Markt

In der Saison 2020/2021 ist der Absatz von Mähdreschern in Deutschland mit 1083 Einheiten nahezu konstant geblieben [1]. Für West-Europa ist leider keine gemeinsame Statistik der Herstellerverbände mehr verfügbar. In Nordamerika stieg im Jahr 2021 der Absatz um beinahe 25 % auf 8059 Einheiten. In Russland betrug das Wachstum des Mähdrescher-Marktes 27 % und erhöhte sich auf 7913 Einheiten [2], Bild 1.

Bild 1: Entwicklung wichtiger Mähdrescher-Märkte [1; 2]

Figure 1: Development of important combine markets [1; 2]

Neben dem Größenwachstum der verkauften Maschinen stieg weiterhin die Ausstattung an. In Überblicksartikeln über die Trends und Neuheiten bei Mähdreschern wird neben dem Wachstum der Durchsatzleistung auf den vermehrten Einsatz von Sensorik und Elektronik hingewiesen, mit deren Hilfe die Auslastung der Maschinen verbessert werden kann. Dabei kommen der Ergonomie des Fahrerplatzes und der vermehrte Einsatz von unterstützenden Assistenz- und Automatiksystemen immer mehr Bedeutung zu. Die Technik der Oberklasse ist auch immer mehr in den darunter liegenden Klassen verfügbar [3; 4].

Die auf das Frühjahr 2022 verschobene Agritechnica musste aus Pandemiegründen abgesagt werden. Dennoch wurden die Innovationen mit einer Gold- und 16 Silbermedaillen ausgezeichnet. Im Bereich der Erntetechnik für Körnerfrüchte sind dies Silbermedaillen für das CEMOS Auto Header von Claas, das OptiSpread Automation System von CNH Industrial und von Rostselmash der RMS Ok ID Aufmerksamkeitsassistent. Für den mit der Goldmedaille ausgezeichneten Systemtraktor der Nexat GmbH ist auch ein Modul für die Ernte von Körnerfrüchten verfügbar [5 - 8].

Von Claas wurde mit Trion eine neue Mähdrescher-Baureihe mit Elementen aus den bisherigen Baureihen Tucano und Lexion sowie Neuentwicklungen vorgestellt. Fachzeitschriften konnten verschiedene Modelle in Feldtest erproben [9; 10].

Der Einsatzbericht über den Mähdrescher Ideal 9T von Agco mit seinen zwei Axialrotoren bescheinigt dieser Maschine gute bis sehr gute Druschleistung und Kornqualität [11]. Der Einsatzbericht über den Claas Lexion 5500 TT dokumentiert für diesen 5-Schüttler-Mähdrescher mit 755 mm großer Dreschtrommel und nachgeschalteter Abscheidetrommel eine sehr gute Druschleistung. Das Stroh ist durch das 4-Trommel-Dreschwerk stärker beansprucht als bei der Vorgänger-Serie, aber die Qualität ist weiterhin besser als bei Rotormaschinen [12]. Der RSM 161 von Rostselmash überzeugt ebenfalls mit der Druschleistung seines 5-Trommel-Dreschwerks und den 6 Hordenschüttlern. Viele Details werden von den Testern als verbesserungswürdig bezeichnet, allerdings ist der Mähdrescher konkurrenzlos günstig [13]. Von Case IH wurde u.a. die Datenkommunikation zwischen Mähdrescher und Büro sowie die Kommunikation zwischen einzelnen Maschinen zum Austausch von Fahrspuren vorgestellt. Über eine Smartphone-App können Vorschläge für eine Einstelloptimierung angezeigt und dann vom Fahrer für die Maschineneinstellung genutzt werden [14].

