Detektion von nicht-magnetischen Fremdkörpern im Gutstrom von selbstfahrenden Feldhäckslern (DenimeF)

Hintergrund

Pflanzliche Erzeugnisse werden zur Ernährung von Mensch und Tier oder für die Energienutzung verwendet. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, dass die Ernteerzeugnisse frei von Fremdkörpern sind. Fremdkörper aus unterschiedlichsten Materialien können zu massiven Behinderungen und Schädigungen an Erntemaschinen und Verarbeitungswerkzeugen führen, so Kosten verursachen und das Leben von Mensch und Tier gefährden. Insbesondere Edelstahlkörper in Maisbeständen stellen eine große Gefahr für die Fahrer von Erntemaschinen, andere Personen in der Umgebung der Erntemaschine und für die Erntemaschine selbst dar. Aber auch andere nicht-metallische Fremdkörper wie Kadaver oder Plastik stellen ein Problem dar.

Während magnetische Fremdkörper mit in den Erntefahrzeugen integrierten Sensoren bereits gut erkannt werden, gibt es für nicht-magnetische Fremdkörper wie Edelstahl bisher keine marktverfügbaren Sensorsysteme. Gerade in den letzten Jahren sind Sabotagefälle an Feldhäckslern durch vorsätzliche Platzierung von Edelstahlkörpern im Maisbestand verstärkt aufgetreten. Durch eine geeignete Messtechnik könnten die durch diese Fremdkörper verursachten Schäden vermieden werden. Der Fremdkörper könnte erkannt werden, bevor er in kritische Bereiche im Inneren des Feldhäckslers gelangt und dort Schäden verursacht sowie als Folge davon eine Gefahr für die umgebenden Lebewesen darstellt.

Zielsetzungen

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Systems, das mittels Röntgenstrahlen Fremdkörper im Gutfluss von Erntemaschinen erkennt und in der Lage ist, Signale für dessen automatische Abschaltung vor dem Eintreten eines Schadens zu erzeugen. Die angestrebte Lösung soll kosteneffizient sein und mit einem vereinfachten Genehmigungsverfahren in der Praxis niederschwellig eingesetzt werden können.

Bei der Entwicklung wird auf bereits existierende Röntgenkomponenten des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltung (IIS) zurückgegriffen. Diese werden an einem Versuchsstand und in Feldversuchen getestet und modifiziert und anschließend probeweise in einen selbstfahrenden Feldhäcksler rudimentär integriert. Neben der transmissionsabhängigen Klassifizierung von Objekten soll auch eine formabhängige Klassifizierung angewendet und evaluiert werden, die über eine schwellwertbasierte Detektion hinausgeht.

Die Röntgentechnik hat das Potential, verschiedene Fremdkörper im Gutfluss anhand von Dichteunterschieden zu detektieren. Zusammen mit dem in dieser Technik erfahrenen Projektpartner 'Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS)' soll der Einsatz der Röntgentechnologie in der Landwirtschaft und der Lebensmittelverarbeitung entwickelt werden.

Dabei stehen drei Unterziele im Vordergrund:

• Nachweis, dass die Entwicklung einer marktfähigen Lösung mit Röntgentechnik möglich ist
• Unterscheidung von zu detektierenden Störkörpern von verdichtetem Pflanzenmaterial
• Entwicklung eines Konzepts für die Zulassung zum praxisfähigen Betrieb in Feldhäckslern

Der Praxispartner 'Maschinenfabrik Bernard Krone GmbH & Co. KG' bemisst der Thematik eine hohe praktische Relevanz bei. Das Unternehmen unterstützt das Projekt durch Beratung und vor allem durch das Bereitstellen von verschiedenen Baugruppen.

Vorarbeiten der HSWT

Eine Studie des Biomasse-Instituts der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf hat die Schäden, die durch Sabotageakte mit Fremdkörpern im Maisfeld an Feldhäckslern entstehen sowie mögliche Lösungsansätze für die Detektion von nicht-magnetischen Metallen betrachtet (Wenzel, 2019). Zur Detektion von nicht-magnetischen Metallen wurde die Radartechnologie, die Wirbelstromtechnik und die Röntgentechnik in Betracht gezogen.

Zusammen mit einem wissenschaftlichen Mitarbeiter des Lehrstuhls für Hochfrequenztechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg führte das Biomasse-Institut Versuche zur Detektion eines Edelstahlbolzens mittels Radar bei 1 - 4 GHz im Maisfeld durch (Wenzel, 2019). Zuvor gab es an der HSWT eine Projektarbeit, in der ein Radarsensor im Frequenzbereich von 24 GHz in einem simulierten Maisfeld getestet wurde (HSWT, 2016). Testobjekte waren Metalle verschiedenster Größe und Form. Keiner der Versuche lieferte zufriedenstellende Ergebnisse.

Zitierte Literatur

• Wenzel, H. (2019): Fremdkörperdetektion im Maisfeld. Ein Auszug aus dem Stand der Forschung mit Lösungsansätzen. Bericht des Biomasse-Instituts am Campus Triesdorf der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf
• Fuchs, J.; Deffner, M.; Tischhöfer; M. (2016): Fremdkörpererkennung im simulierten Maisbestand mittels Radartechnologie. Studentische Projektarbeit an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf