer Datenbank mit umfangreichen Ergebnissen bezüglich der ertragsrelevanten und gleichzeitig saatstärkenbeeinflussenden Parameter ist über geeignete Algorithmen eine Berechnung der optimalen Aussaatmenge möglich. In Feldversuchen wurden grundlegende Untersuchungen mit variierender Saatstärke in Abhängigkeit von weiteren Einflussgrößen wie Relief, Bodenart und Sorte durchgeführt. Mittels Positionsbestimmung und variabler Applikationstechnik kann die definierte Sollmenge auf der Teilfläche umgesetzt werden, wobei die systembedingten Ungenauigkeiten ermittelt sowie hinsichtlich einer Korrektur überprüft wurden.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Eine Grundvorrausetzung zur teilflächenspezifischen Bewirtschaftung ist die Kenntnis der Bodenvariabilität innerhalb eines Feldes. Zur Bestimmung dieser Bodenunterschiede wurden Zugkraftmessungen (GPS-gestützt) bei der Bodenbearbeitung mit verschiedenen Bodenbearbeitungsgeräten durchgeführt. Diese Zugkraftmessungen wurden sowohl laboranalysierten Bodenproben als auch Messungen der elektrischen Bodenleitfähigkeit gegenübergestellt. Weiterhin wurde die Tauglichkeit der serienmäßig in Ackerschleppern eingebauten Zugkraftmessbolzen für die Zugkraftkartierung überprüft. Ein Ansatz zur Normierung der Zugkräfte zur Verringerung des Einflusses von Störgrößen wird vorgestellt. Die Zugkraftkartierung zeigt wie eine ebenfalls durchgeführte Kartierung des Kraftstoffverbrauchs eine hohe Korrelation zu Unterschieden des Tongehalts im Feld. Im Vergleich zur derzeit verbreiteten Verfahren zur Bodenerhebung liefert die Kartierung von Zugkraftbedarf und/oder Kraftstoffverbrauch hochauflösende Bodeninformationen bei vergleichsweise niedrigen Verfahrenskosten.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Ziel der Arbeit war es, die Leistungsfähigkeit einer mehrstufigen Abluftreinigungsanlage im Rahmen einer Zertifizierungsmessung zu überprüfen und verfahrenstechnisch zu bewerten. Die Messungen umfassten die Ammoniak- und Staubreduktion sowie die Abscheidungsleistungen von Gerüchen. as untersuchte Abluftreinigungssystem arbeitet mit drei aufeinander folgenden Reinigungsstufen. Die erste Stufe arbeitet dabei nach dem physikalischen Prinzip und scheidet in erster Linie Staub durch eine Wasserwäsche ab. Die zweite, chemische Stufe dient zur Abscheidung von Ammoniak. In der chemischen Stufe wird Schwefelsäure eingesetzt. Die dritte Stute reduziert Geruch durch den Einsatz einer biologischen Schüttung. Diese besteht aus gerissenem Wurzelholz. ie Messungen wurden in zwei Messzeiträumen nach den Vorgaben des „Leitfadens des Landkreises Cloppenburg zur Feststellung der Eignung von Abluftreinigungsanlagen in der Tierhaltung zur Anwendung in der Genehmigungspraxis und bei der Überwachung“ unter Winter- und Sommerbedingungen durchgeführt. Hierbei wurden jeweils roh- und reingasseitig Messungen durchgeführt und so das Leistungsvermögen der Anlage festgestellt. ie Messungen haben ergeben, dass die untersuchte Abluftreinigungsanlage die an sie gestellten Anforderungen erfüllt und einen großen Teil der Emissionsfaktoren Ammoniak, Staub und Geruch abscheiden kann. es Weiteren wurde im Rahmen der Arbeit gezeigt, dass die Abluftreinigung im Allgemeinen mit sehr hohen Kosten verbunden ist. Sowohl die Zertifizierung als auch der Betrieb einer Abluftreinigungsanlage ist sehr kostenintensiv. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Van den Weghe, H., Prof. Dr. Ir.

Institution

Universität Göttingen, Forschungs- und Studienzentrum für Veredelungswirtschaft

Ort

Göttingen

Abstract

Antibiotika werden in der Nutztierhaltung in nennenswertem Umfang eingesetzt (1999: 13.200 t in der EU einschließlich Schweiz). Über Wirtschaftsdünger sowie Gülle oder Festmist kann ein Eintrag dieser Stoffe in Böden stattfinden. Erhebungen ergaben, dass es sich bei den veterinärmedizinisch angewandten Antibiotika hauptsächlich um Tetrazykline und Sulfonamide handelt. Es sind so genannte Altpräparate, die vor 1998 zugelassen wurden und für deren Zulassung keine Umweltverträglichkeitsprüfung vorgeschrieben war. Somit besteht ein erheblicher Mangel an umweltrelevanten Informationen über das Verhalten der Altpräparate nach der Ausscheidung durch das Tier. Es werden in dieser Arbeit das Umweltverhalten ausgewählter Antibiotika in Masthähnchenfestmist (Persistenz von Tetrazyklin), Schweinegülle (Erhebung zu tatsächlich vorliegenden Wirkstoffgehalten in der Praxis) und Boden (Mobilität von Tetrazyklin und Sulfadiazin in verschiedenen Böden) untersucht. Die Ergebnisse leisten einen Beitrag zur Risikobewertung dieser Antibiotika. 

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Schön, J., Hon.-Prof. Dr. Dr. h.c.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Zentraler Aspekt beim Einsatz automatischer Melksysteme ist die Anpassung dieser neuen Technologie an das Tierverhalten, da dieses integraler Bestandteil des Prozessablaufs ist. Dies betrifft vor allem den Tierumtrieb (cow traffic). Für die in der Praxis verbreiteten Varianten, den freien und gelenkten Umtrieb, wird dabei jedoch von spezifischen Vor- und Nachteilen berichtet. Ziel dieser Arbeit war es, vor dem Hintergrund des Tierverhaltens ein optimiertes Verfahren zu untersuchen, bei dem über dezentrale Selektionstore ein tierindividueller Zugang zum Fressbereich besteht, und dieses unter definierten Bedingungen mit den bestehenden Umtriebsformen zu vergleichen. Im Einzelnen wurde die Nutzung der Melkbox und der Übergänge zwischen Liege- und Fressbereich (insbesondere der Selektionstore), die Anzahl der nachzutreibenden Tiere, sowie das Fressverhalten erfasst. Die Auswertung erfolgte unter Berücksichtigung des Betriebs, der Umtriebsform, der Milchleistung, des Laktationsdrittels, der Laktationsnummer sowie eines aus dem Fressverhalten errechneten Dominanzwertes. Die Ergebnisse zeigen, dass durch diesen selektiv gelenkten Umtrieb Vorteile des freien und gelenkten Umtriebs kombinierbar sind und damit eine deutliche Verbesserung im Bereich des automatischen Melkens erreicht wird. Insgesamt bedeutet dies einen weiteren Schritt in Richtung "precision livestock farming".

zur Dissertation

Publikations-Art

Abstract

Professor

Van den Weghe, H., Prof. Dr. Ir.

Institution

Universität Göttingen, Zentrum für Veredelungswirtschaft

Ort

Vechta

Abstract

Aufgrund internationaler Forderungen, die Emissionen von Ammoniak und anderer klimarelevante Gasen zu reduzieren, werden Maßnahmen zur Emissionsreduktion in der Landwirtschaft entwickelt und vermehrt eingesetzt. Im Forschungs- und Studienzentrums für Veredelungswirtschaft Weser-Ems (FOSVWE) wurde eine neuartige Spülentmistungsanlage für Mastschweineställe in Verbindung mit einem Bioreaktor konzipiert und im Praxismaßstab auf ihr Potenzial zur Emissionsminderung geprüft. Das wichtigste Ziel dieser Arbeit war die Quantifizierung und Analyse der Emissionen von Ammoniak (NH3), Methan (CH4), Lachgas (N20), Kohlenstoffdioxid (C02) und Geruch aus einem Mastschweinestall mit Spülentmistung im Vergleich zur konventionellen streulosen Mastschweinehaltung mit Güllelagerung im Stall. Geprüft wurden insbesondere der Einfluss der Jahreszeit, der Spülhäufigkeit und die Höhe des biologisch behandelten Anteils der Spülflüssigkeit auf den Verlauf und die Höhe der Emissionen. Außerdem wurde die Leistungsfähigkeit des Sedimentationsverfahrens untersucht und der Bioreaktor hinsichtlich Nitrifikation, Kohlenstoffabbau und Emissionen beurteilt. Es wurden vier unterschiedlich aufgebaute Versuchsdurchgänge durchgeführt. Im ersten Versuchsdurchgang wurde einmal täglich gespült und in den Versuchen 2 bis 4 zweimal täglich. Der Anteil an biologisch behandelte Spülflüssigkeit betrug bei den ersten drei Versuchsdurchgängen 40 %, während im letzten Versuch auf die biologische Behandlung der Gülle verzichtet wurde. Bei einmal täglichem Spülen und mit biologischer Behandlung der Spülflüssigkeit konnten mittlere NH3-Minderungen von 24 % und bei zweimaligem Spülen von 38 % erreicht werden. Die CH4 Emissionen wurden durch die Spülung erheblich vermindert (im Mittel um 80 %). Die Geruchsstoffemissionen konnten durch das Spülverfahren um 30 bis 60 % reduziert werden. Generell ist der Betrieb einer derartigen Spülentmistungsanlage allerdings mit relativ hohen Investitions- und Wartungskosten verbunden.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Isensee, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Innovative Sensorsysteme schaffen die Möglichkeit, die Düngung zu steuern sowie Ertrag und Qualität kontinuierlich zu erfassen. Diese neuartigen Möglichkeiten werden in der Arbeit genutzt und weiterentwickelt, um den Prozess zu analysieren und produktionstechnische Maßnahmen abzuleiten. Die konkrete Durchführung geschah im Sinne des On-Farm-Research auf großen Flächen mit praxisgerechter Technik, ergänzt um Versuchs- und Messeinrichtungen. ls Ausgangspunkt für Ertrag und Qualität gilt der Boden in seiner naturgegebenen Heterogenität. Sie zu quantifizieren, ist Gegenstand verschiedener Methoden, die im einzelnen beurteilt werden. Das Prinzip geoelektrischer Messungen hat sich als besonders geeignet erwiesen, da es in hoher, kleinräumiger Auflösung Daten liefert, die gut mit dem Ertrag korrelieren. nterschiede im Boden wirken sich auf die Pflanzenentwicklung aus. Diese lässt sich mit der Stickstoffdüngung beeinflussen. Also wurde der Bestand mit dem N-Sensor bonitiert, der über Reflexion den Ernährungsstatus der Pflanze und die Biomasse erfasst. Dem Sensor sind zwei verschiedene Regelfunktionen werksseitig hinterlegt: eine reduziert die N-Menge im gut ernährten und entwickelten Bestand, die neue Qualitätsfunktion steigert hier die Düngermenge. Das übliche sensorgesteuerte Verfahren verringert die Unterschiede im Wachstum. Die geerntete Partie ist also homogener. Intensive Düngeversuche mit der Qualitätsfunktion erbrachten neue Erkenntnisse: bei gleichem N-Niveau wird eine Steigerung im Ertrag und Proteingehalt erreicht. Besonders ergiebig erwies es sich, recht spät die guten Bestände mit einer Ährengabe zur Blüte zu fördern. iese Chancen bietet der N-Sensor, und den Erfolg zu prüfen, bietet das Messsystem im Mähdrescher. in weiterer Vorteil der Sensortechnik liegt in der kontinuierlichen Datenerfassung während der Düngeapplikation, die Informationen zum Bestand liefert. Diese sind in Kombination mit den Ertrags- und Proteindaten der Echtzeiterfassung am Mähdrescher zu weiteren Interpretationsansätzen nutzbar. So besteht die Möglichkeit zur Prognose von Ertrag und Protein bereits während der Vegetationsentwicklung. Daraus können jetzt Kalibrierungen entwickelt werden, die online oder offline einsetzbar sind. ie Kombination verschiedener Informationsebenen von Boden und Pflanze führte im Projekt zu einer Verbesserung von Ertrag und Protein auf den definierten Teilflächen. 

Publikations-Art

Professor

Mühlbauer, W., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik in den Tropen und Subtropen,

Ort

Hohenheim

Abstract

Dissertation, 179 S., 0 €

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schön, Hans, Prof. Dr. Dr. h.c.

