Der Strukturwandel zu größeren Betrieben und wachsende Anforderungen an Informations- und Kommunikationstechnik erfordern neue Werkzeuge, diese komplexen Systeme zu regeln. Bei der Einführung moderner Managementsysteme in der Landwirtschaft entwickelt sich die Feuchtemessung zu einer der Schlüsseltechnologien im Bereich der Qualitätskontrolle. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Wassers kann dieses in Feststoffen mit unterschiedlichen Prinzipien gemessen werden. Die zu messenden Feststoffe - Futtererntegüter- lassen sich durch einen Feuchtegehalt zwischen 8 % und 90 % und ihre inhomogene Struktur charakterisieren. Im Zusammenhang mit den stark schwankenden Durchsätzen in Erntemaschinen ergeben sich Meßbedingungen, die die Genauigkeit der bekannten Feuchtemeßverfahren stark herabsetzen können. Die wenigen bekannten Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet und die geringe Anzahl der auf dem Markt verfügbaren Feuchtemeßsysteme zur kontinuierlichen Feuchtemessung in Futtererntegütern zeigen, daß diese Meßaufgabe zahlreiche Schwierigkeiten in sich birgt. Einige Verfahren wurden von vorneherein aufgrund des eingeschränkten Meßbereichs, ihrer Größe oder ihrer Zulassung im landwirtschaftlichen Bereich von weiteren Untersuchungen ausgeschlossen. Der theoretische Vergleich zwischen den Einflußfaktoren auf die grundsätzlich möglichen Meßprinzipien und den Rahmenbedingungen ergibt eine theoretische Eignung der Meßverfahren in folgender Reihenfolge: Nahinfrarot-Reflexion, Mikrowellenreflexion, Kapazitive Meßverfahren, Dielektrische Meßverfahren, Mikrowellenresonator, Mikrowellentransmission und Nahinfrarottransmlssion. Die Zusammensetzung der getesteten Systeme stellt einen Kompromiß aus dem theoretischen Optimum und den von Herstellerseite verfügbaren Systemen dar.
Der Test der einzelnen Feuchtemeßsysteme wurde zweistufig durchgeführt: als erstes erfolgte eine Versuchsreihe im Labor, die zum Ziel hatte, die grundsätzliche Eignung und den maximal erfaßbaren Feuchtebereich zu zeigen . Die definierten Bedingungen im Labor ermöglichten zudem die Erstellung von Grundkalibrierungen, die Evaluierung des Einflusses von Parametern wie Dichte und Schichtdicke auf die Meßergebnisse und eine Aussage über die mögliche Genauigkeit des jeweiligen Systems. Der Versuch, die im Labor erfolgreich getesteten Systeme in die Erntemaschine zu integrieren, warf neue Probleme auf.
Für die Ballenpresse konnte während der gesamten Versuchszeit keine geeignete Anbauposition gefunden werden, was unter anderem an den eingeschränkten Zugangsmöglichkeiten zum Materialstrom in der verfügbaren Rundballenpresse lag. Am Feldhäcksler dagegen erwies sich die Anbauposition im Auswurfkamin als nahezu optimal. Mit Ausnahme der Gewichtseinschränkung bezüglich einsetzbarer Sensoren herrschten gute Bedingungen hinsichtlich Zugänglichkeit und Materialflußhomogenität. Einzig die Referenzierung der Maßergebnisse stellte sich problematisch dar.
Die hohen Durchsatze im selbstfahrenden Feldhäcksler von 100 t/h und mehr erschwerten die Entnahme repräsentativen Probenmaterials. Streuungen innerhalb der Referenzergebnisse von bis zu ±5 % verminderten die Aussagekräftigkeit der Genauigkeitsuntersuchung. Für eine Berechnung der Gesamtfeuchte wäre zudem ein genaues Verfahren zur Durchflußmessung notwendig, was derzeit für Futtererntemaschinen ebenfalls nicht verfügbar ist.
