Agrartechnik: Technische Verfahren und Maschinen
Für die Erzeugung landwirtschaftlicher und gärtnerischer Produkte haben sich bestimmte Verfahren von der Bodenvorbereitung bis zur Ernte etabliert, und für jeden einzelnen Verfahrensschritt stehen spezifische Techniken und Maschinen bereit. Diese Maschinen und Technologien müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass ein Verfahrensschritt einen anderen nicht ungünstig beeinflusst und die gesamte Verfahrenskette möglichst optimal durchlaufen werden kann. Zur Optimierung ist beispielsweise weniger die Leistung von Einzelmaschinen von Bedeutung, sondern ihre Integrierbarkeit in die gesamte verfahrenstechnische Kette. Die Maschinenkette sollte so zusammengestellt werden, dass sich mit ihr die Ziele Umweltschonung, Qualitätserzeugung und Wirtschaftlichkeit möglichst in vollem Umfang erreichen lassen. Ein Beispiel für die gegenseitige Beeinflussung einzelner Verfahrensschritte im Feldgemüsebau ist die Aufeinanderfolge von Bodenbearbeitung und Pflanzung sowie der Einfluss von Bodenbearbeitung und Bodenpflege auf die Qualität und die Verluste der Ernteprodukte.
Traktoren
Traktoren sind die wichtigsten Arbeitsmaschinen für die Freilandbearbeitung. Die Bezeichnung Traktor (Zugmaschine), Trecker oder Schlepper geht auf den Anfang der Mechanisierung in der Landwirtschaft zurück, als Pferd, Ochse und Kuh, die bis dahin ihre Zugkraft bereitgestellt hatten, durch benzin- oder dieselgetriebene Maschinen abgelöst wurden.Heutige Traktoren sind viel mehr als reine Zugmaschinen. Sie sind vielseitige Arbeitsmaschinen, die ein breites Spektrum von Arbeitsleistungen bereitstellen. Erzeugt wird die Leistung durch einen Dieselmotor, dessen Drehleistung an der Kurbelwelle in Fahrleistung, Zugleistung und hydraulische Arbeitsleistung umgewandelt oder an der Zapfwelle zum Antrieb von anderen Maschinen weitergegeben werden kann.
Die Aufgaben eines modernen Traktors bestehen in Transportarbeiten auf Wegen und Straßen durch Zug und Tragen von Lasten, Zugarbeiten auf dem Feld, dem Antrieb von fahrbaren und stationären Maschinen über Riemenantrieb, Zapfwelle und Hydraulik, dem Geräteanbau, der Geräteführung und Regelung von Gerätefunktionen in der Dreipunkthydraulik sowie Hub- und Tragarbeiten mit Frontlader, Hublader und Antriebshydraulik.
Die Bodenbearbeitung benötigt sehr hohe Zugkräfte. Deshalb setzte die Entwicklung von Zugmaschinen auf dem Feld zunächst für die Bodenbearbeitung ein, und zwar waren es in Europa ab etwa 1860 Seilzugdampfpflüge für die Großflächenbodenbearbeitung, die aus England kamen.
Anfang des 20. Jahrhunderts suchten die Maschinenbaukonstrukteure nach fahrbaren Lösungen, mit denen die Bodenbearbeitungsgeräte direkt über das Feld gezogen werden konnten. 1907/08 konstruierte Robert Stock den Motortragpflug, der ein großer Einachstraktor mit direkt angebautem Pflugtragrahmen war.
Die Gasmotorenfabrik Deutz, in deren Ursprungsfirma Nikolaus Otto 1862 seinen ersten Gasmotor und 1876 den Viertaktmotor konstruierte, brachte 1907 den Automobilpflug auf den Markt. Dieser frühe Ackerschlepper hatte einen 25-PS-Motor, der Pflug und Egge über das Feld ziehen konnte, und besaß erstmals eine Riemenscheibe für den Antrieb stationärer Maschinen wie etwa der Dresch- und Häckselmaschine.
1921 entwickelte Fritz Huber bei der Firma Lanz einen 12-PS-Einzylinder-Rohölmotor, der den Namen Lanz-Bulldog bekam. Der legendäre Bulldog, weiterentwickelt und in großen Stückzahlen gebaut, war für Jahrzehnte das Synonym für landwirtschaftliche Zugmaschinen. Er hatte bis in die 1950er-Jahre einen Einzylinder-Zweitakt-Glühkopfmotor, der Schweröl, Dieselöl und andere Kraftstoffe verbrennen und in beiden Richtungen laufen konnte. Da die Verdichtung im Verbrennungsraum sehr niedrig war, musste die für die Verbrennung notwendige Wärmeenergie in einem Glühkopf gespeichert werden, der vor dem Start mit einer Heizlampe zum Glühen gebracht wurde.
Einen wesentlichen Durchbruch bei der Mechanisierung und Motorisierung kleinbäuerlicher Betriebe brachte der »Elfer Deutz« als Bauernschlepper im Jahre 1936, der 2980 Reichsmark kostete und als vielseitig einsetzbar und robust galt. Der wassergekühlte Einzylinder-Dieselmotor entwickelte elf PS aus einem Hubraum von einem Liter. Nach 1946 war dieser Traktor mit Anbaumähwerk, Riemenscheibe und Heckanbau für Pflüge ausgestattet.