Institution

Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft

Ort

Freising

Abstract

Die sichere Erkennung von Eutererkrankungen muss sowohl beim konventionellen als auch beim automatischen Melken gewährleistet sein. Störungen in der Eutergesundheit spiegeln sich zuerst in geänderten Milchinhaltsstoffen, die für das menschliche Auge nicht zu erkennen sind (subklinische Mastitis), und später auch in einer visuell erkennbaren Veränderung der Milchzusammensetzung (klinische Mastitis) wider. Die Aussagekraft der Parameter Elektrische Leiffähigkeit, Spektrale Reflexion sowie Na+ und CI- Gehalt wurde einzeln und in Kombination hinsichtlich der Erkennung von Eutererkrankungen mittels Diagnostischer Tests bewertet, wobei der Schwerpunkt der Untersuchungen auf der Analyse der Spektralphotometrie(Farbmessung) als zusätzliches Werkzeug einer Mastitisfrüherkennung lag. Zusätzlich wurde überprüft, welche Gemelksfraktion die besten Messwerte bezüglich einer veränderten Eutergesundheit liefern konnte. Die Ergebnisse zeigten, dass durch die Erfassung von elektrischer Leitfähigkeit in Kombination mit der spektralen Reflexion in den ersten 300-500 ml eines jeden Viertelgemelkes eine weitaus bessere Erkennung von Eutergesundheitsstörungen als mit der bloßen visuellen Prüfung des Vorgemelkes erzielt werden konnte. Die Erkennungssicherheit sollte aber mit Blick auf eine automatische Trennung von verkehrsfähiger und nicht verkehrsfähiger Milch noch weiter verbessert werden.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

In bisher veröffentlichten wissenschaftlichen Untersuchungen wurden energie- und nährstoffreiche Substrate, wie z. B. Speisereste aus der Nahrungsmittelindustrie, von privaten Haushalten und der öffentlichen Gemeinschaftsverpflegung ausschließlich als Koferment zur Steigerung der Gaserträge von Biogasanlagen in Verbindung mit landwirtschaftlichen Reststoffen eingesetzt. Veränderte gesetzliche Rahmenbedingungen, die nach der neuen EU-Verordnung 1774/2002 ein EU-weites Verbot der Verfütterung dieser Stoffe an landwirtschaftliche Nutztiere vorsehen, erfordern schnell und kostengünstig umsetzbare Verwertungskonzepte. Ein Lösungsansatz hierfür bietet die Monofermentation in größeren, industriellen Biogasanlagen. Mithilfe der Kraft-Wärmekopplung wird hierbei das entstehende Biogas in Blockheizkraftwerken zur Produktion von Strom und Wärme genutzt. Das Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (EEG) bietet mit seinen Vergütungssätzen und der Abnahmegarantie für den erzeugten Strom die wirtschaftliche Grundlage hierfür. Zur Abschätzung der Machbarkeit und des zur Verfügung stehenden Potentials dieser Stoffe wurden in einem Laborversuch Biogas- und Methanausbeuten sowie weitere verfahrenstechnische Kenngrößen des Materials mit unterschiedlichen Versuchsparametern bestimmt. Die Daten gingen in die Planung und den Bau einer Pilotanlage mit 8000 Jahrestonnen Verarbeitungskapazität und einem Investitionsvolumen von 2,9 Mio. € ein. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Fürll, Ch., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Institut für Agrartechnik Bornim

Ort

Potsdam

Abstract

In der Schüttgutmechanik beruht der Fortschritt zur Analyse komplexer verfahrenstechnischer Prozesse auf den Methoden der numerischen Festkörper- und Strömungsmechanik. Damit ermöglicht die numerische Schüttgutmechanik ein verfahrenstechnisches Dimensionieren von Silos und Behältern für viele Bereiche der Agrartechnik der Lebensmitteltechnik und der chemischen Verfahrenstechnik. en erhöhten Anspruch an die Qualitätssicherung von eingelagerten Produkten, Futter- und Lebensmitteln erfüllen innerhalb der Verfahrensketten nur die optimierten Fließprofile durch das gezielte Vermindern von Entmischungserscheinungen. Dieses fließtechnische Optimieren der Silogeometrie basiert auf dem Installieren von Einbauten im Behälter. ür die resultierende Kombination aus nichtlinearem Materialverhalten und komplizierter Geometrie liefern die analytischen Konzepte von Massen- und Kernfluss nur unzureichende Berechnungsmöglichkeiten. as Ziel dieser Arbeitbeinhaltet eine anwendungsorientierte Grundlagenforschung zum Dimensionieren von Einbauten in Silos. Mit Hilfe eines Einbautrichters in einem Kernflusssilo wird ein Massenfluss nach dem Konzept "first in first out" erreicht. ls Methoden zum Erfüllen der Zielstellung dienen triaxiale Kompressionsversuche zum Kalibrieren der Materialparameter, numerische Berechnungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) die Simulation des Materialverhaltens und Großsilo-Exper imente für das Validieren der FEM-Ergebnisse. er Lösungsweg zu den Geschwindigkeits- und Spannungsverteilungen im Schüttgutmaterial in Verbindung mit Angaben zu den Verweilzeiten beruht auf kontinuumsmechanischen Materialgesetzen. Plastizitätstheoretische Erweiterungen im Materialgesetz ermöglichen ingenieurtechnische Resultate für die Entleerungssimulation eines mit Weizenschrot gefüllten Futtermittel-Silos. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war ein Vergleich der Tiergerechtheit zweier Haltungssysteme für Mastschweine. Beurteilt wurde ein herkömmlicher, zwangsbelüfteter Vollspaltenbodenstall, welcher bezüglich der Tiergerechtheit durch mehr Platz pro Tier und den Einbau einer Beschäfti-gungstechnik verbessert wurde (Abteil VSP). Vergleichend hierzu wurde ein weiter entwickeltes, alternatives Haltungssystem, welches sich durch getrennte Klimabereiche, planbefestigte Liegeflächen und freie Lüftung auszeichnet, betrachtet (Abteil GK). Grundlage der Konzeption des alternativen Haltungssystems war die Möglichkeit der Nutzung vorhandener Bauhüllen. Die Untersuchun-gen wurden unter praxisähnlichen Bedingungen durchgeführt. ntersucht wurden Aspekte des Liegeverhaltens, das Belly Nosing, das Spiel- und Erkundungsverhalten, die Veränderungen des Integuments, die Gesundheit, die Verschmutzung der Tiere und Buchtenböden und die Leistung der Tiere. ie Untersuchung der beiden Haltungssysteme ergab in Teilbereichen des Liegeverhaltens, des Belly Nosing, des Spiel- und Erkundungsverhaltens in Bezug auf die Realisierung tiergerechter Lösungen leichte Vorteile für das Abteil GK mit getrennten Klimabereichen und strukturiertem Buchtenaufbau gegenüber dem Abteil VSP. Die an den unkupierten Schwänzen der Tiere aufgetretenen Schäden sowie die starke Verschmutzung der Buchtenflächen und der Tiere im Abteil GK sprechen für eine weitere Verbesserung der Dimensionierung und Struktur der Buchten. bschließend kann festgestellt werden, dass das weiter entwickelte Haltungssystem GK mit freier Lüftung, getrennten Klimabereichen mit Ruhekisten unter den sehr guten äußeren Bedingungen der Untersuchung gut und geeignet erscheint, um den Anforderungen einer tiergerechten Haltung zu genügen. Ebenso kann festgehalten werden, dass die im Abteil Vollspaltenboden VSP bezüglich der untersuchten Parameter unter den gegebenen Versuchsbedingungen gemessenen Ergebnisse besser waren als erwartet.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Van den Weghe, H., Prof. Dr. Ir.

Institution

Universität Göttingen, Forschungs- und Studienzentrum für Veredelungswirtschaft

Ort

Göttingen

Abstract

Im Rahmen des hier vorgestellten Projektes wurden wichtige Teilaspekte der Tiergerechtheit und Wirtschaftlichkeit im Abferkelbereich untersucht. Dabei wurde die Haltung abferkelnder und säugender Sauen im Kastenstand, im Kastenstand zum Öffnen und in Bewegungsbuchten miteinander verglichen. Für die Bewertung der Tiergerechtheit der Haltungsvarianten wurden pathologische, physiologische und ethologische Parameter herangezogen, wobei die Erfassung des Tierverhaltens den Schwerpunkt der vorliegenden Untersuchung bildete. Zudem wurde die Bedeutung der Vorlage von Stroh, um Nestbauverhalten zu ermöglichen, untersucht. Es zeigte sich, dass die Sauen ein verbessertes Bewegungsangebot bezüglich des Aktivitätsverhaltens als auch der Ausrichtung auf die Buchtenfläche nutzen. Zudem resultierte die erhöhte Bewegungsfreiheit in einem geringeren Anteil verschmutzter Tiere. Der Anteil der Abliegevorgänge, in denen die Sau ihre Hinterhand auf die entgegengesetzte Seite der gruppierten Ferkel niederlegte, war in den Bewegungsbuchten deutlich höher. Dennoch wurden in den Bewegungsbuchten mehr Ferkel durch die Muttersau erdrückt als im Kastenstand und Kastenstand zum Öffnen. Bezüglich des Arbeitszeitbedarfs konnten keine Unterschiede zwischen den Bewegungsbuchten und den Kastenstand festgestellt werden. Auswirkungen auf das Stallklima (Ammoniak-, Schwebstaubkonzentration) resultierten aus den verbesserten Bewegungsmöglichkeiten ebenfalls nicht. Bei den hier vorgestellten Bewegungsbuchten handelt es sich um eine praktische Alternative zum Standardkastenstand. Werden die Bewegungsbuchten wie in dieser Untersuchung mit Standardmaßen, Standardteilen und einstreulos konzipiert, sind keine höheren Investitionskosten und Arbeitszeiten zu erwarten. Ein weiterer Forschungsbedarf besteht jedoch weiterhin bei den Ferkelverlusten. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Pickel, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrartechnik und Landeskultur

Ort

Halle-Wittenberg

Abstract

Aus bisherigen Untersuchungen zur Freisetzung von Schadgasen, Gerüchen und Stäuben ist eine quantitative Beschreibung des Emissionsverhaltens auf Stallebene sowie das Erkennen von Interaktionen zwischen den Quellen leider nicht möglich.

Diese Arbeit beschreibt die Quantität der Gesamtemissionen einer Stallanlage und zusätzlich das Emissionsgeschehen unterschiedlicher Stallfußboden einer Schweinemastanlage im saisonalen Verlauf. Zur Ermittlung der Emissionsniveaus unterschiedlicher Stallbodenoberflächen wurde die Windtunnelmethode angewandt. Durch die Datenaufnahme mit üblicher Messtechnik wurde in einem Versuchszeitraum von etwa 1 Jahr eine reichliche Grundlage an Versuchvarianten bei entsprechenden jahreszeitlichen und tageszeitlichen Temperaturverläufen dokumentiert.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Isensee, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Die Ertragskartierung im Mähdrescher wird erweitert um die Messung qualitätsrelevanter Inhaltsstoffe von Getreide. Dazu werden zwei NIR-Messgeräte ausgewählt. Eine Bypasseinheit zur Aufnahme der Messgeräte wird entwickelt und in den Mähdrescher integriert. Die entwickelte Lösung erlaubt kontinuierliche Probenentnahme und Messung ohne störenden Einfluss auf die Erntetätigkeit des Mähdreschers. Während der ersten Druschsaison erfolgte Probenentnahme und Laboranalyse der Proben zum Zwecke der Kalibrierung der Messinstrumente. Zusätzlich wurden an einem Teststand Untersuchungen zu Einflüssen durch Getreidedurchsatz und Temperatur am Messgerät durchgeführt. Die Ergebnisse am Teststand zeigen, dass der Durchsatz am Messgerät in weiten Grenzen variiert werden kann, während der Einfluss der Temperatur erst mit stabileren Kalibrierungen gesenkt werden kann. Die entwickelten Kalibrierungen für die Online-Analyse des Protein- und Feuchtegehaltes von Winterweizen liefern Messwerte mit hoher Genauigkeit, für Körnermais gelingt dies nur beim TS-Gehalt. Für Raps und Gerste sind weitere Daten erforderlich, um stabile Kalibrierungen zu erstellen. Die Verknüpfung der Messwerte mit den DGPS-Koordinaten macht die Kartierung der Inhaltsstoffe auf einem Schlag möglich. Dabei wird deutlich, dass die Inhaltsstoffkonzentrationen ähnlich dem Ertrag Schwankungen unterliegen können. Die Flächen und Mengenanteile verschiedener Qualitäten an der gesamten Fläche bzw. Erntemenge werden ausgewiesen. Daraus lassen sich sowohl produktionstechnische, al auch verfahrenstechnische Konsequenzen ableiten. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Mühlbauer, W., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik in den Tropen und Subtropen

Ort

Hohenheim

Abstract

The Brazilian timber and furniture industry tries to substitute cost intensive sawnwood from tropical rainforests by economical eucalypt timber from regrowing plantations. However, neither ambient air drying due to quality reasons nor technical drying due to high drying costs are sufficiently adequate for the drying of this sensitive eucalypt timber. Therefore, the Institute of Agricultural Engineering in the Tropics and Subtropics of Hohenheim University developed a solar-assisted timber dryer. This new greenhouse-type solar dryer was scientifically analysed under subtropical climate conditions in Brazil for the drying of Eucalyptus grandis. Drying schedules for 18, 27, 32 and 42 mm thick sawnwood were developed that consider the quality demands of the timber, the technical requirements of the solar dryer and the local climate conditions. Characteristically for the drying schedules is the adaptation of the drying temperature to the surrounding air temperature, cyclic re-moistening intervals and low air velocities. By means of the solar dryer and the newly developed drying schedules, green eucalypt sawnwood can be dried for the furniture industry to low wood moisture contents of 8 to 12 % d.b. at a high timber quality. Thereby, both the electrical and thermal energy demand and the drying costs are significantly lower than for conventional dryers. Meanwhile, about 35 000 m³ of eucalypt hardwood is dried annually in two solar-assisted timber dryers of this type. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Pickel, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrartechnik und Landeskultur

Ort

Halle-Wittenberg

Abstract

Ausgehend von einem sich wandelnden Energiemarkt, vom Streben nach größerem Einklang mit der Umwelt und von einer zu erzielenden effizienten Landwirtschaft wurde die Nutzung von elektrischer Energie in Milchviehställen des Landes Sachsen analysiert.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Mühlbauer, W., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik in den Tropen und Subtropen