Dreschen, Trennen, Reinigen

Für den Nexat Systemtraktor wurde ein Einbaumähdrescher vorgestellt, der Dank der Dimensionen dieses Fahrzeugkonzepts sehr hohe Durchsätze von 130 bis 200 t/h ermöglichen soll. Dem quer eingebauten Axialrotor wird mittig das Erntegut tangential zugeführt. Der Gutstrom wird aufgeteilt und zu beiden Seiten des Rotors gefördert. Jedem Rotorende ist eine Reinigungsanlage und eine Strohhäcksel- und -verteileinrichtung nachgeordnet. Der Korntankt ist mit 32 m3 ausreichend dimensioniert, um bei der Arbeitsbreite von 14 m und bei üblichen Schlaglängen nur im Vorgewende auf Transportfahrzeuge überladen zu müssen. Dadurch wird das Controlled-Traffic Konzept dieses Systemtraktors unterstützt [8].

Für die neue Trion-Baureihe nutzt Claas bewährte Aggregate aus bisherigen Modellreihen. Alle Modelle haben das bekannte APS-Dreschwerkt mit 450 mm Beschleunigertrommel und 600 mm Dreschtrommel. Die größere Kanalbreite von 1,7 m ist den 6-Schüttler-Modellen vorbehalten, Bild 2. Die 1,42 m Kanalbreite ist mit fünf Schüttlern oder einem Rotor mit 570 mm Durchmesser oder mit zwei Rotoren mit je 445 mm Durchmesser erhältlich. Die Rotoren sind aus bisherigen Modellen übernommen. Die Reinigung aus dem bisherigen Lexion wird auch im Trion eingesetzt [9; 10].

Mit zusätzlichen Einbauten im Schrägförderer soll die Gutzufuhr zum Dreschwerk vergleichmäßigt und damit Leistungsbedarf und Verschleiß reduziert werden. Da damit bereits im Schrägförderer Körner aus den Ähren gerieben werden, seien höhere Gutdurchsätze bei geringerem Bruchkorn möglich [15; 16].

Bild 2: Claas Trion mit Hordenschüttler

Figure 2: Claas Trion with straw walkers

Der Axialrotor eines Reismähdreschers wurde so verändert, dass im letzten Drittel der Rotor mit 1,2-facher Drehzahl arbeitet. Dadurch kann insgesamt mit reduzierter Rotordrehzahl gearbeitet werden. Im ersten Teil des Rotors erfolgt ein schonender Drusch und die Abscheidung von leicht zu dreschenden Körnern. Im letzten Drittel wird das Erntegut für die Restkornabscheidung stärker bearbeitet. Die günstigsten Einstellungen für Bruch und Reinheit bei konstantem Durchsatz von 4 kg/s wurden ermittelt, aber es erfolgte kein Vergleich mit einem Rotor mit einer konstanten Drehzahl [17].

Für Rundlochsiebe von Reinigungsanlagen wurden Untersuchungen mit angesenkten Löchern bei gleichbleibender offener Siebfläche durchgeführt. Durch die schrägen Seitenwände werden viele der dort auftreffenden Körner zur Sieböffnung umgelenkt. Es erfolgte kein Vergleich mit Rundlochsieben mit engerer Anordnung der Öffnungen [18].

Bei Exaktversuchen wurde der Anteil von Bruchkörnern im Korntank und in den Verlusten untersucht. Es zeigte sich, dass der Bruchkornanteil häufig überbewertet wird, denn mehr als die Hälfte des Bruchkorns landete bei diesen Versuchen im Korntank. Die häufig verwendete Faustformel zur Berechnung der tatsächlichen Bruchverluste aus der Verdoppelung des Bruchs im Korntank passte hier nicht. Zudem erhöhte sich das Bruchkorn im Korntank bei Steigerung der Druschintensität um das Fünffache und mehr, in den Kornverlusten dagegen war der Bruchanstieg deutlich geringer [19].

Versuchstechnik

Um die Verluste bei der Ernte schneller und einfacher bestimmen zu können, werden verschiedene verbesserte Messgeräte und -systeme vorgestellt. Verlustauffangschalen können unter dem Mähdrescher mit Elektromagneten befestigt werden. Die Auslösung erfolgt je nach Hersteller von der Kabine aus oder über eine Fernsteuerung durch eine Smartphone-App. Die Auffangschalen eines Herstellers sind ähnlich wie ein Vorbereitungsboden gestuft und mit einer leicht zu handhabenden Abfüllung der Verlustkörner versehen. Alle Anbieter nutzen kleine Handgebläse und/oder Siebtürme, um Spreu und Strohteile von den Verlustkörnern zu trennen. Die Auswertung erfolgt über Smartphone-Apps [20; 21].