Moderne Traktoren gibt es heute in allen Leistungsklassen zwischen 20 und 200 Kilowatt. Sie sind vielfach einsetzbare Arbeitsmaschinen und haben dafür bestimmte Sonderausrüstungen. Die Hauptbaugruppen eines Traktors sind Motor und Getriebe, das Fahrwerk, die hydraulische Anlage mit elektrohydraulischer Regelung und der Fahrerstand mit allen Bedienelementen und eventuell mit Bordcomputer für die Datenerfassung und Regelung von Funktionen an Maschinen, wie beispielsweise beim Spritzen zum Pflanzenschutz.
Das Getriebe ist entweder mit mehr als 20 Gängen oder mit stufenlosem Antrieb ausgestattet und erlaubt Fahrgeschwindigkeiten von 20 Metern pro Stunde bis zu 60 Kilometern pro Stunde. Wahlweise ist der Allradantrieb einschaltbar. Zapfwellen für die Abnahme von Drehleistung vorn und hinten haben unterschiedliche Nenndrehzahlen und sind unter Last schaltbar. Da die Hinterachse stärker belastbar ist, können schwere Maschinen wie Maishäcksler oder auch Schneefräsen am Heckkraftheber angebaut, der Fahrerstand als Rückfahreinrichtung umgedreht und dann mit einem Reversiergetriebe rückwärts gefahren werden. Das Reversiergetriebe ist auch für Frontladerarbeiten erforderlich, bei denen ohne aufwendiges Schalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt umgeschaltet werden muss.
Der Fahrerstand ist staubdicht und voll klimatisierbar. Besonders wichtig ist es, auf einen körperschonenden Sitz zu achten, da Landwirte typischerweise täglich mehrere Stunden auf Traktoren zubringen und viele oftmals schon in jungen Jahren durch Vibrationen und Erschütterungen Probleme an Rücken und Hüften bekommen.
Wesentliche Aufgaben im Traktor haben die Hydraulik und die elektrohydraulische Regelung. Geräte werden am Dreipunktkraftheber angebaut, der aus zwei Unterlenkern und einem Oberlenker mit Befestigungselementen an allen Lenkern besteht. Auf diese Weise ergeben sich drei Kupplungspunkte, durch die man Anbaugeräte mit dem Traktor verbindet. Die beiden Unterlenker können mit Hydraulikzylindern angehoben und gesenkt werden. Der Oberlenker ist eine bewegliche Verbindung zum Traktor und damit Haltestütze für das Gerät. Ist beispielsweise ein Pflug angebaut, so kann dieser jeweils am Feldende und für den Transport ganz ausgehoben und zum Pflügen in Betriebsstellung gesenkt werden. Während des Pflügens wird der Pflug geregelt. Dazu wird die momentane Zugkraft für den Pflug elektronisch an den Unterlenkern gemessen und gleichzeitig die Lage, das heißt die Stellung des Gerätes relativ zum Traktor, kontrolliert. Am Schaltpult im Fahrerstand lassen sich Zugkraft und Lage so einregeln, dass der Traktor auch bei wechselnden Bodenwiderständen die maximale Zugkraft nutzen kann und der Pflug in annähernd konstanter Tiefe arbeitet.
Ein Problem beim Befahren von Äckern besteht im Schlupf, dem relativen Unterschied zwischen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit und der theoretischen Fahrgeschwindigkeit aufgrund des eingelegten Ganges und der Radumdrehung. Zu starker Schlupf zwischen Rädern und Boden ist schädlich für das Bodengefüge und beeinträchtigt die Arbeitsleistung. Viele Traktoren besitzen daher heute eine Schlupfregelung. Die theoretische Fahrgeschwindigkeit wird elektronisch im Getriebe, die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit durch einen Radarsender am Traktor gemessen; ausgewertet werden die beiden Größen in der elektrohydraulischen Schlupfregeleinheit.
Da sich die landwirtschaftlichen Betriebe in Deutschland hinsichtlich der Lage und der Landschaft, der Bodenart, der Anbauverhältnisse für die Pflanzen und der Größenordnung stark voneinander unterscheiden, stellen sie auch sehr verschiedene Ansprüche an die einzusetzenden Traktoren, die in Leistung und Bauart den gegebenen Betriebsverhältnissen angepasst sein müssen. Man unterscheidet im Wesentlichen Standardtraktoren, Geräteträger und Systemtraktoren. Darüber hinaus gibt es Sonderbauarten für Intensivkulturen in Gartenbau und Weinbau.