Ort

Hohenheim

Abstract

Das solare Verarbeitungszentrum ist ein offenes Gebäude, in dem alle für die Produktion von qualitativ hochwertigem Rohkakao notwendigen Einrichtungen unter einem Dach untergebracht sind. Zur Deckung des thermischen Energiebedarfs bei der Trocknung sind ein solarer Lufterhitzer und eine Stückholzfeuerung installiert. Bei der Optimierung wird ein neuer solarer Luftkollektor entwickelt, der in das Gebäudedach integriert ist, einfach und großflächig montiert werden kann und in der Lage ist, die zur Trocknung von Kakao notwendige thermische Energie bereitzustellen. Zur Bewertung des Kollektors wurde ein mathematisches Modell entwickelt, dessen Rechenergebnisse anhand eines Outdoor-Teststandes überprüft wurden. Eine neue Stückholzfeuerung nach dem Prinzip des unteren Abbrands wurde auf Basis einer Literaturanalyse entwickelt und direkt in das Luftkanalsystem der Anlage integriert. Der Einsatz einer Verbrennungsregelung erlaubt es, die Feuerungsleistung an den schwankenden Bedarf kontinuierlich anzupassen bei gleichzeitig emissionsarmem Betrieb. Die geregelte Feuerung und der Solarkollektor können so gleichzeitig betrieben werden und ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb bei konstanter Trocknungstemperatur. An einem Verarbeitungszentrum, bestehend aus dem neu entwickelten dachintegriertem Luftkollektor und der geregelten Holzfeuerung, wurde die thermische Leistungsfähigkeit und das Emissionsverhalten untersucht. Im bivalenten Betrieb von Kollektor und Holzfeuerung liegt der Wirkungsgrad der Feuerung zwischen 81 und 85 %, der des Luftkollektors zwischen 20 und 35 %. Die Trocknungstemperatur schwankt dabei um maximal +/- 2 K. Dabei werden die in Deutschland geltenden Emissionsgrenzwerte unterschritten. Neben der energetischen Optimierung wurde die Tragwerkskonstruktion des Gebäudes optimiert und modular aufgebaut, um die Montage zu vereinfachen und Material einzusparen. Bei der Materialwahl für den Solarkollektor, die Feuerung und Tragwerkskonstruktion war die lokale Verfügbarkeit in Indonesien ein entscheidendes Kriterium. Bei der Konstruktion wurden die in Indonesien üblichen Fertigungsmöglichkeiten berücksichtigt, um eine lokale Produktion zu ermöglichen. Mit der vorliegenden Arbeit konnte die Wirtschaftlichkeit des Verarbeitungszentrums verbessert und damit einen wichtiger Beitrag zur Verbreitung dieser neuen Technologie geleistet werden. 
 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Krause, R., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Kassel, Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Für die energetische Nutzung von Nachwachsenden Rohstoffen wurden in diskontinuierlichen und quasi-kontinuierlichen Reaktoren die anaerobe Vergärung von Futterrübensilage und Zuckerrübensilage sowie deren Mischungen mit Rindergülle unter verschiedenen Parametern genau untersucht, um eine effiziente Energiebilanz, Ökobilanz und die Wirtschaftlichkeit des gesamtes Prozesses beim Wechsel von fossilen Energieträgern zur Energieproduktion auf Basis von Biogas zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass Futter- und Zuckerrübensilage grundsätzlich für Mono- und Kofermentation geeignet sind. Durch Beimischung von Rindergülle sinkt der Abbaugrad und infolgedessen auch die Methanausbeute, jedoch wird gleichzeitig die Prozessstabilität erhöht. In den quasi-kontinuierlichen Versuchen betrug die maximal erzielbare Raumbelastung unter stabilen Prozessbedingungen für Futter- und Zuckerrüben 4 g oTS/1*d. Durch die Beimischung von Gülle stieg dieser Wert auf 4.5 g oTS/1*d. Durch die Vergärung nahm der NH4-N-Gehalt um bis zu 55 % zu, wodurch die Effizienz bei der Verwendung der Gärrückstände als Wirtschaftdünger verbessert wird. Von der energetischen Seite her betrachtet wurde festgestellt, dass bei der Betrachtung der elektrischen Energieproduktion aus Futterrüben (Zuckerrüben) ein 4 (4) mal größerer Output/Input-Faktor gegenüber einem dem der fossilen Energieträgern erzielt werden kann, der zu Einsparungen von fossile Energie führt. Durch die Produktion von Biogas aus Futter bzw. Zuckerrüben kann im Vergleich zur Verwendung von Fossilenergie pro Hektar die Freisetzung von 21 bzw. 20 Tonnen C02-Äquivalenten vermieden werden. Aufgrund der ökonomischen Analyse ist die Biogasproduktion aus Futter- bzw. Zuckerrüben derzeit wirtschaftlich noch nicht empfehlenswert.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schulze Lammers, P., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Gerüche sind eine häufig auftretende Art der Luftverschmutzung besonders in industrialisierten Ländern, wo zahlreiche Gesetze die hierdurch auftretenden Probleme regeln. In diesem Zusammenhang hat die Einführung von Gesetzen, Regelungen und Richtlinien in den letzten Jahren zu einem verstärkten Interesse an der Entwicklung entsprechender Technik zur Geruchserfassung geführt. iese Studie ist Teil eines Verbundprojektes zur Entwicklung eines Instrumentes zur Erfassung von Geruchsemissionen auf der Grundlage eines Arrays aus Schwingquarzsensoren (Quartz Crystal Microbalance, QCM). Die Leistung des im Projekt entwickelten Sensors wurde sowohl im Labor als auch in der Praxis hinsichtlich Empfindlichkeit, Messschwelle und Frequenzstabilität des Sensors getestet. Die Testergebnisse zeigen, dass die Frequenz des Sensor-Arrays verhältnismäßig stabil war. Sie zeigen ebenfalls, dass am Anfang sowohl die Messschwelle des Sensor-Arrays im Vergleich zum Geruchschwellenwert der menschlichen Nase als auch die Empfindlichkeit in bezug auf einzelne Geruchskomponenten niedrig waren. Durch den Einsatz einer thermischen Desorbereinheit zur Anreicherung im Messsystem wurden. Empfindlichkeit und Detektionslimit jedoch erheblich verbessert. er Sensor wurde in einem großen Kompostierungswerk getestet. Hier zeigte sich, dass der Sensor in der Lage war, die bei der Kompostherstellung entstehenden Geruchsemissionen, die eine erhebliche Geruchsbelästigung darstellen können, zu erfassen. Die Geruchsemissionen des Kompostierungsprozesses wurden als Sensor-Frequenzänderung dargestellt und konnten in drei Phasen unterschieden werden: Emissionen vor, während und nach der Kompostumsetzung. Mit der Hauptkomponentenanalyse (principle component analysis, PCA) konnten diese Phasen klar unterschieden werden. ie ersten Testergebnisse des Sensors mit dem QCM Array in Verbindung mit einem Olfaktometer zur Überwachung der Leistung eines Geruchsbiofilters zeigen, dass das Verhältnis zwischen Geruchseinheit und der Sensor-Frequenzänderung noch schwach ausgeprägt ist. Folglich wird eine Reihe von umfangreichen Tests in bezug auf verschiedene Geruchsemissionen erforderlich sein, um zuverlässige Ergebnisse hinsichtlich der Nutzung des Instrumentes für die Ermittlung von Geruchsemissionen zu erzielen. Die Ergebnisse des Olfaktometers zeigen auch, dass die Geruchsabbauleistung des Biofilters gut war. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Ziel der Arbeit war die Erweiterung der Datenbasis zur Emission von Lachgas aus Ackerland im Vergleich von wendender und nichtwendender Bodenbearbeitung und leguminosenreicher und leguminosenarmer Fruchtfolge. Es wurden insbesondere verfahrenstechnische Ereignisse untersucht und gezielt verfahrenstechnische Parameter variiert. Die Versuche fanden auf einer Fläche der Versuchstation Heidfeldhof der Universität Hohenheim statt. Durch die hohe Anzahl an Wiederholungen wurden niedrige Variationskoeffizienten erzielt. In der Regel gab es keine signifikanten Unterschiede. Dennoch waren einige klare Tendenzen zu erkennen: Eine rasche Einarbeitung von Flüssigmist zeigte keinen Einfluss auf die Höhe der Emissionen, verringert jedoch die Ammoniakemissionen. Die Einarbeitung von Flüssigmist mit dem Grubber reduzierte die Emissionen um 8 %, mit dem Pflug um bis zu 24% im Vergleich zu nichteingearbeitetem Flüssigmist. Die Verdünnung von Flüssigmist wirkte sich eher fördernd auf die Emissionen aus. Die leguminosenreiche Fruchtfolge emittierte nach Stoppelbearbeitung 6 bis 157% mehr als die leguminosenarme. Bei der Bewertung sollte jedoch der verminderte Düngemittelverbrauch nach Leguminosenanbau und die dadurch verminderte Lachgasemission durch Düngung in Betracht gezogen werden. Die nichtwendende Bodenbearbeitung emittierte mehr Lachgas als die wendende. Pflugbearbeitung zeigte niedrigere Emissionen als mit der Fräse bearbeitete und unbearbeitete Flächen. Bei Überfahrten mit geringerem Reifendruck konnten die Lachgasemissionen um bis zu 39% gemindert werden.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Kromer, K.-H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die Zuckerrübenproduktion in Deutschland stellt für die Landwirtschaft derzeit eine wichtige Einkommensquelle dar. Aufgrund des Strukturwandels in der Zuckerindustrie wurde in den letzten Jahren die Zwischenlagerung der Rüben am Feldrand eine wichtige Prozessphase der Rübenproduktion. iel dieser Arbeit war die Untersuchung der Zuckerverluste, die bei einer viertägigen Lagerung von Zuckerrüben in Abhängigkeit vom Erntetermin und damit der physiologischen Reife sowie der Mietenpflege entstehen. Die Untersuchung wurde an Hand von Feld- und zeitgleichen Laborversuchen am Beispiel des Lagerstandorts Rheinland durchgeführt. Bei den Feldversuchen wurden praxisübliche Mieten nach guter fachlicher Praxis angelegt, die Mietenpflege erfolgte ohne und mit Abdeckung (PP-Vlies). Bei den Laborversuchen wurde mit Hilfe einer Gasstoffwechselmessanlage der Einfluss dreier unterschiedlicher Erntevarianten ("Mechanisch geerntet", "von Hand geerntet u. geköpft, "unbeschädigt“", von Hand geerntet u. entblättert, "unbeschädigt"“) auf die Atmungs- sowie Qualitäts- und Masseverluste unter üblichen Klimabedingungen des Rheinlandes untersucht. n Deutschland werden zwischen 70 % (Rheinland) und 100 % (restliche Regionen) der Rüben auf der Anbaufläche zwischen gelagert. Die Lagerdauer der Rüben am Feldrand beträgt bis zum 3. Quartal des Novembers nicht länger als vier Tage. Danach dauert die Lagerung je nach Region bis zu sechs Wochen. ie Zuckergehalte bei den Einlagerungsterminen stiegen vom 16.10.2000 bis 27.1 1.2000 von 17,41 % auf 19,02 % an. Diese Werte unterschieden sich nach viertägiger Lagerung (ohne und mit Abdeckung) nicht signifikant von den Zuckergehalten nach Lagerung. Eine Abdeckung der Mieten führte bei viertägiger Lagerung zu keiner signifikanten Reduzierung des Erdanteils. ie Zuckerverluste in der Kampagne 2000 betrugen bei der Lagerung ohne Abdeckung 526 g/(td) und bei der Lagerung mit Abdeckung bei 484 g/(td). Die Abdeckung führte zwar zu einer geringen Reduzierung der Zuckerverluste bei der viertägigen Lagerung, der Unterschied war jedoch nicht signifikant. ei den Laborversuchen betrugen die Zuckerverluste der Erntevariante "Mechanisch geerntet" auf Basis der Zuckergehaltsanalysen 967 g/(td). Die Zuckerverluste auf Basis der C02-Produktion betrugen bei "Mechanisch geerntet" 470 g/(td) und bei "von Hand geerntet u. geköpft, "unbeschädigt" 371 g/(td). Danach hatte die Qualität der Ernte bei anschließender viertägiger Lagerung einen signifikanten Einfluss auf die Zuckerverluste. ie Versuchsergebnisse weisen nach, dass die Zuckerverlustbestimmung in Feldlagerungsversuchen durch Laborexaktversuche auf Basis des Gasstoffwechsels ersetzt werden kann. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Krause, R., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Kassel, Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

In der Kälberhaltung sind Haltungssysteme mit prozessrechnergesteuerten Tränkeautomaten mittlerweile fest etabliert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, an ausgewählten Punkten die Möglichkeit zur Weiterentwicklung der Prozesssteuerung aufzuzeigen. Mittels Praxisversuchen auf zwei Großbetrieben in Thüringen wurden parametergesteuerte Verfahren der Tränkesteuerung untersucht, bei denen der Kraftfutterverzehr oder die Lebendmasseentwicklung des Kalbes die Höhe der vorgelegten Tränkemenge bestimmen. In beiden Versuchen zeigte sich nicht die in anderen Versuchen nachgewiesene Tränke- und Kostenreduzierung, was in hohem Maße darauf zurückzuführen ist, dass der Tränkeplan ein sehr knappes Angebot an Milchtränke vorsah. Daneben wurde ein Kraftfutterautomat getestet, bei dem die Futterabgabe nicht an einer Trogschale, sondern an einem speziell geformten Nuckel erfolgte. Dies konnte das Interesse am Krafttutter zwar erheblich erhöhen, allerdings führte dieses erhöhte Interesse nicht zu einer höheren Kraftfutteraufnahme. Neben der Prozesssteuerung beschäftigt sich die Arbeit in einem weiteren Teil mit der Rolle des Informationsmanagements in der Kälberhaltung. Hierbei werden insbesondere die Nutzung des WWW als Informationsquelle zu allen wesentlichen Aspekten der Kälberhaltung sowie die Nutzung des Sprachstandard der Extensible Markup Language für die Codierung und Speicherung von Informationen im Produktionsprozess thematisiert. Unstreitig wird eine effektive Prozesssteuerung und ein zeitgemäßes Informationsmanagement für diejenigen Betriebe zunehmend an Bedeutung gewinnen, die auch in Zukunft im Wettbewerb bestehen wollen. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Zaske, J., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Institut für Agrartechnik Bornim

