Untersuchung der Onlineoptimierung des Arbeitsergebnisses und Zugkraftbedarfs von gezogenen, keilförmigen Werkzeugen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Grundlage des Projektes sind die Erkenntnisse aus dem vorhergehenden Projekt. In diesem wurden Werkzeuggrundformen abgeleitet und der systematische Einfluss von Konstruktionsparametern auf den Kraftbedarf und das Arbeitsergebnis analysiert. Darauf basiert die Hypothese der Optimierung von Kraftbedarf und gewünschtem Arbeitsergebnis durch Anpassung der Werkzeuggeometrie. Dieser Effekt sollte tiefer untersucht werden. Dazu wurde der Hauptfokus auf den Parameter Anstellwinkel gelegt. Abweichend zum Vorprojekt wird das Grubberschar nicht aus geneigten Platten aufgebaut, sondern mit zwei realen Werkzeugelementen, der Scharspitze und dem Leitblech. Das Verstellschar ist so konstruiert, dass sich der Anstellwinkel als Betriebsparameter im Bereich von 14 bis 34° stufenlos während der Fahrt variieren lässt. Zusätzlich kann über das Leitblech die Scharwölbung als Konfigurationsparameter in drei Positionen steckbar geändert werden. In der ersten Stufe wurden für das Verstellschar Kennlinien in Bodenrinnen- und Feldversuchen für verschiedene Boden- und Prozessparameter aufgenommen. Von Interesse ist hier besonders die horizontale Kraftkomponente, was im Folgenden als Zugkraft benannt ist, Während in den Bodenrinnenversuchen ein starker Einfluss der Scharwölbung festgestellt wurde und ein schwacher Einfluss des Anstellwinkels, sind die Ergebnisse der Feldversuche heterogener. Es wurden verschiedene und zu Teil gegensätzliche Kennlinien gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass für die Regelung keine feste Geometrie-Kraft-Kennlinie angenommen werden kann, da sich diese dynamisch ändert. Im nächsten Schritt wurde eine Mess- und Berechnungsmethode entwickelt, in der der Zusammenhang präziser untersucht werden soll. Dazu werden drei Schare mit drei verschiedenen Geometrien unter sonst gleichen Bedingungen gemessen. Ziel ist es, über einen bestmöglich ortsnahen Vergleich den zugkraftoptimierten Anstellwinkel in Echtzeit zu berechnen. Es zeigte sich, dass sich der zugkraftoptimale Anstellwinkel unter den gegebenen Feldbedingungen überwiegend in der flachen Geometrieeinstellung befindet, allerdings auch streckenweise in Richtung 24° ansteigt. Auf dieser Grundlage wurde ein Regelalgorithmus beruhend auf dem Gradientenverfahren entwickelt, der dynamisch auf Kennlinienänderungen reagieren kann. Im folgenden Schritt wurde von der Einzelwerkzeuguntersuchung auf die Multiwerkzeuguntersuchung übergegangen. Dazu entstand ein Werkzeugträger mit zwei Balken und drei Scharen pro Balken nach dem realem Vorbild eines Lemken Kristall Grubber. Die Betrachtung der Zugkraft wurde die Erkenntnis erlangt, dass mit einer konstant flachen Einstellung die Zugkraft um ca. 10 % im Vergleich zur Serieneinstellung reduziert werden kann. Mit Hilfe der Regelung wurde ebenfalls eine Reduzierung erreicht, allerdings im geringeren Maße von ca. 4 %. Das heißt, durch die Regelung konnte im Bezug zur Seriengeometrie ein Vorteil erreicht werden, wobei ein flaches Serienschar Zugkraft und Arbeitsergebnis am besten optimierte. Das Arbeitsergebnis wurde erst in der Sechs-Schar Variante untersucht, da durch die Werkzeugzahl eine größere Arbeitsbreite und damit eine auf mehr Datenpunkten basierende stabilere Auswertung unter größerer Einbeziehung der Wechselwirkung zwischen den Scharen möglich ist. Visuell konnte kein Unterschied festgestellt werden. Erst die Auswertung der Oberflächenvermessung mittel LiDAR Scanner brachten den Nachweis, dass eine steilere Geometrie feiner krümelt als eine flache Geometrie. In Bezug auf das Furchenprofil ist messtechnisch sichtbar, dass eine flache Geometrie einen leicht stärkeren Einebnungseffekt hat. Bezüglich des Bedeckungsgrades nach der Bearbeitung lassen sich weder visuell noch messbare Unterschiede feststellen. Die Einmischung von organischem Material bleibt konstant. Grund dafür ist, dass auch bei flacher Geometrie Bodenmaterial zum Grubberstiel aufsteigt und sich damit ein ähnlicher Materialfluss wie bei einer steilen Geometrie einstellt. Die Ergebnisse gelten für die getesteten Felder. Für eine allgemeingültige Aussage, auch hinsichtlich des Potentials der Verschleißreduktion, muss der Sachverhalt noch auf wesentlich mehr Flächen untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Evaluation of performance of selected tillage tines regarding quality of work, Berlin/Heidelberg: Springer Vieweg. 2019
Al-Nema, Kahlid Amer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-662-57744-8) - Identification of draft force characteristics for tillage tine with variable geometry, VDI Conference LAND.TECHNIK 2022, VDI-Berichte 2395
Schwede, Stefan; Herlitzius, Thomas
(Siehe online unter https://doi.org/10.51202/9783181023952-37) - Identifikation von Form- und Einstellparametern passiver, keilförmiger Arbeitsorgane zur Optimierung der Wechselwirkung von Arbeitsfunktion und Zugkraftbedarf. Berlin/Heidelberg: Springer Vieweg. 2022
Bögel, Tim
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1007/978-3-658-37029-9)