Bodenbearbeitung
Die Geschichte der Bodenbearbeitung geht einher mit derjenigen des Pfluges, dessen Vorläufer Geweihstangen und Grabhölzer waren, die etwa um 10 000 v. Chr. im Nahen Osten durch den hölzernen Hakenpflug ersetzt wurden. Einen großen Fortschritt brachte die Erfindung des Wendepflugs, die auf die Chinesen zurückgeht. Vor etwa 2000 Jahren platteten sie die inzwischen aus Eisen bestehende Spitze des Pflugs zu einem Schar ab. Damit ließ sich der Boden aufschneiden und wenden. Der Wendepflug breitete sich auch rasch in Europa aus. Noch im frühen 19. Jahrhundert bestanden die Pflüge bis auf das eiserne Schar aus Holz. Erst mit der einsetzenden Industrialisierung wurden zunehmend Ganzeisenmodelle hergestellt. Das Funktionsprinzip des Pflugs aber hat sich seit dem Altertum kaum verändert.
Im modernen Sinne ist die Bodenbearbeitung ein bewusster, mechanischer Eingriff in den Boden, mit dem Ziel, die Struktur des Bodens zu verändern. Letztlich sollen die Bodenfruchtbarkeit erhalten oder verbessert und damit optimale Wachstumsverhältnisse für die Kulturpflanzen geschaffen werden. Die Bodenbearbeitung dient aber auch der Regulierung des Unkrautbesatzes und als Schutz gegen Erosion. Dazu bedient man sich verschiedener Techniken. Mit der Lockerung des Bodens wird das Porenvolumen vergrößert und die Durchlüftung verbessert. Das Zerkleinern und Krümeln ist erforderlich für die Saat- und Pflanzbeetbereitung. Mischen und Wenden des Bodens dienen der Einarbeitung von organischen Reststoffen und der Unkrautvernichtung. Ist der Boden zu locker, muss er rückverdichtet werden, um den Saatkörnern ausreichenden Bodenschluss zu geben. Spezialaufgaben sind das Einebnen und die Formung der Oberfläche, beispielsweise im Spargelanbau. Für diese vielfältigen Aufgaben müssen sehr unterschiedliche Maschinen und Maschinenkombinationen zur Verfügung stehen.
Zusätzlich müssen für eine umweltverträgliche, bodenschonende Bearbeitung die Forderungen gestellt werden, den Boden durch Bodendruck und Schlupf möglichst wenig zu belasten, sowie Erosion und Verdichtung des Bodens zu vermeiden. Da die Zugkraft der Traktoren neben der Leistung auch von den Reifen und vom Gewicht abhängt, muss man für eine bodenschonende Bearbeitung die Zugkraft verringern und das Feld so selten wie möglich befahren. Ein möglicher Weg in dieser Richtung ist die Anwendung von Gerätekombinationen und von Geräten, die von der Zapfwelle des Traktors angetrieben werden und damit weniger Zugkraft benötigen.
Bei der Bodenbearbeitung unterscheidet man die Grundbodenbearbeitung, die bis in den Hauptwurzelraum reicht, die Saatbeet- oder Pflanzbeetbereitung mit einer Arbeitstiefe von wenigen Zentimetern und Pflegemaßnahmen an der Bodenoberfläche zur mechanischen Unkrautregulierung und Oberflächenbearbeitung.
Zur Grundbodenbearbeitung wird seit alters her der Pflug eingesetzt, dessen eigentliche Arbeitswerkzeuge das Schar und das gewölbte Streichblech sind. Das Schar mit Schneide und Spitze schneidet einen rechteckigen Bodenbalken in der Pflugsohle horizontal ab und leitet ihn zum Streichblech weiter. Hier wird der Boden zerkrümelt, gewendet und seitlich abgelegt. Die oberen Bodenschichten gelangen in die Tiefe, die unteren an die Oberfläche.
Durch das Wenden des abgeschnittenen Bodenbalkens werden Unkräuter und organische Reststoffe tief in den Boden eingebracht und verschüttet. Es entsteht eine unkrautfreie, grobschollige Oberfläche. Nach einer weiteren Bearbeitung mit Geräten zur Saatbeetbereitung hat man eine feinkrümelige Fläche, die eine ideale Grundlage für die nachfolgenden Saat- und Pflanzarbeiten bildet. Der Pflug hat aber nicht unerhebliche Nachteile für die Bodenstruktur. Wird auf flachgründigen oder leichten Böden zu tief gepflügt, so werden tote Bodenschichten an die Oberfläche und humusreiche Anteile in die Tiefe gebracht. Tief verschüttete organische Stoffe können nicht zu Humus verrotten. Der Pflug benötigt außerdem sehr hohe Zugkräfte, also einen Traktor mit großer Leistung und hohem Gewicht, wodurch die Bodenbelastung steigt. Bei kleinen und mittleren Pflügen mit zwei bis fünf Pflugkörpern fährt der Traktor aus Gründen der Pflugführung und Pfluganhängung einseitig in der zuletzt gepflügten Furche. Dabei kann in der Pflugfurche eine Bodenverdichtung mit Einfluss auf den Wasserhaushalt und das Wachstum entstehen, die sich nur durch zusätzliche Bearbeitung beseitigen lässt. Außerdem ist die Reifenbreite, die Einfluss auf den Bodendruck des Traktors hat, durch die Breite der Pflugfurche begrenzt. Wünschenswert ist das On-Land-Pflügen, bei dem der Traktor mit breiteren Reifen auf dem ungepflügten Feld fahren kann. Solange die Pflüge nicht von Traktoren, sondern von Tieren gezogen wurden, kamen die Nachteile des Pflügens nicht so zum Tragen, da die Pflugtiefen geringer waren. Es wurde flacher gewendet.