Ort

Potsdam

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein geographisches Informationssystem aufzubauen, das als Arbeits- und Entscheidungshilfe beim Genehmigungsprozess einer umweltverträglichen landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung eingesetzt werden kann. it diesem Informationssystem werden über die Anforderungen der Klärschlammverordnung von 1992 hinaus Aspekte des Boden-, Gewässer- und Naturschutzes berücksichtigt und den Genehmigungsbehörden in den brandenburgischen Landkreisen Uckermark und Elbe-Elster zur Verfügung gestellt. Das erstellte Flächenkataster für Sekundärrohstoffdünger beinhaltet neben digitalen Daten zur Flächennutzung, den Ausschlussflächen nach §4 ABFKLÄRV (1992) Ergebnisse externer Modelle. Diese ermöglichen eine Bewertung der Ackerflächen im Hinblick auf eine umweltverträgliche landwirtschaftliche Klärschlammverwertung. Grundlage für die Einbindung der externen Modellergebnisse bildet ein erstellter Kriterienkatalog. Durch den modularen Aufbau des Gesamtsystems ist die Austauschbarkeit der enthaltenen GIS-Daten und Modelle zur Aktualisierung des Flächenkatasters gewährleistet. ur zusammenfassenden Abschätzung von geeigneten und weniger geeigneten Gebieten für eine regionale Klärschlammverwertung ist die Fuzzy-Logik angewendet worden. Die Modellierungsergebnisse zeigen für die Modellgebiete Prenzlau-West und Schraden, dass eine differenzierte Eignungsbewertung möglich ist. Im Vergleich der beiden Modellgebiete zeigt der Schraden eine geringere Eignung für eine regionale Klärschlammverwertung. ie Akteure im Landkreis Uckermark bestätigten nach der Erprobung des Informationssystems, dass das Flächenkataster ein praktikables Instrument im Verfahren zur Klärschlammgenehmigung ist. Zudem ist es auch für andere Fragestellungen nutzbar und ausbaufähig. Die im Rahmen dieser Arbeit befragten Landwirte gaben an, dass sie zukünftig auf die Daten im Flächenkataster vor einem Klärschlammeinsatz zurückgreifen würden. Bisher ist es jedoch bei den befragten Landwirten noch zu keinen Klärschlammeinsatz gekommen. Als Voraussetzungen für einen Einsatz von regionalem Klärschlamm sind insbesondere die (rechtliche) Sicherheit beim Einsatz von Klärschlamm und der wirtschaftliche Nutzen genannt worden. rgänzend wurden in den Landkreisen Uckermark und Elbe-Elster die Klärschlammqualitäten der regional anfallenden Klärschlämme, die Schwermetallgehalte und die Nährstoffversorgung der Böden untersucht. 
 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

 Wesentlicher Bestandteil der teilflächenspezifischen Landwirtschaft ist die Feststellung der räumlich variierenden natürlichen Bodengegebenheiten innerhalb eines Schlages durch die Erfassung eventuell vorhandener signifikant verschiedener Flächenerträge. Hauptinhalt der vorliegenden Arbeit war es, sowohl durch experimentelle Fehleranalysen als auch durch Analyse mehrjährig auf dem Versuchsgut Dürnast erhobener Ertragsdaten eine umfassende Quantifizierung der Fehler bei der lokalen Ertrags-ermittlung vorzunehmen. Die Prüfstandsuntersuchungen ergaben je nach physikalischem Messprinzip der eingesetzten Systeme und Prüfbedingungen systematische Fehler überwiegend im Bereich zwi-schen –10 % und +10 % Abweichung vom Referenzgewicht und ein Messrauschen von meist bis 5% mit Ausnahme der volumetrischen Durchsatzmessung. ei den analysierten Fehlergrößen zeigen sich vor allem effektive Schnittbreite, Befüllzeiten und Schwankungen der Fahrgeschwindigkeit als Störfaktoren, durch die der Ertrag sowohl an einzelnen Messpunkten aber auch im Schlagmittel mit z.T. deutlich über 10% vom wirklichen Ertrag abweichen kann. Geringeren Einfluss haben extreme Feuchtewerte durch Messfehler oder durch Fremdmaterial (relativ selten auftretend) und Schwankungen des Messversatzes; letztere wirken sich nur in der räum-lichen Zuordnung aus, aber nicht in der Gesamtbilanz. Bezüglich der Ertragsklassenbreite lässt sich aus den Ergebnissen keine endgültige Empfehlung herleiten; als Anhaltspunkt könnte gelten, dass die Ertragsklassenbreiten relativ zum Schlagmittel größer als der prozentuale Restfehler sein, also mindes-tens 10% betragen sollte. Es scheint allerdings erwägenswert, deutlich unterhalb und oberhalb dieses Wertes die Klassenbreite etwas zu verringern bzw. zu vergrößern. In die Überlegungen zur Gestaltung der Klassenbreite sollten aber sicher auch Aspekte der Praktikabilität (z.B. Ausbringgenauigkeit von Düngegeräten) und ökonomische Aspekte mit eingehen.

[elektronische Veröffentlichung]

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Bei der Destillation von Alkohol entstehen als Nebenprodukt Brennereischlempen. Der traditionelle Weg deren Verwertung über die Verfütterung an Mastbullen bzw. Mastschweine ist meist unwirtschaftlich und organisatorisch schwer zu beherr-schen. Eine direkte Nutzung der unbehandelten Schlempe als Düngemittel führt ebenfalls zu Problemen. iel der Dissertation war es, den noch wenig erforschten Bereich der anaeroben Vergärung von Brennereischlempe zu untersuchen. Diese Untersuchungen fanden im Labor- und Praxismaßstab statt. Für die verfahrenstechnischen Untersuchungen wurde Schlempe aus verschiedenen Rohstoffen (Weizen, Triticale bzw. Kartoffel) eingesetzt. Sie wurde zum Teil in reiner Form, nach Neutralisierung mit Brannt-kalk, ein- oder zweistufig oder in verschiedenen Mischungen mit Flüssigmist ver-wendet. Zur Überprüfung der Gärstabilität wurden die Versuchsvarianten bei ver-schiedenen Raumbelastungen und hydraulischen Verweilzeiten gefahren. s zeigte sich, dass eine Vergärung der Schlempe zusammen mit Flüssigmist einen stabilen Betrieb der Biogasanlage erlaubt. Dabei wurden substratspezifische Me-thanerträge der Schlempe zwischen 0,31 und 0,43 m3 Methan/kg oTS erzielt. Die Vergärung reiner Schlempe ohne Zusatz von Gülle erlaubte bei den Versuchsansät-zen keinen stabilen Prozessbetrieb. Auch die Vorschaltung einer Hydrolysestufe bewirkte hier keine Verbesserung. Lediglich der Zusatz von Kalk zur Neutralisie-rung verbesserte die Stabilität des Prozesses. In Untersuchungen an einer Pra-xisbiogasanlage bei Mischung von Kartoffelschlempe, Maissilage und Gülle konnten die Ergebnisse aus den Labor.  

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim

Ort

Hohenheim

Abstract

Ziel der Arbeit war es, einen Systemvergleich zwischen einem konventionellen, zwangsbelüfteten Vollspaltenbodenstall (VSP) und einem neueren, frei belüfteten Haltungssystem mit getrennten Klimabereichen (GK) für Mastschweine hinsichtlich der Stallklimafaktoren und Gasemissionen (NH3, C02, CH4) vorzunehmen und eine entsprechende Datenbasis anhand von zeitlich hoch aufgelöster Langzeitmessungen zu erstellen. Die Untersuchungen wurden unter praxisnahen Bedingungen im Versuchsstall für Mastschweine in zwei räumlich getrennten Abteilen auf der Versuchsstation „Unterer Lindenhof“ der Universität Hohenheim durchgeführt. Alle relevanten Messgrößen zur Beurteilung von Stallklima und Gasemissionen wurden in hoher zeitlicher Auflösung über die gesamte Dauer von vier aufeinanderfolgenden Mastdurchgängen erfasst, so dass sowohl tageszeitliche Effekte als auch saisonale Einflüsse abgebildet werden konnten. Das System VSP zeichnete sich durch eine hohe Funktionssicherheit, ein bis auf wenige Ausnahmen adäquates Stallklima und für das Stallsystem typische Emissionen aus. Im Vergleich kann für das System GK zusammengefasst werden, dass die Funktionssicherheit der freien Lüftung vor allem im Sommer nicht zufriedenstellend war. Stallklima und Luftqualität im Innenraum waren meist sehr gut, wobei jedoch bei Verschmutzung der abgedeckten Liegebereiche dort sehr hohe Gaskonzentrationen auftraten. Die Gasemissionen waren im System GK jedoch durchweg deutlich geringer als im System VSP. 

Publikations-Art

Abstract

Professor

Kromer, K.-H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die Verbraucheransprüche an die Qualität von Lebensmittel und damit auch von landwirtschaftlichen Produkten sind vielfältiger und höher geworden, wobei die Umweltverträglichkeit eines Anbauverfahrens als zusätzliches Qualitätskriterium angesehen wird. Demzufolge nehmen Lebensmittel aus dem Organischen Landbau einen immer größeren Marktanteil ein. Damit nimmt auch die Notwendigkeit des Qualitätsnachweises und der Qualitätserhaltung zu. Besonders wichtig ist dies für die Lagerfrucht Speisekartoffel, da die Kartoffelqualität bei der Lagerung stetig, jedoch unterschiedlich schnell abnimmt. Festigkeit und Textur landwirtschaftlicher Produkte sind geeignete Kriterien zur Beurteilung ihrer Qualität. Zum Nachweis deren Eignung für Kartoffelknollen werden in der vorliegenden Arbeit die gängigen Methoden zur Messung mechanischer Stoffeigenschaften dokumentiert und anschließend auf ihre Eignung zur Überprüfung von als Qualitätsmerkmalen bei Kartoffelknollen aus dem Organischen; Landbau in dreijährigen Versuchen (1997-1999) untersucht. iel der Arbeit war die Klärung der Frage, inwieweit mit Hilfe der ausgewählten mechanischen Messmethoden der Einfluss verschiedener Sorten, Düngestufen und Lagerdauer auf die Kartoffelqualität nachgewiesen werden kann. Dabei wurden der Pendeltest als dynamische Messmethode und der Stempel- und Plattentest als quasi-statische Methoden ausgewählt und die folgenden mechanischen Kennwerte: Energieaufnahme (Pendeltest), Bruchkraft (Stempeltest) und Quasi-Elastizitätsmodul (Stempel- und Plattentest) gemessen. us den Versuchsergebnissen wurden Arbeitshypothesen abgeleitet, die danach sie statistisch ausgewertet und diskutiert werden. Als Ergebnis lässt sich feststellen, das die Beschreibung der Kartoffelqualität über die Festigkeit der Kartoffeln möglich ist. Die behandelten mechanischen Kennwerte eignen sich statistisch abgesichert, um Kartoffelsorten zu differenzieren, die Höhe der organischen Düngung konnte statistisch nicht nachgewiesen werden. Mit den mechanischen Kennwerten des Stempel- und Plattentests kann die Knollenqualität über einer 120tägigen Lagerung differenziert und damit die Lagerfähigkeit beurteilt werden. ie Übertragbarkeit der Aussagen zur Messbarkeit der Kartoffelqualität ist durch Sorten- und Umwelteinflüsse eingeschränkt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Kromer, K.-H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Die Echtzeitmessung des Ertrags und dessen räumliche Zuordnung dienen der optimierten Anpassung pflanzenbaulicher Maßnahmen an den Bedarf der Kulturpflanze. Während sich im Bereich der Getreideernte Ertragsmeßsysteme etabliert haben, fehlen diese für die Ernte von Zuckerrüben. Prozessbedingte Störungen und Fremdstoffe im Gutstrom erschweren die Entwicklung präziser Messsysteme. n der vorliegenden Arbeit wurden zwei neuartige Ertragsmesssysteme für Zuckerrüben entwickelt, welche sich auf den Ertrag der ungerodeten reinen Rüben beziehen. as erste System, die Rübenzählung, basiert auf der Bestimmung der Rübenfrequenz. Wird die Anzahl der gerodeten Rüben mit einer vorher ermittelten durchschnittlichen Einzelrübenmasse multipliziert, so kann der theoretische Ertrag berechnet werden. Die Rübenerkennungsrate liegt bei 98%. eim zweiten System, der Rübenvermessung, wird zur Schätzung der Einzelrübenmasse zusätzlich jeweils der maximale oberirdische Durchmesser in Fahrtrichtung gemessen. Die Schätzfunktion hat ein Bestimmtheitsmaß von 88%. ie messtechnische Umsetzung erfolgt durch die Profilmessung über dem geköpften oder ungeköpften Rübenbestand. Ein Sensor dient der Abstandsmessung zwischen Maschine und Boden bzw. Rübe, ein zweiter misst inkremental den zurückgelegten Weg. Die vektorielle Verknüpfung beider Sensorwerte lässt die Bestimmung des Bestandesprofils zu, aus dem mittels eines entwickelten Software-Algorithmus die Rübenköpfe und deren maximale Durchmesser in Fahrtrichtung bestimmt werden können. Die Einzelrübenmasse wird im abschließenden Schritt mit der zugrundegelegten Funktion geschätzt und mit DGPS-Daten verknüpft, wodurch eine teilflächenspezifische Dokumentation der Kultur- und Ertragsdaten in Zuckerrüben möglich wird.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Meyer, J., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Für die Nutzung von Rapsöl als Kraftstoff in Dieselmotoren wurden Mindestqualitätsanforderungen festgelegt. Im "Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff (RK-Qualitätsstandard) OS/2000" sind 15 Kennwerte mit den entsprechenden Prüfverfahren und Grenzwerten, die zum einen Rapsöl charakterisieren und zum anderen Anforderungen für die spezielle Nutzung.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Heege, H. J., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Unter Auswertungen der reflektierten und fluoreszenten Strahlung van Pflanzenblättern und beständen wurde die Stickstoffversorgung und Stressbelastung von Getreide bestimmt. Es werden Ergebnisse präsentiert, die mit der Reflexionsmessung und daraus abgeleiteter sensorgesteuerter Stickstoffdüngung von Praxisschlägen gewonnen wurden. Unterschiedliche Möglichkeiten der Zuordnung vom Messwert zur Applikationsmenge werden aufgezeigt, erprobt und vergleichend ausgewertet. Eine Stickstoffreduktion um durchschnittlich 10% ergab keinen signifikanten Ertragseinfluss gegenüber der konstanten Düngung; bei entsprechender Kalibrierung war eine Homogenisierung des Bestandes und eine Reduktion des Lagergetreides zu erhalten. Für die Detektion eines pilzlichen Befalls wurden Kenngrößen aus der variablen Chlorophyll- und der Blau-Fluoreszenz an definiert infizierten Weizenblättern auf ihre Signifikanz getestet. Es zeigte sich, dass vor allem unter 8erücksichtigung der Induktionskinetik bis zum Bereich 5 s nach aktinischer Befeuchtung und der Blau-Fluoreszenz eine Infektion noch vorm Erscheinen visueller Symptome erkannt werden kann. Als Ausblick werden Verfahren vorgestellt, die eine Messung der variablen Fluoreszenz vom fahrenden Traktor ermöglichen.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Zaske, J., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Institut für Agrartechnik Bornim