CNH Industrial stellte eine einfachere Möglichkeit vor, bei der mit dem Smartphone ein Foto der hinter dem Mähdrescher auf dem Boden liegenden Körner aufgenommen wird. Eine App erkennt die Körner auf dem Bild. Die Körnerverluste werden berechnet unter Berücksichtigung der Gutart, des Tausend-Korn-Gewichts TKG, der Schneidwerksbreite, der Schwadbreite und des Ertrags. Viele Daten müssen nicht eingegeben, sondern können direkt vom Mähdrescher auf das Smartphone übertragen werden [22].

Zur Reduktion der Trocknungskosten bei der Körnermaisernte wurden Feldversuche mit einer verzögerten Ernte durchgeführt. Durch die Trocknung auf dem Feld und die verzögerte Ernte wurden keine Ertragsminderung und keine zusätzlichen Verluste verursacht. Erst mit dem Auftreten von Lagermais stiegen durch Aufnahmeverluste am Vorsatz die Verluste sehr deutlich an [22].

Zur Beurteilung der Kornqualität wurden im Getreidelager Versuche mit Prallplatten und Mikrophon durchgeführt. Anhand der aufgezeichneten Spektrogramme können mit Hilfe von KI die Körner eingeteilt werden in ganze Körner, Körner mit Schimmelpilzbefall und Körner mit Fraßschäden durch Insekten [23].

Elektronik, Regel- und Informationstechnik

Assistenz- und Automatiksysteme entlasten nicht nur ungeübte, sondern auch geübte Bediener von Mähdreschern und helfen, die Auslastung der Maschinen über den gesamten Arbeitstag hochzuhalten. Das Claas Cemos Automatic wurde einem Feldtest unterzogen. Basierend auf Verlust- und Abscheidesensoren, auf Durchsatz, Überkehrbelastung und Körnerqualität werden Vorfahrtgeschwindigkeit, Dreschwerk und Reinigungsanlage eingestellt und überwacht. Der Bediener kann die Optimierungsstrategie, ob eher auf Kornqualität im Korntank oder auf Durchsatz optimiert wird, einstellen. Das Automatiksystem lernt dazu, indem es immer wieder überprüft, ob die Einstellungen wegen sich ändernder Guteigenschaften und Erntebedingungen angepasst werden müssen [24].

Eine vorgestellte Verbesserung ist die automatische Synchronisation von Maschineneinstellungen innerhalb einer Flotte. Damit kann die am besten eingestellte Maschine als Referenz für die weiteren Maschinen dienen. Auch die ferngesteuerte Einstellung der Maschinen durch einen Experten ist möglich [25].

Der für die automatische Lenkung bei Claas-Mähdreschern eingesetzte Lidar-Sensor auf dem Kabinendach kann auch die Bestandshöhe vor dem Schneidwerk erfassen, Bild 3. Zusammen mit dem Schichtdickensensor im Einzugskanal werden nun die Haspelpositionen horizontal und vertikal sowie die Tischlänge des Vario-Schneidwerks eingestellt, um einen möglichst gleichmäßigen Gutfluss zum Dreschwerk zu erzielen. Die Sensorik der mit der Silbermedaille der Agritechnica ausgezeichneten Innovation kann für weitere Automatiksysteme genutzt werden [7].

Bild 3: Visualisierung des mit Hilfe eines Lidar-Systems erfassten Bestands vor dem Mähdrescher [7]

Figure 3: Visualisation of the crop in front of the combine harvester as detected by a Lidar system [7]

Ebenfalls mit einer Silbermedaille ausgezeichnet wurde das OpitSpread Automation System von New Holland. Mit Hilfe von Radar-Sensoren wird die aktuelle Strohverteilung durch den Häcksler des Mähdreschers erfasst. Durch Anpassung von der Drehzahl der Verteileinrichtung und von Leitblechen wird die Verteilqualität geregelt, Bild 4. Somit werden Auswirkungen von äußeren Störgrößen wie Seitenwind und Hangneigung aufgehoben. Das Regelsystem wurde entwickelt und erfolgreich an den mehreren Fruchtarten getestet [6].

