Archiv für Landtechnik: Band 3, Heft 3 1961/1962 [Reprint 2021 ed.] 9783112518786, 9783112518779

Citation preview

DEUTSCHE AKADEMIE DER LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN

ZU

BERLIN

ARCHIV FÜR LANDTECHNIK

3. B A N D • H E F T 3 . 1 9 6 1 / 6 2

AKADEMIE-VERLAG • BERLIN

DEUTSCHE DER

AKADEMIE

LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN

ZU

BERLIN

ARCHIV FÜR L A N D T E C H N I K

3. B A N D • H E F T 3 • 1961/1962

Schriftleitung: Prof. Dr.-Ing. H E Y D E , Berlin

AKADEMIE - VERLAG - BERLIN

INHALTSVERZEICHNIS Seite

R. ADAMS Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemaschinen

177

LISELOTTE KUNATH Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden

227

M. TSCHIERSCHKE Die Erzeugung von Biogas im landwirtschaftlichen Betrieb

243

D a s A r c h i v f ü r Landtechnik erscheint in einzelnen Heften mit einem U m f a n g v o n je 5 D r u c k b o g e n . D i e Hefte, die innerhalb eines Jahres herauskommen (3 Hefte), bilden einen Band. D a s letzte H e f t des Bandes enthält Inhalts-, Autoren- und Sachverzeichnis. Es werden nur Manuskripte angenommen, die bisher noch in keiner anderen Form im In- oder Ausland veröffentlicht worden sind. D e r Umfang s o l l n a c h Möglichkeit D r u c k b o g e n (etwa 35 Schreibmaschinenseiten) nicht überschreiten. D i e A u t o r e n erhalten Fahnen- und Umbruchabzüge mit befristeter Terminstellung, bei deren Überschreitung das Imprimatur von der Redaktion erteilt wird. In den Fällen, in denen die L e s u n g durch den A u t o r (Ausländer) auf sehr g r o ß e Schwierigkeiten stößt oder sehr zeitraubend wäre, wird die Prufung durch die Schriftleitung vorgenommen D a s V e r f ü g u n g s r e c h t über die i m A r c h i v abgedruckten Arbeiten geht ausschließlich an die Deutsche Akademie der Landwirtschaftswissenschafren zu Berlin über. Ein Nachdruck in anderen Zeitschriften oder eine Ubersetzung in andere Sprachen darf nur m u Gen e h m i g u n g der Akademie erfolgen. K e i n TVildieser Zeitschrift darf m irgend einer F o r m — durch F o t o k o p i e , Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren — o h n e schriftliche G e n e h m i g u n g der Akademie reproduziert werden. Jeder A u t o r c r h ä l t v o n der Akademie unentgeltlich 100 Sonderdrucke und ein Honorar v o n 40 D M für den D r u c k b o g e n . D a s Honorar schließt auch die Urheberrechte f ü r das Bildmaterial ein. Dissertationen, auch gekürzte b z w . geänderte, werden nicht honoriert. Jeder Arbeit muß v o m A u t o r eine Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse beigegeben werden, Sofern er in der L a g e ist, s o l l er diese gleich übersetzt in russisch und englisch oder in einer dieser Sprachen liefern. G e g e b e n e n f a l l s wird die Ubersetzung in der Akademie vorgenommen. Bezugspreis je Hert (etwa 80 Seiten) 5 , — D M .

H e r a u s g e b e r : Deutsche Akademie der Landwirtschaftswissenschafien z u Berlin Chefredakteur: Prof. Dr.-Ing. Heinrich Hevde, Sekretär der Sektion Landtechnik der Deutschen Akademie der Land Wirtschaftswissenschaften. V e r l a g : A k a d e m i e - V e r l a g G m b H , Berlin W 8, Leipziger Str. 3 — 4 . Fernruf 220441. Telex-Nr. 011773. Postscheckkonto: 35021 Bestell- und Verlags-Nr. dieses H e f t e s : 1043/3/2. V e r ö f f e n t l i c h t unter der Lizenznummer 5463 des Ministeriums für K u l t u r . Gesamthersteilung: V E B D r u c k e r e i „ T h o m a s M ü n t z e r " Bad Langensalza.

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

177

Aus dem Institut für Landtechnik Potsdam-Bornim der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin (Leiter: Dipl.-Landwirt H. K U H B I G )

R. ADAMS

Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemaschinen 1 Eingegangen: 3. Juli 1962

1. E i n f ü h r u n g u n d A u f g a b e Die Mechanisierung der Landwirtschaft erreichte im letzten Jahrzehnt sowohl quantitativ als auch qualitativ einen hohen Stand. Die tierischen Zugkräfte und die dazugehörigen Gespanngeräte mußten bis auf kleine Restbestände den Schleppern und entsprechenden Arbeitsmaschinen weichen. Der Zugkraft- und Leistungsbedarf der landwirtschaftlichen Maschinen und Geräte hatte sich in der Gespannstufe der Mechanisierung der Zug- und Leistungsfähigkeit eines oder mehrerer Zugtiere anzupassen [17]. Für die Motorisierung der Landwirtschaft liegt eine derartige Beschränkung nicht vor. Grundsätzlich können für gegebene Einsatzbedingungen Schlepper beliebiger Zug- und Leistungsfähigkeit entwickelt werden. Die Vorteile der Standardisierung für Serienproduktion und Ersatzteilhaltung legen aber die Entwicklung möglichst weniger Schleppertypen nahe. Um das in den Schlepperpark der Landwirtschaft investierte Kapital gut auszunutzen, müssen je Schlepper möglichst viele Jahresbetriebsstunden bei guter Auslastung der Motorkapazität anfallen. Diese Forderung ist wegen der Vielfalt der landwirtschaftlichen Produktionsbedingungen mit Spezialschleppern nicht erfüllbar, wohl aber mit wenigen, in Zug- und Leistungsfähigkeit richtig abgestuften Schlepperklassen, deren jede in ihrem Einsatzbereich möglichst universell verwendbar sein muß. Der Zugkraft- und Leistungsbedarf der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen, der Streubereich dieser Werte und die Häufigkeit gleicher Anforderungen innerhalb der jährlichen Schleppereinsatzzeit geben wichtige Hinweise für eine zweckmäßige Abstufung von Schlepperklassen. Der Zugkraft- und Leistungsbedarf der Landmaschinen ist einerseits von Maschinentyp zu Maschinentyp stark verschieden und ändert sich andererseits für den gleichen Maschinentyp mehr oder weniger mit der Vielfalt der Einsatzbedingungen. Für dieselbe Arbeitsmaschine gibt es ohne Änderung der Einstellung auch auf relativ kleinen Flächen keine konstante Größe für den Zugwider stand. Man hat es immer mit kleineren oder größeren Streubereichen zu tun. Einzelne stichprobenartig ermittelte Meßwerte lassen sich fast nie für die gleiche Arbeitsart verallgemeinern. Der dringende Bedarf an geeigneten Unterlagen über die Zugkraft-, Drehmoment- und Leistungsanforderungen an die Schlepper gab in den letzten Jahren häufig den Anlaß für entsprechende Messungen an Landmaschinen. Die Auswertung bisher vorliegender Veröffentlichungen brachte bereits viele Unterlagen und Vergleichswerte. Infolge der durch die natürlichen Einsatzverhältnisse bedingten großen Unterschiede für den Zugkraft- und Leistungsbedarf ergibt sich 1

Der Beitrag ist der verkürzte erste Teil einer Dissertation, die am 21. 7.1961 von der Landw. Gärtn. Fakultät der Humboldt-Universität genehmigt wurde. Ein zweiter Teil behandelt die Abstufung von Schlepperklassen und ist für das folgende Heft vorgesehen.

13*

178

ADAMS, Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemaschinen

aber eine gewisse Unsicherheit f ü r die Übernahme von Meßergebnissen unter anderen landwirtschaftlichen Produktionsbedingungen. Auch die vielen Unterschiede in der konstruktiven Ausführung der Arbeitsmaschinen bedingen eine entsprechende Unsicherheit. Vor allem bei den mit Zapfwelle betriebenen Arbeitsmaschinen h a t die E n t wicklung der letzten J a h r e große Fortschritte gemacht, so daß f ü r derartige Maschinen Angaben über den Leistungsbedarf besonders dringend benötigt wurden. Allerdings sind die Meßergebnisse f ü r den Leistungsbedarf an der Zapfwelle f ü r Erntemaschinen verallgemeinerungsfähiger als diejenigen f ü r den Zugwiderstand der Maschinen u n d Geräte zur Bodenbearbeitung. Die Aufgabe der vorliegenden Untersuchung bestand demnach in Messungen des Zugkraft- u n d Drehmomentbedarfs an Schlepper-Anhängemaschinen für die hauptsächlich vorkommenden Einsatzverhältnisse in der D D R . Eine größere Anzahl von Meßergebnissen sollte die Möglichkeit bieten, allgemeingültige Folgerungen abzuleiten. Alle Messungen waren im praktischen Einsatz unter saisonbedingten Umständen durchzuführen. Mehrjährige Untersuchungen wurden notwendig, u m einerseits eine Überbewertung zufällig auftretender, extremer Verhältnisse (z. B. besonders nasse oder trockne J a h r e oder Kampagnen) zu verhindern u n d andererseits die Messungen f ü r die verschiedenen Landmaschinen (infolge des Umfangs der Arbeit) genügend oft wiederholen zu können. 2. V o r b e r e i t u n g u n d D u r c h f ü h r u n g d e r V e r s u c h e 2.1 M e ß g e r ä t e Die Auswahl des zweckmäßigen Meßverfahrens wird weitgehend von den Einsatzumständen u n d den Möglichkeiten der Meßeinrichtungen bestimmt: Die Meßgeräte müssen dem landwirtschaftlichen Feldbetrieb standhalten u n d dürfen die Einsatzbedingungen nicht verändern. Die Vielzahl der Messungen zwang zu einem rationellen Verfahren. Die zu verwendenden Geräte müssen genügend genau messen u n d schnell, mit möglichst wenig Mühe an alle Schlepper u n d Landmaschinen angebaut werden können. Einfache Zugkraftschreiber, wie sie z . B . B O C K H O R N [3] u n d SASS [21] verwendeten, haben den Nachteil, daß sie als loses Glied zwischen Schlepper und Arbeitsmaschine eingeschaltet werden. Bei der Arbeit mit einachsigen Maschinen wie Grubber, Tieflockerer u n d Rübenheber k a n n sich dadurch die eingestellte Arbeitstiefe ändern. Auch f ü r die Arbeit mit von der Zapfwelle angetriebenen Maschinen ergeben sich durch diese lose Anhängung Schwierigkeiten. Hinzu kommt, daß im Bedarfsfall nicht zurückgestoßen werden k a n n u n d —- vor allem bei Transportarbeiten u n d bei Arbeiten mit Zapfwellenantrieb —Unfallgefahren auftreten. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ermittlung des Leistungsbedarfes aus dem Kraftstoffverbrauch, wie sie auch B O C K H O R N [3] für die Messungen an angebauten Geräten ausnutzte. Hinreichend genaue Werte erhält m a n auf diesem Wege nur aus den Motorkennlinienfeldern getesteter Schlepper. Nach mehrmonatigem Einsatz weicht jedoch ein getesteter Schlepper mehr oder weniger vom Testzustand ab. F ü r die geplanten Untersuchungen war daher dieses Meßverfahren im allgemeinen nicht zweckmäßig. I m Interesse einer möglichst universellen Anwendung u n d des leichten An.und Abbaus wurden deshalb schreibende Zugkraftmesser u n d schreibende Dreh-

Archiv f ü r Landtechnik, 3. Band, H e f t 3, 1961/1962

179

momentmesser eingesetzt. Stoppuhren, Meßräder, Meßlatten, Maßstäbe, Neigungsmesser u n d Vorrichtungen zum Wägen von Eggen, Strohballen u. a. u n d zum Messen des Kraftstoffverbrauchs vervollständigten die Meßeinrichtung. 2.1.1 Zugkraftschreiber Zwei schreibende Zugkraftmesser kamen zum Einsatz, ein mechanischer und ein hydraulischer. Beide Meßwertgeber können auf der Zugmaschine des Schleppers festgeschraubt werden u n d sind in der Lage, senkrechte und seitliche Stützk r ä f t e bis zu 1000 k p aufzunehmen. N u r die in F a h r t r i c h t u n g angreifenden K r ä f t e werden gemessen. Die Meßwertgeber sind sehr kurz gebaut, so daß sich die Zuglinie insgesamt nur u m k n a p p 30 cm verlängert. Diese kurze Bauweise in Verbindung mit dem durch das Anschrauben erhaltenen festen Anhängepunkt garantieren gleichbleibende Einsatzverhältnisse und die Funktionssicherheit des Zapfwellenantriebes.

(an einer Zusatzschiene zum RS 14) Der m e c h a n i s c h e Z u g k r a f t s c h r e i b e r (Abb. 1) besteht aus Anbauvorrichtung, Winkelhebel, Meßwertgeber und Schreibwerk. Die am Winkelhebel angreifende K r a f t wird m i t Seilzug über Umlenkrollen auf eine starke Meßfeder übertragen. Der proportional zur Zugkraft auftretende Federweg wird auf einen Schreibhebel übertragen und auf Wachspapier aufgezeichnet. Den Papiervorschub besorgt ein Uhrwerk, die Vorschubsgeschwindigkeit beträgt 1 mm/s. Die Zugkraft kann von drei verschiedenen Zugösen über einen Hebel übertragen werden. Der Abstand der Zugösen vom D r e h p u n k t liefert den Maßstab f ü r die drei Meßbereiche von 0 bis 500 oder bis 1000 oder bis 2000 kp (Abb. 2). Meßwertgeber und Registriereinrichtung sind ein Serienfabrikat der früheren Fa. Schäffer und Budenberg, Magdeburg. Die Anbau- und Anhängeeinrichtung konstruierte die Abt. Meßtechnik des Instituts. Der h y d r a u l i s c h e Z u g k r a f t s c h r e i b e r [4] besteht aus Meßwertgeber und Schreibwerk; beide Teile sind durch einen Hochdruck-Panzerschlauch miteinander verbunden. Die an der Zugöse des Meßwertgebers (Abb. 3) angreifende Zugkraft wirkt über Zugbolzen

180

ADAMS, Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemaschinen Abb. 3 : Hydraulischer Meßwertgeber für Zugkräfte

Anzeige

mm

Abb. 2 : Eichdiagramm zum mechanischen Zugkraftschreiber X Belastung o Entlastung Statisch gceicht auf der Zug- und Druckprüfmaschine Meßfehler ± 0 , 6 % der Anzeigenmitte Gestrichelte Kurvenabschnitte blieben unbenutzt

Abb. 4 : Eichdiagramm zum hydraulischen Zugkraftschreiber X Belastung o Entlastung Statisch geeicht auf der Zug- und Druckprüfmaschine Die Werte der Anzeige gelten vom unteren Rand des Meßschriebes aus Meßfehler + 0 , 4 % der Anzeigenmitte Gestrichelte Kurvenabschnitte blieben unbenutzt

Archiv f ü r Landtechnik, 3. Band, H e f t 3, 1961/1962

181

u n d Druckplatte auf eine ringförmige Beutelmembran, in der ein der Zugkraft proportionaler Druck entsteht. Über den Hochdruck-Panzerschlauch überträgt sich dieser Druck auf das Schreibwerk [32], I n diesem erfährt ein Metallfaltenbalg eine dem jeweiligen Druck entsprechende Längenänderung, die über ein Hebelsystem auf Wachspapier übertragen wird. Den Papiervorschub besorgt ein Scheibenwischer-Motor, der an die Steckdose des Schleppers anschließbar ist. Bei Schleppern ohne Steckdose lieferte ein mitgeführter Batteriekasten mit zwei hintereinander geschalteten Motorrad-Batterien zu je 6 Volt die notwendige Antriebsenergie f ü r den Papiervorschub. Mit Hilfe leicht auswechselbarer, verschieden starker Meßfedern, die den Metall-Faltenbalg verstärken, ergeben sich mehrere Meßbereiche (Abb. 4). Die absolute Höhe des K r a f t b e d a r f e s u n d dessen Streubreite,sind maßgebend f ü r die Auswahl der Meßfeder. So ist es .möglich, immer große, gut auswertbare Meßschriebe herzustellen. Ein Zwischengetriebe im Schreibwerk gestattet ein Variieren des Papiervorschubes in den Stufen 0,45; 0,90; 2,15 u n d 4,30 mm/s, um sich an langsame oder schnelle Laständerungen anpassen zu können. Ein Zeitmarkengeber bringt im Abstand von 5 s Markierungen auf dem Meßschrieb an.

Bei dieser Untersuchung kam es speziell auf gute Mittelwerte an, die aus längeren Versuchsstrecken stammen mußten. Zur Erleichterung der Auswertung waren saubere, glatte Meßschriebe von besonderem Wert. Eine Drosselschräube am Zuführstutzen gestattete eine fast beliebig starke Dämpfung der kurzzeitigen Laständerungen oder der Schwingungen. Ob das mechanische oder hydraulische Meßgerät zum Einsatz kam, richtete sich nach den Anbaumöglichkeiten und Einsatzumständen. Für Kettenschlepper und für Zugkräfte von 1500•••3000 kp kam der hydraulische Zugkraftmesser zur Anwendung. Bei Arbeitsgängen, die ein Mitfahren der Bedienungsperson nicht zuließen (z. B. Kalkstreuen), wurde der mechanische Zugkraftmesser bevorzugt. 2.1.2 Drehmoment- und Drehzahlschreiber In den Versuchsjahren 1955 und 1956 fehlte ein geeignetes Meßgerät für die Untersuchung des Drehmomentbedarfes an zapfwellengetriebenen Landmaschinen. Im Frühjahr 1957 entwickelte die Abt. Meßtechnik des Instituts einen hydraulischen Drehmomentmesser, der dem rauhen landwirtschaftlichen Feldbetrieb gewachsen war [5; 6]. Dieser Meßwertgeber (Abb. 5) k a n n direkt auf die Keilwelle des Schleppers aufgeschoben werden. Über Gewindeflächen (Kurvenscheiben) wird das Drehmoment in eine Axialk r a f t umgeformt, die über Drucklager und Druckplatte auf eine ringförmige Beutelmembran einwirkt und einen dem Drehmoment proportionalen Druck hervorruft. Diesen Druck überträgt ein Hochdruck-Panzerschlauch auf ein Schreibwerk in der gleichen Weise wie beim hydraulischen Zugkraftschreiber, es entfällt lediglich der Elektromotor f ü r den Papiervorschub. Dessen Funktion übernimmt eine biegsame Welle, die die Drehbewegung der Zapfwelle vom Meßwertgeber dem Schreibwerk mitteilt.

Der Z e i t m a r k e n g e b e r gestattet die E r m i t t l u n g der D r e h z a h l . Dem Zeitabstand von 5 s zwischen zwei Zeitmarken entspricht eine ihrem Längenabstand proportionale Zahl von Umdrehungen. Die Drehzahl läßt sich fortlaufend als Mittelwert über 5 s feststellen. Die Geschwindigkeiten für den Papiervorschub betragen bei einer Drehzahl von 550 min - 1 : 1,1; 2,2; 5,5 oder 11,0 mm/s. Zum Einsatz kamen zwei im Prinzip gleiche Ausführungen des Meßwertgebers. Der eine diente der Messung von Drehmomenten bis 35 kpm und der andere von solchen bis 100 kpm. Es sei gleich hier betont, daß derartig hohe Drehmomente nur selten und dann nur als kurzzeitige Spitzen vorkommen.