Ort

Potsdam

Abstract

Im Überschwemmungsgebiet des Amazonas wird seit Jahrhunderten kleinflächig Landwirtschaft und Wanderfeldbau betrieben, aber durch den steigenden Bevölkerungsdruck werden nachhaltige Bewirtschaftungskonzepte dringend erforderlich. Die vorliegende Arbeit konzentrierte sich auf den N-Kreislauf des Varzea-Waldes, da nachhaltige Agrarforstwirtschaft nur innerhalb der Grenzen der Nährstoffkreisläufe des Ökosystems möglich ist. Erstmals in einem Varzea-Wald wurden daher simultan symbiontische und asymbiontische N2-Fixierung und Denitrifikation über einen Zeitraum von 20 Monaten gemessen und ihre Variabilität im Bezug zu Vegetation und hydrologischen Faktoren untersucht. Diese Messungen ergaben einen jährlichen N-Gewinn durch symbiontische N2Fixierung zwischen 12,9 und 16,1 kg N/(ha a), zusätzlich erbrachte die asymbiontische N2Fixierung in der obersten Bodenschicht einen Gewinn von 4,1 kg N/(ha a). Der Stickstoffverlust durch Denitrifikation in der obersten Bodenschicht betrug 12,5 kg N/(ha a). Der gasförmige N-Umsatz spielt eine wichtige Rolle im untersuchten Waldgebiet. Die N2 Fixierung macht 60 % bis 71 % der N-Einträge aus, während die Denitrifikation für 56 % bis 63 % der N-Austräge verantwortlich ist. Die sehr häufigen N2-fixierenden Leguminosen stellen die hauptsächliche N-Quelle dar, die an Bedeutung sogar die N-Einträge durch den Fluss übertrifft. Hauptsächlich die Denitrifikation führte zu den hohen N-Verlusten aus dem Varzea-Boden. Da der N-Eintrag den N-Austrag deutlich überstieg, erscheint - zumindest aus Sicht des N-Haushalts - eine nachhaltige Nutzung des Varzea-Waldes möglich.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Schön, J., Prof. Dr. Dr. h.c.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden unterschiedliche land- und forstwirtschaftliche Brennstoffe (Holz, Stroh, Getreideganzpflanzen, Heu, Rapspresskuchen) und deren Aufberei-tungsformen (Häckselgut, Pellets) praxistypisch an einer Kleinfeuerungsanlage (50 kW) untersucht. Weitere Einflussgrößen waren der Wärmeleistungsbereich (30 bzw. 100 % der Nennwärmeleistung) sowie der Brennstoffwassergehalt. Zielgrößen für die Beurteilung waren die Emissionen von Kohlenstoffmonoxid (CO), Staub, Gesamtkohlenstoff (Gesamt-C) und Stickstoffoxiden (NOX), die Partikelgrößenverteilung des Staubes, die Emissionen von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), chlorhaltigen Schadstoffen (Dioxine und andere) und Schwermetallen sowie der Wirkungsgrad der Feuerungsanlage. Zusätzlich wurden eine Reihe von Qualitätsmerkmalen im Brennstoff und in den Aschen (Nähr- und Schadstoffgehalte, einschließlich Schwermetalle, Chlor, PCDD/F, PAK) betrachtet. Unterschiede zwischen den landwirtschaftlichen Brennstoffen und Holz bestehen vor allem bei den Staub- und NOX Emissionen. Letztere waren mit circa 330 bis 480 mg pro Nm3 (Normkubikmeter bei 13 % 02) beim Halmgut (Stroh, Ganzpflanze, Heu) um den Faktor 2 bis 3 höher als beim Holz. Staub lag mit ca. 170 bis 250 mg/m3 sogar um etwa das 3- bis 5-fache höher. Der Feinstaub (dae < 10 µm) hat mit circa 65 bis 95 % den höchsten Anteil an der gesamten Staubemission; bei Halmgut setzt sich die Feinstaubfraktion sogar größtenteils aus Korngrößen des Submikronberei-ches zusammen. Die Emissionen von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen sind eng mit den CO- und Gesamt-C-Emissionen korreliert, wobei die Einjahrespflanzen-Brennstoffe ebenfalls Nachteile gegenüber Holz aufweisen. Die am CO-Ausstoß gemessene Verbrennungsqualität scheint jedoch keine wesentliche Auswirkung auf das Niveau des Ausstoßes von Dioxinen zu haben. Dafür ist vor allem der Chlorgehalt im Brennstoff entscheidend. Er bewirkte, dass das PCDD/F-Emissionsniveau, das bei der Holzverbrennung bei ca. 51 pg TE/Nm3 lag, bei den Halmgutbrennstoffen um bis zu l7fach höher war. Diese Brennstoffwirkungen lassen sich jedoch nicht ohne Weiteres auf die . anfallenden Aschen (gemessen wurden Feuerraum-, Wärmeüberträger und Kaminaschen) übertragen. Insgesamt zeigt sich, dass bei allen betrachteten Nicht-Holzbrennstoffen bei der Mehrzahl der Parameter ein erhöhtes Schadstoffbildungsrisiko. besteht, welches weitergehende Emissionsminderungsmaßnahmen erforderlich erscheinen lässt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Krause, R., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Kassel, Ökologische Agrarwissenschaften

Ort

Kassel

Abstract

Sprechen Artgerechtheit und Ökologie für die landwirtschaftliche Nutztierhaltung auf Einstreu, so belasten Stroh-Einsatz und Handarbeit deren Wirtschaftlichkeit. Mechanische Aufbereitung des Strohs soll Abhilfe schaffen. In der Literatur werden Einstreu-Bedarfe von bis zu 12 kg je GV (500 kg Lebendmasse) und Tag genannt und mittels Zerkleinern Einsparungen versprochen. In Labor und Praxis wird deshalb der Einfluss von Aufbereitungsart und -grad auf Partikelgröße (Auszählen, Sieben, Bildanalyse), Dichte, spezifisches Volumen, Wasseraufnahme-Vermögen (neu entwickelte Methode) und Haufwerksstruktur untersucht. In fünfjährigen Praxisversuchen werden stets drei Gruppen Jungrinder (insgesamt rund 200) parallel in einem Zweiraum-Tiefmiststall ceteris paribus jeweils auf Langstroh, einer wenig und einer intensiver aufbereiteten Einstreu-Variante gehalten. Es zeigt sich, dass mit zunehmender Zerkleinerung die Wasseraufnahme nicht erhöht und der Verbrauch nicht verringert, dass indes alle logistischen Eigenschaften, auch des Festmistes (Verteilung, Nährstoffverfügbarkeit im Boden), verbessert werden. Folglich sollte man Stroh nur soweit zerkleinern, dass Schüttgut-Förder- und Verteilgeräte (auch staubgekapselte) genutzt werden können, dass die Einstreu-/Festmistmatratze aber neben Weichheit noch ausreichend Struktur, Elastizität und damit Separierfähigkeit und Eindringwiderstand gegen das Durchtreten des Tierfußes erhält. Wenig aufbereitetes Stroh, z.B. mittels Ballenpresse mit Schneidwerk und/oder Stroh-Verteilgerät, kann dem gerecht werden mit einer Verringerung des Volumens auf ein Drittel und des Einstreu-Bedarfs auf 3,5 bis 4 kg/(GV·d).

Publikations-Art

Abstract

Professor

Van den Weghe, H., Prof. Dr. Ir.

Institution

Universität Göttingen, Forschungs- und Studienzentrum für Veredelungswirtschaft

Ort

Göttingen

Abstract

Schweinemastställe stellen eine erhebliche Quelle insbesondere für Ammoniak (NH3)- und Geruchsemissionen dar. Darüber hinaus werden aus dem Bereich der Mastschweinehaltung auch klimarelevante Spurengase wie Methan (CH4), Lachgas (N20) und Kohlendioxid (C02) freigesetzt. urch stallseitige Maßnahmen (Reduzierung der Gülleverweilzeit und der emittierenden Oberflächen) sollte primär eine Reduzierung der Ammoniak- und Geruchsemissionen in der Abluft und eine Verbesserung der Luftqualität im Stall erreicht werden. Dazu wurde ein Abteil eines Mastschweinestalles unterhalb der Spaltenböden mit V-förmigen Spülrinnen nachgerüstet. Die Rinnen wurden einmal täglich mit einer mechanisch und zum Teil aerob-biologisch aufbereiteten Spülflüssigkeit ausgespült. Ziel der biologischen Behandlung war ein weitgehender Abbau von Geruchsstoffen und die biologische Umsetzung des NH4-Stickstoffs in Nitrat (Nitrifikation), um damit eine emissionsarme Spülflüssigkeit zu erhalten. iele dieser Forschungsarbeit waren die Entwicklung eines emissionsarmen, mechanisch- und biologischen Aufbereitungsverfahrens für die Spülflüssigkeit und der Aufbau einer Pilotanlage im Praxismaßstab. Im ersten Versuchsabschnitt wurde zur biologischen Aufbereitung der Spülflüssigkeit ein kontinuierliches Verfahren eingesetzt. Im zweiten Abschnitt wurde das Verfahren auf Batch-Betrieb umgestellt. Der Bioreaktor wurde hinsichtlich des Kohlenstoffabbaus, der Nitrifikationsleistung und des Emissionsverhaltens untersucht. Parallel dazu wurden die stallseitigen Emissionen der Abluft (Ammoniak, Methan, Lachgas, Kohlendioxid und Geruch) im Abteil mit Spülrinnen und in einem baugleichen Referenzabteil mit Güllelagerung im Stall quantifiziert. ie Ergebnisse dieser Untersuchungen ermöglichten eine umfassende Beurteilung des Emissionsverhaltens von Stallbereich und Bioreaktor. Außerdem wurde eine Stickstoffmassenbilanz für die Aufbereitung der Spülflüssigkeit erstellt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Obwohl besonders für Laufstallsysteme die Lokomotion der Kühe essentiell ist, nehmen Lahmheiten zu. Innerhalb der Untersuchung wurde von der Arbeitshypothese ausgegangen, dass sich sowohl die Klauengesundheit als auch die Rutschsicherheit auf elastischen Bodenbelägen verbessert. Die Ergebnisse bezüglich Tierverhalten und Klauengesundheit bestätigen diese Hypothese.

Mit der Auflage elastischer Beläge auf Spaltenböden ist die sinnvolle Anpassung des Haltungssystems an die Bedürfnisse der Kuh hinsichtlich Verhalten und Klauengesundheit möglich.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Bernhardt, G., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Technische Universität Dresden, Lehrstuhl Landmaschinen im Institut für Verarbeitungsmaschinen

Ort

Dresden

Abstract

Vor der Hintergrund der Entwicklungen in der Kfz-Technik erfährt der elektrische Antrieb für Traktoren ein verstärktes Interesse. Im Rahmen der Arbeit werden Ergebnisse von Untersuchungen zur Auswahl der am besten geeigneten Antriebsstruktur sowie der erreichbaren Eigenschaften in bezug auf Kraftstoffverbrauch, Emission und Antriebsdynamik vorgestellt. nter Verwendung ausgewählter Kenngrößen zur Beschreibung der erforderlichen Dimensionierung der elektrischen Antriebskomponenten (abzugebende Leistung, maximales Drehmoment) wurden verschiedenen Antriebsstrukturen (Serienhybrid- und leistungsverzweigte Antriebe) verglichen. Aufbauend auf diesen analytischen Untersuchungen wurde ein Versuchsstand aufgebaut. Für die verwendeten elektrischen und mechanischen Komponenten wurden Modelle zur Beschreibung des stationären Verhaltens als auch ihrer Dynamik aufgestellt und verifiziert. wei Vorzugsvarianten, der Serienhybrid mit rein elektrischer Leistungsübertragung vom Dieselmotor zu den Rädern und die eingangsseitig gekoppelte Leistungsverzweigung, wurden ausführlich untersucht. Eine deutliche Reduktion der erforderlichen Dimensionierung der Elektroantriebe ist nur in Verbindung mit dem Einsatz von Schaltgetrieben möglich. Die Ergebnisse zeigen für die betrachteten Antriebskomponenten, dass durch den Einsatz der Leistungsverzweigung eine Verbesserung des Vollast-Wirkungsgrades von bis zu 5 % erreichbar ist. Das größte Optimierungspotential besteht in der Anpassung der Drehzahl des Dieselmotors an die abzugebende Antriebsleistung. ufgrund der hervorragenden Steuereigenschaften elektrischer Antriebe bietet sich eine auf der Vorgabe von Solldrehmomenten basierende Antriebssteuerung an. Deren Funktionsfähigkeit wurde sowohl in der Simulation als auch durch praktische Versuche auf dem Teststand bewiesen. In der Simulation wurde weiterhin die Möglichkeit der Einbindung elektrischer Zusatzspeicher zur weiteren Verbesserung der Antriebsdynamik dargestellt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Habilitationsschrift

Die Entwicklung, Erprobung und Beurteilung von Haltungssystemen wird in der Regel in speziell dafür eingerichteten Versuchsbetrieben bzw. Versuchseinrichtungen durchgeführt. Die überwiegende Mehrheit dieser Versuchseinrichtungen wird aber den aktuellen Anforderungen an die hierfür notwendige konzeptionelle Gestaltung und Ausstattung bei weitem nicht mehr gerecht.