Ebenfalls mit einer Silbermedaille ausgezeichnet wurde der Aufmerksamkeitsassistent RSM Ok ID von Rostselmash. Der Puls des Bedieners sowie Pupillen, Blinzeln und Kopfposition werden kontinuierlich auf Müdigkeitsmerkmale hin analysiert. Im Falle eines Falles erfolgt ein Tonsignal und ein Stopp des Mähdreschesr, um so Unfälle zu vermeiden [5].

Weitere interessante Vorstellungen zur Automatisierung und Arbeitserleichterung an Mähdreschern: Beim Arbeiten in gemischten Flotten müssen sich die Bediener an die jeweiligen Bediensysteme der verschiedenen Hersteller anpassen. Case IH bietet neben weiteren Verbesserungen am Arbeitsplatz ihrer Mähdrescher auch die Möglichkeit zum Umschalten der Funktionen für Heben und Senken des Schneidwerks an. Dazu können die Tasten am Fahrhebel konfiguriert werden [14]. Für untrainierte Fahrer von Traktoren mit Abtankwagen wurde ein optisches Unterstützungssystem entwickelt. Den Vorteil dieses Systems kann mit Hilfe eines Eye Motion Tracking Systems untersucht werden. Erste Ergebnisse werden vorgestellt [26]. In China wurde ein autonomer Großmähdrescher mit Raupenlaufwerk und einer Tagesleistung von über 50 ha im Rahmen eines Agrar-Zukunftsprojekts auf über 9.000 ha eingesetzt [27]. An einem New Holland TC 56, einem für Malaysia typischen Reis-Mähdrescher, wurde ein Solid Flow Sensor nachgerüstet. Dieser Sensor erfasst über Mikrowellen den Gutstrom in einer Fallstrecke in einem Rohr zum Korntank. Zusammen mit einer Kornfeuchtemessung und der GNSS-Position wurde so ein nachgerüstetes Ertragskartierungssystem aufgebaut [28]

Bild 4: New Holland OptiSpread Automation System: Vergleich der Streubreite des Strohhäckslers (Luftbild, oben) mit den Messwerten der Radarsensoren am Häcksler (unten) bei gezielter manueller Verstellung der Verteileinrichtung [6]

Figure 4: Comparison of the spread width of the straw chopper (aerial photo, top) with the measured values of the radar sensors on the chopper (bottom) with intentional manual adjustment of the spreading device [6]

Schneidwerk

Biso bietet ein Vario-Schneidwerk mit flexiblem Messerbalken an, bei dem die Schnitthöhe aktiv geregelt wird. Der flexible Messerbalken wird alle 90 cm durch ein Parallelogramm, das einen Hub von 17 cm erlaubt, geführt. Dadurch ergibt sich unabhängig von der Schnitthöhe ein konstanter Schnittwinkel. Die Parallelogramme werden über einstellbare Luftdruckspeicher entlastet, wodurch der Auflage-„Druck“ von 0 bis 50 kg verstellt werden kann. Sensorgesteuert werden die Parallelogramme aktiv gehoben oder abgesenkt. Durch diese erstmalig realisierte Funktion herrscht über die gesamte Breite des Messerbalkens ein gleichmäßiger Auflagedruck [29].

Das Fendt Schneidwerk 9350 DynaFlex Draper Header mit AutoDock-Funktion wurde von der ASABE mit dem Davidson-Preis ausgezeichnet. Durch die AutoDock-Funktion kann das Schneidwerk an entsprechende Fendt-Mähdrescher gekoppelt werden, ohne dass der Fahrer absteigen muss. Alle mechanischen, hydraulischen, elektrischen und elektronischen Verbindungen werden automatisch hergestellt. Der Elektronik erkennt das Schneidwerk und passt die entsprechenden Einstellungen des Mähdreschers an [30].