182

ADAMS, Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemaschinen

Abb. 5 : Hydraulischer Meßwertgeber für Drehmomente 1 Keilwelle, Antriebsseite; Keilwellenprofile (Form A und B nach D I N 9611) auswechselbar 2 Ankerstange zur Aufnahme etwa auftretender kleiner Reibungskräfte 3 Keilwelle, Abtriebsseite; Keilwellenprofile (Form A und B nach D I N 9611) auswechselbar 4 Ansatzstutzen für den Hochdruckpanzerschlauch (mit einer Verschlußschraube geschützt) 5 Ansatzstutzen für biegsame Welle

L ..... ...

/

•

Federkennzahl

/

/

3 /

/

/

/

/

/

/

/

/

y /

/

,

/

6/

• X y ¡1

10

/

•

1

10

y

20

30

Anzeigt

iO

50

mm

SO

Abb. 6. Eichdiagramm zum hydraulischen Drehmomentschreiber für höhere Drehmomente X Belastung o Entlastung Statisch geeicht Die Werte der Anzeige gelten vom unteren R a n d des Meßsehriebes aus Meßfehler ± 2 % der Anzeigenmitte Gestrichelte Kurvenabschnitte blieben unbenutzt

Arohiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

183

2.1.3 Eichungen der Zugkraft- u n d Drehmomentenmesser Die regelmäßig wiederholten Eichungen der Geräte f ü r Zugkraft- u n d Drehmomentmessungen f ü h r t e die Abt. Meßtechnik des Instituts aus. Zwischen den einzelnen Eichungen t r a t e n nur unbedeutende Differenzen auf. Es ist zu beachten, daß die Werte für Belastung und Entlastung in den Eichkurven (Abb. 2; 4; 6) von statischen Eichungen stammen und deshalb keine Aussagen über den Meßfehler dynamischer Vorgänge gestatten [32]. Die relativ breite Hysteresis macht sich hauptsächlich als Dämpfung bemerkbar, d. h. der registrierte Druckverlauf weist weniger große Druckänderungen auf, als der wirkliche. Bei einseitig schnellerem Ansteigen und langsamerem Abfallen des Druckes — oder auch umgekehrt — wäre allerdings eine Verschiebung des Mittelwertes möglich. Nach unseren Beobachtungen könnte die Drehmomentmessung bei Strohpressen mit einem derartigen Fehler behaftet sein. I m allgemeinen kann man unseres Erachtens die durch die Hysteresis verursachte Dämpfung und Verzerrung des Druckverlaufes für die Betrachtung von Mittelwerten vernachlässigen. Wir weisen hier noch darauf hin, daß im Interesse einer besseren Auswertung mit Hilfe der bereits erwähnten Drosselschraube am Druckschreibwerk bei einer Reihe von Messungen eine zusätzliche Dämpfung eingestellt wurde.

Der auf den Eichdiagrammen vermerkte Meßfehler besteht aus der mittleren Abweichung verschiedener nacheinander ausgeführter Belastungen u n d E n t lastungen während der Eichung. Die mit Hilfe eines Planimeters beim Versuch gewonnenen Mittelwerte wurden an der ausgezogenen Linie des Eichdiagrammes (Mittel zwischen Belastung und -Ewilastung) abgelesen. 2.2 A u s w a h l d e r V e r s u c h s o r t e Bei der Auswahl der Versuchsorte kam es darauf an, die in der D D R vorliegenden H a u p t b o d e n a r t e n u n d Geländeverhältnisse zu' berücksichtigen. Dies galt besonders f ü r Arbeiten, deren Energiebedarf von der Bodenart beeinflußt wird, wie vor allem bei Bodenbearbeitung u n d Hackfruchternte. Das Versuchsprogramm u m f a ß t e deshalb alle Bodenarten von Sand bis lehmigen Ton, einschließlich Löß-, Muschelkalk- u n d Schwemmlandböden. I n den Versuchs jähren 1955 bis 1957 erstreckten sich die Untersuchungen auf 6 Versuchsgüter von I n s t i t u t e n u n d 3 Volkseigene Güter. Ab 1957 wurden die Untersuchungen vorwiegend auf 6 MT-Stationen verlagert, da in einer MTS wesentlich mehr Maschinen arbeiten u n d über einen größeren Zeitraum im Einsatz bleiben. E s entfiel daher weitgehend die Bindung an kurze Einsatztermine. Außerdem waren bei den MTS die neuen Maschinentypen (z.B. Feldhäcksler oder Rübenvollerntemaschinen) früher vorhanden, als bei den meisten der vorher ausgewählten Betriebe. Die Beschränkung bei der Auswahl der Versuchsorte erleichterte die organisatorische Vorbereitung u n d hielt den Aufwand für die notwendigen Bodenuntersuchungen (Textur, Anteil organischer Substanz) in übersehbaren Grenzen, da im Verlaufe des vierjährigen Versuchsprogramms die verschiedensten Arbeitsgänge auf denselben Schlägen anfielen. Eine Anzahl von Untersuchungen wurde im R a h m e n von Maschinenprüfungen auch außerhalb der ausgewählten Betriebe u n d Stationen durchgeführt. 2.3 D u r c h f ü h r u n g d e r V e r s u c h e Der Anbau der Meßgeräte zwischen Schlepper u n d Arbeitsmaschine wurde an Ort u n d Stelle auf dem Felde durchgeführt. Die damit bedingte Unterbrechung der Produktionsarbeit n a h m selten mehr als 10 min in Anspruch. Dieses Ein-

184

ADAMS, Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemaschinen

schalten in den normalen Produktionsprozeß sicherte praxisnahe Versuchsverhältnisse. Bei Arbeitsgängen, deren Arbeitswiderstand wesentlich v o m B o d e n z u s t a n d abh ä n g t (hauptsächlich Bodenbearbeitung u n d H a c k f r u c h t e r n t e ) , w u r d e eine Meßstrecke (meistens 100 m lang) abgesteckt u n d normalerweise 6mal d u r c h f a h r e n . J e n a c h dem Meßobjekt w u r d e n Fahrgeschwindigkeit, Zugwiderstand, Drehm o m e n t b e d a r f , Arbeitstiefe, Arbeitsbreite, B o d e n a r t u n d Wassergehalt des Bod e n s festgestellt. Die 6 M e ß f a h r t e n umfassen je 3 Hin- u n d R ü c k f a h r t e n , u m den E i n f l u ß etwa v o r h a n d e n e n Gefälles auf den Zugwiderstand auszugleichen. Außerd e m wurde das Gefälle m i t einem Neigungsmesser e r m i t t e l t . Aus den Bodenproben (Stechzylinderproben aus dem jeweiligen Bearbeitungshorizont der Meßstrecke) b e s t i m m t e das Bodenlabor des I n s t i t u t s Porenvolumen, Wassergehalt, Anteile der a b s c h l ä m m b a r e n u n d der organischen Bodensubstanzen. Die Arbeitstiefe ermittelten wir m i t M a ß s t a b u n d Bezugslatte a n 5 vorher m a r k i e r t e n Stellen der Meßstrecke (bei 100 m Meßstrecke in 20 m Abstand). Die Messung der Arbeitsbreite beim P f l ü g e n w u r d e i n der üblichen Weise a n den gleichen Markierungen d u r c h g e f ü h r t . Die Mittelwerte beziehen sich also auf je 30 Einzelwerte. I n ähnlicher Weise b e s t i m m t e n wir die Arbeitsbreite bei Mähwerken, Mineral- u n d Stalldungstreuern. Bei der Arbeit m i t Scheibeneggen oder Zinkeneggen m a c h t e das E r m i t t e l n der Arbeitstiefe gewisse Schwierigkeiten, da der Tiefgang im Boden schlecht nachweisbar ist. Auch hier m u ß t e (ähnlich wie bei der Pflugarbeitsbreite) eine Differenzmessung aushelfen. Zu diesem Zweck w u r d e vor der Arbeit quer zur F a h r t r i c h t u n g in der Meßstrecke in etwa 1 m H ö h e eine Bezugslatte auf P f ä h l e gelegt, die in einem etwas größeren A b s t a n d als die Arbeitsbreite e i n g e r a m m t w a r e n u n d der Bodenhorizont von dieser Bezugslatte aus in A b s t ä n d e n v o n 10 cm gemessen.

Abb. 7: Messung der Arbeitstiefe bei Scheibeneggen Markierungspfähle h,.„ Abstand der Bezugslatte von der Bodenoberfläche Bodenoberfläche abnehmbare Bezugslatte h Abstand der Bezugslatte zu den Achsen Achsen der Scheibeneggen der Scheibeneggen Scheiben l Radius der Scheiben zwischen den Scheiben liegender t = l + h- • h,, Arbeitstiefe der Scheibenlockerer Boden eggen

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

185

Der Mittelwert dieser Abstände sei h0. Bei der nächsten Durchfahrt wurde mit den Eggen zwischen den Pfählen angehalten, die Bezugslatte aufgelegt und die Abstände zwischen Latte und Eggenrahmen gemessen. Der Mittelwert dieser Abstände sei h und der Abstand der Eggenspitzen vom Rahmen l. Die Arbeitstiefe ergibt sich zu t = l + h — h0. Bei Scheibeneggen wurde sinngemäß verfahren (Abb. 7).

Abb. 8: Messungen am Feldhäcksler E 065. — Eine Bedienungsperson vom Meßtrupp überwacht die Meßgeräte und sorgt für das Ein- oder Ausschalten. Eine andere Bedienungsperson mißt mit Hilfe von Meßrad und Stoppuhr Weg und Zeit

Bei einer Reihe von Arbeitsmaschinen mit Zapfwellenantrieb (Stalldungstreuer, Feldhäcksler oder Mählader) kam es auf den mittleren Leistungsbedarf für eine ganze Wagenladung an, es mußte deshalb auf eine vorher abgestreckte Meßstrecke verzichtet werden. Statt der 6 Wiederholungen in der Meßstrecke dienten mehrere hintereinander verarbeitete Wagenladungen zur Bestimmung der Mittelwerte (Abb. 8). Bei den Untersuchungen an Mineraldüngerstreuern, Kalkstreuern, Kartoffellegemaschinen und Drillmaschinen wurde ebenfalls auf die Meßstrecke verzichtet, da sich das Gesamtgewicht mit fortschreitender Entleerung der entsprechenden Vorratskästen vermindert. Derartige Meßreihen ohne feststehende Meßstrecke machten häufig eine erhebliche Verlängerung der Fahrstrecke notwendig (bis zum nächsten Auffüllen der Vorratskästen bei Maschinen zur Düngung und Bestellung oder bis zum Wagenwechsel bei Erntemaschinen mit Anhänger). Um das zeitraubende Auswerten der Meßschriebe nicht unnötig auszudehnen, wurden bei derartigen Meßreihen in der Regel gleichmäßig über die Gesamtstrecke verteilte Ausschnitte aus dem Zugkraft- oder Drehmomentverlauf aufgenommen, deren Gesamtlänge 1 km Fahrstrecke nicht überschreiten sollte.

186

ADAMS, Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemasohinen

2.4 A u s w e r t u n g Die Registrierstreifen aus den Schreibwerken der Meßgeräte wurden normalerweise in 100 mm lange Abschnitte eingeteilt und mit Hilfe eines Planimeters die mittleren Schriebhöhen der einzelnen Abschnitte bestimmt. Aus den Eichdiagrammen war dann für die jeweiligen Meßbereiche der verschiedenen Meßgeräte der mittlere Zugkraft- bzw. Drehmomentbedarf zu entnehmen. Die Eichdiagramme wurden durch häufige Kontrolleichungen überprüft und gegebenenfalls durch neue ersetzt. Als Mittelwert einer Meßreihe ist das arithmetische Mittel aller AbschnittsMittelwerte genommen. Das gilt für Zugkraft, Drehmoment und Drehzahl. Der Mittelwert für die Fahrgeschwindigkeit errechnet sich aus den 6 Zeitmessungen für das 6malige Durchfahren der Meßstrecke oder aus den gemessenen Teilstrecken (bei Untersuchungen ohne Meßstrecke). Die Berechnung des mittleren Fehlers für den Mittelwert einer Meßreihe erwies sich als wenig sinnvoll. Der mittlere Fehler einer Meßreihe war wesentlich kleiner als der Streubereich aller Meßreihen der verschiedenen Einsätze für den gleichen Maschinentyp. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen Durchschnittsangaben für die einzelnen Maschinentypen, gegebenenfalls unterteilt nach den grob ünterscheidbaren Einsatzbedingungen, darstellen. Die Berechnung eines mittleren Fehlers für den Durchschnittswert wurde unterlassen, da der mittlere Fehler, außer von der absoluten Streuung, stark von der Anzahl der Einzelwerte abhängig ist. Die Anzahl der Einzelwerte (Meßreihen) für eine beliebige Maschinentype richtete sich aber hauptsächlich nach der absoluten Streuung. Dies bedeutete, daß Arbeitsmaschinen mit z. B. sehr großer Streuung im Zugkraft- oder Drehmomentbedarf häufiger im Versuchsprogramm berücksichtigt wurden, als Arbeitsmaschinen mit geringer. Die Meßergebnisse werden als Streubereiche mit abgerundeten Grenzwerten angegeben. Die benutzten Meßgeräte lieferten im Rahmen der geforderten Genauigkeit sehr gute Ergebnisse. Die Meßfehler sind wesentlich kleiner als die naturbedingte Streuung der Meßwerte. Nach dem Fehlerfortpflanzungsgesetz wurden die Meßfehler für die zu messenden Größen aus den Meßfehlern der beteiligten Meßgeräte bestimmt. Mit den größten Meßfehlern sind die Angaben über den spezifischen Energiebedarf A, Az, Aj>, Az und E sowie über den spez. Pflugwiderstand w behaftet. Bei diesen Angaben liegt der Fehler zwischen 4---6%. Betrachtet man demgegenüber die natürliche Streuung der einzelnen Größen, so kann ein Meßfehler dieser Größenordnung ohne weiteres vernachlässigt werden.

3. E r g e b n i s s e der V e r s u c h e 3.1

Bodenbearbeitung

3.1.1 Pflüge Der Pflugwiderstand wird von der Bodenart (Textur) und vom Bodenzustand (Gare) stark beeinflußt. Aus den Faktoren, die gemeinsam den Bodenzustand bestimmen, hebt sich der Einfluß des Wassergehaltes besonders ab. Ein deutlicher Einfluß des Porenvolumens auf den Pflugwiderstand ließ sich nicht nachweisen, zumindest wird ein evtl. Einfluß von anderen Faktoren überdeckt. Mit einem steigenden Anteil an organischer Substanz nimmt der spez. Pflugwiderstand ab. Aus den vorliegenden rund 100 Meßreihen, die von Böden mit verschiedener Textur und mit verschiedenem Wassergehalt stammen, ließ sich die Abhängigkeit des spez. Pflugwiderstandes vom Anteil an organischer Substanz nicht erkennen. Der spezifische Pflugwiderstand nimmt mit dem Anteil an abschlämmbaren Substanzen stark zu (Abb. 9). Bei praktischen Messungen wird diese Abhängigkeit durch die den Bodenzustand beeinflussenden Faktoren etwas verwischt, deshalb ergab sich eine breite Streuung der Meßwerte (Tab. 1).

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

187

Tabelle 1 Der Pflugwiderstand für die Gruppen der Bodenarten spez. Pflugwiderstand kp/dm 2

Bodenart* lehmiger Sand sandiger Lehm Lehm lehmiger Ton 1

I

3 5 - 50 5 0 - 70 7 0 - 90 90-110

Benennung der Bodenarten nach „Einteilung des deutschen Ausschusses für Kulturbauwesen für Teilchen unter 0,02 m m im lufttrocknen Feinboden (Methode K o p e c k y ) " [30].

Im Gegensatz zu Gespannpflügen [14] treten Werte unter 35 kp/dm 2 an Schlepper-Anhängepflügen selten auf. Es ist hier zu berücksichtigen, daß neben dem spez. Bodenwiderstand auch der anteilige Rollwiderstand des Anhängepfluges im Wert für den spez. Pflugwiderstand enthalten ist. Bei den lockeren Sandböden macht sich dieser Rollwiderstand im Verhältnis zu dem relativ niedrigen Bodenwiderstand deutlich bemerkbar. Die für die Magdeburger Börde typischen Lößböden mit einem Anteil an abschlämmbaren Bestandteilen von 30—40 % der Trokkenmasse liegen mit 40—55 kp/dm 2 nahezu in der gleichen Größenordnung wie lehmige Sandböden. Sandige Lehmböden mit dem gleichen Anteil abschlämmbarer Bestandteile wie Lößböden weisen dagegen einen höheren Pflugwiderstand auf. Diese Erscheinung beruht auf dem besseren Garezustand der Lößböden infolge des höheren Anteils an organischer Substanz. Bei Vergleichsmessungen auf einem Boden in verschiedenem Garezustand (gleiche Textur und gleicher Wassergehalt, aber unterschiedliche Vor- und Zwischenfrucht) fanden wir auf der Parzelle mit „guter Gare" nur einen Pflugwiderstand von 60—70% im Verhältnis zur Vergleichsparzelle. Durch verschiedenen Garezustand und Wassergehalt kann eine Bodenart in bezug auf den spez. Pflugwiderstand eine Gruppe „leichter" oder „schwerer" werden. Für Schlepper-Anhängepflüge mit einer Arbeitsbreite von 30 cm je Körper und einer Arbeitstiefe von 25 cm wurden als Pflugwiderstand je Furche 300 kp für lehmigen Sand, 450 kp für sandigen Lehm, 600 kp für Lehm und 750 kp für lehmigen Ton ermittelt. POLLITZ [19] untersuchte den Einfluß der Arbeitsgeschwindigkeit auf den Zugwiderstand des Pfluges. Die Ergebnisse zeigten, daß der spez. Bodenwiderstand w bei anwachsender Geschwindigkeit nach einer parabolischen Gesetzmäßigkeit ansteigt: w = k + 0,1 • k • v2 . Hierin bedeutet k den spez. Bodenwiderstand für lim v = 0 und v die Geschwindigkeit in m/s. Der Koeffizient 0,1 hat die Einheit s2/m2. Der Pflugwiderstand wird vom Wassergehalt stark beeinflußt (Abb. 10). Auch hier weist die breite Streuung der Meßergebnisse den Einfluß der anderen Faktoren aus. Vor allem die Bodenart, d. h. also der Anteil an abschlämmbaren Bestandteilen, ist für die Streuung verantwortlich. Tonböden reagieren bekanntlich wesentlich empfindlicher auf zu geringen oder auf zu großen Wassergehalt. Die höchsten Werte für den spez. Pflugwiderstand (Abb. 10), sowohl im zu trock-

188

ADAMS, Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemasohinen

nen als auch zu zu nassen Bereich, stammen von schweren Böden. Für sie verläuft der Abfall vom zu trocknen zum optimalen und der Anstieg zum zu nassen Bereich viel steiler, als für sandige Böden. Der steile Anstieg im Bereich über 2 0 % Wassergehalt betrifft ausschließlich Lehm- und lehmige Tonböden, da diese Böden häufig im nassen Zustand angetroffen werden (Wasserkapazität). Auch hier ist zu berücksichtigen, daß der im spez. Pflugwiderstand miterfaßte Rollwiderstand der Pflugräder mit steigendem Wassergehalt anwächst (Verkleben der Pflugräder). kp/dmz

120

/

110

%

100 iO

/

•»l c o SO V» •8 *

S?