Aus diesem Umstand ergab sich als Zielsetzung der vorliegenden Forschungsarbeit die Konzeption, Realisierung und Evaluierung einer Versuchseinrichtung zur Entwicklung und differenzierte Beurteilung von Haltungssystemen für Mastschweine.

Zum Erreichen dieses Ziels wurde zunächst der notwendige Kenntnisstand bezüglich der Vorgehensweise bei der Versuchsplanung und der damit verbundenen Auswahl geeigneter Versuchseinheiten und Versuchseinrichtungen knapp zusammengefasst. Darauf aufbauend wurden die aus der Produktentwicklung nutzbaren Arbeitsmethoden zur zielgerichteten und effizienten Durchführung der vorliegenden Entwicklungsaufgabe beschrieben und die für eine differenzierte Beurteilung von Haltungssystemen anwendbaren Arbeitsmethoden und Arbeitsgeräte zusammengestellt. An Hand dieser Grundlagen konnte die Entwicklung der Versuchseinrichtung begonnen werden, aufgeteilt in die Konzeptionsphase, Realisierungsphase und Evaluierungsphase.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Isensee, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Die Ergebnisse von Striegelversuchen zeigen, dass der Erfolg der ganzflächig mechanische Unkrautbekämpfung bei einer Universaleinstellung des Arbeitsgerätes auf heterogenen Schlägen abnimmt, je weiter die gestriegelte Teilfläche in ihren Eigenscha8en vom Durchschnitt abweicht. Daher wurde das Konzept für ein automatisiertes Striegelsystem erstellt, bei dem die Striegelintensität - Zinkendruck und Arbeitsgeschwindigkeit - online an die wechselnden Verhältnisse angepasst wird. Nach konstruktionsmethodischer Analyse und Planung wurden Sensoren zum Messen der Bodenfestigkeit und der Bestandesdichte entwickelt und/oder erprobt. Diese Sensoren wurden mit einem modifizierten Striegel, dessen Zinkendruck automatisch verstellt wird, in zwei Steuersysteme zusammengeführt; eins für das Striegeln von Winterungen, das andere für das Striegeln von Sommerungen. Im praktischen Einsatz wurde die Funktionstüchtigkeit der Steuersysteme überprüft.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hahn, J., Prof. Dr.

Institution

Humboldt-Universität Berlin, FG Technik in der Pflanzenproduktion

Ort

Berlin

Abstract

Nach den ersten sechs Anbaujahren stehen zwar Verfahren der Ernte von Faserhanf zur Verfügung, unbekannt sind jedoch deren Auswirkungen auf die Faserqualität und Feldliegezeit sowie oftmals deren ökonomische Parameter wie Arbeitszeitaufwand und Kosten. Die gezielte Beeinflussung der Faserqualität durch Verfahren der Ernte und Feldaufbereitung und durch die angepasste Gestaltung der Feldliegezeit ist ein Schwerpunkt für Untersuchungen. grarmeteorologisch bestimmte, gebietsspezifische Zeitdauerangaben für Gutfeuchtebereiche von Faserhanf wurden als wesentliche Planungsgrößen für die Verfahrensgestaltung ermittelt. Sie sind im Rahmen vierjähriger Feldversuche bei Verwendung unterschiedlicher Ernteverfahren durch die Messung von Änderungen der Gutfeuchte bei Abtrocknung und Befeuchtung im Schwad ermittelt worden. Anhand der mathematisch-statistischen Beschreibung des Feuchteverlaufes und der Simulation mit langjährigen Witterungsdaten wird das witterungsbedingte Risiko bei d Faserhanfernte bestimmt und die verfügbare Zeit abgeleitet. inen weiteren grundlegenden Untersuchungsschwerpunkt bildete die Faserqualität in Abhängigkeit -von Feldliegezeit und Feldaufbereitung. Die funktionelle Eignung unterschiedlicher Ernte- und Aufbereitungsverfahren für die Bereitstellung definierter Bereiche von Faserqualitäten wird bestimmt. - ür Maschinen und Verfahren der Faserhanfernte und -erstaufbereitung werden die Aufwendungen ermittelt. Dazu gehören z.B. der Arbeitszeitaufwand, der Energieeinsatz und die Verfahrenskosten. Auf der Grundlage dieser Daten werden Verfahrenskostenkalkulationen durchgeführt. Die aufgeführten Arbeiten bilden die Grundlage für eine Verfahrensbewertung, in deren Ergebnis Vorzugsverfahren in Abhängigkeit von Einsatzbedingungen und Aufwendungen angegeben werden.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Lücke, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Göttingen, Institut für Agrartechnik

Ort

Göttingen

Abstract

Internetveröffentlichung (www.dissertation.de)

Die Arbeit gibt einen breiten methodischen Einstieg in das Thema „Energiebilanzen in der Landwirtschaft“, stellt stoffliche und energetische Basisdaten bereit und schildert das verfolgte methodische Vorgehen auf der Grundlage der ISO 14041. Am Beispiel des Göttinger INTEX-Systemversuchs werden für unterschiedlich intensive Rapsfruchtfolgen anschließend energetische Vergleiche vorgenommen. Das dafür notwendige Rechenprogramm wurde selber entwickelt und ist der Arbeit in seinen Grundzügen erläutert. Die Ergebnisse zeigen, dass beim Vergleich mittlerer Fruchtfolgejahre die Integrierten Systeme im flächenbezogenen Ener-gieverbrauch an beiden untersuchten Standorten niedriger liegen, während die Energieintensität besonders auf dem Standort Reinshof keine deutlichen Unterschiede zeigt. Der Netto-Energiegewinn liegt in den Refe-renzsystemen Ordnungsgemäß am höchsten. Ergebnisse einzelner Fruchtarten bzw. Anbaujahre weichen von diesen Aussagen teilweise ab. Eine Sensitivitätsanalyse mit einer Vielzahl von Parametervariationen und ein Vergleich von fünf weiteren Energiedatensätzen aus anderen Studien auf der Basis der verwendeten Anbaudaten vervollständigen die Arbeit.

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Abstract

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Bei der Ausbringung von Mischdüngern, die aus Einzelkomponenten mit unterschiedlichen Stoffeigenschaften bestehen, kann es bei Zentrifugaldüngerstreuern zu Entmischungen auf der Streuschaufel bzw. während der Flugphase kommen. Empfindlichkeitsoberflächen erlauben für unterschiedliche Streubildtypen eine Aussage, empfindlich ein Streubild auf unterschiedliche Stoffeigenschaften reagiert. Für die Bestimmung des Reibungsverhaltens auf der Streuscheibe, charakterisiert durch den Abwurfwinkel, zeigt sich ein Zusammenhang zwischen der Mischungskonzentration und dem Abwurfwinkel der Mischung. Für die Entmischung während der Flugphase ist neben der Korngrößenverteilung vor allem die Reindichte und der cW-Wert von Bedeutung. Der Vergleich der Flugweitenverteilungen, die anhand der Stoffeigenschaften der Einzelkomponenten berechnete werden, können Grenzen für die Mischbarkeit bestimmt werden.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Die Leistungssteigerung des Mähdreschers und der Einsatz rotierender Dresch- und Abscheideelemente führen zu einer wesentlich höheren Belastung der Reinigungsanlage. Es wurde mit einem Lamellensieb der Einfluss mechanischer Parameter und die Wirkung der Luftverteilungen über der Sieblänge unter erhöhtem Korndurchsatz ermittelt. Die Schwingungsamplitude und die Erregerfrequenz sowie die Luftverteilung wurden für hohen Korndurchsatz optimiert. Bei Schwingsieben mit einer Fallstufe bzw. zwei Fallstufen wurden die Einflüsse der Luftströmungen auf die Leistungsfähigkeit der Reinigungsanlage und die Wechselwirkungen ermittelt.

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Abstract

Professor

Schön, J., Prof. Dr. Dr. h.c.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Außenklimaställe für Mastschweine stellen eine wirtschaftliche und tiergerechte Alternative zur herkömmlichen Mastschweinehaltung dar. Ziel der Arbeit ist, die Emissionsraten von NH3, CH4, N20 und CO2 aus zwei Außenklima-Versuchsabteilen mit Teilspaltenboden bzw. mit Einstreu experimentell in einer Dauermessung zu ermitteln und mit den zeitgleich auf demselben Betrieb gemessenen Emissionsraten aus einem Warmstall mit Teilspaltenboden zu vergleichen. Die Abluftvolumenströme aus dem Warmstall werden kontinuierlich mit Messventilatoren gemessen, in den Außenklima-Versuchsabteilen wird die Methode der großen dynamischen Kammer angewendet bei der die Versuchsabteile vollständig gekapselt und zwangsentlüftet werden. Die Messung der Gaskonzentration erfolgt mit einem photoakustischen Infrarot-Spektrometer. Die weiter entwickelte Methode zur Abluftvolumenstrombestimmung und die Methode zur Gaskonzentrationsbestimmung werden im Rahmen der Arbeit überprüft. Für beide Außenklima-Versuchsabteile wurden während dreier Mastdurchgänge (Frühjahr, Sommer, Winter) geringere Emissionsraten für NH3, CH4 und CO2 gemessen als für den konventionellen Warmstall. Aus den gemessenen Emissionsraten wurde ein allgemeines lineares Modell entwickelt in das als fixe Effekte das Haltungssystem und der Mastdurchgang, als variable Faktoren die Stalltemperatur, der Abluftvolumenstrom sowie die Zeit nach dem Einstallen eingehen. Die modellierten Emissionsraten konnten für NH3 und CO2 mit dem von Ni (1998) für einen konventionellen Warmstall mit Teilspaltenboden entwickelten Modell verglichen werden. Auch dieser Vergleich zeigt das geringere Emissionspotential aus den Außenklima-Versuchsabteilen. Diese Tendenz zeigt sich auch in Kurzzeitmessungen anderer Autoren an ähnlichen Außenklimaställen.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Schön, J., Prof. Dr. Dr. h.c.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Die Überprüfung computergestützter Flüssigmistausbringsysteme hinsichtlich ihrer mengenmäßigen Gleichverteilung des Durchsatzes und in Querrichtung war Ziel der Arbeit. Dafür wurde ein spezieller Prüfstand entwickelt und sechs Systeme mit unterschiedlichen Substraten getestet. Aus den gewonnenen Versuchsergebnissen lässt sich ableiten, dass computergestützte Flüssigmistverteilsysteme im Vergleich zur in der Praxis eingesetzten Technik eine wesentlich bessere Verteilung aufweisen. Noch vorhandene Schwachstellen wurden analysiert und weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf dargestellt.

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Abstract und Dissertation

Professor

Kutzbach, H. D., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Das Arbeitsprinzip des Strippers, nur die Ähren abzustreifen und das Stroh auf dem Feld zu belassen, hat eine Reduzierung des Strohanteils am Druschgut zur Folge. Daraus ergibt sich der große Vorteil des Strippers, bei vermindertem Leistungsbedarf den Korndurchsatz zu vergrößern und die mögliche tägliche Erntezeit zu verlängern. Grundlegende Laboruntersuchungen zum Einfluss unterschiedlicher Maschinen Einstellungen wurden ebenfalls mit dem Laborversuchsstand durchgeführt. Als Kriterien für die Leistungsfähigkeit des Strippers wurden im wesentlichen Kornverluste und aufgenommener Strohanteil berücksichtigt. Es wurde festgestellt, dass die Leistung wesentlich durch Vorwärtsgeschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit des Rotors beeinflusst wird. Die auf die Halmhöhe bezogene Nasenhöhe und Rotorhöhe haben ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Strippers. Dagegen haben die horizontale und vertikale Spaltbreite zwischen Haube und Stripper keine so große Bedeutung. Die im Feld durchgeführten Untersuchungen bestätigen die Ergebnisse der Laboruntersuchungen.