Zur Auslegung von Einzugsschnecken beidseitig an jeder Reihe eines Maisgebisses wurden Messungen zur Biegesteifigkeit von Maispflanzen und zur nötigen Kraft für das Aufrichten der Pflanzen durchgeführt, [31]. Die Verluste an beiden Seiten des Schneidwerks bei der Rapsernte machen 1/3 bis 2/5 der gesamten Schneidwerksverluste aus. Ein Teil dieser Verluste entsteht durch den Einfluss von Vibrationen des Schneidwerks. Durch eine neue Konstruktion des Schneidwerks konnten die Schwingungen und dadurch die Verluste deutlich reduziert werden [32]. Der auf der Agritechnica 2019 mit einer Silbermedaille prämierte Mähmesserantrieb ist nun im Markt verfügbar. Mit Sensor und Auswerteelektronik können die Kräfte am Messerbalken getrennt nach Schnitt- und Reibungskräften erfasst werden [33]. Für Wartungsarbeiten an unterschiedlichen Schnittsystemen am Getreideschneidwerk werden praxisnahe Tipps gegeben [34].

Für den Messerbalken eines Schneidwerks gibt es eine von der Fahrgeschwindigkeit abhängige optimale Schnittfrequenz. Ist sie zu hoch, dann können Halme mehrfach geschnitten werden. Dadurch treten ein unnötiger Energiebedarf und zu hohe Maschinenvibrationen auf. Bei zu niedriger Schnittfrequenz wird nicht die gesamte Erntefläche von den Klingen überstrichen. Es treten zusätzliche Ernteverluste durch herausgerupfte Halme auf. Zudem kann der Schnittwiderstand von Halmen zu einer reduzierten Schnittfrequenz führen. Es wurde eine Regelung der Schnittfrequenz eines Getreideschneidwerks in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit und der nötigen Energie für den Schnitt in Abhängigkeit von Halmfeuchte und Erntemenge entwickelt [35].

Strohmanagement

Für eine bessere Dynamik des Strohhäcksel-Verteilsystems an einem Mähdrescher wurde ein neuer Aktuator für die oszillierende Leitblechverstellung eingesetzt. In ihm sind Hydraulikzylinder, Proportionalventil und Positionssensor integriert. Dadurch werden gegenüber der vorherigen Lösung, bei der Ventil und Zylinder über eine längere Hydraulikleitung miteinander verbunden waren, eine bessere Dynamik und eine Energieeinsparung erreicht [36; 37].

Modellierung und Simulation

Die Möglichkeiten zur Anwendung der Diskreten Element Methode (DEM) zur Simulation von Gutförderungen, Gutbewegungen sowie Trenn- und Abscheidevorgänge in Mähdreschern sind vielfältig und werden bereits genutzt [38]. Beispielhaft wird DEM zur Simulation von Körnerbruch bei Mais eingesetzt. Dabei ist die Bestimmung der Parameter für die modellierten Partikel und für das Kontaktmodell sehr wichtig, aber aufwändig. Erfolgreich wurde ein Mais-Modell erstellt und kalibriert [39]. Flexibles Weizenstroh wurde ebenfalls in DEM modelliert. Die Parametrierung erfolgte anhand von Scherversuchen und des 3-Punkt-Biegeversuchs. Mit dem erstellten und parametrierten Modell konnte das Scherverhalten eines Laborversuches erfolgreich simuliert werden [40].

Die Finite-Element-Methode kam bei der Untersuchung eines Axialfluss-Rotors eines Reismähdreschers zum Einsatz. Es wurden die Vibrationen und die Verformung des Rotors und des Gehäuses gemessen und simuliert. Durch Simulationen gelang es, die Vorspannungen eines Verbundträgers für die Lagerungen des Rotors so zu bestimmen, dass die Vibrationen minimiert sind. Messungen an den realisierten Komponenten bestätigten die durch die Simulation vorhergesagte Reduktion der Schwingungsbelastung [41].