Q. N

60-- Ivi» i0

-

20-

\j \f\

?

¿0

e

30

E E •c

20

Q

!f.

«.

WS

E

ì t m

n

i

n e

:4-AtfJ V M 'O^ ' ¡ M 1i

IO'

5s

a) Schwadhäckseln i ¥ m = 2 3 k p m , iV M = 18,3PS, D,„=5,6t/h 15

Archiv f. Landtechnik

b) Mähhäckseln Mm = 19 kpm, iV M = 15 PS, Dm = 5,7 t/h

208

ADAMS, Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemaschinen

unter 6 t/ha (Korn und Stroh) läßt sich ein Durchsatz von 6 t/h nur beim Schwadhäckseln erreichen, da für das Mähhäckseln eine zu hohe Fahrgeschwindigkeit (bis 10 km/h bei 4 t/ha) notwendig würde. Eine Abhängigkeit des Durchsatzes vom Schwadvolumen trat nicht in Erscheinung. Bei der Strohbergung aus dem Schwad (vom Mähdrescher abgelegte Strohschwaden) konnte der Feldhäcksler E 065 mit dem Schlepper RS 01 Durchsätze zwischen 6—8 t/h Roggenstroh erreichen. Ein Durchsatz von 8 t/h überfordert bereits einerseits die Aufnahmefähigkeit des Feldhäckslers und andererseits die Leistungsfähigkeit des Schleppermotors. Der mittlere Durchsatz von 6 t/h läßt sich bei Stroherträgen von 6 t/ha mit einer Fahrgeschwindigkeit von 3 km/h erzielen, bei geringeren Stroherträgen muß die Fahrgeschwindigkeit ansteigen (bis etwa 6 km/h). Bei Stroherträgen unter 3 t/ha ist ein Zusammenlegen von jeweils 2 Mähdrescher-Strohschwaden mit einem Schwader notwendig, um die Mengenleistung zu gewährleisten. Die Arbeitsbreite folgt derjenigen des Mähdreschers, von dem die Stroh Schwaden stammen, sie betrug beim Mähdrescher mit 4 m breitem Schneidwerk 3—3,6 m und beim Mähdrescher mit 3 m breitem Schneidwerk 2,3—2,8 m. Der Drehmomentenschrieb entsprach dem für das Schwadhäckseln von Roggen (Abb. 20a). Die häufigen kurzzeitigen Überlastungen führten immer wieder zu Verstopfungen im Gebläse infolge des Absinkens der Drehzahl. Für die Ernte von Silomais mit dem Feldhäcksler E 065 und dem Schlepper RS 01 kann ein Durchsatz von 15 t/h angesetzt werden. Bei der Bergung von anderem Feldfutter (Futterroggen, Landsberger Gemenge) erreicht man kleinere Durchsätze. Bezieht man den Leistungsbedarf Ntlutz und die Leistungsanteile zum Häckseln und Fördern NM — JV£> zum Antrieb der leeren Arbeitsmaschine NL und zur Überwindung des Zugwiderstandes Nz auf den Durchsatz D, werden spezifische Kennwerte für den Energiebedarf gewonnen (Tab. 8). Tabelle 8 Spez. Energiebedarf für die Erntearbeiten mit dem Feldhäcksler E 065 Mähhäckseln von Silofutter Durchsatz D Energiebedarf* für Verarbeitung der Erntegüter Aß Leerlauf der Maschine AL Zugarbeit Az Gesamt-Energiebedarf A

Mäh- und Schwadhäckseln Schwadhäckseln von Stroh von Getreide

t/h

15

6

PSh/t PSh/t PSh/t PSh/t

1 0,5 0,5 2

1,7 1,3 1 4

6 2,3 1,3 1 4,6

* Erklärung wie Abb. 21.

Der Leistungsbedarfsanteil NM — NL steigt fast proportional mit dem Durchsatz, der entsprechende spezifische Energiebedarf AD bleibt deswegen nahezu konstant (Abb. 21a). Der leichte Anstieg des ^-Wertes konnte statistisch nicht gesichert werden, ist aber vermutlich auf den mit dem Durchsatz ansteigenden Preßdruck der Einzieh walzen zurückzuführen. Beim Strohhäckseln tritt der Anstieg des AD-Wertes deutlicher hervor (Abb. 21b).

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

209

Abb. 21: Feldhäcksler E 065 Abhängigkeit des spez. Energiebedarfes vom Durchsatz

t

v I^ 1• r j.

% •

OurmHe

cnejiocTb

conpoTHBJieHHe.

noHBH),

BJIHHHHe

Ha

nepeKpbiBaiOT

C0CT0HHHC BJIHHIIHC

223

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

y 3 y 6 n a T 0 H 6 o p o n b i , rhckoboh S o p o H b i h y K y j i b T H B a T o p a T a K w e H a 6 j i K > n a e T C H 3aBHCHM0CTb THr0B0I"0 C O n p O T H B J i e H H H OT BH3;a H COCTOHHHH nOHBbl, npH OTHeCehhh T H r o B o r o c o n p o T H B j i e H H H Ha paSonee n o n e p e ^ H o e ce^eHHe. B npaKTHKe, oftHaKo, na TBepHLix no^Bax nojiy^aioTCH MeHbimie rjiySHHbi o 6 p a 6 o T K H , neM H a p b i x j i b i x n o T O a x , npn onHoft h Ton-we H a r p y 3 K e 3 y 6 u o B hjih rhckob h n p w oaHHakobmx y r j i a x aTarai. I l p H orhoh h TOH-5Ke y j i e j i b H o i i H a r p y 3 K e h n p n 0 H i i H a K 0 B 0 i i peryjiHpoBKe, THroBoe conpoTHBJieHHe sthx opynHH oCTaeTCH cpaBHHTejibHo nOCTOHHHblM. I l p c j y r o i K C H H e jiymiieii KjiaccH$HKauHH ayS^aTLix 6opoH n o Harpy3Ke 3y6uoB h TeM caMHM n o THroBOMy conpoTHBJieHHio hojukho cnoco6cTBOBaTb 6ojiee u e j i e c o o pa3HOMy o6o3HaneHHK> 6 o p o H . Ecjih conpoTHBJieHHe K a ^ e i r n i o n p M u e i i i i b i x M a m m i cocTaBjineT siia^HTejihuyio

MacTb THroBoro conpoTHBjieHHH (Hanp., TyKOCCHjiKH, pHHOBbie cenjiKH, kochjikhn0rpy3qHKH, K0CHJIKH-H3MejIbHHTe,riH), TO B03JieiiCTBHe COCTOHHHH no^Bbi Ha T H r o B o e c o n p o T H B J i e H H e o n e H b cnjibHO n e p e K p b m a e T B 0 3 n e i i c T B H e BHj(a iioibh. IIpHi;enHbie M a m n n b i , T p e 6 y i o m H e S o j i b i n o f t np0H3B0RHTejibH0CTH ot B a n a OTSopa

MOUIHOCTH T p a K T O p a ( H a n p . ,

BblCOKOrO

RaBJieHHH,

KOCHJIKH-HSMejIbHHTejIH,

HaB030pa36paCbIBaTejIH),

npOHBJIHIOT

npeCCnOA6opmHKH

HCHyiO

3aBHCHM0CTb

noTpeSHoii mouihocth ot nponycKHOii chocoShocth. y n p H u e n H b i x MauiHH, T p e S y i o m n x HeSojibmyio n p 0 H 3 B 0 R H T e j i b H 0 C T b ot Bajia O T S p a M o m n o c T , hojih 3 a B H C H i i i a f l ot nponycKa o G b n m o CTOJib H e 3 H a * m T e j i b H a , hto e i o mojkho npeneSperaTb (Hanp., pnjiOBbie HtaTKH, KocHJiKHnorpy3iHKH). I I o T p e S H o c T b K a p T o ^ e j i e y S o p o ^ H b i x h c B e K j i o y S o p o H H b i x MauiHH b mouihocth 3 a B H C H T K a K OTHOCHTBJIbHO AOJIH THrOBOH MOUIHOCTH, TaK H OTHOCHTCJIbHO HOJIH npoH3Boj;HTejibHocTH Bajia OTSopa mouihocth ot BHjja h coctohhhh noiBbi (npo-

ceHBaromaH c n o c o 6 H O C T b ) . K p o M e T o r o nonepe^Hbitt p a 3 p e 3 n 0 A H H T 0 H noiBbi 0Ka3bmaeT bjihhhhc H a n0Tpe6H0CTb b np0H3B0n,HTejibH0CTH ot Bajia OT6opa

MOUIHOCTH.

noTpe6nocTb npHuennbix MauiHH h opyAHft b cnjie t o t h h b mouihocth na3ajiacb HBHO Bbline nOTpe0HOCTH MaUUHH H OpyAHft KOHHOfi THrH (c yqeTOM IHHpHHbl

s a x B a T a ) . Hhcthh npHTOHaMH.

Bee

h

6ojibmyio

pabSonyio

CKopocTb

nano

CHHTaTb

riaBHbiMH

Summary The existing data about draught force and total power need of agricultural machines and tools are complemented. Only few machines show a clear dependence of draught force on the type of soil. This dependence becomes most evident on ploughs, deep-breaking machines, and beet harvesters. These are types of work for which a relatively steady work cross-section can or must be kept. The factors influencing the soil condition (early crop, water contents, Gare (proper state of tillage) etc.) are eliminating the influence of the soil type on the draught force. Regarding spike and disc-harrows, and grubbers also a dependence of draught force on soil type and condition is found if the draught force is applied to the work cross-section. Nevertheless on solid soil smaller working depths than on light soil appear, i. e. if equal tine or disc load and equal angles of incidence exist. If the specific load and the adjustment are equal the draught force is relatively constant. 16 Archiv f. Landtcchnik

224

ADAMS, Zugkraft- und Drehmomentmessungen an Schlepperanhängemaschinen

If the rolling-resistance of a machine amounts to a bigger portion of the draught force (fertilizers, drilling machines, mow-loaders, field choppers) the influence of the soil type on the draught force is heavily covered by the soil condition. Machines putting high demands to the P. T. 0 . of the tractor (field chopper, high pressure collecting press, stall dung spreader) show a clear dependence of the total power need on the Regarding machines which are putting smaller demands to the P. T. 0 . the portion depending on the out put us mostly so small that it can be neglected (mow loader, wind rower). The total power need of root crop harvesters is depending on soil type and condition through the portion of power performance and the portion of P. T. 0 . performance. Beside that the soil cross-section influences the performance demands put to the P. T. 0 . The need of tractive power and performance of machines and tools proved higher for tractors than for teams (referring to working-width). Higher deadweight and working speed are probably the main cause for this. Literaturverzeichnis [1] BAGANZ, K . und SOHST, J . : Untersuchungen über die Einsatzmöglichkeiten verschiedener Kartoffelsammelernteverfahren. Forsch.-abschl.-ber. I n s t . Landtechn. Dt. Akad. Landw.-wiss. Berlin 1959 (nicht veröffentlicht) [2] B O C K H O P , C. und B A R N E S , K . : Power Distribution and Requirements of FlailType Forage Harvester. Agric. Engng. J g . 36 (1955), S. 453 [3] B O C K H O R N , K . - H . ; Schlepper im Einsatz und in der P r ü f u n g . Ber. Landtechn. d. K T L . H . 43 (1955), S. 40—45 [4] B O H R I S C H , W . : Ein neuer hydraulischer Zugkraftmesser. Dt. Agr.-techn. J g . 8 (1958), S. 535 [5] B O H R I S C H , W . : Zwei neue Meßgeräte. Dt. Agr.-techn. J g . 7 (1957), S. 515—516 [6] B O H R I S C H , W . : Beitrag zur Drehmomentmessung bei Feld- und Laboruntersuchungen. Tag.-ber. D t . Akad. Landw.-wiss. Nr. 15. Berlin 1958, S. 39—47 [7] B O X L E R , B.: Bodenbearbeitungswerkzeuge u n d Gespannbodenbearbeitung. I n : Die Maschine in der Landwirtschaft. Teil D 1, S t u t t g a r t 1949. S. 57 [8] B U R R O Ü G H , 0 . E. und GRAHAM, I. A.: Power Characteristics of a Plunger Type Forage Baler. Agric. Engng. J g . 35 (1954), S. 221—232 [9] D E N C K E R , C. H . : Landwirtschaftliche Stoff- und Maschinenkunde. 16. Aufl. Berlin 1951. S. 161 [10] F R E I B E R G , O.: Untersuchungen an Scheibeneggen. Techn. i. d. Landw. J g . 15 (1934), S. 200—203 [11] GÜTH, K . : Untersuchungen am Schneidvorgang an Gebläsehäckslern. Landtechn. Forsch. J g . 2 (1952), S. 73 [12] HOLLDACK, H . : Maschinenlehre f ü r Landwirte. 1. Aufl. Berlin 1949, S. 177 [13] K I S S E L J E W , I. I . : Leistungsreserven im Maschinen- und Traktorenpark. Berlin 1954. S. 73—122 [14] K L O E P P E L , R . : Technische Faustzahlen. I n : Landwirtschaftlicher Kalender. J g . 107. Berlin 1958. S. 454—460 [15] K L O T H , W . : Leichtzügigkeit: b) Die technischen Möglichkeiten. R K T L . Sehr. H . 88. Berlin 1938. S. 47—50. (4. Konstrukteurkursus) [16] K L O T H , W. und GÖTTMANN, A.: Untersuchungen über den Schneidvorgang beim Gras- und Getreidemähen. Techn. i. d. Landw. J g . 14 (1933), S. 114—120 [17] K R Ü G E R , J . : Untersuchungen über den Arbeitszeit- und Zugkraftbedarf landwirtschaftlicher Geräte und Maschinen. Berlin 1949 [18] M E Y E R , H . und L E N G S F E L D , J . : Untersuchungen der Fahrwiderstände von neuen Laufwerken f ü r Ackerwagen. Techn. i. d. Landw. J g . 14 (1933), S. 203—207 und 230—231 [19] POLLITZ, B.: Untersuchungen über den Einfluß der Arbeitsgeschwindigkeit auf den Zugkraftbedarf bei Bodenbearbeitungsgeräten, insbesondere beim Pflug. Diss. T.H. Berlin, 1930

Archiv f ü r Landtechnik, 3. Band, H e f t 3, 1961/1962

225

[20] R Ö S E L , W . : Der Leistungsbedarf der Schleppermähwerke in Abhängigkeit von der Arbeitsbreite und -geschwindigkeit. Dt. Agr.-techn. J g . 7 (1957), S. 207—211 [21] SASS, H . : Der Leistungsbedarf der wichtigsten Landmaschinen unter besonderer Berücksichtigung des Zapfwellentriebes. Diss. Univ. Kiel, 1957 [22] S C H A L L E R T , H . : K r ä f t e und Beanspruchungen von Drillmaschinen. R K T L . Sehr. H . 88. Berlin 1938. S. 15—19. (4. Konstrukteurkursus) [23] SCHULZE, K . - H . : Technische Untersuchungen an mechanischen Stalldungstreuern. Landtechn. Forsch. J g . 6 (1956), S. 97—103 [24] S E G L E R , G.: Die Konstruktion des Feldhäckslers. Landtechn. Forsch. J g . 4 (1954), S. 1—8 [25] S K A L W E I T , H . : K r ä f t e und Beanspruchungen in Strohpressen. R K T L . Sehr. H . 88. Berlin 1938. S. 30—35. (4. Konstrukteurkursus) [26] S T R O P P E L , T h . : K r ä f t e und Beanspruchungen in Bindemähern. R K T L . Sehr. H . 88. Berlin 1938. S. 19—29. (4. Konstrukteurkursus) [27] TEICHMANN, W . : Zugkraft der Zugtiere und Zugkraftbedarf landwirtschaftlicher Maschinen u n d Geräte. Diss. Univ. Königsberg, 1928 [28] T H I E L , R . : K r ä f t e und Drehmomente im Schleppermähwerk mit Zahnradantrieb. Grdlgn. d. Landtechn. H . 10 (1958), S. 109—121. (15. Konstrukteurheft) [29] T H I E L , R . : K r ä f t e und Drehmomente im Schleppermähwerk mit Keilriemenantrieb. Grdlgn. d. Landtechn. H . 10 (1958), S. 122—133. (15. Konstrukteurheft) [30] T H U N , R . : Die Untersuchungen von Böden. I n : H a n d b u c h der landwirtschaftlichen Versuchs-und Untersuchungsmethodik. Bd. 1, 3. Aufl. Berlin 1955. S. 28 (Methodenbuch) [31] ZSCHAAGE, F . : Gerät zur statistischen Auswertung von Diagrammstreifen. Arch. Landtechn. Bd. 2 (1960), S. 66—73 [32] ZSCHAAGE, F . : Die dynamischen Eigenschaften des Schreibwerkes T y p K-4 zur Aufzeichnung von Drücken. Arch. Landtechn. Bd. 2 (1960), S. 204—212

16*

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

227

Aus dem Institut für Landtechnik Potsdam-Bornim der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin

LISELOTTE KUNATH

Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden Eingegangen: 15. Juni 1962

1. F r ü h e r e

Untersuchungen

Die Größe des Widerstandes, den der Boden auf einen eindringenden Meßkörper ausübt, wird in der Landtechnik ebenso wie in anderen Zweigen der Landwirtschaftswissenschaften und im Ingenieurbauwesen zur Kennzeichnung von Bodeneigenschaften herangezogen. Hierbei werden Beziehungen zu Bodendichte, Bearbeitungswiderstand, Tragfähigkeit u. a. gesucht. Um günstige Vergleichsbeziehungen zu den spezifischen Pflugwiderständen' zu erhalten, entwickelte BERNSTEIN [16] ein Gerät, bei dem die Kraft gemessen wird, die man benötigt, um den Boden von unten nach oben (mit einem Messer) zu durchschneiden. SPEISER [16] führte vergleichende Untersuchungen mitdem Bernsteinschen Bodenschnittprüfer und Bodensonden durch. In jüngerer Zeit wurde der Bodenschnittprüfer nach Bernstein von SCHLICHTING [15] für Messungen der Zugarbeit beim Pflügen verändert und weiterentwickelt. Zur Bestimmung von Bodenkennwerten mit Hilfe des Eindringwiderstandes von Meßkörpern, die von oben in den Boden gedrückt werden, sind die verschiedensten Sondenbauformen bekannt, z. B. aus der russischen Literatur die Härtemesser nach GORJATSCHKIN, KATSCHINSKY und GOLUBJEW [1], GÄTKE [8,9] und v. MEYENBURG [13, 14] verwenden Stocksonden mit Schreibtrommel, die von Hand in den Boden gedrückt werden. Bei der schreibenden Bodensonde nach BOHRISCH [5, 6] erfolgt der Vorschub praktisch unabhängig vom Widerstand über einen Kurbeltrieb mit Vorschubspindel. H E I N E [10] macht Angaben über eine Stocksonde, bei welcher durch Veränderung eines elektrischen Feldes der Durchdringungswiderstand des Bodens auf einem elektrischen Meßgerät ablesbar ist. DELILLE [7], BOGUSLAWSKY und LENZ [4] beschreiben eine von ihnen benutzte Rammsonde, an welcher man aus der Eindringtiefe der Sonde nach dem Fall eines Gewichtes den Bodenwiderstand errechnen kann. Bei allen genannten Sondenbauformen wird auf Grund des Bodenwiderstandes beim Eindringen des Sondenstabes eine Aussage über die Struktur des Bodens gemacht. Der Widerstand, den der Boden einer Sonde entgegenbringt, ist unterschiedlich je nach dem Zusammenwirken der drei Faktoren Bodendichte, Feuchtigkeit und Bodenart. Weiterhin sind die Form des Eindringkörpers und vermutlich die Einstichtiefe von Bedeutung. MITSCHERLICH und ZANDER [1] stellen folgende Beziehung zwischen dem Energieverbrauch beim Zerschneiden des Bodens und dem Porenvolumen auf:

I benötigte Energie, x Porenvolumen, a, k, r Konstanten. 01.-R. GÄTKE [9] stellt an Hand seiner Versuche in einem Diagramm Beziehungen zwischen dem Eindring wider stand in 30 cm Tiefe und dem Poren-

228

KUNATH, Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden

Volumen dar, wozu er eine doppelte Abszissenachse verwendet. Bestimmt man die dort dargestellten Beziehungen in Anlehnung an (1), so ergibt sich für den spezifischen Einstichwiderstand p in Abhängigkeit vom Porenvolumen x 3100 .

a K

P

kp/cm2 | %

(2)

V. BOGUSLAWSKY und LENZ [4] fanden bei ihren Versuchen, daß der Bodenwiderstand bei abnehmender Feuchtigkeit und abnehmendem Porenvolumen zunimmt. Bei über 25Vol.-% Wassergehalt in Lößlehm kann der Einfluß des Wassergehaltes auf die Größe des Bodenwiderstandes vernachlässigt werden. Sie geben — ebenfalls für Lößlehm — an: „Innerhalb eines mittleren Porositätsbereiches (43—46 Vol.-%) ist der Einfluß der Lagerungsdichte gering. Der Bodenwiderstand kann daher nicht als zuverlässiges Kriterium für den Verdichtungsgrad des Bodens anerkannt werden". Der Einfluß des Bodenverbandes (Kohärenz) wirkt stärker auf die Bodenwiderstandsmessung als das Porenvolumen, da in einem Boden bei gleichem Porenvolumen ein sehr unterschiedlicher physikalischer Bodenzustand vorliegen kann. V. BOGUSLAWSKY und LENZ bezeichnen dies als „Verbandeffekt". BACHTIN [1] zeigt für Rasenpodsol die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes des Bodens von seinem Feuchtigkeitsgehalt und von seiner Festigkeit. In einer umfangreichen theoretischen Betrachtung stellt KOSTRIZIN [12] die Beziehung zwischen Abmessung und Form des Sondenkopfes und den daran wirkenden Kräften auf. Von BACHTIN [1] wurden praktische Untersuchungen über die Form des Sondenkopfes angestellt, wobei sich zeigte, daß ein kegelförmiger Sondenkopf einen weniger steilen Kurvenanstieg verursacht als zylindrische, elliptische oder kugelförmige Köpfe. Die bei den Messungen z. T. beobachtete Tiefeneinwirkung auf die Größe des Bodenwiderstandes erklären v. BOGUSLAWSKY und LENZ mit Bodenstau, wobei sie diesen Effekt nur bei künstlichen Füllungen, jedoch nie bei Messungen in der Ackerkrume festzustellen glaubten. KOSTRIZIN [12] stellte bei seinen Untersuchungen in natürlichem Boden einen linearen Anstieg des Bodenwiderstandes als Funktion der Tiefe in dem von ihm untersuchten Bereich von 20 bis 100 cm Tiefe fest. In dem Bereich < 2 0 cm Tiefe unterstellt er einen parabelförmigen Anstieg, wobei er die für keilförmige Schneiden ermittelte Gleichung von SELINA p = k-zn

(3)

benutzte [12], p spez. Einstichwiderstand oder Sondendruck, z Einstichtiefe, k, n Konstanten, von Boden und Sondenkopfform abhängig. Im Rahmen der v o r l i e g e n d e n A r b e i t war zu untersuchen, ob mit Hilfe von Einstichkraftmessungen eine Aussage über die Größe der Verdichtung des Bodens unter Fahrzeugspuren in der bearbeiteten Schicht gemacht werden kann und ob eine klare Beziehung zum Porengehalt des Bodens besteht. Hierzu mußte an Hand von Laborversuchen auch die Frage der Tiefeneinwirkung auf den Einstichwiderstand geklärt werden.

Archiv f ü r Landtechnik, 3. Band, H e f t 3, 1961/1962

229

2. S o n d e d e r e i g e n e n V e r s u c h e Als Meßgerät diente bei allen Versuchen eine schreibende Einstichsonde nach BOHRISCH [6], Typ 0—1 (Abb. 1).

festigten Meß- und Registrierkopf. Der vertikale Vorschub der Sonde erfolgt durch eine Handkurbel, die über Kegelräder eine Spindel in der Tragsäule antreibt. An der beweglichen Mutter dieser Spindel ist die Halterung f ü r den Meß- u n d Registrierkopf befestigt. Der Sondenstab mit auswechselbarer Spitze, der dicht über dem Boden -geführt wird, drückt gegen den Stempel eines Indikatorkopfes. Der Meßwert wird auf Wachspapier aufgezeichnet, wobei durch eine Kopplung der Schreibtrommel mit dem Vorschub die Einstichkraft in Abhängigkeit von der Tiefe dargestellt wird.

Auswechselbare Indikatorfedern gestatten Messungen bis 75 kg Einstichkraft. Die maximale Einstichtiefe beträgt 40 cm. Bei den Versuchen wurden verschiedene Sondenkörper verwendet (Tab. 1). Tabelle 1 Verwendete Sondenkörper Bezeichnung kleine Spitze große Spitze ieldspitze

Form Kegel Kegel Kegel mit anschl. Zylinder

Spitzenwinkel °

Basis mm 0

26 26

11

26

\

22 f 11

Bemerkungen

n u r f ü r Laborversuche Zylinder 12 m m lang

KUNATH, Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden

230

3. L a b o r v e r s u c h e I m Winter 1960/61 wurden die ersten Tastversuche mit Einstichkraftmessungen in homogenem Material zur Bestimmung des Tiefeneinflusses mit der oben beschriebenen Sonde durchgeführt. Nach Umbauten an der Sonde erfolgte die Fortführung der Laborversuche im Winter 1961/62. 3.1 V o r v e r s u c h e Für die Vorversuche fand Sand Verwendung, wobei für jede Versuchsreihe das Hauptaugenmerk auf die Erzeugung möglichst gleichmäßiger Füllungen gelegt wurde. Als Behälter für den Sand diente zunächst ein kleiner Kasten aus 3,0 mm Aluminiumblech (150 mm X 250 mm X 400 mm). Mit jeweils gleichen Mengen Sand gefüllt, wurde dieser 3 Minuten auf einem Schwingtisch gerüttelt (Frequenz 30 Hz, Amplitude 0,67 mm). In dem dann um 90° gedrehten Kasten, dessen eine Seitenwand abgeschraubt wurde, erfolgten die Sondeneinstiche in 3 verschieden weit von der Grundfläche entfernten, senkrecht zur Schwingungsrichtung liegenden Ebenen. Dadurch sind jeweils Schichten gleicher Dichte durchstochen worden (Abb. 2). Von je 30 Füllungen wurde der Mittelwert des auf die Basisfläche des Kegels bezogenen Einstichwiderstandes p der Sonde für jede von 5 Einstichtiefen im Bereich z = 5—25 cm gebildet. °

b

f Z

Abb. 2. Kleiner Bodenbehälter; Seitenansieht (schematisch) a Verdichtungsphase, b Einstichphase nach Drehung um 90°

11 Aus den Werten jeder Schicht errechnen sich für Gl. (3) im doppelt logarithmischen System mit lg p = lg k + n lg 2

(3a)

die Konstanten [2] der jeweiligen Geraden (Abb. 3). y — a + b x, E x2 X y — E xy 2 x lg k — a = • i (Z x*){Z xf ;

n = b =•

(Exy) — ExZy i{2x2) — (Zxf

wobei x = lg z, y = lg p, i Anzahl der Meßpunkte (Abb. 3).

(4) (5)

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

231

Abb. 3: Darstellung zweier berechneter Geraden im doppelt logarithmischen System Versuch 11, Lehmboden

Die Einstichtiefe wurde auf die Oberkante des Sondenkegels bezogen, also vom Einwirken des gesamten Kegelwiderstandes an gerechnet. Die nach Gl. (3) berechneten Kurven ergaben aber zunächst eine schlechte Übereinstimmung mit den gemessenen Werten. Dabei könnte die Erscheinung, daß bei fast allen berechneten Kurven die Werte für z — 23 cm unter den gemessenen Werten liegen, durch einen Stau vor der Sondenspitze infolge der nur 20 mm entfernten Behälterwand verursacht sein. Deshalb wurde für weitere Laborversuche eine große Druckkiste (500 mm X 700 mm X 500 mm) aus Stahlblech (3,0 mm Dicke) verwendet, deren Füllung nicht gerüttelt, sondern von der Stirnseite aus hydraulisch gepreßt wurde. Der Deckel war mit 5 Lochreihen zu je 6 Löchern versehen, durch die mit der Sonde eingestochen wurde (Abb. 4). Zur Auswertung wurden jedoch nur 3 Lochreihen herangezogen, wobei die am weitesten von der Druckfläche entfernt liegende die lockerste Schicht enthielt. Die Auswertung erfolgte analog der oben beschriebenen. Bei dieser Meßreihe entstammen die für die Berechnung zugrunde gelegten p-Werte je 48 Einstichen. Parallel zu den Sondenmessungen waren Stechzylinderproben zur Porenvolumen- und Wassergehaltsbestimmung aus den jeweiligen Schichten der kleineren sowie der großen Kisten gezogen worden (Tab. 2).

232

KUNATH, Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden 5 50

Abb. 4. Skizze des großen Bodendruckkästens; Seitenansicht

450-

o 5}

700

echntltf Vvlaut >ftttnv vertäu'

Abb. 5 : Abhängigkeit der spezifischen Einstichkraft von der Tiefe Laborversuch I I I / 1 9 6 1 ; Sand, 8 % Feuchte, 0,6 kp/cm 2 Druck

Tabelle 2 Varianten der Versuchsreihe mit der Einstichsonde Bodenart: Sand Nr. I II

III

Abstand mm

Feuchtigkeit /o

Schüttdichte g/cm 3

Porenvolumen /o

kleiner Kasten, naß

80 (Abb. 2) 150 (Abb. 2) 220 (Abb. 2)

9,5 9,5 9,2

1,57 1,61 1,57

40,4 38,7 40,2

kleiner Kasten, trocken

80 (Abb. 2) 150 (Abb. 2) 220 (Abb. 2)

2,5 2,5 2,7

1,52 1,56 1,55

42,2 40,7 41,2

großer Kasten 0,6 kp/cm 2

150 (Abb. 4) 550 (Abb. 4)

8,0 7,8

1,41 1,49

46,5 47,3

Variante

D a auch bei dieser Versuchsreihe die berechneten p-Werte sehr stark von den Meßwerten abweichen, m u ß t e auf eine ungenügende Meßgenauigkeit geschlossen werden (Abb. 5). B e i den relativ geringen auftretenden K r ä f t e n war dies vermutlich auf die erheblichen Reibungskräfte im Meßgerät, vor allem bei der W a c h s papierregistrierung , zurückzuführen.

Archiv für Landtechnik, :!. Band, Heft 3, 1901/1962

233

Abb. 7: Meßkopf der Einstichsonde nach dein Umbau 1 Drehpotentiometer, 2 Biegebalken mit Dehnungsmeßstreifen. 3 Sondenstab

Abb. ß: Gesamtansicht der Einstichsonde nach dem Umbau 1 Elektromotor, 2 Getriebe, 3 Yorschubspindel, 4 Mel.ikopf, ö Sondenstab Abb. 8: Gesamtansicht der Versuchseinrichtung zur elektrischen Messung l elektrische Sonde, 2 Meßbrücke IM{ 9300, 3 Koordinatenschreiber, 4 Anpassungswiderstand, ö Transformator, 6 Schalttafel, 7 Spannungsregler, 8 Batterie. 9 großer Bodendruckkasten

3.2

Versuchseinrichtung

F ü r weitere Untersuchungen wurde daher die Sonde umgebaut (Abb. 6). An Stelle der Handkurbel wurde ein 80 W-Elektromotor mit Getriebe als Antrieb angebaut, um eine gleichmäßige Geschwindigkeit beim Eindringen der Sonde in den Boden zu gewährleisten. Der mechanische Indikator wurde durch einen trapezförmigen ßiegebalkcn mit 2 gegenseitig aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen (600 Ohm) e r s e t z t J A b b . 7).

~2 ,-3

Abb. 9: Originalaufnahme einer Einstichkraftmessung 1 Meßaufzeichnung, 2 EinstichtiefeneiclHuisr. 3 Einstichkrafteichung

234

KUNATH, Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden

Diese Dehnungsmeßstreifen wurden als äußere Brückenzweige an die Meßbrücke P R 9300 der Fa. Philips angeschlossen und von dieser über einen Anpassungswiderstand auf das horizontale Spiegelgalvanometer des Koordinatenschreibers des VEB Geräte- und Reglerwerk Teltow übertragen (Abb. 8). Die Tiefenanzeige wurde vom Vorschubmechanismus über ein Zahnrad abgenommen und auf ein Drehpotentiometer übertragen, das in einem 12 V-Gleichspannungskreis lag (Abb. 9). Der Potentiometerabgriff lag über Vorschaltwiderständen am vertikalen Spiegelgalvanometer des Koordinatenschreibers. Durch diese Schaltung wurde auf der Photoplatte in der Abszisse die Einstichkraft (P) und in der Ordinate die Einstichtiefe (z) abgebildet. 3.3 V e r s u c h s d u r c h f ü h r u n g Für die Untersuchungen mit der elektrisch betriebenen Sonde fand zur Herstellung der Versuchsböden der bereits beschriebene große Behälter mit hydraulischer Druckeinrichtung Verwendung. Die Einstichentfernung von der Druckplatte war bei diesen Versuchen je nach der gewünschten Bodendichte variabel. Die Meßreihen wurden in folgender Weise durchgeführt: Nachdem die Geräte abgeglichen und die Photoplatte eingeschoben waren, erfolgte vor jedem Einstich mit der Sonde eine Eichung für die Einstichkraft mittels bestimmter Gewichte und für die Einstichtiefe mit einem 500 OhmPotentiometer. Auf die gleiche Platte wurde der Meßschrieb der entsprechenden Versuchsanstellung gefahren. Für jede Lochreihe sind 4 Paralleleinstiche vorgenommen und ferner je 4 Stechzylinderproben in 3 Tiefen gezogen worden. Im Rahmen der Untersuchungen fanden drei verschiedene Bodenarten Verwendung (Tab. 3). Tabelle 3 Ergebnisse der Bodenuntersuchung Bodenart Sand Lehmboden Komposterde

Grobsand % 2 - 0 , 2 mm 59,2 29,7 26,2

Schluff % Ton % Feinsand % < 0 , 2 - 0 , 0 2 mm < 0 , 0 2 - 0 , 0 0 2 mm < 0 , 0 0 2 mm •36,9 51,2 60,3

3,3 8,6 7,4

0,6 10,5 6,1

Humus /o 0,88 0,31 3,84

Mit diesen Bodenarten wurden Versuchsreihen durchgeführt (Tab. 4), die dem Vergleich verschiedener Dichten bei gleicher Feuchtigkeit (Gruppe A) und dem Vergleich der großen und kleinen Spitze bei verschiedenen Feuchtigkeiten und unterschiedlichen Schüttungen (Gruppe B) oder dem Vergleich verschiedener Böden bei unterschiedlichen Schüttungen (Gruppe C) dienen. 3.4 V e r s u c h s e r g e b n i s s e Zur Auswertung wurden wieder die Werte des Einstichwiderstandes für die Einstichtiefen z = 5,0—23,0 cm für die kleine Spitze und 6,5—24,5 cm für die große Spitze auf die Basisfläche der Kegelspitze bezogen. Aus der Auswertung

235

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962 Tabelle 4 Varianten der Versuchsreihe mit der Einstichsonde (elektrische Meßeinrichtung) Gruppe

Vers.-Nr.

2a b 3a b 6 8 9 a b 10 a b 11

A B

C

Bodenart

Sand Sand Sand Sand Sand Sand Sand Sand Kompost Kompost Lehm

°/o

Schüttdichte g/cm 3

7,9 7,8 7,8 7,3 6,7 7,1 5,7 5,6 37,9 39,0 8,4

1,46 1,40 1,46 1,44 1,42 1,44 1,42 1,43 0,98 1,03 1,52

Feuchtigkeit

Porenvolumen

%

44,3 46,7 44,6 45,4 46,0 45,4 46,2 45,5 59,8 57,9 42,6

Spitzenart

kleine kleine große u. große u. große u. große u. große u. große u. große u. große u. große u.

kleine kleine kleine kleine kleine kleine kleine kleine kleine

von je 4 Photoplatten erfolgte die Mittelbildung und die Berechnung der Geraden wie bei den Vorversuchen. Die Versuche mit 2 unterschiedlichen Spitzengrößen sind ferner nach einer Gleichung von B E K K E R [3] für die Einsinktiefe von Platten verrechnet worden: ( y + i,)-*", wobei und

a l, "i'^i l ' V~ b—b 2 U1

2 a-y, a 2 blt 62 p 2

(6) /n\ *'

"l

Ordinatenwerte für den Abszissenwert 2 = 1 für die kleine und große Spitze, Durchmesser der Eindringkörper, Flächenbelastung der Platte (spezifischer Einsinkwiderstand), Einsinktiefe.

Dabei wurden zum Teil die Exponenten der eingezeichneten Geraden geringfügig gegenüber der Geraden des kleinsten Fehlers im Sinne einer Mittelwertbildung zur Erreichung einheitlicher Exponenten korrigiert, wie aus den Darstellungen zu entnehmen ist. Die Meßwerte und die errechneten Kurven der Versuche 9 a, 10 a und 11 mögen als Beispiele dienen. Hierbei stimmt der theoretische Kurvenverlauf bedeutend besser mit den Meßkurven überein als bei den vorjährigen Versuchen, die ohne elektrische Meßeinrichtung durchgeführt wurden (Abb. 10, 11 und 12). Die in den Versuchen beider Jahre ermittelten Werte für die Konstanten n und k sowie kv und kc — für die mit unterschiedlichen Spitzen durchgeführten Versuche — wurden zur Feststellung etwa bestehender Wechselbeziehungen tabellarisch zusammengestellt (Tab. 5). Für Sand wurden k und n über dem Porenvolumen dargestellt (Abb. 13 und 14).

236

KUNATH, Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden

Eindringtiefe

•

große

Spitze

• —

kleine

Spitze

t

cm

.