Nach dem Pflügen muss man die Bodenoberfläche in einem weiteren Arbeitsgang für Saat und Pflanzung vorbereiten, wobei ein zusätzliches Befahren der Flächen mit dem Traktor erforderlich ist. An einem Geräterahmen, der in der Dreipunkthydraulik hängt, werden vorn reißende Werkzeuge in Form von Federzinkeneggen oder Starreggen geführt, die grobe Schollen nach dem Pflügen zerkleinern. Als Nachläufer zur Feinkrümelung und zum Einebnen der Oberfläche dienen Wälzeggen, die gleichzeitig den Geräterahmen abstützen und die gleichmäßige Tiefenführung der Vorläuferzinken übernehmen. Für die Saatbeetbereitung gibt es auch zapfwellengetriebene, rotierende Geräte.
Die Nachteile des Pflügens auf die Bodenstruktur lassen sich mithilfe der konservierenden Bodenbearbeitung vermeiden. Bei Geräten zur konservierenden Bodenbearbeitung lockern im Unterboden geführte, gänsefußartige Lockerungsschare den Boden tiefgründig bis zu Tiefen von 40 Zentimetern auf, ohne ihn zu verdichten. Ein durch die Zapfwelle angetriebener Zinkenrotor mit löffelartigen Werkzeugen oder eine zinkenbesetzte Rotoregge krümeln und durchmischen die obere Bodenschicht, in die auf Wunsch direkt gesät werden kann. Eine darauf folgende Packer- und Krümelwalze sorgt für eine Rückverfestigung des zu lockeren Bodens und für ein glatte Oberfläche. So kann in einem Arbeitsgang eine Bodenbearbeitung, Saatbeetbereitung und Direkteinsaat erfolgen, ohne das Feld mehrfach mit schweren Maschinen befahren zu müssen. In den USA ist inzwischen der Flächenanteil konservierender Bodenbearbeitung größer als der konventionell mit dem Pflug bearbeitete.
Die Bodenfräse ist ein zapfwellengetriebenes Gerät, welches vor allem bei Intensivkulturen für eine schnelle Bearbeitung in einem Arbeitsgang genutzt wird. An einer horizontalen Welle befinden sich federnde oder feste Werkzeuge, die den Boden zerreißen oder zerschneiden und fein gekrümelt und gemischt nach hinten ablegen. Dabei werden auch Pflanzenreste fein zerteilt. Vorteilhaft ist die gute Durchmischung und die Saatbeet- oder Pflanzbeetbereitung in einem Arbeitsgang. Nachteilig ist das Zerkleinern der natürlichen Bodenkrümelstruktur zu feinen künstlichen Bodenteilchen und die damit verbundene Gefahr der Bodenverschlämmung. Deshalb müssen die Drehzahlen von Fräswellen regelbar sein und die Fräsen möglichst langsam laufen. Abhilfe bringen auch langsam laufende Rotoreggen mit starren Zinken. Ein weiterer Nachteil kann das Zerschneiden von Unkräutern durch die Fräsmesser sein, weil die klein geschnittenen Unkräuter sich über eine große Fläche verteilen und so noch stärker nachwachsen können.
Körnerfrüchte
Ist der Boden vorbereitet, kann die Aussaat, beispielsweise von Körnerfrüchten, beginnen. Zu den Körnerfrüchten gehören alle Getreidearten sowie Körnermais und auch ausgereifte Hülsenfrüchte wie Erbsen und Bohnen. Vor der Zeit der Landmaschinen wurde die Saat mit der Hand ausgeworfen. Die Verlustrate war hoch, denn nicht alle Körner fielen auf fruchtbaren Boden, Unkraut erstickte viele Keimlinge, und für die Vögel war die Saat ein Fest. Die Lösung brachte 1701 eine Erfindung des englischen Schriftstellers Jethro Tull: die Drillmaschine, die von einem Pferd oder einem Rind gezogen wurde und bei der ein Säschar eine saubere Rille in den Boden pflügte, in die das Saatgut aus dem Säkasten fiel. Moderne Sämaschinen funktionieren noch nach dem gleichen Prinzip, besitzen aber mehrere, parallel angeordnete Säscharen, werden von Traktoren gezogen, und Zustreifer oder Rollen bedecken die Körner sofort mit Erde.
Die Körner reifen in Ähren, Kolben oder Hülsen und müssen nach der Reife in möglichst reiner Form ohne Beimengungen gewonnen werden. Das gesamte Verfahren der Körnerfruchternte lässt sich in verschiedene Arbeitsfunktionen gliedern. Zunächst werden die Pflanzen vom Boden abgemäht. Nach einem Sammeln und Fördern erfolgt das Lösen der Körner aus den Fruchtständen, das Dreschen. Nach dem Dreschen hat man ein Gemisch aus Körnern, Stroh, Spreu und Ährenteilen, aus dem die Körner in der Reinigung aussortiert werden müssen. Die Reinigung erfolgt in zwei Stufen: zunächst werden Korn und Stroh voneinander getrennt, danach dann die Körner aus den Beimengungen aussortiert. Anschließend werden die gereinigten Körner gesammelt und transportiert.