Guteigenschaften

Um die Belastung der Reinigungsanlage im Mähdrescher durch Kurzstroh zu reduzieren, wurde das Bruchverhalten von Reis-Strohhalmen detailliert untersucht. Unterschiedliche Internodien wurden unter Einzel- und kombinierter Belastung auf Zug, Druck, Biegung in Längs- und Querrichtung betrachtet. Die Ergebnisse können bei der Gestaltung von Mähdreschern unterstützen, um den Strohbruch beim Dreschen zu reduzieren und die Korn-Stroh-Trennung zu verbessern [42].

Sonstiges

Für die großen Trion-Modelle der Firma Claas wurde ein neues Motor-Kühlsystem mit neuer Vorreinigung der Kühlluft entwickelt. Das System ist gekennzeichnet durch einen vertikal stehenden rechteckigen Kühleraufbau, einen Lufteinlass von oben und zwei schwenkbare Ansaugdüsen. Diese sind an den gegenüberliegenden Ecken des Rechtecks angebracht und schwenken um 90° auf dem feinmaschigen Ansauggitter hin und her [43].

Zur Reduktion der Belastung von Bedienern von Mähdreschern wird im Projekt Kabine 4.0 eine adaptive Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt und erprobt. Es soll die Bedienung an das aktuelle Beanspruchungsniveau angepasst werden. Dazu muss die aktuelle und individuelle mentale Belastung erfasst werden. Mit einer speziell entwickelten Experimentalumgebung wurden die Messmethoden untersucht und bewertet [44].

Auch Mähdrescher können unter speziellen Einsatzbedingungen umsturzgefährdet sein. Zur Untersuchung des Einflusses von Kinematik und Dynamik eines Mähdreschers auf das Umsturzverhalten wurde ein Maschinenmodell erstellt. Die Auswirkungen verschiedener Parameter, wie beispielsweise Schwerpunkthöhe und Lenkgeschwindigkeit, auf die Fahrstabilität sind nun untersuchbar [45].

Im Jahre 2021 feierte der europäische Mähdrescher sein 85-jähriges Jubiläum. 1936 kam der erste MDB (Mäh-Dresch-Binder) von der Firma Claas auf den Markt [46]. Mehrere Firmen stiegen in die Entwicklung und Produktion von Mähdreschern ein. Nicht jedem Unternehmen war ein dauerhafter Erfolg möglich. Bautz produzierte in Saulgau Mähdrescher von 1951 bis 1969. Dann übernahm Claas das Unternehmen. Bautz-Modelle wurden noch bis 1972 in Saatengrün vertrieben [47].

Zusammenfassung

Die in das Frühjahr 2022 verschobene Agritechnica und musste aus Pandemiegründen abgesagt werden. Die als Auftaktveranstaltung zur Agritechnica geplante VDI-MEG Tagung Land.Technik konnte als Online-Veranstaltung stattfinden. Die Hersteller führten neue Modelle und neue Assistenz- und Automatiksysteme im Markt ein. Die Vorteile dieser Systeme werden in mehreren Untersuchungen bestätigt. Im Bereich der Forschung sind die Modellierung und Simulation zum besseren Prozessverständnis von hoher Bedeutung.

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[11]   Wilmer, H.: Die schwarze Macht – Agco Ideal 9T. Profi 32 (2022) H. 2, S. 28–33.

[12]   Wilmer, H.: Trommel-Feuer – Claas Lexion 5500 TT. Profi 31 (2021) H. 2, S. 24-29.

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[45]   Song, Y.; Zhang, X.; Wang, W.: Rollover dynamics modelling and analysis of self-propelled combine harvester. Biosystems Engineering 209 (2021), S. 271-281.

[46]   N.N.: Der Mäh-Dresch-Binder feiert 85sten Geburtstag. Eilbote 69 (2021) H. 35, S. 28.

[47]   Wilfried Holtmann: Das Ende der Titanen – Bautz-Mähdrescher. Profi 31 (2021) H. 8, S. 110-111.

Autorendaten

Prof. Dr.-Ing. Stefan Böttinger ist Leiter des Fachgebiets Grundlagen der Agrartechnik am Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim in Stuttgart.