• Ve suchswert • Ve suchs werte

5

>0

-

errechnet Werte errechnet e Werte

15

20

Eindringtiefe

Findringtiefe

Abb. 10: Abhängigkeit der spezifischen Einstichkraft von der Tiefe Laborversuch 9a/1962; Sand, 5 , 7 % Feuchte, 0,3 kp/cm2 Druck

p-177-z

0

fi-t.53z

0

25 z

z

30 cm

cm

Abb. 11: Abhängigkeit der spezifischen Einstichkraft von der Tiefe Laborversuch 10a/1962; Komposterde, 37,9% Feuchte, 0,3 kp/cm2 Druck

Abb. 12: Abhängigkeit der spezifischen Einstichkraft von der Tiefe Laborversuch 11/1962; Lehmboden, 8,4%Feuchte, 0,3 kp/cm2 Druck

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

237

Tabelle 5 Zusammenstellung der Versuchsergebnisse Vers.-Nr. 1960/61 Ia b c IIa b c lila b c 1961/62 2 a b 3 a b 6 8 9 a b 10 a b 11

Variante

Abstand* mm

n

80 150 220 80 150 220 80 150 220

0,55 0,42 0,36 0,69 0,62 0,25 0,27 0,35 0,55

2,27 2,37 1,19 1,28 0,97 1,14 2,80 1,81 0,78

0,32 0,23 0,45 0,24 0,55 0,36 0,29 0,30 0,21 0,22 0,34

2,10 2,10 1,23 2,69 0,78 1,70 1.74 2,06 1,77 2,01 2,06

kleiner Kasten nasser Sand kleiner Kasten trockener Sand großer Behälter 0,6 kp/cm 2 Sand

Gruppe A Gruppe B

Gruppe C

Je * *

k0

ktp

1,19 1,93 0,76 1,54 1,52 2,06 1,42 1,67 1,70

0,44 8,31 0,22 1,72 2,42 0,00 3,96 3,77 3,96

* Abstand der Einstiche von der Grund- oder Druckfläche. * * Für kleine Spitze.

* i.abor +

vers uche

von

uche

von

aborvers

sei

196 2 X

+ X

X

»

Abb. 13: Abhängigkeit des Faktors k der Gl. (3) vom Porenvolumen Sand; kleine Spitze

4X

;

i

!

i.0

+

k* I.6I4- 0.002•

±

+

X

i '

i

X

Ì2

ü

Porenvolumen

46

18

je

x Laborversuch^ .on 196t + Laborversuche mi 1962

— fft.22~0.02-X

Abb. 14: Abhängigkeit des Exponenten n der Gl. (3) vom Porenvolumen Sand, kleine Spitze

39

33

i2

(3 ti i5 Portnvolumen x

¿6

V«

i

*

238

KUNATH, Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden

3.5 A u s w e r t u n g der E r g e b n i s s e Die Laborversuche wiesen nach, daß die Größe des EinstichWiderstandes mit der Einstichtiefe nach einem parabolischen Gesetz entsprechend Gl. (3) zunimmt. Als Erklärung für diese Erscheinung kann eine geringere Ausweichmöglichkeit des Bodens mit zunehmender Tiefe dienen. In diesem Zusammenhang ist auch auf die in der Baugrundmechanik übliche Unterstellung eines mit der Tiefe veränderlichen Elastizitätsmoduls hinzuweisen [11], Für die Abhängigkeit des Einstichwiderstandes von der Tiefe konnte die von SELINA für Schneiden aufgestellte Beziehung [14] p = k-zn

(3)

auch bei Kegeln bestätigt werden. Die Größe des Exponenten n, welche bei SELINA > 1 war, wurde für Kegel zu n < 1 gefunden. Beim Vergleich geometrisch ähnlicher Spitzen ergaben sich Beziehungen zwischen den Einstichkörpern, die mit denen von B E C K E R [3] für Platten ermittelten identisch sind. Dadurch könnte die Platte als Sonderfall eines Kegels mit 180° Spitzenwinkel aufgefaßt werden. Die ermittelten Beziehungen gestatten die Umrechnung von Einstichwiderständen geometrisch ähnlicher Sondenspitzen. In diesem Zusammenhang sei auch auf die Versuchsergebnisse von BACHTIN [1] hingewiesen, dessen geringere spezifische Einstichwiderstände bei größeren Sondenkörpern mit Hilfe der gewonnenen Beziehungen einwandfrei zu deuten sind. Über die Abhängigkeit der bodenbedingten Werte n und k vom Porenvolumen ergaben sich keine gesicherten Aussagen, obwohl sich für den Exponenten n mit zunehmendem Porenvolumen eine leicht fallende Tendenz andeutet (Abb. 13 und 14). 3.6 F o l g e r u n g e n Aus den angeführten Laboruntersuchungen muß geschlossen werden, daß zwar innerhalb einer Füllung (einheitlicher Bodenzustand) eine Registrierung unterschiedlicher Bodenverfestigung mit der Bodensonde sehr gut gewährleistet ist, daß jedoch daraus keine Schlüsse auf die Größe des Porenvolumens gezogen werden können. Der Einstichwiderstand wird von mehreren Bodenfaktoren beeinflußt, die sich einzeln nicht oder nur sehr schwer eliminieren lassen. 4. F e l d v e r s u c h e zur q u a n t i t a t i v e n

Dichtebestimmung

Außer den Laborversuchen wurden, da sich die elektrisch betriebene Sonde nicht mitführen ließ, mit der auf Wachspapier schreibenden Bodensonde (Abb. 1) eine Reihe von Feldmessungen auf den verschiedensten Böden durchgeführt. Parallel zu den Sondenmessungen wurden jeweils in 7 und 12 cm Tiefe Stechzylinderproben gezogen. Diese Untersuchungen sollten zur Klärung der Frage des Zusammenhanges zwischen Bodendichte und Einstichkraft dienen. 4.1 A u s w e r t u n g der g e s a m t e n F e l d m e s s u n g e n Um zu untersuchen, ob mit Hilfe der Einstichkraftmessung eine Bestimmung der absoluten Größe des Porenvolumens möglich ist, wurden etwa 100 Feld-

Arohiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

239

messungen ausgewertet, die aus mindestens vier Einzelwiederholungen der Messung v o n P o r e n v o l u m e n u n d E i n s t i c h k r a f t bestanden. Aus der Gesamtheit der Meßwerte ließ sich keinerlei Tendenz ableiten. D a r a u f h i n erfolgte eine T r e n n u n g n a c h B o d e n a r t e n u n d Meßtiefen. Bei den e n t s t e h e n d e n 4 n e u e n Kollektiven d e u t e t e sich n u r f ü r schwere Böden (sL—T) u n d f ü r die Tiefe 7 cm eine Beziehung entsprechend Gl. (2) f ü r die Mittelwerte an, wobei der weite Streubereich aber keine praktische A n w e n d u n g zulassen d ü r f t e (Abb. 15). Auch eine Differenzierung n a c h der Bodenfeuchtigkeit f ü h r t n i c h t zu klaren Ergebnissen. Auf G r u n d dieser Feldmessungen ergab sich also keine hinreichend sichere Beziehung f ü r die E r m i t t l u n g der B o d e n d i c h t e aus der E i n s t i c h k r a f t . kp/enf 30

,

K

Abb. 15: Abhängigkeit des Einstichwiderstandes vom Porenvolumen Bodenarten sl—T, Tiefe 7 cm

4.2 A u s w e r t u n g d e r v e r g l e i c h e n d e n

Porenvtlumtfi Feldmessungen

Dagegen wiesen die .La&orversuche aus, d a ß i n n e r h a l b einer S c h ü t t u n g Differenzen in der Dichte g u t m i t der Sonde nachzuweisen sind. U m diese E r s c h e i n u n g i n Feldversuchen zu bestätigen, wurden 20 F a h r s p u r e n d e s S c h l e p p e r s R S 01/40 auf verschiedenen Böden auf V e r d i c h t u n g e n m i t der Bodensonde u n d d e m Stechzylinder-Verfahren vergleichend u n t e r s u c h t . Als K e n n w e r t wurde die Sicherung der Differenz zwischen der Spur u n d dem b e n a c h b a r t e n unbef a h r e n e n Boden b e n u t z t . Die Sondenvergleiche von Spur zu U n b e f a h r e n zeigen 6 5 % gesicherte W e r t e , w ä h r e n d die Porenvolumenmessungen in 7 cm Tiefe n u r i n 10 Fällen (50%) gesicherte Differenzen ergeben. Bildet m a n die Mittelwerte der Sicherungswerte 1 , so ergeben sich f ü r die Sonden- u n d PV-Messungen 0,41 u n d 0,26. Berücksichtigt werden m u ß hierbei, d a ß die z u m Vergleich.herangezogenen Sondenwerte eine Sicherung bei E r f a s s u n g v o n Tiefen bis 20 cm aufweisen, w ä h r e n d die gesicherten PV-Messungen alle u m 7 cm Tiefe liegen. Die PV-Messungen u m 12 cm Tiefe zeigen u n t e r 17 Messungen n u r einen einzigen gesicherten W e r t . Von allen PV-Vergleichen u m 7 cm Tiefe u n d u m 12 cm Tiefe sind n u r 3 0 % gesichert. Das arithmetische Mittel des Sicherungswertes ergibt 0,16. 1

Sicherungswert 1 0,75 0,50 0,25

17

= = = =

sehr gut gesichert gut gesichert genügend gesichert schwach gesichert.

Archiv f. Landtechnik

240

KUNATH, Zur Bodendichtebestimmung mit Bodensonden

Die registrierende Bodensonde bietet daher bei vergleichenden Messungen bessere Sicherungsmöglichkeiten f ü r Bodenverdichtungen als die Stechzylindermethode. 4.3 F o l g e r u n g e n Aus den Beobachtungen bei den Feldmessungen mit der Bodensonde ergaben sich somit zwei Folgerungen: 1. Eine verläßliche Aussage über die absolute Größe des Porenvolumens auf Grund der Einstichkraft kann nicht gemacht werden. 2. Für vergleichende Messungen der Bodendichte auf ein und demselben Feldteil (z. B. Schlepperspur und Unbefahren) ist die Sonde gut geeignet. 5. Z u s a m m e n f a s s u n g I n den Jahren 1961 und 1962 wurden zur Klärung der Frage, ob mit Hilfe der Bodensonde durch die Einstichkraftmessung eine Aussage über die Größe der Verdichtung unter Fahrzeugspuren oder z. B. unter der Pflugsohle möglich sei, Laborversuche in homogenem Material und Feldmessungen auf verschiedenen Böden durchgeführt. Die Laborversuche dienten vor allem der Untersuchung der Tiefeneinwirkung auf den Einstichwider stand. Aus den Laborversuchen und einer großen Anzahl Feldmessungen wurden die Folgerungen gezogen: 1. Porenvolumen und Einstichkraft zeigen keine eindeutige Beziehung zueinander. 2. Die Feststellung unterschiedlicher Bodenverfestigung — bei Feldmessungen unter gleichen Bodenbedingungen und bei Laborversuchen innerhalb ein und derselben Füllung •—• ist mit der Bodensonde, besonders bei kleinen Unterschieden, sicherer möglich als mit Stechzylindern. Außerdem brachten die Laborversuche folgende Ergebnisse: 1. Der Einfluß der Einstich tiefe auf den Einstich widerstand konnte in Übereinstimmung mit Gl. (3) von SELINA [12] nachgewiesen werden. 2. Die von B E K K E R [3] aufgestellte Gl. (6) f ü r die Einsinktiefe von Platten gilt ebenfalls für Spitzen. 3. Mit zunehmendem Porenvolumen konnte f ü r den Exponenten n der Gl. (3) eine leicht fallende Tendenz festgestellt werden. Mit der Bodensonde nach BOHRISCH können Bodenverdichtungen qualitativ festgestellt werden. Es ist jedoch damit noch nicht möglich, eine Aussage über die Größe der Verdichtung zu machen. Pe3K>Me

fljiH BbiHCHeHHH Bonpoca, MOJKHO JIH npH n o M o n p i uiyna AJIH no^Bbi n y r e M H3MepeHHH CHJIH BTbiKüHHH cyjjHTb o cTeneHH ynjioTHeHHH n o n cjienaMH c e j i b c Koxo3HiicTBeHHbix MauiHH HJIH, Hanp., non NOÄONIBOFT njiyra, B 1961 H 1962 r r . NPOBOAHJIHCB j i a ö o p a T o p H b i e onbiTbi B roMoreHHOM M a T e p H a j i e H noJieBbie H3MepeHHH Ha pa3jiHHHbix n o i B a x . JlaßopaTopHbie onbiTbi n p e w R e B c e r o c j i y w w j i H AJIH HCCJieROBaHHH TJiyÖHHbl B03fleÜCTBHH Ha COnpOTHBJieHHe n p H BTbIKaHHH.

Arohiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

241

JlaôopaTopHbie onbiTbi H MHoroincjieHHbie noJieBbie H3MepeHHH noKa3ajiH cnenyiomee : 1 . 06'eM nop H CHJia BTBWAHHH He npoHBjinioT HCHHX KoppejiHUHft. 2. B nojieBbix H3MepeHHHx npn 0HHHaK0Bbix no^BeHHbix ycjiOBHHX H B JiaôopaTopHMx onbiTax npn OHHOM H TOM » e HanojiHeHHH — npn noMoinH myna, ocoôeHHO npH Heôojibinnx pa3HHijax, onpe^ejieHHe pa3JiH*mbix ynjioTHeHHii noiBH npoH3BonHTCH HajjejKHee, neM npa noMomn Heôoabiimx npHÔopoB LiHjiHHupHHecKOH $opMbi (Stechzylinder).

KpoMe Toro jiaôopaTopubie

OIIHTH

aajiH cjie^yiomHe pe3yjibTaTLi :

1. 3 E J 1 H H A [12] yaajiocb «0Ka3aTb BJIHHHHÔ CHJIH BTbmaHHH Ha conpoTHBJieHne

BTbIKaHHIO COrjiaCHO ypaBHGHHK) (3). 2. YpaBHeHHe (6), cocTaBjieHHoe B E K K E P O M [3] AJIH rjiyÔHHbi yBH3Kn IIJIHT, PteHCTBHTejIbHO H AJIH OCTpHH. 3. C B03pacTai0mHM oô'eMûM nop ynajiocb ycTaHOBHTb HJIH noKa3aTejiH n ypaBH6HHH (3) cjierna noHnwaiomyiocH TeHneHunio.

ripn rioMoinHrnynano BOPHIHy

BO3MOJKHO Kanecmeeuno

noHBbi. OnnaKO, npn noMomn SToro uiyna eiye ynnoTHeHHH.

onpenejiHTb ynjioTHenHH ycTaHOBHTb CTeneHb

HCBO3MO>KHO

Summary In order to settle the question whether it is possible to measure the largeness of solidification under wheel-tracks or the plow sole with the help of a soil-probe by measuring the puncture power, laboratory experiments with homogeneous material and field-measurings on different soils have been carried out in 1961 and 1962. These tests served in the first place to the investigation of the depth effect on the puncture resistance. The following conclusions were drawn from the laboratory tests and a great number of field measurings : 1. Volume of pores and puncture power showed no clear relation to each other. 2. The investigation of different soil solidifications is safer with the soil-probe than with small puncture-tubes, especially if the differences are small. This concerns field-measurings under equal soil conditions and laboratory tests with equal fillings. Beside that the following results were achieved by laboratory tests : 1. The influence of puncture depth on puncture resistance could be proved in accordance with equation (3) of Selina (12). 2. The equation (6) for the sinking depth of plates put up by Bekker (3) applied also for tips. 3. With increasing volume of pores a slightly decreasing tendency of the exponent n of equation (3) could be stated. With the soil-probe according to Bohrisch soil solidifications can be stated qualitatively. I t is however not possible to come to conclusions about the largeness of the solidification. 17*

242

KUNATH, Zur Bodendiohtebestimmung mit Bodensonden

Literaturverzeichnis [1] BACHTIN, P. U.: Die Dynamik der physiko-mechanischen Eigenschaften der Böden in Verbindung mit Fragen ihrer Bearbeitung. Aus den Arbeiten des DokutschajewBodeninstituts, Bd. 45, Moskau, S. 56—61 u. 106—118 [2] BAULE, B.: Die Mathematik des Naturforschers und Ingenieurs. Leipzig 1950, S. 161 [3] BEKKER, M. G.: Off the Road Locomotion. Ann Arbor, Michigan 1960, S. 25—40 [4] BOGUSLAWSKY, E. v., LENZ, K. 0 . : Untersuchungen über mechanische Widerstandsmessungen mit "einer Rammsonde auf Ackerböden. 2. Mitteilung, Zeitschrift für Acker- und Pflanzenbau, Bd. 109 (1961), S. 3 3 ^ 8 [5] BOHRISCH, W.: Ein Beitrag zur Ausbildung von Bodensonden. Deutsche Landwirtschaft, 9. Jg. (1958), S. 188—189 {6] BOHRISCH, W.: Entwicklung und Bau einer Bodensonde. Forschungsabschlußbericht des IfL (unveröffentlicht) [7] DELILLE, K.: Das Bedürfnis nach einem Bodenfestigkeitsprüfer. Landmaschine, 53. Jg. (1926), S. 681—682 [8] GÄTKE, Cl.-R.: Zur Ausbildung und Handhabung von Bodensonden. Deutsche Landwirtschaft, 9. Jg. (1958), S. 590—591 [9] GÄTKE, Cl.-R.: Technik der Bodenstrukturuntersuchung mit der Bodensonde. Deutsche Landwirtschaft, 8. Jg. (1957), S. 608—611 [ 10] HEINE, H.: Nochmals Bodensonde zur Feststellung von Bodenverdichtungen. Deutsche Bauerntechnik, 4. Jg. (1950), S. 6 [11] KOLLBRUNNER: Fundation und Konsolidation. Schweizer Druck- u. Verlagshaus, Zürich o. J., S. 2 8 7 - 3 5 1 [12] KOSTRIZIN, A. K.: Das Schneiden des Bodens durch Messer und kegelförmige Körper. Veröffentlichung der Lenin-Akademie, 1956, Bd. III, Staatl. Verlag für landw. Literatur, Moskau, S. 247 [13] MEYENBURG, C. v.: Registrierende Druck- und Stichfestigkeitssonde für Kulturböden. Internationale Mitteilungen für Bodenkunde, Bd. X I I I (1926), S. 201—202 [14] MEYENBURG, C. v.: Bodenfestigkeitsprüfer. Landmaschine, 53. Jg. (1926), S. 713 bis 715 [15] SCHLICHTING, M.: Messung der Schlepperausnutzung und der Zugarbeit beim Pflügen. Wissenschaftl. Abhandlungen der DAL zu Berlin, Bd. 8 (1954), S. 8 0 - 8 5 [16] SPEISER, H.: Versuche zur Erprobung des Bernsteinschen Bodenschnittprüfers. Inaugural-Dissertation, 1929, Halle/S. [17] TEIPEL, R.: Die Entwicklung einiger Methoden zur Ermittlung der Bodenstruktur. Agrartechnik, 2. Jg. (1952), S. 306—310

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

243

Aus dem Institut für Landtechnik Potsdam-Bornim der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin (Leiter: Dipl.-Landwirt H. KUHKIG)

M. TSCHIERSCHKE

Die Erzeugung von Biogas im landwirtschaftlichen Betrieb Eingegangen: 26. März 1962

Nachdem die Forschungsarbeiten am' Problem der Vergärung von Mist und landwirtschaftlichen Abfallstoffen in der DDR zu einem z. Z. endgültigen Abschluß gekommen sind [48, 49], soll in dieser Abhandlung in gekürzter Form über die gesamte von Wissenschaftlern verschiedener Institutionen getane Arbeit zusammenfassend berichtet werden. Die Untersuchungen bestanden aus Messungen im praktischen Betrieb und ergänzenden Laborversuchen mit dem Ziel der Durchführung einer Wirtschaftlichkeitsberechnung für eine Biogas-Produktionsanlage. Diese Rechnung wies die Unrentabilität einer derartigen Anlage gegenüber einem Stadtgasanschluß nach, weshalb die weiteren Forschungsarbeiten abgebrochen wurden. 1. D e r M e c h a n i s m u s d e r M e t h a n g ä r u n g Die Erzeugung von Biogas beruht auf der Vergärung landwirtschaftlicher Abfallprodukte mit Hilfe von Methanbakterien, weshalb zunächst einige Ausführungen über den Ausfaulungsprozeß gemacht werden sollen. Die ersten Untersuchungen über die Methangärung führten SÖHNGEN [42] und OMELIANSKI [28] an Abwässern durch. Sie schufen durch ihre Arbeiten über die Stoffwechselvorgänge der methanerzeugenden Mikroben bei der Zersetzung organischer Stoffe und durch ihre Untersuchungen über die Mikrobiologie und Morphologie der Methanbakterien die Voraussetzungen zur technischen Ausnutzung der Methangasgewinnung aus organischen Abfallstoffen. Weitere Arbeiten [3, 4, 14, 20] rundeten das Bild ab, so daß folgende Typen von methanerzeugenden Bakterien bekannt sind: Methanosarcina methanica Methanococcus Mazei Methanobakterium Söhngenii Methanobakterium Omelianskii Methanobakterium suboxydans Methanobakterium propionicum. Diese Organismen können nur unter anaeroben Bedingungen existieren. Sie sind gegenüber plötzlichen Temperaturschwankungen sehr empfindlich. Die Anpassung an höhere oder niedrigere Temperaturen kann durch Selektion erworben werden. Je nach der Umgebungstemperatur unterteilt man die Ausfaulungsprozesse mit Methanbakterien in kyrophile Vergärung (4 bis 8 °C) mesophile Vergärung (30 bis 35 °C) und thermophile Vergärung (50 bis 55 °C), wobei festgestellt werden konnte, daß für die jeweils vorhandene Temperatur typische Bakterienstämme im Faulgut vorherrschend sind.