Die Getreideernte ist mit der Bodenbearbeitung eines der ältesten Arbeitsverfahren, bei dem eine Mechanisierung einsetzte. Erste Handgeräte für die Getreideernte waren die Sichel und die Sense zum Mähen, der Dreschflegel zum Lösen der Körner sowie Schaufel und Sieb zum Reinigen. Mit der Sense wurde das Getreide abgemäht und im Schwad abgelegt. Binderinnen nahmen das Getreide auf, banden es zu Garben und stellten diese auf dem Feld zu Stiegen oder Hocken auf.
Nach einer Trocknungsphase auf dem Feld erfolgte der Transport und das Einlagern in der Scheune bis zum Winter. Dann breitete man das Getreide auf einem festen Lehmboden aus und löste die Körner aus den Ähren durch Dreschen mit dem Dreschflegel, einem länglichen Holzklöppel, der mit Lederriemen beweglich an einem Holzstiel befestigt war. Die Drescher holten mit Stiel und Flegel über Schulter und Kopf aus und droschen im Takt den Klöppel auf die Getreideschicht. Der Ausdruck Dreschen hat sich bis heute für das Lösen der Körner erhalten. Anschließend sammelten sie das Stroh ab, schüttelten es aus und warfen Spreu und Korn mit der Schaufel im Wind hoch, wobei die Spreu wegflog und die Körner senkrecht zu Boden fielen.
Die Entwicklung von Maschinen zum Mähen hat schon im Altertum eingesetzt: Bereits im 4. Jahrhundert n. Chr. wird von einem gallischen Mähwagen berichtet, der allerdings keine Verbreitung fand und schließlich ganz in Vergessenheit geriet. Weitere Überlieferungen von Mähmaschinen gibt es dann bis zum Ende des 18. Jahrhunderts nicht mehr. Im Jahre 1780 schrieb die »Society for the Encouragement of Arts, Manufacturers and Commerce« in London einen Preis für die Entwicklung einer brauchbaren Mähmaschine aus. Die größte Schwierigkeit war die Konstruktion eines brauchbaren Schneidwerkes. Eine Reihe von Entwicklungen wurden vorgestellt, fanden aber wenig Eingang in die Praxis.
1826 baute der schottische Pastor Patrick Bell eine erste arbeitsfähige Mähmaschine. Sie hatte vorn einen Schneidapparat, der das Getreide nach dem Scherenprinzip abschnitt. Eine Haspel beförderte das Getreide auf ein schräges Förderband, welches die Halme seitlich ablegte. Die Anspannung erfolgte hinten, sodass die Maschine geschoben werden musste. Die Erfindung Bells blieb allerdings ohne Bedeutung.
Erst als der Amerikaner Cyrus McCormick, ältester Sohn eines Bauern und Schmieds, sich mit dem Problem des maschinellen Mähens befasste und ab 1831 von Jahr zu Jahr immer wieder neue, verbesserte Ausführungen seiner Konstruktion der Öffentlichkeit vorstellte, kam die Technik zum Durchbruch. 1850 war der McCormick-Mäher überall in den USA bekannt, 1851 auf der Großen Ausstellung in London wurde er zum ersten Mal den europäischen Bauern präsentiert und gewann prompt den ersten Preis der Ausstellung. Ein weiterer wichtiger Preis folgte auf der Internationalen Pariser Ausstellung von 1855. Ab da war der Siegeszug der Mähmaschine nicht mehr aufzuhalten. McCormicks von Pferden gezogene Maschine arbeitete mit einer rotierenden Haspel, die die Halme gegen einen feststehenden Messerbalken drückte und abschnitt. Auch die heutigen Mähdrescher funktionieren noch nach diesem Prinzip.
Nach weiteren Entwicklungsstufen kam der selbstablegende Getreidemäher auf, der bis in das 20. Jahrhundert Verwendung fand. Die einzelnen Rechen werden so auf einer Kurvenbahn geführt, dass sie die gemähten Halme umlegen, über eine Umlenkebene schieben und in einzelnen Schwadabschnitten zum Binden ablegen. Aus den Jahren nach dem amerikanischen Sezessionskrieg stammen erste Versuche, das Binden in die Maschine zu integrieren. Zunächst wurden die Garben mit Draht gebunden, was aber gefährlich war, wenn Drahtstücke in das Viehfutter gerieten. Doch um 1860 kamen erste Erfindungen zum selbsttätigen Binden der Garben mit Bindfaden auf. Ein besonderes Problem beim Mähen stellte das Lagergetreide dar, bei dem die Halme nicht mehr stehen, sondern durch äußere Einflüsse umgefallen sind und auf dem Boden liegen. Vor dem Mähen ist das Getreide etwas anzuheben, damit es vom Mähwerk unterfahren werden kann. Außerdem muss durch eine besondere Form der beiden seitlichen Enden des Mähwerkes eine saubere Trennung von abzumähenden und stehen bleibenden Halmen erfolgen. Zum Anheben von Lagergetreide brachte man an den Haspeln Federstahlzinken und vor dem eigentlichen Mähwerk schräg nach oben führende Ährenheber an. Halmteiler an beiden Seiten des Mähwerkes teilten das Lagergetreide. All diese Werkzeuge finden sich im Prinzip noch heute an modernen Mähdreschern, allerdings sehr viel besser den Erfordernissen des Mähens angepasst.
Neben dem Mähen wurde auch das Dreschen des Getreides im Laufe der Geschichte mechanisiert. Grundlage des maschinellen Dreschens ist die Erfindung der Schlagleistendreschtrommel durch den Schotten Andrew Meikle im Jahre 1786. Dessen Prinzip für das Lösen der Körner aus den Ähren zwischen einer rotierenden, mit Schlagleisten besetzten Trommel und einem feststehenden Dreschkorb ist bis heute erhalten geblieben, obwohl eine Vielzahl von Patenten andere Dreschprinzipien beschreiben. Die Dreschtrommel und der Dreschkorb wurden allerdings angepasst und weiterentwickelt. Mit dem Schlagleistendreschprinzip wurden Handdreschmaschinen, Dreschmaschinen mit Göpelantrieb und schließlich die stationären Dreschmaschinen mit Antrieb durch Dampfmaschinen und später durch Elektroantrieb gebaut.
In die stationäre Dreschmaschine wurden die Korn-Stroh-Trennung und eine mehrstufige Reinigung der Körner von den Beimengungen integriert. Im Betrieb werden die Getreidegarben auf der Maschine aufgeschnitten und von Hand in den Dreschkasten mit Dreschwerk eingelegt. Hinter dem Dreschwerk gelangt das Stroh auf den Strohschüttler, der die Restkörner, die noch nicht durch den Dreschkorb gefallen sind, aus dem Stroh abtrennt. Körner und alle Beimengungen wie Kurzstroh, Spreu, Ährenteile, Sand und kleine Steine, die der Dreschkorb und der Schüttler abgeschieden haben, gelangen in die erste Reinigung. Diese besteht aus übereinander liegenden Sieben, die schräg von unten mit Luft durchblasen werden. Siebwirkung und Windsichter scheiden Kurzstroh und Spreu ab. Windsichter werden in der Landwirtschaft allgemein zur Trennung von trockenen Korngrößengemischen in gröber- und feinkörnige Bestandteile verwendet. Das Prinzip besteht darin, dass das frei fallende Sichtgut gegen die Fallrichtung von einem Luftstrom durchstrichen wird, der die feinen Körner stärker als die groben mitträgt.
Körner, Sand, Staub und kleine Steine werden nach oben in den vorderen Teil der Maschine gefördert und gelangen in die zweite Reinigung, in der die Beimengungen von den Körnern durch Sieben und Windsichten getrennt und die Körner in verschiedene Größenklassen gesiebt werden. Bis auf das Mähen vereinigt diese Dreschmaschine alle Arbeitsfunktionen der Körnergewinnung aus Getreide.
Der heutige Mähdrescher übernimmt im Prinzip die Konstruktionselemente der Dreschmaschine, wird zu einer selbstfahrenden Feldmaschine und mäht nun gleichzeitig das Getreide ab. Mähdrescher wurden zuerst in den USA gebaut. 1930 führte man erste Maschinen nach Deutschland ein, hatte aber wenig Erfolg damit, weil in Europa die Erntezeiten kürzer und die Felder viel kleiner waren. Außerdem war das Stroh länger, feuchter und zäher, und die Körner saßen fester in den Ähren als in den USA. Den ersten erfolgreichen Mähdrescher für europäische Verhältnisse baute die Firma Claas als gezogene Maschine und brachte ihn 1936 auf den Markt.
Heute sind Mähdrescher selbstfahrende Maschinen mit unterschiedlich breiten Frontschneidwerken (von drei bis neun Metern). Ihre Durchsatzleistung wird in erster Linie durch die Leistung des Hordenschüttlers für die Trennung von Korn und Stroh begrenzt, denn bei Überlastung des Schüttlers steigen die Kornverluste überproportional an. Über dem Schüttler werden daher zusätzlich Rechen angebracht, die den Gutstrom so auflockern, dass die Körner besser durchfallen können.
Neuere Entwicklungen sind beim Dreschwerk und bei den Abscheideorganen zu verzeichnen. Um die Abscheidung im Dreschwerk zu erhöhen und das Gut schonender zu behandeln, wird beispielsweise der eigentlichen Dreschtrommel eine Vorabscheidetrommel vorgeschaltet. Bei anderen Systemen sind hinter der Dreschtrommel weitere rotierende Abscheidetrommeln angeordnet, und der Hordenschüttler ist verkürzt.
Um den Strohdurchsatz weiter erhöhen zu können, verwendet man bei Großmähdreschern heute zunehmend rotierende Abscheidesysteme anstelle des Hordenschüttlers. In längs hinter der Wendetrommel liegenden Rotoren wird das Gut auf schneckenförmiger Bahn in mehreren Umläufen nach hinten befördert, und die Körner werden durch den siebförmigen Außenmantel abgeschieden. Die Rotoren in dem siebförmigen Außenmantel haben schneckenförmige Kämme.
