Fortschritte Naturstofftechnik – serie

This book contributes to the navigation algorithm development for an autonomous mobile orchard robot in a GNSS denied environment. In this book, an approach is provided for path planning in an orchard using an aerial view of the environment by creating Binary Occupancy Grid Maps. The path planning is further implemented by the Probabilistic Road Maps Method (PRM) over the developed Binary Occupancy Grid Maps. For robot’s navigation, a navigation model is developed using kinematic equations of the robot. Further, the navigation module is used in conjunction with the path-planning module. The robot was tested successfully both in simulation as well as in the real environment.

In diesem Band präsentieren junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler als Referenten der online durchgeführten Nachwuchswissenschaftlerkonferenz „Young Academics Conference“ aktuelle Beiträge zum Thema der energetischen Nutzung naturbelassener fester Biomasse im Anwendungsbereich zwischen Einzelraum- und kommunaler Versorgung. Die Arbeiten behandeln nicht nur wirtschaftliche, natur-, umwelt- und sozialwissenschaftliche Aspekte, sondern auch konstruktions- und betriebstechnische Betrachtungen.Die Konferenz ist Teil der seit einem Vierteljahrhundert regelmäßig durchgeführten Fachtagung „Nutzung nachwachsender Rohstoffe“, die abwechselnd von der Hochschule Zittau/Görlitz und der Technischen Universität Dresden sowie unter Mitwirkung der für Land- und Forstwirtschaft zuständigen Landesministerien Thüringens und Sachsens und der zugeordneten Landesämter, der TU Bergakademie Freiberg und dem Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie Potsdam durchgeführt wird. Die Konferenz stand 2020 unter der Leitung von Prof. Tobias Zschunke von der Hochschule Zittau/Görlitz.

Dieses Buch setzt Impulse zur systematischen Validierung des Bioprintings und zur Etablierung dieser Technologie auch in nicht-medizinischen Anwendungsgebieten. Das dreidimensionale Drucken mit lebenden Zellen erlaubt die kontrollierte Zellimmobilisierung in 3D-Hydrogelgerüsten. In dieser Arbeit wird das Bioprinting erstmalig mit Zellkulturen höherer Pflanzen gezeigt. Für die Pflanzenzellbiotechnologie eröffnen sich damit Perspektiven beispielsweise hinsichtlich der Erzeugung von Gewebemodellen oder der strukturierten Zellimmobilisierung in industriellen Bioprozessen. Die Strömungsmodellierung im Druckprozess wird auf Basis von ausführlichen rheologischen Messungen der Bioink und der Analyse der Extrusionsgeschwindigkeit gezeigt. Die Darstellung der Ergebnisse im Nomogramm erlaubt eine systematische Optimierung des Druckprozesses.

Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der Wechselwirkung Werkzeug-Boden für die landwirtschaftliche Bodenbearbeitung. Für einen effizienteren Einsatz von gezogenen Werkzeugen ist ein tieferes Verständnis für die Interaktion der verschiedenen Werkzeugparameter mit den Bedingungen im landwirtschaftlichen Einsatz von entscheidender Bedeutung. Mit Hilfe eines statistischen Versuchsplans werden verschiedene geometrische Parameter der Werkzeuge mit einer Variation der Einsatzbedingungen wie Fahrgeschwindigkeit und Bodenfeuchte im Experiment untersucht. Die Ergebnisse der Versuche werden mittels statistischer Regressionsanalyse zusammengefasst. Ausgehend davon werden Einflussparameter aufgezeigt, welche eine Optimierung des Werkzeugeinsatzes ermöglichen. Abschließend werden Maßnahmen vorgeschlagen, welche eine methodische Optimierung für gezogene Werkzeuge zum Ziel haben.Die Zielgruppen:Forschende im Bereich BodenbearbeitungStudierende des Maschinenbaus oder der Agrarwissenschaften

Diese Dissertation befasst sich mit Problemstellungen der Entwicklung und des Betriebs von Anlagen zur Herstellung von Massenbedarfsgütern, genannt Verarbeitungsmaschinen. Kern der Arbeit ist eine Theorie, die drei Bestandteile umfasst: erstens ein Systemmodell, das die deterministische, stochastische und betriebswirtschaftliche Sichten auf diese Anlagen vereint und in eine konsistente, mathematische Beschreibungsform bringt; zweitens ein Zielsystem, das aus dem Wirtschaftlichkeitsprinzip die vier technischen Zielgrößen Verarbeitungsqualität, Arbeitsgeschwindigkeit, Robustheit und technischer Aufwand ableitet; drittens ein multikriterielles Optimierungsproblem dieser Zielgrößen, das Entwurfs- und Einstellungsprobleme formalisiert. Diese Komponenten bilden drei Schritte eines Lösungszyklus für verarbeitungstechnische Problemstellungen. Dieser Problemlösungszyklus wird exemplarisch auf Einstellprobleme beim Wärmekontaktsiegeln von Verpackungen aus Kunststofffolien angewendet. Dabei wird zur Ermittlung der optimalen Siegeleinstellungen ein Versuchsplan auf Basis der Normal-Boundary-Intersection Methode abgeleitet und an Fallstudien durchgeführt.