244

TSCHIERSCHKE, Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb

Das erzeugte Methangas stellt ein Stoffwechselprodukt der Bakterien dar. Die Gärung selbst wird von P I R K L [29] eingehend beschrieben, wobei jedoch darauf hingewiesen wird, daß die hierbei auftretenden chemischen Prozesse noch nicht völlig bekannt sind. 2. A n w e n d u n g d e r M e t h a n g ä r u n g z u r V e r g ä r u n g v o n s t ä d t i s c h e n Abwässern und landwirtschaftlichen Abfallprodukten Durch IMHOFF wurde die kyrophile Vergärung erstmalig bei der Aufbereitung städtischer Abwässer industriell angewandt [15] und das hierbei entstandene Faulgas aufgefangen. Die weitere Verbesserung des Verfahrens führte zu den derzeitigen großen Ausfaulungsanlagen für städtische Abfallprodukte. Um den Gärprozeß zu beschleunigen, werden die neueren Faulräume beheizt. Man wendet in diesem Falle das mesophile Ausfaulungsverfahren an. Das Hauptaugenmerk dieser Anlagen liegt auf der hygienischen Beseitigung der Abwässer. Das als Nebenprodukt anfallende Gas wird in der Regel in der Kläranlage selbst zur Heizung der Faulräume und Schlammtrockenkammern sowie zum Antrieb von Gasmotoren benutzt. ROEDIGER [32] hat bereits einen umfassenden Überblick über alle bisherigen Arbeiten auf diesem Gebiet gegeben. Deshalb soll in diesem Rahmen hierauf nicht näher eingegangen werden. Landwirtschaftliche Abfallprodukte versuchte man, bedingt durch den damaligen Energiemangel, erstmalig im Jahre 1944 zur Faulgasgewinnung heranzuziehen. Die von IMHOFF [16] in Schondorf/Bayern aufgebaute Anlage kam allerdings durch die Kriegsereignisse nicht mehr in Betrieb. Von F. REINHOLD [31, 30] wurde das Prinzip der Anlage übernommen, weiterentwickelt und als System ,,Darmstadt" bezeichnet. Weiterhin entstanden die Verfahren System „Berlin", ersonnen von IKONOMOFF und GÄRTNER [12], System „Schmidt-Eggersglüß", entwickelt von SCHMIDT und EGGERSGLÜSS [8, 50] und System „München", entwickelt von LIEBMANN u. a. [44], Daneben ist noch das System „Massaux" [21] bekannt, das besonders in Südfrankreich verbreitet ist. Im folgenden sollen die erwähnten Bauarten kurz beschrieben werden: System Darmstadt Die Anlage (Abb. 1) wird mesophil betrieben. Der Faulraum ist im allgemeinen als wärmegedämmter Behälter mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt unter Terrain angelegt. Die sich bildende Schwimmdecke wird durch ein Scheibenoder Gitterrührwerk zerstört, das gleichzeitig die Ausfaulungsstoffe durch den Faulraum transportiert. Der Stallmist wird im Stall in einen Zuführungsschacht zum Faulraum eingeworfen und durch die Gasschleuse in den Faulraum gedrückt. Die Entnahme des ausgefaulten Mistes erfolgt mit einem Greifer am anderen Ende des Faulbehälters. Jauche und Schmutzwasser fließen dem Faulraum kontinuierlich zu. Durch einen Überlauf wird die Flüssigkeit im Faulbehälter stets auf gleicher Höhe gehalten. Zur Faulraumheizung verwendet man Dampf oder Warmwasser. Das erzeugte Gas wird im Gasdom des Faulraumes aufgefangen und einem Gasbehälter zugeleitet.

Arohiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

Faul

245

räum

Abb. 1: Schema der Biogasanlage System „Darmstadt"

System Berlin Die Ausfaulung erfolgt mesophil. Der wärmegedämmte Faulraum (Abb. 2) ist in die Erde eingelassen. Der anfallende Stallmist wird vom Stall aus unmittelbar über eine mechanische Entmistungsanlage in den Faulraum eingeschoben. Ebenso fließt die Jauche vom Stall in den Faulraumbehälter.

Die Bildung einer Schwimmdecke wird durch den Einbau einer feststehenden Rechenanlage vermieden. Infolge der Speicherung des erzeugten Gases im Faulraum entsteht in Zeiten geringen Gasverbrauches ein Überdruck im Gassammelraum, der die Schwimmdecke durch den Rechen nach unten hindurchdrückt und sie damit zerstört. Bei hohem Gasverbrauch verringert sich der Gasdruck, und die Schwimmdecke wird durch die nachdrückende Faulflüssigkeit von unten nach oben wieder durch den Rechen gedrückt. Gleichzeitig gelangt während des Hebens und Senkens der Schwimmdecke ein Teil der ausgefaulten Stoffe in einen Mittelschacht und von hieraus zu einem

246

TSCHIERSCHKE, Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb

Speicherbehälter für Düngeschlamm. Die Heizung erfolgt durch WarmwasserUmlauf heizung. Ein Gasspeicherbehälter entfällt infolge der besonderen Bauart der Anlage. System Schmidt-Eggersglüß Bei Biogasanlagen nach diesem System (Abb. 3) wird der Stallmist mittels eines Jauche-Schmutzwasser-Kreislaufes aus den Stallanlagen abgeschwemmt und in Paulräume gepumpt. Diese Faulräume sind aus wasser- und gasdichtem Beton hergestellt und gegen Wärme Verluste isoliert. Der Faulschlamm wird durch Ein-

Bioga s

J

Schwemmen! mistung

Handbetätiqunq

X

Düngeschtamm

Mischgrube

-

Anhänger

Abb. 3: Schema der Biogasanlage System „Schmidt-Eggersglüß"

blasen von Dampf aufgeheizt (mesophile Vergärung). Zur Schwimmdeckenzerstörung benutzt man einen Spülkopf [39]. Nach dem Ausfaulen wird das Stallmist-Jauche-Schmutzwasser-Gemisch in die Düngeschlammsilos gepumpt, wo der Düngeschlamm bis zur Ausfuhr auf die Felder verbleibt. Das erzeugte Gas gelangt nach Speicherung in einem Gasbehälter zu den verschiedenen Verbrauchern. System München Mit dieser Bauart wird der Stallmist bei natürlichem Feuchtigkeitsgehalt vergoren. Somit fällt die unerwünschte Bildung der Schwimmdecken weg. Andererseits ist die getrennte Lagerung und der getrennte Transport von Jauche und Mist erforderlich, wodurch arbeitswirtschaftliche Nachteile entstehen. Eine geeignete technische Ausführung dieser Anlage wurde bisher nicht erarbeitet. System Massaux Dieses besonders in Südfrankreich verbreitete System (Abb. 4) arbeitet mesophil und macht von der Selbsterwärmung des Mistes in einer aeroben Vorrotte Gebrauch. Der Stallmist wird im Anschluß an die Vorrotte zumeist von Hand in einen Faulraum geworfen und der Faulraum durch einen Tauchdeckel luftdicht abgeschlossen. Der Faulprozeß verläuft durchschnittlich über drei Monate. Zur

247

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

Stallanlage

mit

Handentmistung o.

Mistplatte zur aeroben Vorrotte

Faulbehälter

StapelmistP'atte

Qas_

behälter

mechanischer

Entmistung

Abb. 4: Schema der Biogasanlage System „Massaux"

kontinuierlichen Gaserzeugung sind also mehrere Behälter erforderlich, die wechselweise beschickt werden müssen. Die Entnahme des Mistes erfolgt im allgemeinen ebenfalls von Hand. Das erzeugte Gas wird in einem Gasbehälter gesammelt und überwiegend im Haushalt verbraucht. Die beschriebenen Anlagen lassen sich nach dem Zustand des Faulgutes in Anlagen mit nasser Vergärung (Schmidt-Eggersglüß, Darmstadt, Berlin) und Anlagen mit Vergärung des Mistes bei natürlicher Feuchtigkeit (München, Massaux) einteilen1. In Verbindung mit der Schwemmentmistung ermöglicht das System SchmidtEggersglüß als einziges der beschriebenen Verfahren eine vollständige Mechanisierung der Mistkette vom Stall bis zum Feld [48], weshalb diesem System für Großanlagen der Vorzug zu geben ist 2 . 3. A u f g a b e n s t e l l u n g f ü r die in der D D R d u r c h g e f ü h r t e n A r b e i t e n Es wurde bereits gezeigt, daß von den bekannten Systemen allein das Verfahren nach SCHMIDT und EGGERSGLÜSS in Verbindung mit der Schwemmentmistung die vollständige Mechanisierung der Entmistung größerer Stallanlagen mit anschließender Mechanisierung des Misttransportes zuläßt. Die Aufgabe bestand nun in der Untersuchung der verfahrenstechnischen, energiewirtschaftlichen und chemisch-biologischen Fragen, die mit einem störungsfreien Betrieb von Biogasanlagen verknüpft sind. Die Ergebnisse dieser Arbeiten dienten, wie bereits erwähnt, als Grundlage für die Berechnung der Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen. Weiterhin waren in Zusammenhang mit der Verwendung des erzeugten Gases verschiedene wirtschaftliche und technische Fragen zu klären, auf die in vorliegender Arbeit ebenfalls näher eingegangen wird. 4. E r g e b n i s s e der v e r f a h r e n s t e c h n i s c h e n , e n e r g i e w i r t s c h a f t l i c h e n und chemisch-biologischen Arbeiten Die Versuche zur Beantwortung der ungeklärten Fragen wurden größtenteils an einer mesophil betriebenen Biogas-Versuchsanlage [36] durchgeführt. Einzelne

2

B e i nasser Vergärung wird durch das Wasser automatisch ein wirksamer Grasabschluß erzielt, so daß eine kontinuierliche Beschickung und Entleerung des Faulraumes möglich ist. Bei den letzten Anlagen entfällt dieser Gasabschluß, weshalb der Behälter während der Gärzeit nicht geöffnet wird. Auch das System „ B e r l i n " ermöglicht eine vollständige Mechanisierung. E s weist jedoch wesentliche verfahrenstechnische Mängel auf, die seine Anwendung nur bei Kleinanlagen zulassen.

248

TSCHIERSCHKE, Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb

Teilaufgaben (z. B. die elektrochemische Reizung) sind im Labor untersucht worden. Parallel mit den genannten Aufgaben zur Untersuchung der Bedingungen für die Erzeugung und Verwertung von Biogas liefen Arbeiten zur Weiterentwicklung der Schwemmentmistung mit dem Ziel, das vom Feldhäcksler gelieferte Streustroh mit rd. 10 cm Länge einwandfrei zu verarbeiten und außerdem Unterlagen zur Berechnung von Schwemmentmistungsanlagen zu schaffen [26], [34]. 4.1 V e r f a h r e n s t e c h n i s c h e U n t e r s u c h u n g e n Die verfahrenstechnischen Untersuchungen erstrecken sich auf bisher ungelöste Probleme der Schwimmdeckenzerstörung in Faulräumen und Düngeschlammsilos und der Speicherung des erzeugten Gases, weil die Lösung dieser Aufgaben für den Bau und Betrieb von Biogasproduktionsanlagen von entscheidender Bedeutung ist. 4.1.1 Zerstörung der Schwimmdecken in Faulräumen In Kläranlagen für städtische Abwässer wird unter Schwimmdecke eine Ansammlung von Schlammteilchen verstanden, die auf Grund anhaftender Gasbläschen aufschwimmen. Demgegenüber werden die echten schwimmfähigen Stoffe (z. B. Stroh) als Schwimmschlamm bezeichnet und können durch Rechen entfernt werden, so daß sie nicht in den Faulraum gelangen. In den Faulräumen landwirtschaftlicher Biogasanlagen bildet sich nun an der Oberfläche des Faulgutes eine feste Schicht, die ebenfalls als Schwimmdecke bezeichnet wird, obwohl sie im wesentlichen aus schwimmfähigen Teilchen besteht und somit hauptsächlich eine Schwimmschlammschicht darstellt. Diese Schwimmdecke behindert einmal das Entweichen des Biogases aus dem Faulschlamm, und zum anderen ist infolge des ständigen Anwachsens dieser Schwimmdecke keine kontinuierliche Zuführung und Entnahme von Faulgut möglich. Es waren somit Einrichtungen zu entwickeln, die die Zerstörung der Schwimmdecke und gleichzeitig eine gleichmäßige Durchmischung des gesamten Faulrauminhaltes ermöglichen. In den folgenden Ausführungen wird die Möglichkeit der Anwendung von Spülrohren, Unterdruck im Faulraum und Rührwerken zur Schwimmdeckenzerstörung näher betrachtet. Weitere Verfahren (Anwendung von Überdruck im Faulraum, chemische Zersetzung der Schwimmdecke) brachten überhaupt keine Erfolge [48] und werden deshalb nicht behandelt. 4.1.1.1 Anwendung von Spülrohren In Biogasanlagen nach der Bauart „Schmidt-Eggersglüß" kommen zur Zerstörung von Schwimmdecken allgemein Spülköpfe zur Anwendung [39]. Hierbei wird der Faulschlamm aus dem Faulraum abgesaugt und mittels der Kreiselpumpe der Biogasanlage über eine Druckrohrleitung und eine in der Höhe verstellbare und um ihre Achse drehbare Düse in die Schwimmdecke hineingepumpt. Dieser Spülstrahl soll dann die gewünschte Auflösung der Schwimmdecke herbeiführen. Für die Versuche wurden mehrere Konstruktionen von Spülrohren in einen Faulraum der Versuchsanlage eingebaut. Die Erprobung ergab, daß es nach etwa 5 Stunden Spülzeit möglich ist, eine Schwimmdecke von rd. 1 m Dicke in einem Umkreis von rd. 3 m Durchmesser zu zerstören. Bei Faulräumen größeren Durch-

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

249

messers bleibt ein fester Ring zurück. Für die Versuche wurde eine DickstoffKreiselpumpe Typ DE 150 des VEB Pumpenwerk Erfurt mit 250 m 3 /h Nennleistung bei einem Nenndruck von 3 kp/cm 2 verwendet. 4.1.1.2 Verwendung von Unterdruck im Faulraum Zur Zerstörung der Schwimmdecken in Kläranlagen ist das Verfahren nach STRASSBURGER [43] bekannt, Bei diesem Verfahren soll die Schwimmdecke durch Erzeugung eines Vakuums im Faulraum, welches ein Aufsteigen der den schwimmenden Teilchen anhaftenden Gasblasen bewirkt, beseitigt werden. Versuche an einem Faulraum der Biogasanlage zeigten jedoch, daß diese Methode zur Auflösung der vorwiegend aus Strohteilen bestehenden Schwimmdecke nicht verwendet werden kann. 4.1.1.3 Untersuchungen an Rührwerken Weitere Versuche zur Schwimmdeckenzerstörung wurden mit Rührwerken unternommen. Zur Anwendung kamen Propellerrühr werke, die senkrecht in einen 'Modellbehälter eingebaut wurden (Abb. 5). Die Versuche wurden mit 3- und 4flügeligen Rührpropellern (Tabelle 1) durchgeführt.

250

TSCHIERSCHKE, Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb Tabelle 1 Kenndaten der untersuchten Propeller PropellerNr.

Flügelanzahl

Durchmesser mm

Bemerkungen

120 240 4001 500J

Tragflächenprofil Kreisbogenprofil Tragflächenprofil, Fabrikat V E B Thuringia, Sonneberg

Die Beurteilung der Rührwirkung der einzelnen Propeller erfolgte in reinem Wasser, in der Form, daß bei einem Leistungsbedarf von 200 W bei allen Propellern der Durchmesser und die Tiefe der Trombe (Abb. 6a) und der Durchmesser und -Motor

Hill

'elle

f (

t

Abb. 6: Flüssigkeitsbewegung im Modellbehälter ¿ly,—'Popeller a Trombe bei Förderrichtung des Propellers nach unten, b Wellenberg bei Förderrichtung des Propellers nach oben

die Höhe des Wellenberges (Abb. 6b) verglichen wurden. Hierbei zeigte sich deutlich, daß Propeller Nr. 3 und 4 eine weit größere Rührwirkung als Nr. 2 und 1 aufweisen, jedoch Propeller Nr. 4 gegenüber Nr. 3 keine weitere Steigerung der Rührwirkung erbrachte. Anschließend wurden mit Propeller Nr. 3 Versuche zur Zerstörung einer Strohschwimmdecke unternommen, die aus 100 kg Häckselstroh mit einer mittleren Häcksellänge von 3 cm bestand und eine Dicke von 35—46 cm aufwies. Die Füllhöhe des Behälters betrug bei allen Versuchen 2,2 m, d. h. der Propeller befand sich 60 cm unter der Oberfläche der Schwimmdecke. In Vorversuchen war festgestellt worden, daß diese Füllhöhe zur Zerstörung der Schwimmdecke am günstigsten ist. Bei geringerer Behälterfüllung „wühlt" der Propeller in der Schwimmdecke und bei höherer Behälterfüllung ist die Wirkung auf die Schwimmdecke infolge des größeren Abstandes des Propellers von. der Unterkante der Schwimmdecke geringer. Weiterhin war in Vorversuchen ermittelt worden, daß bei ständig nach unten, gerichteter Strömung (Abb. 6a) und hiermit verbundener Trombenbildung die Wirkung auf die Schwimmdecke größer als bei ständig nach oben gerichteter Strömung (Abb. 6 b) oder bei einen periodischen Wechsel der Strömungsrichtungen ist. Die Rührversuche ergaben, daß eine bestimmte Mindestdrehzahl des Propellers (im vorliegenden Falle rd. 220 min - 1 ) zur Zerstörung einer bereits vorhandenen Schwimmdecke notwendig ist. Unterhalb dieser Drehzahl ist auch bei beliebig langer Rührzeit keine Wirkung vorhanden. Dieser Umstand läßt sich leicht dadurch erklären, daß die vom Propeller auf die Schwimmdecke ausgeübte Saugwirkung größer als die Auftriebskraft der einzelnen Teilchen sein muß. Der Leistungsbedarf des Propellers betrug bei 220 min - 1 ca. 330 W.