Halmfutterernte
Für die sesshaften Bauern kühlerer Klimazonen war es früher schwierig, das Vieh über den Winter zu bringen. Wenn die Wachstumsperiode vorüber und alles Gras verbraucht war, musste man die meisten Tiere schlachten. Das wenige Winterfutter (Heu und Stroh) reichte gerade für die Zucht- und Arbeitstiere. Möglichkeiten der ganzjährigen Nahrungsversorgung für das Vieh wurden im 18. Jahrhundert in England entwickelt. Eine wichtige Rolle dabei spielten und spielen noch heute der Anbau von Futterrüben (Runkelrüben) und Wasserrüben sowie Halmfutter in Form von Heu oder Silage.
In der Vegetationsperiode wird das Vieh mit frischem Halmfutter entweder auf der Weide oder im Stall versorgt. Die Konservierung zur Winterfütterung erfolgt durch Trocknung auf dem Feld, unter Dach mit Kalt- oder Warmluft (Belüftungstrocknung), durch Heißluft in Heißlufttrocknern oder durch Vergärung bei der Silagebereitung. Für diese jeweiligen Verfahrensketten der Halmgutbergung und Konservierung stehen bestimmte Maschinentypen zur Verfügung, wie Mähwerke, Aufbereitungs- und Bearbeitungsmaschinen, Sammel- und Ladegeräte, Pressen, Feldhäcksler, Trockner und Silos.
Grünes Halmfutter zur Frischfütterung wird gemäht und auf dem Feld in einem Schwad abgelegt. Ein Ladewagen hat vorn eine mit Federstahlzinken besetzte Aufnahmetrommel (Pick-up), mit der der Schwad beim Fahren aufgenommen und in den Laderaum transportiert wird. Während des Förderns von der Pick-up in den Laderaum kann das Halmgut noch geschnitten werden. Der Laderaum hat auf dem Boden eine Kratzerkette, mit der das Grüngut nach Öffnen der Rückwand in kurzer Zeit auf dem Hof entladen werden kann.
Bei der Konservierung durch Vergärung (Silage) wird vorgewelktes Halmgut unter Luftabschluss eingelagert und durch eine Milchsäuregärung konserviert. Dieses Konservierungsverfahren bevorzugt man heute in der Tierhaltung zur Fleischproduktion, da die Ernte- und Konservierungsverluste geringer sind als bei der Heubereitung durch Trocknung. Silage wird auch zur Fütterung bei Milchproduktion eingesetzt, allerdings dann nicht, wenn die Milch hauptsächlich zur Käsebereitung genutzt wird.
Für die Silagebereitung gibt es unterschiedliche Produktionslinien mit speziellen Maschinen und Techniken für die einzelnen Verfahrensschritte. Das Grüngut wird gemäht und hinter dem Mähwerk etwas zusammengerafft in einem Schwad so abgelegt, dass die Fahrspuren für den Traktor frei bleiben. Vor der Einlagerung zur Silagebereitung lässt man das Gut vorwelken, wofür es mit einem Zetter über das ganze Feld ausgebreitet wird. Nach einer Feldtrocknung auf 50 bis 70 Prozent Feuchtegehalt des Gutes recht man es mit einem Schwader zusammen, damit es aufgenommen werden kann.
Für die Verfahrenskette Behältersilage muss das Gut mit einem Feldhäcksler gehäckselt werden. Der Feldhäcksler nimmt das vorgewelkte Gut aus dem Schwad auf, zerschneidet es durch eine mit Messern besetzte Trommel in Halmstücke von 20 bis 25 Millimetern Länge und fördert es auf einen Transportwagen, mit dem das Häcksel zum Silo gefahren wird.
Flachsilos sind flache Mieten, häufig am Feldrand oder zwischen Betonseitenwänden auf dem Hof, auf die das Häcksel abgeladen und mit einem Traktor verdichtet wird. Abschließend deckt man die Miete mit einer Silofolie luftdicht ab. Nach der Vergärung wird die Silage für die Fütterung mit Fräsen oder Schneidgeräten, die am Traktor angebaut sind, entnommen. Hochsilos sind Stahl- oder Betonbehälter, die mithilfe von Fördergebläsen befüllt werden. Nach der Vergärung wird die Silage oben oder unten aus dem Behälter mit Fräsen entnommen.
Die Ballensilage ist ein relativ junges Verfahren, bei dem das vorgewelkte Halmgut aus dem Schwad aufgenommen und zu Rund- oder Quaderballen gepresst wird. Die Rundballen, die einen Durchmesser von etwa 1,2 bis 1,5 Metern haben, werden anschließend auf Ballenwickelgeräten in Stretchfolie luftdicht eingewickelt und dann am Feldrand oder auf dem Hof für die Silierung gelagert.