Durch den ständigen Wandel in der Landwirtschaft werden an die moderne Landtechnik immer neue und steigende Anforderungen gestellt. Die in der Getreideernte eingesetzte Technik kommt jedoch aktuell an ihre Grenze, weil zunehmende Dimensionen und Gewichte der selbstfahrenden Mähdrescher die Bedingungen der StVZO ausreizen und sich die stetig steigenden Maschinenmassen negativ auf die Schonung der Ackerböden auswirken. Um die Produktivität der Getreideernte weiter zu erhöhen, müssen neue Konzepte für Verfahren,  Maschinen und Prozesstechnologien entwickelt werden. Zur Bewertung der Kosten sowie der Vor- und Nachteile neuer Konzepte wird in dieser Dissertation eine generische Methode entwickelt, die eine ganzheitliche Betrachtung ermöglicht und das pflanzliche Ernteprodukt in den Fokus rückt. Als Entwicklungsgrundlagen werden zunächst die Entwicklung der Getreideernte und alternative Erntekonzepte aufgeführt. Des Weiteren werden Untersuchungen und Bewertungen von Ernteprozessen und landwirtschaftlichen Prozessketten sowie Grundlagen zum Aufbau, der Analyse und Bewertung von allgemeinen Prozessketten dargelegt. Nach der Konkretisierung der Anforderungen und Zielsetzung der Methode erfolgt die Methodenentwicklung und deren exemplarische Anwendung.

Im vorliegenden Buch wird die Funktionsintegration am Beispiel eines elektrischen Antriebes in mobilen Arbeitsmaschinen erklärt und umgesetzt. Bisher wurde die Funktionsintegration noch nicht in mobilen Arbeitsmaschinen vorgenommen. Es wurden die Antriebsarten Mechanik, Hydraulik und Elektrik nach verschiedenen Bewertungskriterien miteinander verglichen und bewertet. Der Stand der Technik zu elektrischen Antrieben in Landmaschinen wurde umfassend und vollständig von der ersten Verwendung im 19. Jahrhundert bis heute recherchiert und beschrieben. Mit eingeführten und berechneten Komplexitätskosten kann die Komplexität eines elektrischen Antriebsstranges mit dem üblichen mechanischen Antriebsstrang in der Konzeptphase abgeschätzt werden. Der funktionsintegrierte elektrische Antrieb wurde im Prüfstand und im Labor mit dem Stand der Technik und mit im Feld aufgenommenen Daten verglichen. Als Vorteile der Funktionsintegration elektrischer Antriebe werden diebessere Leistungsdichte und Leistungsgewicht beschrieben. Nachteilig wirken sich der höhere Konstruktionsaufwand und die derzeit hohen Kosten der Materialien für die elektrischen Antriebe aus.

This book examines and evaluates the performance of four standard chisel plough tines: heavy duty, double heart, double heart with wings and duck foot, which were connected with a rigid shank. Experiments were conducted in a soil bin filled with sandy loamy soil, and the experimental factors included varying operation conditions (speed and depth) and their dependency upon a draft force and their components (horizontal and vertical force), specific force (force per unit area), specific power (power per unit area), soil loosening percentage (above and below the original soil surface) and soil profile parameters (e.g. furrow height, furrow width, ridge height, area of ridge and furrow etc.). The evaluation involved developing regression equations based on Glancey and Upadhyaya’s model by adding new terms related to the tine geometric parameters or by adding a dummy term variable. These two techniques made up the general study parameters and had the same trend effect on operation conditions to compare between tines. Lab results such as force components and the width of furrow were verified in a field test. Furthermore, a model to predict the draft force by using principles of soil mechanics and soil profile evaluation was designed.

This book examines the driving dynamics of harvesting machines with large harvesting heads. It looks at how to efficiently use these machines. The author explores a common problem that hinders machine performance when harvesting with very large headers. He deals with concepts for reducing the undesired effects of vehicle dynamics when using these machines.  With the steadily increasing capacity of harvesting machines, the working widths of the harvesting heads get wider and the headers get heavier. It has become essential with these giant headers to use header height sensors and header control systems to avoid the headers from being run into the ground when encountering elevation changes in the terrain. A fundamental limitation of the viable speed of header height adjustments arises from the combination of the wider and heavier headers with soft agricultural tires. The current solution to find an appropriate speed of header height adjustments is to perform a header calibration whenever a new header is attached to the machine and to endow the machine operator with the capability to tweak the speed of adjustments manually. The result of an inappropriate speed of height adjustments is a reduction in overall productivity and an under-utilization of the harvesting machine. The author looks at ways to prevent this. He offers detailed modeling of the vertical dynamics including dynamic wheel loads. In addition, the book contains results from simulations and machine tests.

This book discusses the application of the coupled CFD-DEM approach for simulating the separation of grain and material other than grain in combine harvester cleaning devices. Based on a literature study, it describes the most important influencing factors and presents a database for particle parameterization. It investigates the separation process in two steps with differing levels of process abstraction. The first step involves numerical separation in a vertically oscillating box with airflow, and in the context of a sensitivity study, investigates the effect of selected material, contact and operating parameters on the target variables’ separation time and grain purity. In the second step, the numerical separation process was performed in a 200 mm wide segment of a combine harvester cleaning device. The numerical results were then compared with experimental investigations in order to confirm the method’s applicability.

This book examines the possibility of automating pasture care by fusing conventional technologies with modern sensor technologies, including the accompanying electrification. It subsequently explores the feasibility and benefits of such a system on the basis of a prototype.The overall challenge in fodder production, and in milk and meat production, is to shift the focus away from the economic aspects and toward achieving a better balance with ecological and societal aspects. In the future, pastureland will become an increasingly valuable resource. Good pasture turf is the basis of high grazing performance and an efficient grazing farm; reduced quantity and quality of pasture forage are chiefly due to insufficient pasture care.The prototype developed and discussed here, based on a commercially available remote-controlled mulcher, performs the selective pasture maintenance needed for precision farming. The vehicle has been upgradedwith a GPS system for automatic guidance, while a 2D laser scanner is used to localise relevant spots in real-time. The pasture maintenance operations include mulching of un-grazed spots and reseeding of damage done by footsteps. The book presents the results of field tests on effective spot detection and the fuel-saving benefits of selective mulching.