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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Sammlung von Halmgütern im Feld beziehungsweise in deren Anbauflächen und zur Herstellung hochverdichteter Halmgutaggregate, beispielsweise Pellets oder Briketts, wobei die Teilverfahren der Feldsammlung und der Hochkompaktierung lokal gekoppelt aber zeitlich entkoppelt sind und die Feldsammlung ohne vorkompaktierte Bündelung erfolgt.
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Stand der Technik
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Halmgüter, wie Stroh, Heu, Miscantus, Luzerne, Biomasse aus Kurzumtriebsplantagen oder vergleichbare Erzeugnisse, weisen häufig regional sehr unterschiedliche Nachfrageniveaus auf. Während in marktfruchtbezogenen Ackerbauregionen häufig nicht wirtschaftlich verwertbare Überschüsse auf den Äckern verbleiben, sind Halmgüter in Viehhaltungsregionen oder anderen Gebieten mit punktueller Nachfrage ein gefragtes Wirtschaftsgut.
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Weiterhin bietet die thermische Nutzung von nicht verwerteten Halmgütern, insbesondere Stroh, ein erhebliches Verwertungspotential zur CO2-neutralen Energiegewinnung, sofern die Stofflogistik von der saisonalen Feldernte zur unterjährigen Verbrennung an gegebenenfalls weiter entfernten Orten wirtschaftlich gelöst werden kann.
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Gängiges Verfahren zum Transport von Halmgütern ist die Kompaktierung der Halmgüter auf ein mittleres Niveau von circa 0,1 bis 0,3 t/m3 - Tonnen pro Kubikmeter - und ihre Bündelung in Ballen auf dem Feld, beispielsweise mit Hilfe von Pressen, und die anschließende Sammlung der Ballen mit Ladetechnik, beispielsweise Radladern, und Plattformwagen sowie der Transport zum Zielort der Verwertung mittels Plattformwagen. Aufgrund der geringen Ladedichte und des aufwändigen Handlings der Ballen ist diese Art der Erfassung allerdings nur für die regionale Verwertung geeignet. überregionale Transporte sind auf diese Weise nicht wirtschaftlich abbildbar.
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Weiterhin haben die so erfassten Ballen für die thermische Nutzung den Nachteil, dass sie für kleinteilige Verbrennung nur schwer zu handeln sind und stets Ballenauflöser oder ähnliche Vorrichtungen für die maschinelle Zuführung zur Verbrennung erforderlich sind, was die thermische Nutzung nur in großtechnischen Anlagen wirtschaftlich abbildbar macht.
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Hieraus schließlich ergibt sich die Vorzüglichkeit hochverdichteter Halmgutaggregate, wie beispielsweise Pellets oder Briketts, für die Logistik und das Handling. Der höhere Verdichtungsgrad auf circa 0,5 bis 0,8 t/m3 erlaubt es die Aggregate überregional zu transportieren. Weiterhin sind diese als Schüttgüter handelbar und können jeder Art der Verwertung (thermisch, Futter, Einstreu und weitere) kleinteilig und präzise zudosiert werden.
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Zur Feldsammlung und Kompaktierung von hochverdichteter Halmgutaggregate sind insbesondere 2 Verfahren vorbekannt:
- Das erste dieser Verfahren setzt hierbei auf eine Sammlung und Erfassung der Halmgüter nach dem klassischen Verfahren in vorkompaktierten, durch Garn oder Netze gebündelten Ballen und stationäre Hochkompaktierung. Hierbei werden die Halmgüter zunächst durch eine Ballenpresse oder ähnliche mobile Maschine, wie beispielsweise in EP 2 556 742 B1 oder EP 3 298 881 B1 offenbart, im Feld vorkompaktiert und gebündelt. Die entstehenden Ballen werden in einem nächsten Schritt mit einem Radlader oder ähnlichem Ladegerät auf ein Plattformtransportfahrzeug verladen, regional transportiert, gegebenenfalls in ein Zwischenlager geladen, schließlich mittels Radlader in einen stationären Ballenauflöser geladen, dass gelöste Halmgut in einer vorzugsweise gekoppelten Zerkleinerungsvorrichtung zerkleinert und in einer vorzugsweise gekoppelten Aggregatpresse zu hochverdichteten Aggregaten kompaktiert.
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Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die in der Regel teuerste und zugleich in der Regel durchsatzschwächste Maschine in der Verfahrenskette, die stationäre Hochkompaktieranlage, in der Regel bestehend aus den miteinander gekoppelten Komponenten Ballenauflöser, Zerkleinerungsvorrichtung und Aggregatpresse, unabhängig von Saison und Witterung eingesetzt werden kann, da die Halmgüter in Ballen zwischengelagert werden können. Auf diese Weise kann die Hochkompaktieranlage übersaisonal genutzt werden. Nachteilig am genannten Verfahren ist die umständliche und energieintensive Erfassungskette bei der die Ballen mehrfach mit Radlader oder ähnlichem Ladergerät verladen werden sowie energieaufwendig vorkompaktiert und gebunden werden, wobei die kompaktierten Ballen anschließend vor der Hochkompaktierung wieder aufgelöst werden müssen.
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Das zweite Verfahren setzt auf eine Feldsammlung und Kompaktierung in einem zeitgleichen Arbeitsschritt. Die hierzu erforderlichen kombinierten, im Feld einsetzbaren und während des Einsatzbetriebes mobilen Maschinen, die die Halmgüter in deren Anbauflächen sammeln, zerkleinern und zu Halmgutaggregaten hochverdichten sind beispielsweise als traktorgezogene Maschine oder als selbstfahrende Maschine sind beispielsweise in
WO 2014/ 037 099 A1 ,
WO 2016/ 127 196 A2 ,
US 3 517 488 A ,
DE 10 2016 113 876 B3 sowie
DE 10 2015 014 120 A1 offenbart.
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Vorteil dieses Verfahrens ist die geringe Anzahl an erforderlichen Prozessschritten sowie die Vermeidung einer Vorkompaktierung und Bündelung sowie der entsprechenden Auflösung, somit eine verbesserte Energieeffizienz. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die mobile, kostenintensive Maschine zur Sammlung und Hochkompaktierung mit relativ geringer Durchsatzleistung von circa 1 bis 5 t/h - Tonnen pro Stunde - nur saisonal und witterungsabhängig in einem sehr kurzen Zeitfenster eingesetzt werden kann und somit hohe Fixkosten anfallen. Weiterhin ist das Verfahren aus arbeitswirtschaftlicher Sicht nachteilig, da ein weiterer punktueller Personalbedarf in der Erntezeit erzeugt wird.
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Weiterhin sind zur Sammlung und Kompaktierung von Halmgutaggregaten einzelne Kombinationsverfahren erkannt, beziehungsweise die Sammlung in Bündeln nach dem erstgenannten Verfahren und die Auflösung, Zerkleinerung und Hochkompaktierung mit einer örtlich mobilen, jedoch im Einsatz stationären Anlage außersaisonal. Dieses Verfahren hat jedoch auch die für das erstgenannte Verfahren genannten Nachteile, lediglich der Transportweg der gebündelten Halmgutballen wird reduziert. Eine beispielhafte Offenbarung hierzu ist
EP 2 289 682 A1 zu entnehmen.
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Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Gewährleistung eines kostengünstigen und energieeffizienten Verfahrens zur Sammlung und Kompaktierung von Halmgutaggregaten, welches zur Senkung der Fixkosten einen übersaisonalen Einsatz der Anlage zur Hochkompaktierung zulässt und gleichzeitig eine Vorkompaktierung und Bündelung der Halmgüter, inkl. der späteren Auflösung der Ballen vermeidet und somit den Energieeinsatz für Bündelung und Auflösung einspart.
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Lösung
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Die Aufgabe wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei dem die Halmgüter zunächst im Feld oder ihren Anbauflächen durch ein Sammel- und Transportverfahren lose erfasst werden und als ungebundener Haufen am Feldrand oder in einer Teilfläche des Feldes selbst oder benachbarter Felder gelagert werden und anschließend am Ort der Lagerung durch mindestens eine mobile, jedoch im Betrieb stationäre Hochkompaktieranlage zu hochverdichteten Halmgutaggregaten kompaktiert werden, wobei die Hochkompaktieranlage durch mindestens einen autonomen Roboter oder mindestens ein autonomes Fahrzeug mit Halmgütern aus dem losen Haufen befüllt wird.
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Dieses Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Halmgüter während des kurzen Erntezeitfensters nur durch ein schlagkräftiges Feldsammlungs- und Transportverfahren lose erfasst werden und anschließend über einen Zeitraum von beispielsweise einigen Monaten gelagert werden, um schließlich außersaisonal mit der Hochkompaktieranlage zu Halmgutaggregaten, wie Pellets oder Briketts, verarbeitet zu werden. Auf diese Weise kann die kostenintensive Hochkompaktieranlage, welche weitere Funktionen umfassen kann, über einen langen Zeitraum im Jahr eingesetzt werden, was die Fixkosten senkt. Weiterhin bietet sich aus arbeitswirtschaftlicher Sicht der außersaisonale Zeitraum für die Hochkompaktierung an, um die Arbeitsspitze im Erntezeitfenster zu brechen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Vorkompaktierung und zwischenzeitliche Bündelung der Halmgüter und vermeidet auf diese Weise den hierfür erforderlichen Energieaufwand. Weiterhin werden im Vergleich zum im Stand der Technik erstgenannten Verfahren die Kosten für Garne oder Netze zur Bündelung sowie die Notwendigkeit von deren entsprechender Entsorgung vermieden.
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Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zu nennen, dass für den diesen Befüllschritt kein Fahrer erforderlich ist und somit der Teilschritt der Herstellung hochverdichteter Halmgutaggregate potentiell vollständig automatisiert werden kann.Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich in speziellen Ausgestaltungen und Abwandlungen.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Feldsammlungs- und Transportverfahren durch mindestens ein kombiniertes Fahrzeug beziehungsweise eine kombinierte Maschine realisiert. Beispielsweise im Falle von Sammlung der Halmgüter aus dem Schwad, bieten sich hierzu handelsübliche Ladewagen an, welche eine schlagkräftige Feldsammlung und direkten Abtransport in loser Form ermöglichen. Eine Zerkleinerung oder Vorzerkleinerung der Halmgüter beim Sammeln ist möglich.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Feldsammlungs- und Transportverfahren durch mindestens eine abgesetzte Sammel- und mindestens eine abgesetze Transportmaschine realisiert. Beispielsweise bietet sich hier eine Kombination handelsüblicher Feldhäcksler und Häckeltransportwagen an, welche schlagkräftige Feldsammlung und direkten Abtransport in loser Form ermöglichen. Eine Zerkleinerung oder Vorzerkleinerung der Halmgüter beim Sammeln ist möglich.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die lose abgelegten Halmgüter durch mindestens einen Radlader oder vergleichbares Fahrzeug zu einem Haufen geformt, um den Platzbedarf am Feldrand oder sonstigen Lagerort zu verringern.
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Als Lagerorte der ungebundenen Halmgüter bieten sich der Feldrand oder eine Teilfläche des Feldes selbst oder benachbarter Felder. Kurze Transportwege werden durch das Verfahren ermöglicht, indem die mindestens eine Hochkompaktieranlage zwar im Betrieb weitgehend stationär arbeitet, jedoch zwischen den Einsätzen mobil umgesetzt werden kann. Auf diese Weise werden die Transportwege der Halmgüter in hochverdichteter Form maximiert, Transporte in loser Form minimiert und Transporte und Handling in gebündelter Form, beispielsweise in Form vorkompaktierter Ballen, gänzlich vermieden.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Halmgüter im Falle einer Lagerung außerhalb von Gebäuden während der Lagerung mit mindestens einer Folie oder mindestens einem Netz oder Fließ oder ähnlichem Witterungsschutz abgedeckt. Auf diese Weise werden negative Einflüsse der Witterung während der Lagerung vermieden. Insbesondere kann das Abdeckmittel wiederverwertet werden, beispielsweise im Folgejahr, da die Lagerstelle vorzugsweise in einem Zug während der späteren Verarbeitung mittels mindestens einer Hochkompaktieranlage verarbeitet werden kann.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Hochkompaktieranlage nicht nur auf den Ballenauflöser sondern auch auf die Zerkeinerungseinheit verzichtet, beispielsweise da die Halmgüter bereits bei der Erfassung mittels Ladewagen oder Feldhäcksler ausreichend zerkleinert wurden. Dies hat den Vorteil einer weiteren Reduzierung der Komplexität der Hochkompaktieranlage und verbessert Ihren stabilen Einsatz.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Hochkompaktieranlage mit Zerkeinerungseinheit ausgestattet, wobei zur Erhöhung der Schlagkraft der Feldsammlung keine Zerkleinerung während der Feldsammlung stattfindet.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Hochkompaktieranlage mit Zerkeinerungseinheit ausgestattet, es findet jedoch eine Vorzerkleinerung während der Feldsammlung statt.
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Weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich der nachfolgenden elementweisen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden. Es zeigen:
- : ein mögliches Verfahren zur Feldsammlung hier mit mehreren kombinierten Sammel- und Transportwagen,
- : die Lagerung der Halmgüter in loser und hier abgedeckter Form,
- : die außersaisonale Hochkompaktierung der Halmgüter zu hochverdichteten Halmgutaggregaten, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Befüllung der Hochkompaktieranlage durch mehrere autonome Roboter erfolgt,
- : einen Überblick der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden Prozessschritte.
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zeigt ein mögliches Verfahren zur Feldsammlung, hier mit mehreren kombinierten Sammel- und Transportwagen. Die Halmgüter liegen innerhalb des durch die Feldrandgeometrie 1 gekennzeichneten Feldes in Halmgutreihen 2. Die Halmgutreihen 2 können beispielsweise durch Pflanzreihen oder durch Schwade geschnittenen und gegebenenfalls vorgetrockneten oder sonstig vorbearbeitetem Halmgutmaterial ausgebildet sein. Weiterhin sind mehrere kombinierte Sammel- und Transportfahrzeuge 3 zu sehen. Das kombinierte Sammel- und Transportfahrzeug 3a befindet sich in der Phase der Aufnahme der Halmgutreihe in seinen internen Speicher. Das Sammel- und Transportfahrzeug 3b befindet sich in der Phase des Transportes mit gefülltem Speicher, das Sammel- und Transportfahrzeug 3c befindet sich in der Phase der losen Ablage seines Speicherinhaltes an Halmgütern am Feldrand. Durch die Ablage einer Vielzahl von Speicherinhalten an Halmgütern durch die Sammel- und Transportfahrzeug und optionale weitere Formung entsteht mindestens ein Haufen losen Halmgutes 4.
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zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Teilschritt der Lagerung der Halmgüter in loser Form. Innerhalb des durch die Feldgeometrie 1 eingeschlossenen Feldes befindet sich mindestens ein Haufen loser Halmgüter, welcher hier abgedeckt ist 4a. Dieser ist durch mindestens eine Abdeckung 6, beispielsweise eine Folie oder ein Fließ, bedeckt. Der verbleibende, nicht durch Haufen loser Halmgüter oder Abdeckung belegte Großteil des Feldes 5 kann zur Vorbereitung und für den Anbau der Folgekultur weiterbearbeitet werden.
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zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Teilschritt der außersaisonalen Hochkompaktierung der Halmgüter zu hochverdichteten Halmgutaggregaten, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Befüllung der Hochkompaktieranlage 8 durch einen oder mehrere autonome Roboter 17 erfolgt. Der Haufen losen Halmgutes 4 ist teilweise im oberen Teil bereits freiliegend, im unteren Teil 4a noch bedeckt durch die Abdeckung 6. Die losen Halmgüter 11 werden durch mindestens einen autonom fahrbaren Roboter oder mindestens ein autonomes Fahrzeug 17 aufgenommen und in die Hochkompaktieranlage 8 eingefüllt. Nach der Prozessierung der losen Halmgüter 11 zu hochverdichteten Halmgutaggregaten 10, werden diese als Schüttgut auf mindestens ein Straßentransportfahrzeug 9 verladen, welches nach seiner vollständigen oder teilweisen Befüllung der regionalen oder überregionalen Transport der hochverdichteten Halmgutaggregate als Schüttgut 10 übernimmt.