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Abstract

Professor

Kromer, K.-H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Ökologische und ökonomische Sachzwänge erfordern eine umweltschonende und zugleich wirtschaftliche Produktion. Als typisches Beispiel soll die Stickstoffdüngung zum Schutz des Bodens und des Grundwassers sowie zur Senkung der Anbaukosten dem aktuellen Pflanzen-bedarf angepasst werden. Eine Möglichkeit zur Senkung des Stickstoffaufwandes bei der Düngung der Zuckerrübe stellt die standortorientierte, d.h. platzierte Düngerausbringung dar, bei der der Stickstoff in einem Band in direkter Nähe zum Saatgut abgelegt wird, so dass die junge Wurzel schnell an den Nährstoff gelangt. Mit Hilfe der Konstruktionsmethodik wurden spezielle Techniken und Verfahren zur platzierten Ausbringung fester und flüssiger Stickstoffdünger bei der Zuckerrübenaussaat entwickelt. Die neuartige reihige Applikationstechnik wurde im Vergleich zu konventionellen Applikations-verfahren mit den Düngern Kalkammonsalpeter und Ammonnitrat--Harnstoff-Lösung während eines zweijährigen Feldversuches eingesetzt und hinsichtlich verschiedener Ertrags- und Qualitäts-parameter untersucht. usammenfassend konnte nachgewiesen werden, dass die Reihendüngetechnik weder einer negativen Einfluss auf den Einbettungsvorgang noch auf den Feldaufgang und die Bestandes-dichte hatte. Durch die vorliegenden Ergebnisse konnte die in der Tendenz positive Wirkung der platzierten Stickstoffdüngung auf den Ertrag und die Qualität von Zuckerrüben - bei gleichzeitig verringertem Düngeraufwand - im Vergleich zu konventionellen Düngeverfahren belegt werden.

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Abstract und Dissertation

Professor

Estler, M., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

In landwirtschaftlichen Reihenkulturen ist die mechanische Unkrautregulierung vor allem aus ökologischen Gründen sinnvoll. Die bisherigen Geräte zur mechanischen Unkrautregulierung arbeiten mit ihren Werkzeugen in der obersten Bodenschicht und fördern in Hanglagen die Bodenerosion. In Prüfstandsversuchen wurde die unkrautregulierende Wirkung der Arbeits-prinzipien Abschneiden, Abschlegeln und Entlauben an Leitunkräutern des Hackfruchtanbaus bei unterschiedlichen Wuchsstadien und Abtrennhöhen ermittelt. Dabei stellte sich heraus, dass nur die Arbeitsprinzipien Abschneiden und Abschlegeln bei einer Schnitthöhe von 20 mm einen nachhaltigen Regulierungserfolg garantieren. In nachfolgenden Feldversuchen im Mais (Zea mays L.) wurde mit einem Reihen-Unkraut-Mulchgerät (Sichelmulchgerät) in Kombination mit einer Bandspritzung die mechanische Unkrautregulierung ohne Eingriff in das Bodengefüge bei unterschiedlichen Unkrautpopulationen getestet. Der Regulierungserfolg wurde anhand der Parameter Unkrautdeckungsgrad, Unkrauttrockenmasse, Anteil der einzelnen Unkrautarten am Unkrautdeckungsgrad, Wuchshöhe der Verunkrautung und des Mais sowie Kornertrag des Mais bestimmt. Im Vergleich zum ganzflächigen Herbizideinsatz erreichte die Variante mit zweimaligem Einsatz des Reihenmulchgerätes signifikant höhere Erträge. Bei einmaligem Einsatz des Reihenmulchers konnte das Ertragsniveau der Herbizidvariante fast erreicht werden. Damit wurde ein neues standortgerechtes Verfahren der Unkrautregulierung geschaffen, das den Herbizideinsatz um über 70 % reduziert, vielfältige ökologische Vorteile bietet und in Mulchsaatbeständen von Reihenfrüchten einsetzbar ist.

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Abstract und Dissertation

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Zur Erfassung agrarmeteorologischer Messdaten a1s Eingangsinformation für Expertensysteme im Pflanzenbau dienen flächendeckende Messnetze. Die mit ihnen gemessenen Daten müssen zuverlässig und automatisch erfasst, geprüft, in einer zentralen Datenbank gespeichert und für verschiedene Anwendungen termingerecht zur Verfügung gestellt werden. Das Datenmanagement in solchen Netzen muss flexibel an veränderte Messanlagen, Infrastruktur und Anwendungen anpassbar sein. Ein Lösungsweg ist die Schaffung eines offenen Systems auf der Basis von Standards. Aufbauend auf der Systemanalyse bestehender Messnetze wurde ein offenes Datenmanagementsystem entworfen und unter Verwendung von standardisierten Kommunikations- und Datenmodellen umgesetzt. m Beispiel des Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetzes wurden konkrete Implementierungen in verschiedenen Systemumgebungen (PC, Unix) unter Anwendung einer relationalen Datenbank, der Abfragesprache SQL sowie den Programmiersprachen C und Java erstellt, erprobt und anhand standardisierter Softwarequalitätskriterien bewertet. Ein verallgemeinertes Modell erlaubt die Anpassung an ähnliche Aufgabenstellungen.

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Abstract

Professor

Kromer, K.-H., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Bonn, Institut für Landtechnik

Ort

Bonn

Abstract

Der Transport von Zuckerrüben ist in der Bundesrepublik Deutschland ökologisch und ökonomisch von großer Bedeutung. Die logistischen Anforderungen werden infolge des Strukturwandels der Zuckerindu-strie und den dadurch steigenden Transportentfernungen immer anspruchsvoller. Vergleichsweise kurze Ernte- und Verarbeitungskampagnen und der Einsatz sehr unterschiedlicher Transportfahrkombinatio-nen erschweren die Organisation des Zuckerrübentransportes. er Einsatz von nicht angepasster Transporttechnik kann zu Energie und Ertragsverlusten führen, sowie Verkehrwege schädigen. Um in Zukunft den Transport von Zuckerrüben umweltverträglich und standortgerecht durchführen zu können, werden Transportmanagementsysteme erforderlich. Der Aufbau und die Anwendung von Transportmanagementsystemen setzt die Analyse der IST-Situation voraus, die in der vorliegenden Arbeit durchgeführt wird. ie Planungsgrundlagen werden an drei unterschiedlichen, repräsentativen Zuckerfabrikstandorten ermittelt. Die Ergebnisse werden dokumentiert und die sich daraus ergebenden Konsequenzen diskutiert. Gliederungsschwerpunkte sind dabei die Organisationsformen, die eingesetzte Transportfahrzeugtechnik, das genutzte Straßen- und Wegenetz, sowie der Arbeitszeit- und Energiebedarf. ei der zeitlichen Organisation der Transportarbeiten wird eine Synchronisation mit den Ernte- und sonstigen Nacherntearbeiten immer wichtiger. Deshalb erfolgt der Transport zunehmend in organisierter Form, also weniger in bäuerlicher Selbstanfuhr. Dabei können mit LKW- und Traktor-gezogenen Transportfahrzeugkombinationen vergleichbare Nutzlasten gefahren werden. Unter arbeitswirtschaftlichen und energetischen Leistungskriterien sind LKW-Transportfahrzeugkombinationen den Traktoren deutlich überlegen. So beträgt die Einsparung an Dieselkraftstoff, unter vergleichbaren Rahmenbedingungen, bis zu 35%. Mit den ermittelten technischen und arbeitswirtschaftlichen Daten werden die Planungsgrundlagen für ein Transportmanagementsystem geschaffen. ard- und Softwarekomponenten zur Systemgestaltung werden in der Arbeit erläutert und im Systemzusammenhang dargestellt. Dabei wird vertieft auf die Gewinnung und Verarbeitung georeferenzierter Daten, insbesondere die Verwendung des Satelliten-Ortungssystems (GPS) und der Einsatz Geographischer Informationssysteme (GIS), eingegangen. usammenfassend wird die Konzeption eines Transportmanagementsystems zur Realisierung einer optimierten Zuckerrübendistributions- und Zuckerrübenbeschaffungslogistik vorgestellt.

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Abstract

Professor

Mühlbauer, W., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik in den Tropen und Subtropen

Ort

Hohenheim

Abstract

In the Philippines, rice is normally harvested at a moisture content range of 18 to 28 % w.b. depending on the season and location of harvest. Sundering remains the most common and cheapest method of drying. However, it is unreliable especially during the wet season when the main crop is harvested. Grain deteriorates rapidly if not immediately dried and the longer drying is delayed the greater are the losses.</div>< div>Immediate drying is the crucial first step to minimise losses. There is the need to increase the level of adoption of appropriate and cost-effective drying systems. Among the rice drying technologies intro-duced in the Philippines, the two-stage drying system, originally developed for com in the United States and in Germany, is one of the most promising. It involves the rapid drying of the grain to a moisture content range of 18 to 20 % w.b. using a high-temperature, high-airflow dryer; followed by the slow drying to a safe moisture content range of 12 to 14 % using a low-temperature, low-airflow in-store dryer. </div>< div>Finally, the performance of the BPRE flash dryer and the in-store dryer, working together as a two-stage rice drying system, was analysed and optimised by computer simulation in terms of capacity, grain quality and cost. Simulation runs were made over a range of harvest seasons, drying air tem-peratures, initial moisture contents, grain discharge rates, grain depths and air velocities. Results showed that the flash dryer must be operated at 70 to 75 °C drying air temperature and 500 to 700 kg/h discharge rate, and the in-store dryer at 2.00 to 2.25 m grain depth to maximise the annual drying ca-pacity and return on investment, and minimise the drying.

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Abstract

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Der Strukturwandel in der Landwirtschaft sowie ein steigender Bedarf an kontrollierten Qualitätsprodukten lassen die Anforderungen an die Datenerfassung während der Futterernte steigen. Einer der Schlüsselparameter ist dabei die kontinuierliche Feuchtemessung. m Rahmen von Labor- und Feldtests wurden unterschiedliche physikalische Messprinzipien in Form von Sensoren unterschiedlicher Hersteller hinsichtlich ihrer Eignung, die Feuchte in Futtererntegütern zu erfassen, untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass nur Nahinfrarot Reflexion Feuchtesensoren in der Lage sind, den Feuchtebereich von 8 % bis 90 % bei den sehr inhomogenen organischen Materialien zu erfassen. Die Ergebnisse der anderen Messprinzipien werden stark von Dichte, Schichtdicke und Materialgeschwindigkeit beeinflusst. ie hohen Kosten für diese Messtechnik lassen allerdings einen Einsatz in der Praxis heute nicht zu. Erst die Möglichkeit Inhaltsstoffe wie Protein, Stärke, Öl, etc. mit Hilfe von Nahinfrarotsensoren zu erfassen, würde diese Technologie wirtschaftlich machen. Dazu sind aber weitere grundlegende Untersuchungen notwendig.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Jungbluth, T., Prof. Dr.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik

Ort

Hohenheim

Abstract

Ziel der Untersuchungen war es Biofilter für die Minderung von Geruchsemissionen aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung zu optimieren. In praktischen Langzeituntersuchungen an einer Versuchsanlage im halbtechnischen Maßstab wurden in zwei Versuchsphasen fünf Filtermaterialien und zwei Bauweisen über ein Jahr lang im Parallelbetrieb an fünf Biofiltern im halbtechnischen Maßstab getestet. Die Geruchsproben wurden mit einem Olfaktometer TO7 entsprechend dem CEN-Normentwurf analysiert. Gaskonzentrationen (NH3, CH4, CO2), relative Luftfeuchte, Lufttemperatur, Luftvolumenstrom, die durch die Materialien verursachte Druckdifferenz, Strom- und Wasserverbrauch wurden kontinuierlich gemessen. Beim Einsatz eines neuen Biofiltermaterials (Biochips) konnte die gleiche mittlere Geruchsreduktion (75 %) erzielt werden, wie bei der häufig in der Praxis eingesetzten Mischung von Kokosfaser-Fasertorf. Die Biochips verursachten den geringsten Druckabfall und damit die geringsten Stromkosten. Ebenso konnte durch den Einsatz von Biochips eine höhere Filtervolumenbe-lastung und Schütthöhe (1,0 m) realisiert werden, was zu einer Senkung der Investitions-kosten führte. Die "up-stream" Bauweise von Biofiltern wird wegen ihrer einfacheren und günstigeren Ausführung für den Einsatz in der Landwirtschaft empfohlen.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Institut für Landtechnik

Ort

München

Abstract

Derzeit werden große Anstrengungen unternommen, um mit Hilfe der Elektronik Arbeitsgänge in der Landwirtschaft zu vereinfachen und zu automatisieren. Durch die Möglichkeit, mit satellitengestützter Ortung die Position einer Landmaschine auch während der Fahrt zu bestimmen, lassen sich Informationen über Ackerschläge teilflächenspezifisch ermitteln, speichern und bei Bedarf auswerten. Die Ortungsgenauigkeit, die mit dieser Technik möglich ist, ist jedoch begrenzt, bzw. kann nur mit einem hohen Aufwand so weit gesteigert werden, daß ein Hackgerät entlang von Pflanzenreihen gesteuert werden kann. us ökologischen Gründen sollte die mechanische Hacke wieder verstärkt eingesetzt werden, um die Ausbringung von Herbiziden, die für eine Verschlechterung der Grundwasserqualität mitverantwortlich gemacht werden, einzuschränken. Die Kulturpflanze Mais ist aufgrund ihrer großen Bedeutung im Ackerbau und der relativ großen Reihenabstände gut geeignet für die mechanische Unkrautbekämpfung. n der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren beschrieben, das Daten für ein Steuersystem mit ausreichender Genauigkeit liefert. Mit einer handelsüblichen Videokamera wurden Bilder von Maisbeständen aufgezeichnet, die offline digitalisiert und verarbeitet wurden. Als Bildverarbeitungssoftware wurde OPTIMAS verwendet. Die Bildverarbeitungsschritte wurden aufgezeichnet und in einem Programm gespeichert. Die Trennung der Bildbestandteile Pflanzen - Bildhintergrund wurde über ein einfaches Schwellenwertverfahren realisiert. nschließend wurden die Flächen im Bild extrahiert, die eine signifikante Häufung von Pflanzenbildpunkten aufwiesen. Diese Flächen deuten in der Regel auf das Vorliegen von Kulturpflanzenreihen hin, so daß diese Zentralpunkte der "großen" Flächen eine gute Näherung für die tatsächliche Lage der Maisreihen darstellen. Aufgrund der Voreinstellungen des Systems konnte daraus die Abweichung der tatsächlichen Position des Hackgerätes von der Idealposition ermittelt und ausgegeben werden. Zum Ausgleich unterschiedlicher Umwelteinflüsse ist das Erfahrungswissen des Anwenders notwendig. Die erzielbare Genauigkeit der Positionsermittlung (die Abweichung des ermittelten vom vom Anwender markierten Wert liegt mit einer Sicherheit von 99% bei maximal 4,23 cm) macht das System geeignet für den Echtbetrieb

