Entwicklung eines selbstfahrenden Transport- und Antriebsfahrzeuges zur Unterstützung von Arbeiten in Weinbausteillagen

Abstract

Der traditionelle Steillagenweinbau in Deutschland unterliegt seit längerem einer schweren Krise, da die Produktionskosten aufgrund des hohen Arbeitsaufwands in Form von Handarbeit gegenüber den Produktionskosten in Direktzuglagen ein Vielfaches übersteigen. Darüber hinaus ist es schwierig, noch motivierte und geeignete Arbeitskräfte für diese schwere und gefährliche Arbeit zu finden.Ansätze zur Mechanisierung der Steilhangbewirtschaftung gibt es bereits durch seilzuggeführte Steillagenmechanisierungssysteme (SMS) und Raupenmechanisierungs¬systeme (RMS), doch auch mit diesen Systemen ist die Bewirtschaftung nach wie vor kosten- und arbeitsintensiv, da die genannten Systeme nicht nur permanent zwei Fachkräfte benötigen, sondern Rebschnitt und Ernte auch weiterhin von Hand durchgeführt werden müssen. Zur vollständigen Mechanisierung durch die Einführung einer Minimalschnitt-Reberziehung fehlen jedoch die passenden Steilhangträgersysteme. Deshalb war es das Ziel dieser Arbeit, ein selbstfahrendes Fahrzeug zu konstruieren, das im seillosen Betrieb alle anfallenden Arbeiten in einem mechanisierten Steillagenweinbau bewältigen kann.Ausgehend vom bestehenden Walzensystem mit innenliegendem Motorantrieb des BRIELMAIER Motormähers wurden ein zwei- und ein dreiachsiger Prototyp entwickelt. Dazu wurde ein Fahrzeugrahmen aus Stahlträgern konstruiert und das Fahrzeug mit einer Lenkung versehen. In der Entwurfsphase im CAD wurden die Konstruktionen mittels der Finite-Elemente-Methode auf ihre Belastbarkeitsgrenzen untersucht. Im Laufe des Projekts wurde von einer Bremslenkung zur Knicklenkung gewechselt, da der hohe Schlupf der Bremslenkung die Stabilität des Fahrzeugs am Berg zu sehr beeinträchtigt.Die neuentwickelte Maschine erfüllt die Projektziele zu weiten Teilen: Das Fahrzeug besitzt einen sehr tiefen Schwerpunkt und kann eine Steigung von 60% problemlos bewältigen. Es ist derzeit geeignet für den Materialtransport, das Mulchen und den Pflanzenschutz. Das Fahrzeug ist ohne aufsitzenden Fahrer einsetzbar, sowohl durch GPS-Steuerung oder durch überlagerte Funkfernsteuerung. Durch beide Neuerungen wird der Arbeiter - im Gegensatz zu bisher verwendeten Systemen - vor Verletzungen geschützt und steigert somit die Arbeitssicherheit in Steillagenweinbergen erheblich. Das System vereinfacht die Bearbeitung von Steillagenweinbergen um ein Vielfaches, zudem gestaltet es diese durch die Schnelligkeit, die geringe Anstrengung für den Menschen und die Energieeinsparung wesentlich effizienter.Der Investitionspreis für dieses Mechanisierungssystem ist höher als der Austausch einer unbrauchbar gewordenen Zugmaschine oder eines Arbeitsgerätes. Nach Schätzung BRIELMAIER liegt der derzeitige Preis für ein Exemplar bei ca. 50.000 Euro. Zielsetzung des Folgeprojektes soll es sein, Produktionskosten zu erreichen, die vergleichbar sind mit dem von etablierten Seilzugmechanisierungssystemen, um damit die volle Wettbewerbsfähigkeit des entwickelten Systems zu erlangen. Weitere Optimierungsmöglichkeiten sind eine weitere Verringerung der Fahrzeugbreite sowie eine Umstellung auf einen hydraulischen Antrieb, um durch den Wegfall der Akkumulatoren für den derzeitigen Elektroantrieb das Gesamtgewicht weiter zu reduzieren. Für den Einsatz auf stark geröllhaltigem Untergrund aus Schiefer sind spezifische Walzenstacheln zu entwickeln. Auch sind Anwendungsmöglichkeiten für Anbaugeräte zum Laubschnitt und zur Ernte zu entwickeln, um die volle Mechanisierung der Steilhangbewirtschaftung zu realisieren. The traditional steep-slope viticulture in Germany suffers from an economic crisis because of higher production costs by manual labor comparing to viticulture in plain slopes. Furthermore it is problematic to find personnel for this hard and dangerous work.First mechanization systems are cable winch based, but they are still cost- and labor-intensive because you need two persons to work with it; pruning and harvesting are still done by manual labor. For an entire mechanization by using the minimal pruning system in steep slopes there is still a lack of an adequate carrier system. So it was the target of this project to construct a self-driving vehicle, which is able to master all duties in steep-slope vineyards without cable winch.Using rollers and the power unit of the BRIELMAIER Motormäher, a two-axis and a three-axis prototype were developed. For that purpose a frame of steel was constructed and the vehicle was provided with a steering mechanism. The constructions were tested in CAD with the Finite Elements-method to find their limits of physical resilience. To reduce the slippage - which was problematic for the vehicle´s balance on steep slopes - the steering system was changed from brake steering to articulated steering. The newly developed machine fulfills the project´s targets extensively: The vehicle has a very low balance point and is able to climb slopes with inclines of 60% without any problems. Currently it is useable for transport, mulching and pest management. Only one single worker is required to handle the remote control. The vehicle works without any mounted driver and is guided either by GPS-based auto navigation or by interfered radio remote control. Both improvements protect the worker from injuries, contrary to the mounted systems used before. Therefore the safety at working in steep-slope vineyards is increased significantly. The new system simplifies the work in steep-slope vineyards vastly, furthermore it enables the work to be done faster, less exhausting for people and energy-saving.The investment costs for the new mechanization system are higher than investing in a replacement of a tractor or another work tool. BRIELMAIER estimates a piece price by 50.000 . It is the target of the following project to reach costs of production which are in the same level like prices of established cable winch systems (RMS, SMS) to get a price competitiveness with these present systems. There are further possibilities of optimization, like a reduction of the vehicle´s width and the conversion to a hydraulic power system to reduce the vehicle´s weight by abolishing the heavy storage-batteries. For the use on ground with lots of pebbles like slate and schist, there is a necessity for specific spikes. To accomplish a full mechanization, applications for leaves cutting and harvesting must be developed.