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zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Feldsammlung und Herstellung hochverdichteter Halmgutaggregate in Form einer Abfolge von Teilschritten. Zu Begin des Verfahrens 30 befinden sich die Halmgüter in Reihen oder verteilt auf dem Feld oder Ihren entsprechenden Anbauflächen. In einem folgenden Teilschritt werden die Halmgüter im Feld gesammelt 31. Diese Sammlung kann einen Zerkleinerungsschritt umfassen. In einem folgenden Teilschritt 32 werden die losen Halmgüter lokal transportiert, zum Feldrand oder zu einer nahegelegenen Lagerstätte. Als ein weiterer Teilschritt 33 folgt die lose Ablage der Halmgüter aus dem Speicherinhalt der Transportfahrzeuge. Dieser Teilschritt kann die Formung mehrerer Speicherinhalte der Transportfahrzeug zu einem zusammenfassenden großen Haufen umfassen. Während eines weiteren folgenden Teilschrittes 34 werden die losen Halmgüter zur zeitlichen Entkoppelung von Feldsammlung und Hochkompaktierung gelagert, wobei dies unter einer Abdeckung erfolgen kann. In einem folgenden Teilschritt 35 werden die losen Halmgüter nach Lagerung und Verbringung der Hochkompaktieranlage in die Nähe des Haufens loser Halmgüter aus dem Haufen entnommen und der Hochkompaktieranlage zugeführt. In einem folgenden Teilschritt 36 werden erfolgt die Hochkompaktierung der Halmgüter zu hochverdichteten Halmgutaggregaten. Dieser Teilschritt kann einen Zerkleinerungsschritt umfassen. In einem folgenden Teilschritt 37 werden die hochverdichteten Halmgutaggregate auf mindestens ein Straßentransportfahrzeug übergeladen. In einem folgenden Teilschritt 38 erfolgt der regionale oder bevorzugt überregionale Transport der hochverdichteten Halmgutaggregate als Schüttgüter. Dies entspricht dem Ende 39 es beschrieben Verfahrens.
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Die vorstehenden Ausführungsbeispiele dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Dem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, die Ausführungsbeispiele auf eine ihm geeignet erscheinende Weise abzuwandeln, um sie an einen konkreten Anwendungsfall anzupassen, beispielsweise aber nicht ausschließlich durch zusätzliche Zwischenprozesschritte oder zusätzliche oder abgewandelte Puffer- oder Transportschritte.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feldrandgeometrie,
- 2
- Halmgutreihen, beispielsweise Pflanzreihen oder Schwade geschnittenen Materials,
- 3
- kombiniertes Sammel- und Transportfahrzeug,
- 3a
- kombiniertes Sammel- und Transportfahrzeug, hier während des Sammelvorganges,
- 3b
- kombiniertes Sammel- und Transportfahrzeug, hier während des Transportvorganges,
- 3c
- kombiniertes Sammel- und Transportfahrzeug, hier während der Ablage des losen Halmgutes,
- 4
- Haufen losen Halmgutes,
- 4a
- Haufen losen Halmgutes unter Abdeckung,
- 5
- geräumter Bereich des Feldes,
- 6
- Abdeckung des losen Halmgutes als Witterungsschutz,
- 8
- Hochkompaktieranlage,
- 9
- Straßentransportfahrzeug für den regionalen und überregionalen Transport hochkompaktierter Halmgutaggregate während der Beladung,
- 10
- hochverdichtete Halmgutaggregate als Schüttgut,
- 11
- lose Halmgüter,
- 17
- mobiler, autonomer Roboter zur Befüllung,
- 30
- Start des Verfahrens,
- 31
- Sammeln der Halmgüter im Feld beziehungsweise deren Anbauflächen, mit oder ohne Zerkleinerung,
- 32
- lokaler Transport der losen Halmgüter zum Feldrand oder zu einer nahegelegenen Lagerstätte,
- 33
- lose Ablage der Halmgüter, optional Formen eines durchgängigen Haufens,
- 34
- Lagerung der Halgüter, optional unter Abdeckung,
- 35
- Aufnehmen der Halmgüter und Befüllung der Hochkompaktieranlage,
- 36
- Hochkompaktierung, mit oder ohne Zerkleinerung,
- 37
- Überladen der hochverdichteten Halmgutaggregate auf ein Straßentransportfahrzeug
- als
- Schüttgut,
- 38
- regionaler oder überregionaler Transport,
- 39
- Ende des Verfahrens
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Zitierte Patentliteratur
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