251

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

Die Umrechnung auf einen Originalbehälter (Faulraum) von 6,5 m 0 erfolgte nach BÜCHE [5]. Hiernach gilt unter der Bedingung, daß die Reynoldszahl RE > 2 . 105 ist, was für den vorliegenden Fall vorausgesetzt wurde, ohne wesentlichen Reibungseinfluß für die Drehzahl des Originalflügels die Formel

,O N (D *>

-UND DARAUS MH

= K1-MM

MIT.

K, = {NH\NUF

{T)U\T)MF

(3B)

UND FÜR DIE LEISTUNG NH = K2.NU

MIT

I ^ I F P L W

8

.

(4)

Für den vorliegenden Versuchsaufbau ist KX = 125 und K2 = 52,3, so daß sich die Werte der Tabelle 2 ergaben: Tabelle 2 Rührwerkswerte

Propellerdurchmesser m m min-1 Drehzahl Nutzleistung kW

Modellausführung

Originalausführung

400 220 0,33

1480 92 17,3

Da die verwendete Schwimmdecke nur aus Strohhäcksel bestand, somit also die klebende Wirkung des Kotes vollkommen fehlte, und die untersuchte Schwimmdeckendicke (auf das Original umgerechnet 1,3 bis 1,7 m) nur ein Minimum darstellt (in der Praxis kann die Schwimmdecke bis zu einer Dicke von etwa 3 m anwachsen), sind die ermittelte Drehzahl und Leistungsaufnahme als Minimalwerte zu betrachten. Außerdem ist zur gründlichen Durchmischung des Behälter-

252

TSCHIERSCHKE, Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb

inhaltes noch ein zweiter, in der Nähe des Bodens angeordneter Rührflügel erforderlich, der auf der gleichen Rührwelle befestigt wird. Für einen Faulraum von 6,5 m 0 muß also mit einem Leistungsbedarf des Rührwerkes von rd. 30—50 kW gerechnet werden. Somit wird der Erfolg (Zerstören der Schwimmdecke und Durchmischung des Behälterinhaltes) zwar bei diesem Verfahren im Gegensatz zu den übrigen Möglichkeiten erreicht, er ist jedoch mit einem für landwirtschaftliche Verhältnisse sehr hohen Leistungsbedarf verbunden, der nur bei guter Rentabilität der Biogasanlage vertretbar ist. 4.1.2 Speicherung des Gases Der Gasspeicherbehälter einer Biogasanlage hat 2 Aufgaben zu erfüllen: 1. Er muß die Diskrepanz zwischen der kontinuierlichen Gaserzeugung und dem diskontinuierlichen Gasverbrauch ausgleichen. 2. Bei Änderung der Flüssigkeitsmenge im Faulraum durch Zu- oder Abpumpen von Faulschlamm muß der Zwischenspeicher die Änderung des Gasvolumens im Faulraum durch Annahme (Abgabe) von Biogas ausgleichen. Eingehende Untersuchungen [23] zeigten, daß der Gasbehälter einer Biogasanlage ein Fassungsvermögen von 80—110% der täglich maximal erzeugbaren Biogasmenge besitzen soll. Bei kleineren landwirtschaftlichen Betrieben ist hierbei der obere Wert zu wählen, weil sich die Angleichung des Verbrauches an die Erzeugung schwieriger und unvollkommener als bei landwirtschaftlichen Großbetrieben durchführen läßt. Die gebräuchlichste Gasbehälterkonstruktion ist der sogenannte „nasse" Niederdruckgasbehälter, dessen Tasse mit Wasser gefüllt ist. Der große Nachteil dieser Behälter liegt in der Notwendigkeit der Beheizung der Tasse im Winter, wodurch der Eigenenergiebedarf der Biogasanlage wesentlich erhöht wird. Ohne Heizung ist jedoch ein Einfrieren des Behälters nicht zu vermeiden [48]. Weiterhin wurde nach billigeren Wegen zur Gasspeicherung gesucht, um für Produktionsanlagen eine möglichst hohe Rentabilität zu erzielen. Aus den genannten Gründen wurde der Einsatz trockener Gasbehälter erwogen. Hierbei scheiden die sogenannten Scheibengasbehälter aus, weil sie eine ständige Wartung benötigen. Erwogen wurde die Verwendung eines Wiggins-Gasbehälters1 [24] oder eines Biogas-Speichersackes2 [23]. Ein daraufhin gebauter Modellbehälter nach WIGGINS [25] zeigte jedoch Undichtigkeiten im verwendeten Gewebe und einen erhöhten Aufwand für Wartung und Pflege, so daß dieser Weg z. Zt. noch nicht beschritten werden kann und der nasse Gasbehälter wegen seiner Betriebssicherheit und Wartungsfreiheit die gegenwärtig günstigste Lösung darstellt. Somit muß diese Behälterausführung trotz ihrer Nachteile der Wirtschaftslichkeitsberechnung zugrunde gelegt werden. 4.2 E n e r g i e w i r t s c h a f t l i c h e

Untersuchungen

Die energiewirtschaftlichen Untersuchungen erstrecken sich auf die Bestimmung der erzeugten Gasmenge und des Eigenenergiebedarfes einer Biogasanlage. Auf Grund dieser Werte wird sodann eine Energiebilanz durchgeführt. Da diese 1 1

Trockengasbehälter mit Gasabschluß durch Gummiplane, die auf halber Höhe innen an der Behälterwand befestigt ist. Durch Gewichte belasteter Gummisack.

A r c h i v f ü r L a n d t e c h n i k , 3. B a n d , H e f t 3, 1 9 6 1 / 1 9 6 2

253

Bilanz zeigte, daß nur ein geringer Energieüberschuß besteht, werden im Anschluß hieran die zwei möglichen Verfahren zur Senkung des Energiebedarfes angegeben, die näher untersucht worden sind (Verminderung der Heizleistung durch Anwendung der Wärmepumpe und Erhöhung der Gasleistung bei suboptimalen Bedingungen durch elektrochemische Reizung der Methanbakterien). 4.2.1 Gaserzeugung Die theoretisch erzeugbare Gasmenge für die mesophil arbeitende Versuchsanlage beträgt nach dem von ROSEGGER und NEULING [35] angegebenen Diagramm bei einem organischen Massenabbau von 30% und einer normalen Faulraumbelastung von 3 kg org. Masse/m 3 Faulraum 0,82 Nm 3 Biogas/m 3 Nettofaulraum. Es wurden nun Versuche unternommen, um diese theoretische Gasmenge mit der im praktischen Betrieb erzeugten Gasmenge zu vergleichen. Hierzu wurde für den Zeitraum eines halben Jahres die erzeugte Gasmenge bestimmt [48]. Diese Gasmenge bewegte sich in den Grenzen von 0 bis 1,1 Nm 3 /m 3 Nettofaulraum bei einem Mittelwert von 0,38Nm 3 , d . h . es konnten im Mittel nur rd. 47% der theoretischen Gasmenge erzeugt werden. Die Schwankungen der Gaserzeugung sind auf die ungenügende Zerstörung der Schwimmdecke (mittels Spülkopf) zurückzuführen [48]. 4.2.2 Eigenenergiebedarf von Biogasanlagen Der Eigenenergiebedarf setzt sich aus dem Wärmeaufwand zur Aufheizung des Frischfaulgutes sowie zur Deckung der Wärmeverluste des Faulraumes und aus elektrischer Energie zum Antrieb der elektrischen Einrichtungen zusammen. 4.2.2.1 Wärmeaufwand für Biogasanlagen Auf Grund der örtlichen Gegebenheiten konnte der Wärmeaufwand zur Beheizung der Faulräume der Versuchsanlage nur sehr ungenau bestimmt werden. Er wurde deshalb errechnet 1 und der berechnete Wert der Energiebilanz zugrunde gelegt. Die Berechnung, die auch für die Auslegung der Musteranlage (Abschnitt 5.32) in gleicher Weise erfolgte, wurde nach folgender Methode vorgenommen: Aufheizung des Frischfaulgutes Der tägliche Wärmeaufwand berechnet sich als Qe = c.Q.A&1

(5)

QB — Wärmeaufwand [kcal/d] c = spez. Wärme [kcal/kg • grd] 0 = Masse des Frischfaulgutes [kg/d] Ad-1 = Temperaturdiff. [grd]. Hierbei wird c der spez. Wärme des Wassers von 1 kcal/kg • grd gleichgesetzt. Für A&ist die Differenz zwischen der Temperatur des Faulgutes bei Eintritt in den Faulraum (rd. 18 °C) und der Faultemperatur (rd. 30 °C bei mesophiler und rd. 50 °C bei thermophiler Ausfaulung) einzusetzen. 1

Da die Biogaserzeugung durch Methangärung bei Temperaturen über 22 °C eine nur sehr schwach exotherm verlaufende Beaktion darstellt [29], muß praktisch der gesamte Wärmebedarf durch Beheizung des Faulgutes gedeckt werden.

254

TSCHIERSCHKE, Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb

Deckung der Wärmeverluste Um die Verluste gering zu halten, ist der gesamte Faulraum mit „Piatherm" 1 isoliert worden (Abb. 7). Die Wärmeverluste werden nach FRATZSCHER [11] für vorliegende zylindrische Faulräume errechnet: Mantel und Deckenfläche: Qvi,2

=

(6)

K ^ - F ^ . A ^ . Z

Grundfläche: Für den Wärmedurchgang durch den Boden des Behälters gilt die Formel: Qv =

K

3

- F

3

( ^ —

-9w)-Z

-und für die Wärmeableitung in die Erde nach G R Ö B E R - E R K die Formel: {Zylindrische Scheibe vom Durchmesser D auf unendlich große Grundfläche aufgesetzt). Nach Eliminierung von ergibt sich die Formel Qv 3

• Z

+•

(7)

•zur Errechnung des Wärme Verlustes der Grundfläche, wobei gesetzt wird.

—

=

Schlackenbeton

Dachpappe Zement-Estrich 6crrr

Stahlbeton

•Piatherm Drucktet

IScm

IScm

tung Stahlbeton

•Mauerwerk

•Piatherm

Unterbeton 20 tWIcm

7cm Saugleitung

K X F Aft Z D

§0

tscm

n.5cm

= = = = = = = =

Abb. 7: Faulraum der Biogasanlage (150 m 3 Inhalt)

Wärmedurchgangszahl [kcal/m2 • h • grd] Wärmeleitzahl der Erde [kcal/m • h • grd] Fläche [m2] Temperaturdiff. [grd] Zeit [h/d] Behälterdurchmesser [m]. Behälterinnentemperatur Behälteraußenwandtemperatur (Temperatur in der Grenzschicht zwischen Behälterboden und Erdreich) = Temperatur im Erdreich

Isolierschaumstoff, hergestellt vom V E B Stickstoffwerke Piesteritz.

Arohiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

255

Indizes 1 = Mantelfläche 2 = Deckenfläche 3 = Grundfläche. Für und ist die Temperaturdifferenz zwischen Faulgut- und Umgebungstemperatur einzusetzen und Z muß mit 24 h/d sowie die Wärmeleitzahl der Erde mit 1,0 kcal/m • h • grd [11] in Rechnung gestellt werden. Die Wärmedurchgangszahlen K errechnen sich als =

r l . a

1

,

S

W

T

ò = Schichtdicke [m] a = Wärmeübergangszahl [kcal/m 2 • h • grd] A = Wärmeleitzahl kcal/m • h • grd] aus dem Innen- und Außenübergang und der Wärmeleitung durch die Wand. Der Wert li

2

N TO 3 -ti ~ : c i 15 " ja o1S

ft

ft

a0) a .. m es o

—

ft a s ft^

.15 < a •• Cd m

:eS

ja a o

£

- g -

ft-ti a

N

Ä

—eS m

«

« « ä

.If* o

2

es

w ja ft

? w bo V 3 •Ö fi

* Ö S1

9

a

3

1)

h

fi

.15 3 a3- « !

o

ft Ia be ®

«3 -P

•eo co

s S cö e3 Q ft M CD g M

o 4) .4J ^ c « i m M

^

g

S3 ^ tSl O (U

flj Ci W M 6

$

tt w 5f

O J4 ja o a bD :0

ct o

ni Ct, v « 1

n « S .15 3 a

m

cö

p a N S ^ ;

«

3 cS

bD fi 3 fi

ja S-

®

bo fi 3 J*

ft Ol

-O

"3 ci PH

bß fi 3 M

M

fi"

ja ft - O -

cä

£

N r-( §"8 s a

T3 ce

' fMi

cS ft m

1.9 t i fe

£

I f f 3 -fi N O 'S ® h j© a ® m m

fifl

•c

272

T S C H I E R S C H K E , Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb

4. Kosten f ü r Heizeinrichtungen : lt. Angebot des V E B K ü h l a u t o m a t Berlin Verdichter der Wärmepumpe Wärmetauscher je m 2 Tauscherfläche Niederdruck-Gliederkessel mit Aufstellung (Typ Ideal I I / N A 100)

30400 DM 125 DM/m 2 3000 DM

5. Betriebskosten: Die Kosten f ü r Elektroenergie betragen lt. PVO 281 der D D R mindestens 0,02 DM/kWh nach dem Großabnehmertarif und höchstens 0,08 DM/kWh nach dem LPG-Tarif. Der Brikettpreis (Braunkohle) beträgt mindestens 16,56 DM/t (Grubenabgabepreis lt. PVO 403). Hierzu kommen Transportkosten, die infolge der unterschiedlichen Bahnfrachten überall verschieden hoch sind. Als oberste Grenze wurde deshalb ein Preis von 45 DM/t angenommen, der etwa dem höchsten auftretenden Brikettpreis entspricht. F ü r die Berechnung werden f ü r einen oder in Sonderfällen zwei Maschinenmeister 500 DM/Person • Monat (Gehaltsstufe VBV IV zuzüglich dem SVKAnteil des Betriebes) in Rechnung gestellt. F ü r Pflege und W a r t u n g wird je J a h r ein Satz von 1,5% der Anlagekosten angenommen. 6. Abschreibung u n d Verzinsung: F ü r die Bauten wurde eine jährliche Abschreibung von 3 % angenommen, d. h. diese Teile der Anlage sind in 33 J a h r e n abgeschrieben. Nach dieser Zeit werden die Bauten zwar noch nicht restlos verbraucht sein, es ist jedoch damit zu rechnen, daß sie infolge umfangreicher Instandsetzungsarbeiten u n d infolge der inzwischen eingetretenen technischen Veralterung nicht mehr wirtschaftlich genutzt werden können. F ü r die maschinellen Einrichtungen wurden mit Rücksicht auf den Verschleiß auf Grund von Erfahrungen mit derartigen Anlagen in anderen Industriezweigen Abschreibungszeiten von 10 J a h r e n festgesetzt, was einem Abschreibungssatz von 10% entspricht. Eine Verzinsung des Kapitals wurde berücksichtigt, weil VEG u n d L P G als Investträger von Produktionsanlagen auf Anleihen der Deutschen Bauern bank angewiesen sind. Die Deutsche Bauernbank h a t f ü r Anleihen an VEG einen Zinssatz von 3,6% und f ü r Anleihen an L P G einen Zinssatz von 2 % festgesetzt, der der Berechnung zugrunde gelegt wurde. Die Berechnung wurde so durchgeführt, daß zunächst der Wärmeverlust u n d Wärmebedarf der Anlage für thermophile u n d mesophile Ausfaulung ermittelt wurde. Dann wurden 16 Möglichkeiten der Heizung (Abb. 13) unter Berücksichtigung der angegebenen Parameter durchgerechnet. Auf die Einzelheiten der Berechnung soll im Rahmen dieser Ausführungen nicht näher eingegangen werden, sondern es sei liier auf den Forschungsbericht [49] verwiesen. Als Ergebnis der Berechnung liegen die Selbstkosten des Biogases der Musteranlage unter Berücksichtigung der angegebenen Varianten vor. Auf eine Darstellung der einzelnen Preise soll im R a h m e n dieser Ausführungen verzichtet werden, u n d es genüge auch hier der Hinweis auf den Forschungsbericht [49]. Dargestellt werden lediglich die Grenzen, in denen sich die Biogas-Selbstkosten-

273

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

preise bewegen (Abb. 14). Außerdem sind in diesem Bild zwei Richtgeraden eingezeichnet, und zwar eine bei 0,124 DM/Nm3, die den niedrigsten Gaspreis bei Dampfheizung kennzeichnet, und eine bei 0,158 DM/Nm3, die auf den niedrigsten Gaspreis bei Wärmepumpenheizung hinweist. DM/Nm3

Biogas

5

a

OA

0,3

|

77"

1 1

77 V,

5.4 V e r g l e i c h der m ö g l i c h e n

1 z

0,6

o 0,5

Abb. 14: Biogas-Selbstkostenpreise bei Anwendung der Beheizungsverfahren von Abb. 13

PI

1

1 £ 1 £

2 1

1

2

1

L1.LI. Ü1-4-- U JJJJJ Verfahren

Biogas-Selbstkostenpreise

Die Verfahren Cj und C2 ergeben die niedrigsten Gaspreise (Abb. 14). Alle Möglichkeiten der Wärmepumpe liegen über dem höchsten Gaspreis des Verfahrens Cj, so daß die Wärmepumpe zur Faulraumheizung vollständig ausscheidet. Von den Verfahren und C2 ist das letzte bei niedrigem Kohlepreis anzuwenden. Bei mittleren Kohlepreisen sind beide Verfahren möglich und bei hohen Kohlepreisen ist das Verfahren Cj zu wählen. Abschließend kann somit festgestellt werden, daß die Anwendung der Wärmepumpe zur Faulraumheizung, abgesehen von verfahrenstechnischen Schwierigkeiten, aus wirtschaftlichen Gründen nicht vertretbar ist. Der einfachste und billigste Betrieb einer Biogasanlage ist nur durch die Verwendung eines Dampfkessels ohne Einschaltung eines Zusatz Wärmetauschers möglich, wobei der Kessel vorteilhaft mit festen Brennstoffen (Braunkohlen-Briketts) geheizt wird. Der theoretische Gaspreis liegt dann je nach dem Brikettpreis zwischen 0,124 und 0,157 DM/Nm 3 . 5.5 Die W i r t s c h a f t l i c h k e i t der E r z e u g u n g von B i o g a s , g e m e s s e n an an der E r z e u g u n g von S t a d t g a s Sieht man von den ungünstigen Brenneigenschaften des Biogases ab und vergleicht nur die Heizwerte von Biogas und Stadtgas, so ergibt sich ein vom oberen Heizwert des Biogases (5500 kcal/Nm 3 ) auf denjenigen von Stadtgas (3800 kcal/ 19*