Publikations-Art

Professor

Lücke, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Göttingen, Institut für Agrartechnik

Ort

Göttingen

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Heege, H. J., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Bei der für Mastschweine üblichen Gruppenhaltung und rationierter Gruppenfütterung ist davon auszugehen, dass Unterschiede im Fressverhalten und Futterneid die tierindividuelle Futteraufnahme erheblichen beeinflussen. Die Mastgruppe wächst auseinander und die Futterausnutzung ist nicht optimal. m Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit durch Vermeidung von Konkurrenz am Fressplatz und einer an der Lebendmasse orientierten und gleitend angepassten tierindividuellen Nährstoffzufuhr die Mastleistung gesteigert sowie der Stickstoffaustrag über die Exkremente reduziert werden kann. Die Einzeltierfütterung wurde in einer Mastgruppe von 20 Tieren und Fütterung in einer Abrufstation einer Kontrollgruppe mit Multiphasenfütterung über Trog gegenübergestellt. ntgegen der Arbeitshypothese waren die Mastleistungen bei Einzeltierfütterung schlechter als bei Gruppenfütterung. Dieser Effekt war vor allem durch einen geringeren Futterabruf in. der Station im Vergleich zur Trogfütterung verursacht. Durch die längere Mastdauer lag die Einzeltierfütterung auch in der Stickstoffeffizienz schlechter als die Kontrollgruppe. Neben einer zu hohen Stationsauslastung hat vor allem die Fütterungstechnik das Tierverhalten und damit die Futteraufnahme beeinträchtigt.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Hahn, J., Prof. Dr.

Institution

Humboldt-Universität zu Berlin, FG Technik in der Pflanzenproduktion

Ort

Berlin

Abstract

Die Befahrbarkeit ist ein zentrales Problem der landwirtschaftlichen Nutzung von Niedermoorgrünland. Die Tragfähigkeit wird vorrangig von der Grasnarbe bestimmt. Neben der Vegetationsart und -dichte wirkt sich die Feuchte des Oberbodens auf dessen Festigkeit aus. Am besten eignet sich die Scherfestigkeit des Oberbodens zur Bewertung der Tragfähigkeit. Die bei Durchbruch eines Fahrzeuges durch die Grasnarbe erfassten Fahrbahnparameter beschreiben die erforderliche Tragfähig-keit. Daraus werden für die untersuchten Technikvarianten mindestens erforderli-che Scherfestigkeiten abgeleitet. Eine Regressionsfunktion ermöglicht, für be-liebige Aggregate die erforderliche Scherfestigkeit anhand der Belastungskenn-zahlen maximale Radlast, maximaler Druckindex, Summe der Radlasten und Zugkraft-bedarf zu errechnen. Unterschiedliche Standortbedingungen werden nach der gemes-senen mittleren Scherfestigkeit in fünf Tragfähigkeitsklassen eingeteilt. Diese korrespondieren mit fünf Belastungsklassen, die aus der notwendigen Scherfestig-keit abgeleitet werden. Die Auswahl von Technik und Arbeitsverfahren erfolgt so, dass die Belastungsklasse der Tragfähigkeitsklasse des betreffenden Standortes entspricht. Der erforderliche Mehraufwand für eine an die Befahrbarkeit ange-passte Bewirtschaftung liegt zwischen 15 und 35 Euro/ha, wenn Technik der nächstniedrigeren Belastungsklasse einzusetzen ist.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Seufert, H., Prof. Dr.

Institution

Universität Gießen, Institut für Landtechnik

Ort

Gießen

Abstract

Ziel der Untersuchung war die Gewinnung von Messdaten zu Temperaturen und Volumenströmen an einem Luft-Luftwärmetauscher als Grundlage zur Beurteilung und Weiterentwicklung solcher Geräte. Die Untersuchung wurde mit Hilfe modernster Messgeräte und Nutzung neuer Datenübertragungs- und Datenfernsteuerungstechnik von Giesen in einer Mastanlage in Sachsen durchgeführt. ie aufgezeichneten Daten der Temperaturen an den verschiedenen Messpunkten des Wärmetauschers sowie der geförderten Luftströme wurden regelmäßig per Datenfernübertragung mit einem speziellen Programm auf den Arbeitsplatzrechner in Gießen übertragen und dort weiterverarbeitet. Die mit Hilfe des Wärmetauschers erzielte Erwärmung der Frischluft lag bei normalen Witterungsbedingungen je nach Temperaturdifferenz und geförderter Luftvolumenmenge in einem Bereich zwischen 2 und 6 K. Da die Frischluft aus dem Dachraum angesaugt wurde, wo die Temperatur an sehr kalten Tagen über der Außentemperatur liegt, war es in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle möglich, die Frischluft frostfrei in den Stallraum zu bringen. ie in der Praxisuntersuchung erzielten Rückwärmzahlen Phi 2 bleiben hinter den von der DLG erzielten Werten aus Laboruntersuchungen zurück. Hier wird der recht erhebliche Einfluss durch die Staubbelastung deutlich, die auch im eingesetzten System mit Flüssigfütterung und Vollspaltenboden nicht zu vernachlässigen ist. Der Reduzierung des Staubes wird auch für den erfolgreichen Einsatz solcher Wärmetauscher in der Zukunft große Bedeutung beigemessen. Das untersuchte Gerät leistete einen guten Beitrag zur Stabilisierung der Wärmebilanz und führte durch hohe Luftwechselraten zu einem guten Stallklima.

Publikations-Art

Abstract und Dissertation

Professor

Auernhammer, H., Prof. Dr.

Institution

Technische Universität München, Department für Biogene Rohstoffe und Technologie der Landnutzung

Ort

München

Abstract

Zur Überbrückung von Signalausfällen oder fehlerbehafteten Positionsdaten bei der Satellitenortung und Satellitennavigation werden Koppelortungssysteme benötigt. Dafür eignen sich ikrowellen-Doppler-Sensoren (Radarsensoren) aufgrund ihrer präzisen Bestimmung von Weg und Geschwindigkeit. Dazu fanden Untersuchungen an einem System auf Basis von 4 identischen Radarsensoren in 90°-Anordnung bzw. 3 Radarsensoren in Y-Anordnung statt. Die Tests der 90°-Anordnung zeigen eine unzureichende Erfassung von Kurvenfahrten. Im Gegensatz dazu werden durch die Y-Anordnung geradlinige und krummlinige Fahrspuren zuverlässig gemessen. Weiterhin gestattet diese Anordnung bei Geradeausfahrt die Ermittlung von Neigungsfehlern, die durch Nick- und Wankschwingungen des Fahrzeugs hervorgerufen werden.

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Publikations-Art

Abstract

Professor

Van den Weghe, H., Prof. Dr. Ir.

Institution

Universität Göttingen, Forschungs- und Studienzentrum für Veredelungswirtschaft

Ort

Göttingen

Abstract

Es wurde eine neuartige Messtechnik zur Bestimmung der Luftvolumenströme quergelüfteter Außenklimaställe auf Basis der Tracergas-Technik entwickelt. Diese Messmethode sollte zunächst im Rahmen der Prozessanalyse den Einfluss unterschiedlicher physikalischer Parameter auf den Luftvolumenstrom analysieren, zum anderen sollten die Effekte gleichzeitig wirkender Faktoren auf das Emissionsverhalten in zeitlich hoher Auflösung qualifiziert werden. Die Ergebnisse der umfangreichen Praxisuntersuchungen an mehreren Standorten zu sehr unterschiedlichen Ausströmbedingungen und Jahreszeiten haben gezeigt, dass die entwickelte Messkonfiguration einen ersten wichtigen Schritt zur kontinuierlichen Erfassung von Emissionsmassenströmen frei gelüfteter Stallgebäude mit Querlüftung darstellt und die Haupteinflussfaktoren auf das Emissionsverhalten anhand statistischer Datenanalyse zuverlässig daraus abgeleitet werden können.

Publikations-Art

Professor

Büscher, W., Prof. Dr.

Institution

Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrartechnik und Landeskultur

Ort

Halle-Wittenberg

Abstract

Publikations-Art

Professor

Isensee, E., Prof. Dr.

Institution

Universität Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik

Ort

Kiel

Abstract

Publikations-Art

Abstract

Professor

Mühlbauer, W., Prof. Dr.-Ing.

Institution

Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik in den Tropen und Subtropen

Ort

Hohenheim

Abstract

The province of South Sulawesi is one of the most important cocoa producing areas in Indonesia and contributes nearly 70 % of total production. About 90 % of the cocoa is produced by smallholders; farming about 1 - 2 hectares of land. ield studies of the existing harvesting, processing and marketing system have indicated that due to the low income and the urgent need of farmers for cash, the majority is not able and unwilling to implement proper methods of harvesting, fermentation and drying. Based on these results a solar processing centre was designed, which can be collectively used by a group of farmers under a co-operative organisation. The processing centre consists of a low cost building with a roof integrated solar air heater, a supplementary biomass furnace, shallow fermentation boxes and a flat bed batch dryer. The annual production of the centre is approximately 150 - 200 tons dried cocoa beans from a production area of about 200 hectares. he performance of the solar processing centre was investigated over a period of 3 years, monitoring all the relevant parameters. The solar air heater and biomass furnace were operated either in monovalent and bivalent mode in order to determine the thermal efficiency and the energy output as influenced by weather conditions, and the excess combustion air coefficient of the furnace. The physical and chemical changes occurring during the 2-stage fermentation process were monitored. The drying process was analysed in terms of drying rate, drying time and product uniformity. The quality of the dried beans was evaluated according to international standard procedures. In addition, a test panel evaluated the sensory properties of the cocoa beans such as flavour and colour. The economic performance of the solar processing centre was evaluated in terms of production cost, payback period, cost and benefit ratio at different inputs such as number of batches per year, purchase price of wet beans and price of dry beans on the world market. he investigations conducted at the Indonesian Coffee and Cocoa Research Institute in Jember have shown that the developed solar processing centre is technically and economically feasible and enables Indonesian smallholders to produce high quality cocoa. During the dry season the energy and drying air temperature provided by the solar air heater is sufficient to dry the beans to the required moisture content of 7 % within 5 - 6 days. However, during rainy season, which coincides with the peak harvest, the supplementary biomass furnace guarantees continuous drying and the required high capacity. Due to the use of the highly efficient biomass furnace in combination with the solar air heater the firewood consumption can be reduced by about 75 % compared to conventional high temperature drying systems common on large plantations. The 2-stage shallow box fermentation process and the application of comparatively low drying air temperatures of 40 - 5O °C leads to the higher quality of the cocoa beans in terms of yield, purity and flavour. he simple design of the solar processing centre and the use of locally available materials and components lead to the desired lower investment costs of less than Rp 50,000,000.-. The economic evaluation showed that the break even capacity of the solar processing centre is about 80 tons equivalent to 5O % of the annual capacity. Compared to the conventional cocoa processing methods in plantations, the total production cost per kg dry beans could be reduced from Rp 350.- to Rp 78 - 114.-, depending on the harvesting season. The economic feasibility is mainly influenced by the quality-based price differentiation. Therefore the establishment of a new marketing system providing direct access of the co-operatives to the world market is required.

Publikations-Art

Abstract

Professor

Seufert, H., Prof. Dr.

Institution

Universität Gießen, Institut für Landtechnik

Ort

Gießen

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war, in landwirtschaftlichen Betrieben in der Türkei den Mechanisierungsgrad und die Auslastung der Maschinen zu ermitteln und geeignete überbetriebliche Mechanisierungsformen vorzuschlagen. Die Befragungen wurden in den Jahren 1995/1997 bei 100 ausgewählten Betrieben persönlich vor Ort in der Söke-Ebene, einem wichtigen Baumwollanbaugebiet im Ägäis-Gebiet, durchgeführt, um festzustellen, ob die Voraussetzungen der ÜMV vorhanden sind. Im ersten Teil der Arbeit wurden die Rahmenbedingungen, die das Handeln der türkischen Betriebsinhaber bislang bestimmt, wie die Produktionsbedingungen, Betriebsstrukturen, sozio-ökonomische Struktur und rechtliche Grundlagen zur Landwirtschaft in der Türkei beschrieben sowie die verschiedenen Organisationsformen der ÜMV und ihre rechtlichen Grundlagen in Deutschland dargestellt. Der zweite Teil der Arbeit stellt die Ergebnisse der Befragung von Betrieben in der Söke-Ebene dar. Die Söke-Ebene ist wie Aydin, Nazil(i, Manisa, Salihli, Menemen ein wichtiges Baumwollanbaugebiet in Ägäis-Gebiet. Der Baumwollanbau verursacht sehr hohe Maschinenkosten durch die feine Saatbettvorbereitung, die Hackarbeiten, das Bewässern und Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln. Dazu kommt noch die maschinelle Ernte der Baumwolle in naher Zukunft. Sowieso sind die Betriebe in der Söke-Ebene im Vergleich zu anderen Orten ziemlich hoch mechanisiert. Die Maschinenkosten der Betriebe sind hoch, da die Maschinen fast nur eigenbetrieblich angeschafft und eingesetzt werden. Das Reduzieren der Maschinenkosten bei den befragten Betrieben ist abhängig vom Abbau der Überkapazitäten.