Bei den Laboruntersuchungen kristallisierten sich bereits die NIR-Meßverfahren als beste Verfahren für die Feuchtemessung in Futtererntegütern heraus. Mit einer Genauigkeit teilweise besser als ±1 % und einem Bestimmtheitsmaß von 0,99 über den gesamten Feuchtebereich, unabhängig von Dichte und Schichtdicke, wurden sehr gute Ergebnisse erzielt. Sowohl Kapazitive- als auch Mikrowellenreflexions-Systeme zeigten im Labor unter konstanten Bedingungen Ergebnisse, die nur knapp innerhalb der geforderten Genauigkeit von ±5 % lagen. Es wurde eine Abhängigkeit zwischen den Maßergebnissen dieser Verfahren, der Dichte und der Schichtdicke des Meßgutes festgestellt, die jedoch für die Erstellung eines Korrekturalgorithmus nicht deutlich genug war. Ursache für die starke Streuung der Ergebnisse dürfte unter anderem die lnhomogenität (Korngröße) der Erntematerialien sein.
Mit einer Standardabweichung von 4,40 % und einen Bestimmtheitsmaß von 0,823 des MESA MM55 und von 1,39 % und 0,774 des Perten DA7000 lagen die Ergebnisse der Feldtests mit den NIR-Meßsystemen trotz der fehlerbehafteten Referenzierung innerhalb der Genauigkeitsanforderungen. Dabei wurde Maissilage aus einem Bereich von 47 % bis 72 % Feuchte mit einer einzigen Kalibrierung gemessen.
Die Ergebnisse der kapazitiven Meßsysteme waren abhängig von Materialdichte, Schichtdicke und Stellung des Auswurfkamins, was nicht zu kompensieren war. Bei der Erstellung von Kalibrierungen ist dar auf zu achten, daß diese für den typischen Feuchtebereich des jeweiligen Erntegutes aufgebaut werden.
Grundlegende Untersuchungen zur kontinuierlichen Inhaltsstoffbestimmung auf Feldhäckslern haben gezeigt, daß dies für Stärke und Rohprotein beziehungsweise Stickstoff möglich ist. Für weitere Parameter wäre der explizite Beweis der Meßbarkeit noch zu führen. Dies erfordert aufgrund der schwierigen Referenzierbarkeit einen sehr großen Probenumfang sowie umfangreiche Kenntnisse der Chemie. Ein solches komplexes System konfrontiert den Benutzer mit der Problematik, daß eine schnelle, einfache Kontrolle der Funktionsfähigkeit und Genauigkeit des Meßsystems nicht mehr möglich ist
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die NIR-Technologie eine geeignete Basis für eine kontinuierliche Feuchtemessung und eventuell auch Inhaltsstoffbestimmung auf Futtererntemaschinen darstellt. Mit der schnellen Weiterentwicklung elektronischer Komponenten und Sensoren ist zu erwarten, daß innerhalb weniger Jahre kostengünstige, robuste NIR-Meßsysteme auf dem Markt zu finden sind, die die Anforderungen aus dem Bereich der Qualitätskontrolle für Futtererntegüter erfüllen. Um optimale Maßergebnisse erzielen zu können, müßten die Landmaschinen an die Erfordernisse der Meßtechnik angepaßt werden und nicht umgekehrt - wie heute üblich.
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Der Strukturwandel zu größeren Betrieben und wachsende Anforderungen an Informations- und Kommunikationstechnik erfordern neue Werkzeuge, diese komplexen Systeme zu regeln. Bei der Einführung moderner Managementsysteme in der Landwirtschaft entwickelt sich die Feuchtemessung zu einer der Schlüsseltechnologien im Bereich der Qualitätskontrolle. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Wassers kann dieses in Feststoffen mit unterschiedlichen Prinzipien gemessen werden. Die zu messenden Festst...
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