274

TSCHIERSCHKE, Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb

Nm 3 laut TGL 7911514) reduzierter Selbstkostenpreis des Biogases von 0,086 bis 0,109 DM/Nm 3 . Ein Vergleich dieses Preises mit dem Abgabepreis von Stadtgas zeigt, daß laut PVO 281 Abnehmer mit einem Gasverbrauch von mehr als 200 m 3 /Monat für die ersten 200 m 3 0,16 DM/Nm 3 und für alle weiteren Kubikmeter Gasverbrauch je Monat 0,08 DM/Nm 3 bezahlen. Landwirtschaftliche Produktionsgenossenschaften erhalten das gesamte Gas für einen Preis von 0,08 DM/Nm 3 . Somit kann gegenwärtig der Selbstkostenpreis des Biogases mit dem Abgabepreis von Stadtgas gleichgesetzt werden. Der Erzeugungspreis von Stadtgas liegt in Großanlagen weit unter diesem Abgabepreis. Außerdem wird es durch den Ausbau des Fernleitungsnetzes unter Zuhilfenahme regionaler Gasleitungen möglich sein, innerhalb der nächsten 10 Jahre eine Anzahl von Dorfgemeinden mit Stadtgas zu versorgen. 5.6 M ö g l i c h k e i t e n d e r E i n o r d n u n g v o n B i o g a s a n l a g e n in d a s Gasversorgungsnetz der DDR Bis zur Fertigstellung der Stadtgas-Großerzeugungsanlagen mit den entsprechenden Fernleitungen ist eine Energielücke vorhanden, die durch Biogas ausgefüllt werden könnte. Nach diesem Zeitpunkt liegt von seitsn der Energiewirtschaft infolge des verhältnismäßig hoh'en Erzeugungspreises und der schlechten Brenneigenschaften kein Interesse an Biogas vor. Um die schlechten Brenneigenschaften zu umgehen, könnte man das erzeugte Gas in das Ferngasnetz einspeisen, soweit diese Möglichkeit durch Anschluß des betreffenden Ortes an die Ferngasleitung gegeben ist. Hierzu ist aber eine Absonderung des im Biogas enthaltenen Kohlendioxyds erforderlich, die jedoch infolge der geringen Tagesproduktion von Biogasanlagen auf verfahrenstechnische und wirtschaftliche Schwierigkeiten stoßen würde [13]. Somit scheidet auch diese Möglichkeit aus. Die Ausführungen zeigen, daß es nach Fertigstellung des Ferngasnetzes und der Großanlagen zur Erzeugung von Stadtgas kaum mehr möglich sein wird, Biogasanlagen wirtschaftlich in das Gasversorgungsnetz der DDR einzureihen, weil nach diesem Zeitpunkt die Großgaswerke auf Braunkohlenbasis ein biligeres Gas mit besseren Brenneigenschaften liefern werden. 5.7 M ö g l i c h k e i t e n d e r E i n o r d n u n g v o n B i o g a s a n l a g e n in die V e r sorgung der DDR mit Elektroenergie Der Mangel an Elektroenergie wird auch in absehbarer Zeit nicht überwunden werden. Es wurde nun schon mehrmals der Gedanke geäußert, mit dem erzeugten Gas einen Gasmotor zu betreiben, der mit einem Generator gekoppelt ist. Hierdurch könnte dann ein Teil des Stromverbrauches des betreffenden landwirtschaftlichen Betriebes gedeckt werden. Nähere Untersuchungen haben jedoch ergeben, daß infolge des schlechten Wirkungsgrades von Gasmotoren eine derartige Umwandlung von Biogas in Elektroenergie nicht wirtschaftlich durchgeführt werden kann [46]. Somit scheidet die Möglichkeit der Einordnung von Biogasanlagen in die Versorgung mit Elektroenergie aus.

Archiv für Landtechnik, 3. Band, Heft 3, 1961/1962

275

6. Z u s a m m e n f a s s u n g E s wird zunächst ein Uberblick über die Forschungsarbeiten gegeben. Hierauf a u f b a u e n d erfolgt die Berechnung der Produktionsanlage'(Musteranlage) eines landwirtschaftlichen Betriebes u n d die E r r e c h n u n g des m i t dieser Anlage u n t e r günstigsten Bedingungen erzielbaren Biogas-Selbstkosten.preises. Der Vergleich des auf den Heizwert von S t a d t g a s reduzierten Biogas-Selbstkostenpreises zeigt, d a ß infolge des verhältnismäßig hohen Preises von Biogas eine Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen f ü r die nächsten 30 J a h r e , d. h. i n n e r h a l b der Abschreibungszeit der Anlage, n i c h t gegeben ist. Somit k a n n eine E i n f ü h r u n g von Biogasanlagen- in der landwirtschaftlichen P r a x i s der D D R nicht b e f ü r w o r t e t werden, selbst d a n n nicht, wenn eine wesentliche Vervollkommnung des gegenwärtigen Verfahrens der Biogaserzeugung erzielt werden sollte. Auch arbeitswirtsehaftliche, düngerwirtschaftliche u n d hygienische Vorteile werden d u r c h Biogasanlagen n i c h t erreicht. P e n io mg i

C n a i a j i a aaeTCH o6;sop Hcc,ne;i;oBaTejibCKHx paf>0T. 3aTCM n a 3 T O H OCHOBC n p o pac i ieT coopyjKeHHH HJIH npoHSBoncTBa 0Hora3a B (oGpasuoisoe coopy?KeIIHe) CC JI Ii CK 0 X O 3 HM CT Ii C II H O i\I npeftlipHHTHH II liMMHCJICHHC, CeÖeCTOHMOCTH ÖHOia.'ja , nojiynaeMoro 3THM coopyHicuHeM i i p n onTHMajibiibix yc,noBHHX. CpaBiienne ceSCCTOHMOCTH 6 n o r a 3 a , pejxyuHpoBaHHOit n a KajiopiiiiHOCTb ropoHCKoro r a s a , n o K a a t m a e T , HTO D K O H O M H I H O C T B önorasoBbix coopyweHHH n a cjiejiyioiqiie 30 jieT, To-ecTb B Te^ieuHe cpoKa aMopTH3anHii coopy»?eHHfl BCJie;;cTBHe cpaBHrnejibiio BbicoKoii ueubi ÖHorasa, lie o S e c n c i e n a . Tai-tMM oopasoM BBe/ienne Gnorasoßbix coopyweHHit B ce.TLCKOxü.'IHHCT B e n n y IO npaKTHKy F J ^ P n e peKOMCimyeTCH, na»ie B c j i y q a e noCTHHi n e ripmiocHT. BOJJHTCH

Summary F i r s t of all a survey on t h e research work is given. Basing on this a biogas p r o d u c t i o n p l a n t (model-plant) is calculated a n d t h e biogas cost-price t o be realized u n d e r m o s t favourable conditions has been reckoned. Comparing t h e biogas costprice reduced t o t h e heating-value of t o w n ' s gas with t h e costprice of t o w n ' s gas shows, t h a t as a consequence of t h e r a t h e r high price of biogas, such p l a n t s are n o t economic for t h e n e x t 30 years, i. e. t h e amortization period of t h e p l a n t . Therefore t h e i n t r o d u c t i o n of biogas p l a n t s into t h e G D R agriculture cannot be s u p p o r t e d , n o t even in case an essential i m p r o v e m e n t of biogas production coulcl be achieved. Also t h e working-economic, fertilizing a n d hygienic a d v a n t a g e s are n o t obtained by biogas plants. Literaturverzeichnis [1] A H R E N S , YV.: Experimentelle Untersuchungen zur Frage der seuchenliygienisohen Unbedenklichkeit von ausgegastem Schlamm (Methanvergärung). Wiss. Zeitschrift der T H Dresden 1956/57, H e f t 6 [2] B A R K E R , H. A.: Studies upon the methane fermentation. IV. The isolation and culture of methanobacterium omelianskii. Antonie van Loevenhoek; J . Microbiol, serol., 6 (1939/40), S. 201

276

T S C H 1 E R S C H K E , Erzeugung von Biogas im landwirtschaftl. Betrieb

[3] B A R K E R , H . A.: Studios upon the methane-Producing bacteria. Archiv f ü r Mikrobiologie 7 (1936), S. 420 [4] BUSWELL, A. M.: Microbiologie and Theory of anaerobic Digestion. Sewage Works Journal, 1947, S. 28 [5] BÜCHE, W.: Leistungsbedarf von Rührwerken. VD J-Zeitschrift Bd. 81 (1937), S. 1065 [6] CARLSON, S.: Der Einfluß von elektrischen Strömen auf Mikroorganismen. Zeitschrift f ü r Hygiene 135 (1952), S. 346 [7] CARLSON, S.: Niederer Wechselstrom und biologische Abwasserreinigung und Faulgasgewinnung. Gesundheits-Ingenieur -74 (1953), H. 5/6, S. 82 [8] EGGERSGLÜSS, W. u. SCHMIDT, F . : Das biologische Humus- u n d Gaswerk Allerhop. Mitteilungen der DLG Nr. 2, 1953 [9] FELDMANN, F . : Biogas — energiewirtschaftlich gesehen. Landtechnische Forschung H. 3, 1954, S. 65 [10] FELDMANN, F . : Biogas als Energiequelle. Landtechnik 21/54, S. 610 [11] F R A T Z S C H E R , W . : Verwendung der Wärmepumpe f ü r eine Biogasanlage. Diplomarbeit T H Dresden, F a k u l t ä t f ü r Maschinenbau 1956. Unveröffentlicht [12] G Ä R T N E R , A. und I K O N O M O F F , S. D.: Faulraum (Gasanlage) System Berlin. Städtehygiene 1956, S. 110 [13] GRAHN, E . : C0 2 -Abtrennung von Biogas. Dipl.-Arbeit T H Dresden, Inst. f. Verfahrenstechnik 1957. Unveröffentlicht [14] H E U K E L I K I A N , H . : Microbiology of Water and Sewage. Anual. Review of Microbiology 1953, S. 468 [15] I M H Ö F F , K . : Taschenbuch der Stadtentwässerung. 15. Auflag. R . Oldenbourg, München, 1954, [16] I M H O F F , K . : Faulgas aus Abfallstoffen. Vertrauliche Schrift, Schondorf/Bayern 1944 [17] K E R T S C H E R . F . : Licht und K r a f t aus Stallmist. Die Wirtschaft, 10. Jg. 1954, Nr. 24 [18] LACHMANN, H . : Biogas-Verbrennung. Diplomarbeit T H Dresden, Inst, f ü r Wärmetechnik und Wärmewirtschaft 1958. Unveröffentlicht [19] L A U T E R B A C H , F . : Vergleichende Untersuchungen über den Einfluß schwacher Wechselströme auf die Methangärung. Diplomarbeit, Zoolog. Inst. Karl-MarxUniversität Leipzig. Unveröffentlicht [20] LIEBMANN, H . : Zur Biologie der Methanbakterien. Gesundheits-Ingenieur 1950, S. 14 [21] MASSAUX, L.: Procedc de fermentation dematieres organiques et appareils pour sa mise en oeuvre. Patentschrift Nr. 1017119, Veröff. am 2. 12. 52 [22] MORRIS, J . A. und SMITH, G. S.: Use of the H e a t P u m p for Digester Heating. Sew. I n d . Wast 25, 1953, S. 1369 [23] N E U L I N G , S.: Untersuchungen zur wirtschaftlichen Speicherung von Biogas. Deutsche Agrartechnik 1956, S. 64 [24] N E U L I N G , S.: Wiggins-Behälter — eine neue Scheibengasbehälter-Konstruktion. Energietechnik 1957, S.471 [25] N E U L I N G , S.: Gestaltungsmöglichkciten f ü r den Bau von landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Deutsche Agrartechnik 1957, S. 467 [20] N E U L I N G , S.: Die maschinentechnische Berechnung von Schwcmmentmistüngsanlagen. Deutsche Agrartechnik 1957, S. 321 [27] NOACK: Biogas in der Landwirtschaft, 1955, [28] OMELIANSKI, W. L.: Über die Abscheidung von Methan bei biologischen Vorgängen in der Natur. Archiv f ü r biolog. Wissenschaften, X I I . 2 (1905) [29] P I R K L , J . : Der Einfluß schwacher Wechselströme auf die Methangärung bei der Biogasproduktion. Diplomarbeit, T H Dresden, I n s t . f. Elektrochemie u n d physikalische Chemie, 1958. Unveröffentlicht [30] R E I N H O L D , F . : Gasgewinnung in der Landwirtschaft nach dem System D a r m s t a d t . Landwirtschaft 1952 [31] R E I N H O L D , F . : Neuzeitliche Abwasser- und Abfallstoffverwertung. VDI-Zeitsehrift B. 93 (1951), S. 917 [32] R O E D I G E R , H . : Die anaerobe alkalische Schlammfaulung. Dissertation T H Stuttgart 1954. Autorreferat im GWF, 1955, S. 51 (Wasser)

Archiv f ü r Landtechnik, 3. Band, H e f t 3, 1961/1962

277

[33] R O S E G G E R , S.: Der Entwicklungsstand von Biogasanlagen und Perspektiven f ü r die landwirtschaftliche Praxis. Wiss. Zeitschrift der T H Dresden 1956/57, H . 3 [34] R O S E G G E R , S.: Neue Wege in der Stallentmistung. Deutsche Agrartechnik 1955, S. 200 [35] R O S E G G E R , S. und N E U L I N G , S.: Wege zur Berechnung von landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Wiss. Zeitschrift der T H Dresden 1955/56, H e f t 5 [36] R O S E G G E R , S. und N E U L I N G , S.: Die Versuchsanlage zur Humus- und biologischen Gasgewinnung an der T H Dresden. Deutsche Agrartechnik 1956, S. 147 [37] S A U E R L A N D T , W . : Uber die Wirkung des Bihudunges in Feldversuchen. Mitteilungen der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft Nr. 2/1953 [38] SCHMALFUSS, K . : Fragen der organischen Düngung. Sitzungsberichte der DAL Berlin, B a n d 7, H . 3 [39] SCHMIDT, F. und EGGERSGLÜSS, W . : Verfahren und Vorrichtung zum Zerstören und Ausbringen von Schwimmschlammschicht in Faulräumen. D B R - P a t e n t . Kl. 85c, Gr. 6.05, Nr. 852378 [40] SCHMIDT, F. zitiert bei SCHWEIGMANN, P . : Die Landmaschinen und ihre Instandhaltung. Gießen 1955 [41] SCHUSTER, F . : Zur Bestimmung der Zündgeschwindigkeit brennbarer Gasgemische. Gas-Wasser-Fach 1934, S. 805 [42] SÖHNGEN, M.: Methan as carbon-foods and soucre of energy for bacteria. Proc. Royal Acad. Amsterdam Bd. 8 (1905), S. 327 [43] S T R A S S B U R G E R , G.: Verfahren und Einrichtungen zur Sumpfgasgewinnung unter Anwendung von Vakuum im Faulraum. DDR-Patentschrift Nr. 67 [44] S T R E L L , LIEBMANN, GÖTZ: Verfahren und Anlage zur Erzeugung von brennbarem Gas auf biologischem Wege. D B R - P a t e n t Nr. 923539, P a t . ab 21. 10.48 [45] STÜCKRAD, J . : Zündverhältnisse von Biogas. Dipl.-Arbeit T H Dresden, Inst. f. Verfahrenstechnik 1956. Unveröffentlicht [46] T H U R M , R . : Möglichkeiten und Grenzen der Energieversorgung landwirtschaftlicher Betriebe durch Biogas. Diss. Karl-Marx-Universität Leipzig 1958. Unveröffentlicht. [47] Z I E G L E R , G.: Vortrag über Untersuchungen über die Düngewirkung von BiogasFaulschlamm. Gehalten in der Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin auf einer Sitzung des Biogasausschusses am 26. 2. 1959. Unveröffentlicht [48] — : Technologie der biologischen Methangewinnung aus Stallmist, häuslichen Abwässern und pflanzlichen Abfallstoffen der Landwirtschaft und Industrie. Ausführlicher Abschlußbericht zur Forschungsarbeit des Inst. f. L a n d t . Betriebslehre an der T H Dresden [49] •—: Entwicklung von Verfahren der biologischen Gasgewinnung. Ausführlicher Abschlußbericht zur Forschungsarbeit Nr. 100 123 h—9—30/7 des Inst. f. Landtechnik Potsdam-Bornim der DAL [50] •—: Defu-Mitteilungen 1951, H. 9. Herausgeber F. Schmidt, Deutsche FuttermittelKonservierungsgeSellschaft Verden/Aller [51] — : Schiffbautechnisches H a n d b u c h Bd. 1 (1957). Herausgeber: W. Henschke

GOTTFRIED SCHUSTER

Methoden und Wege zur physiologisch-chemischen Virusdiagnostik bei Kartoffelknollen (Wissenschaftliche Abhandlungen der Deutschen Akademie der Land Wirtschaftswissenschaften zu Berlin, Nr. 50)

1962. 249 Seiten - 24 Abbildungen - 59 Tabellen -

gr. 8° - DM 42,50

Eine starke Virus Verseuchung von Kartoffelbeständcn führt zu Ertragsminderungen. Daher kommt der Ausarbeitung geeigneter Verfahren zur raschen Kennzeichnung des Gesundheitszustandes des Pflanzengutes große Bedeutung zu. Der Verfasser gewährt einen tiefen Einblick in diesen Fragenkomplex und verdeutlicht ihn am Beispiel eines von ihm ausgearbeiteten Tests und des Kailosetests. Nach einem Überblick über die verschiedenen Richtungen, in denen sich die Untersuchungen über virusinduzierte Veränderungen im Stoffwechsel der Kartoffelknolle bisher bewegt haben, berichtet der Verfasser über die Ergebnisse seiner langjährigen Untersuchungen zur physiologisch-chemischen Virusdiagnostik; Auf den Befunden einer vergleichenden Überprüfung von sieben im Schrifttum verzeichneten Diagnoseverfahren aufbauend, gelang die Entwicklung neuer Testverfahren. Weitere Untersuchungen führten zur Aufklärung der physiologisch-chemischen Grundlagen dieser Verfahren. Besonderer Wert wurde auf die Durchführung methodischer Untersuchungen zur Kennzeichnung der Möglichkeiten und Grenzen der physiologisch-chemischen Virusdiagnostik gelegt, wobei die Frage im Vordergrund stand, inwieweit es diese gestattet, die laboratoriumsmäßige Pflanzgutkontrolle auch auf Pflanzgut niederer Anerkennungsstufen sowie auf im eigenen Betrieb erzeugtes Pflanzgut auszudehnen.

Bestellungen

durch

eine BuchhancMung

A K A D E M I E .

erbeten

V E R L A G

B

E

R

L

I

N

GERHARD REUTER

Tendenzen der Bodenentwicklung im Küstenbezirk Mecklenburgs (Wissenschaftliche Abhandlungen der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin, Nr. 49)

1962. 128 Seiten — 10 Abbildungen, davon 8 mehrfarbige auf 1 Tafel — 3 Tabellen 12 Figuren -

gr. 8° -

DM 3 8 , -

Der mecklenburgische Küstenbezirk weist eine Fülle von verschiedenartigen Bodenbildungen auf, die für große Teile der norddeutschen Quartärlandschaft repräsentativ sind. Auf Grund langjähriger Untersuchungen vermittelt der Verfasser eine durch zahlreiche Beschreibungen und Analysendaten belegte Übersicht der wichtigsten Typen dieses Gebiets (einschließlich der von i h m erstmalig auf Moräne identifizierten Formen des Lessivé) und richtet das Interesse im Sinne der modernen Bodenentwicklungslehre auf die genetischen Zusammenhänge. Dabei wird grundsätzlich zwischen harmonischen ( = repetierfähigen) und disharmonischen ( = nichtrepetierfähigen) Prozessen unterschieden und besonderer Wert auf die Deutung von Entwicklpngsinterferenzen gelegt.

Bestellungen durch eine Buchhandlung

erbeten

A

R

K

A

D

E

M

I

E

-

V

E

L

A

G

B

E

R

L

I

N