Technik zur exakten Längsverteilung organischer Reststoffe

D Ü N G U N G

Thomas H üg l e, Kie l

Technik zur exakten Längsverteilung organischer Reststoffe

Standardfeststoffstreuer dosieren durch Fräswalzen und Kratzboden das Streugut auf die Streuteller.

Der Materialfluss ist nicht kontinu­

ierlich, sondern in hohem Maße von der Sorgfalt beim Beladen des Streuers abhängig. Dies führt beim Ausbringen zu einer ungleichmäßi­

gen Längsverteilung Es sind daher Techniken notwendig, die für einen gleichmäßigen Materialfluss sor­

gen, oder es muss Regelungstech­

nik eingesetzt werden, die auf Stör­

größen während der Ausbringung mit einer entsprechenden A"nde­

rung des Materialflusses reagiert.

Priv.·Doz. D r. agr. habil. Thomas Hügle ist Oberassis­

tent im Institut für Landwirtsc haftliche Verfahrens­

technik der Universität Kiel (Direktor Prof. Dr. E.

lsensee), Max-Eyth-Straße 6, 2411 8 Kiel, e-mail: thuegle@ilv.uni-kiel.de

Das Vorhaben wird durch die Deutsche Bundesstif­

tung Umwelt gefördert

Schl üsselwörter

Feststoffstreu er, Verteilqualität, M aterialflussrege­

lung

Keywords

Solid matter spreader, distribution quality, material flow control

Literaturhinweise sind vom Verlag unter LT 99212 erhältlich oder über Internet http://www.landwirt­

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^{eht es} oder fester organischer Reststoffe, so ^um die Verteilqualität flüssiger legen wissenschaftliche Untersuchungen, aber auch die Hersteller von Feststoffstreu­

ern und Gülletankwagen den Schwerpunkt ihrer Interessen auf die Qualität der Quer­

verteilung [ 1 , 2]. Dies ist verständlich, da die Verteilqualität in Querrichtung vor allem durch technische Spezifikation und Einstel­

lung der Förder-, Dosier- und Verteilaggre­

gate am Fahrzeug selbst festgelegt wird.

Massenfluss und Längsverteilung Die Erzielung einer guten Längsverteilung gestaltet sich weitaus schwieriger. Sie ist, ei­

ne konstante Arbeitsbreite vorausgesetzt, ei­

ne Funktion des Quotienten aus Massenfluss und effektiver Fahrgeschwindigkeit. Verän­

derungen im Massenfluss oder effektiver Fahrgeschwindigkeit haben deshalb stets ei­

ne Änderung der Längsverteilung zur Folge.

Bei festen Reststoffen gestaltet sich die Regelung des Massenflusses schwierig. Der Massenfluss ist nicht nur von der techni­

schen Spezifikation der Förder- und Dosier­

aggregate abhängig, sondern er wird vor al­

lem durch die technologischen Eigenschaf­

ten der festen Reststoffe bestimmt. Er ist eine Funktion der inneren und äußeren Rei­

bung, der Substratkömung, der Substrat­

komfarm und der Dichte. Beladungshöhe und Beladungsqualität spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie bestimmen, wie gleich­

mäßig bei konstantem Kratzbodenvorschub das Material tatsächlich

DLG-Test unter statischen Bedingungen die Realisierung eines gleichmäßigen Material­

flusses (Bild 1).

Hierzu ist die konventionelle Förder- und Dosiertechnik, bestehend aus Kratzboden, Stauschieber und Fräswalzen, nicht in der Lage. Aufgrund der schubweisen Material­

förderung des Kratzbodens und der innneren Reibung kommt es zur stoßweisen Be­

schickung der Verteilorgane. Die Fräswalzen sorgen dafür, dass ein Teil der Feststoffe an der Streuwerkhaube haften bleibt, um dann in unregelmäßigen Abständen abzufallen.

Beide Vorgänge führen zu einem ungleich­

mässigen Materialfluss.

Dosieren mit Schneckenförderern Es wird deshalb im Folgenden ein Lösungs­

ansatz für Feststoffstreuer vorgestellt, der ei­

ne gezielte Beschickung der Verteilorgane zum Ziel hat. Der Versuchsträger besteht aus einem Universalstreuwagen des Kooperati­

onspartners Bergmann. Fräswalzen und Kratzboden fördern das Streumaterial dabei nicht wie üblich direkt auf die Streuschei­

ben, sondern befüllen lediglich den Raum, den Streuwerkhaube, Fräswalzen und die an­

stelle der Streuscheiben montierte Trog­

schnecke umschließen (Bild 2).

Durch die stetige Beschickung und Ent­

leerung dieses Dosierraumes liegt das Streu­

material während der Ausbringung in etwa gleichbleibender Füllhöhe über der Dosier­

schnecke. Es besteht folglich kein Einfluss zu den Verteilorganen 144i0o;:::====================================::::::===;ll gelangt. Trotz sorgfälti­

ger Beladung und Ein­

stellung des Streuers durch das Firmenperso­

nal misslingt selbst beim

Bild 1: Ausbringmenge in Abhängigkeit von der Streulänge [3]

Fig. 1: Application rate, depending an application length

Stallmist bei 10 tlha solid manure dressi

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Gummileiste ("Fiadenschutz")

rubber board

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streuwerk mit definierter Materialaufgabe

spreader disc

Bild 2: Versuchsfahrzeug mit Schneckendosie­

rung mechanism

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with defined Fig. 2: Experimental vehicle with auger feeding

der Beladungsqualität auf den Massenfluss.

Die Materialmenge selbst ist gering, so dass die Verweilzeit ebenfalls gering ist. Eine Materialverdichtung durch Eigengewicht und Fahrzeugbewegung (Rütteln) findet kaum statt. Um ein Verdichten des Materials durch die Dosierschnecke zu vermeiden, weist diese einen konischen Anstieg der Schneckenwendel auf. Dadurch wird der Schneckengang über die ganze Entnahme­

breite gleichmäßig beftillt. Das Streumate­

rial behält die Struktur, die im Dosierral}m vorliegt. Die Dosierschnecke fördert da­

durch ein Streumaterial mit etwa gleichblei­

bender Schüttdichte auf die Streuteller.

Den mit dieser Dosiertechnik realisierten gleichmäßigen Materialfluss macht Bild 3 deutlich. Es zeigt das Streubild eines einzel­

nen Streutellers, der über eine Förder­

schnecke beschickt wird. Aufgetragen ist in dreifacher Wiederholung die Streumaterial­

verteilung über der Arbeits breite. Dabei wer­

den zwei Effekte besonders deutlich. Zum einen sind die Verteilungskurven nahezu deckungsgleich, was auf einen sehr gleich­

mäßigen Materialfluss schließen lässt.

Außerdem zeigen die Verteilungskurven der einzelnen Wiederholungen einen sehr ähnli­

chen Verlauf. Dies ist ein Hinweis dafür, dass das von den Fräswalzen und dem Kratzbo­

den locker in den Dosierraum geförderte Streumaterial von der Dosierschnecke nicht

material feeding

verdichtet, sondern lediglich transportiert wird, um dann gleichmäßig auf den Streutel­

ler zu rieseln. Die gewählte Dosiertechnik führt folglich nicht nur zu einem gleich­

mäßigen Materialfluss, sondern verbessert auch die Verteilqualität in Querrichtung.

Regelung der Feststoffausbringung Die beschriebene Streutechnik garantiert bei leistungsstarkem Zugfahrzeug und guter Traktion eine gleichförmige, exakte Längs­

verteilung. Steigungen und Gefälle, abneh­

mende Fahrzeugmasse während des Aus­

bringens, wechselnde Traktion aufgrund un­

terschiedlichen Bodens führen hingegen zu variierendem Schlupf, der sich in Änderun­

gen der realen Fahrgeschwindigkeit bemerk­

bar macht. Selbst die kontaktlose Geschwin­

digkeitsmessung in Kombination mit einem leistungsstarken Traktor ermöglicht es dem Fahrer nicht, die Fahrzeuggeschwindigkeit hinreichend genau einzuhalten.

Die Einhaltung einer Mindestverteilqua­

lität in Längsrichtung ist hier nur noch mög­

lich, wenn mit entsprechender Regelungs­

technik der Materialfluss der effektiven Falu·geschwindigkeit angepasst wird. Eine Steuerung könnte erfolgen, indem sich bei dem vorgestellten Verfahren die Drehzahl der Förderschnecke proportional zur Fahr­

zeuggeschwindigkeit ändert. Bei einer Re- - R e i h e 1 - R e i h e 2 ---.- R e i h e 3 ^30-

gelung ist der Materialfluss mit einem Fühler zu registrieren, um datm durch Ände­

rung des Stellgliedes "Dosierschnecken­

drehzahl" den Materialfluss geschwindig­

keitsproportional zu variieren.

Als Stellglied scheidet die Fahrzeugver­

wiegung aus, da die auf die Waage wirken­

den dynamischen Kräfte während der Fahrt nicht kompensiert werden können. Das Glei­

che gilt für die Leistungsaufnahme von Kratzboden, Fräswalze oder auch Dosier­

schnecke, da eingeklemmte Partikel, unter­

schiedliche Ladehöhe oder auch Material­

struktur das Signal stark stören können.

Die geringsten Störeinflüsse treten an den Streutellern auf. Ihr Leistungsbedarf setzt sich aus der Leerlaufleistung, die benötigt wird, um die Streuteller auf konstanter Drehzahl zu halten, und der Streuleistung zusammen. Letztere beschleunigt die auf die Streuteller dosierten Reststoffe zunächst auf Tellerdrehzahl und anschließend zum Schei­

benrand hin. Für die Bestimmung des Leis­

tungsbedarfs im Leerlauf wird ftir verschie­

dene Streutellerdrehzahlen eine Kalibrier­

funktion entwickelt. Das Produkt aus Tellerdrehzahl, Schluckvermögen des und Druckabfall am Hydraulikmotor ergibt die Leistungsaufnahme bei der Streuarbeit der beim Versuchsträger hydraulisch angetriebe­

nen Streuteller. Die Differenz zur Leistungs­

aufnahme im Leerlauf ergibt dann die ei­

gentliche Streuleistungsaufnahme. Sie ist di­

rekt proportional zum Massenfluss.

Bild 4 zeigt die Nettoleistungsaufnahme von einem Zwei-TeUer-Streuwerk in Abhän­

gigkeit vom Massenfluss. Es besteht ein en­

ger Zusammenhang zwischen Leistungsanf­

nahme und Massenfluss, gestützt auch durch ein Bestimmtheitsmaß R2 = ^{0,86. Eine Re­}

gelung des Massenflusses nach der Netto­

leistungsaufnahme ist also möglich. Kratz­

bodenvorschub und Dosierschnecke reagie­

ren dann entsprechend der Eingangssignale effektive Fahrgeschwindigkeit und Leis­

tungsaufnahme der Streuteller.

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Bild 3: Verteilbild des Versuchsstandes (1 Streuteller)

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Fig. 3: Distribution quality of the experimental facility (1 spreader disk)

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Bild 4: Massenfluss und Leistungsaufnahme der Streuteller Fig. 4: Mass flow and power input of the spreader discs

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