Milchviehhaltung und Melktechnik
Erzeugnisse aus der Rindviehhaltung erbringen heute wertmäßig etwa 41 Prozent der deutschen Landwirtschaftsproduktion, wobei die Milchviehhaltung mit 26 Prozent den größten Anteil hat. Eine Milchkuh kann pro Jahr ein Kalb zur Welt bringen und gibt dann die nächsten zehn Monate lang Milch, vorausgesetzt, sie wird regelmäßig gemolken. Die Milchleistung ist je nach Rasse unterschiedlich hoch; durchschnittlich liegt sie bei zehn bis 15 Litern pro Tag. Am meisten Milch geben die weit verbreiteten schwarzbunten Kühe: sie können im Jahr das 20fache ihres eigenen Gewichts an Milch produzieren, das sind bis zu 10 000 Liter.
Die Tierhaltung ist sehr arbeitsaufwendig, in der Milchviehhaltung konnten aber erhebliche Arbeitseinsparungen durch Mechanisierung erreicht werden. Eine wahre Revolution bedeutete für die Milchwirtschaft die Erfindung der Melkmaschine, mit der man bereits Ende des 19. Jahrhunderts herumexperimentierte und die im Laufe des 20. Jahrhunderts ständig verbessert wurde.
Neben dem Melken wurden auch die Tierfütterung und die Stallsäuberung mechanisiert. Betrachtet man die gesamte Verfahrenskette der Milchviehhaltung, so kann das Arbeitsvolumen von 12 Tieren pro Arbeitskraft in der Handarbeitsstufe auf 60 und in Zukunft noch mehr Tiere pro Arbeitskraft bei Vollmechanisierung gesteigert werden.
Um bei der Milchproduktion eine möglichst hohe und wettbewerbsfähige Produktionsleistung zu erreichen, sind neben haltungsgerechten, aber preiswerten Stallgebäuden tierindividuelle Fütterung, Überwachung und Milchentzug notwendig. Dafür werden zunehmend rechnergestützte Verfahren zur Tiererkennung, zur Einzelfütterung und zum Melken eingesetzt.
Bei den Stallsystemen hat sich die Gruppen- und Herdenhaltung in Laufställen durchgesetzt, bei denen sich die Tiere frei in der Herde bewegen können. Die Tiere haben elektronisch erkennbare Identifizierungsmarken, werden an den Futterstellen elektronisch erkannt und automatisch nach individuellem Leistungspotenzial mit Kraft- und Grundfutter versorgt. Beim Melken werden die Tiere wiederum identifiziert und ihre Milchleistung registriert.
40 bis 50 Prozent der Arbeiten im Stall fallen auf das Melken, weshalb eine möglichst weitgehende Mechanisierung angestrebt wird. Die Mechanisierung des Melkens ist technisch sehr anspruchsvoll, da auf die individuelle Physiologie des Tieres Rücksicht genommen werden muss.
Beim Melken mit einer Melkanlage werden Melkbecher an die Zitzen der Kuh angesetzt. Der Melkbecher besteht im Wesentlichen aus einer äußeren Becherhülse aus Metall, in der sich ein Zitzengummi befindet, und den Anschlüssen für einen Milch- und einen Pulsschlauch. Der Pulsschlauch erzeugt einen pulsierenden Unterdruck in dem Raum zwischen Hülse und Zitzengummi. In dem Milchschlauch herrscht ein konstanter Unterdruck zum Absaugen der Milch, der aber etwas geringer ist als der Pulsierungsunterdruck. Beim Ansetzen der Zitzengummis wirkt das Melkvakuum saugend auf die Zitzen. Die Saugphase wird durch eine Entlastungsphase unterbrochen, in der das Pulsierungsvakuum reduziert wird. Dadurch saugt das höhere Melkvakuum das Gummi unterhalb der Zitze zusammen und unterbricht die Saugphase auf die Zitze.
Der gesamte Melkvorgang ist in die Phase des Vormelkens mit noch geringem Milchfluss, die Phase des Hauptmelkens mit vollem und dann abnehmendem Milchfluss und die Phase des Nachmelkens mit einem Restmilchfluss aufgeteilt. Ein Blindmelken zwischen Haupt- und Nachmelken muss möglichst vermieden werden.
Zur Reduzierung des Arbeitsaufwandes strebt man eine Teil- oder Vollautomatisierung an. Bei teilautomatischem Melken leitet man die Kühe zu bestimmten Zeiten in Melkstände und legt das Melkzeug von Hand an. Die Mechanik übernimmt das eigentliche Melken sowie zusätzliche Aufgaben wie die Anzeige und Registrierung des Milchflusses, das Abschalten, das Nachmelken und die Abnahme des Melkzeuges. Die Kühe betreten von selbst die Melkboxen, beispielsweise auf einem Karusselmelkstand, werden elektronisch registriert und gemolken und verlassen den Melkstand nach dem Melken und laufen in den Stall zurück.
Bei vollautomatischen Melkanlagen betreten die Kühe Ein- oder Mehrboxanlagen, werden identifiziert und automatisch gemolken und mit Kraftfutter versorgt. Auch das Ansetzen der Melkbecher erfolgt automatisch mithilfe eines Roboters. Ein besonderes Problem stellt hierbei die Sensorik zum automatischen Finden der Zitzen dar. Beim automatischen Melken wird der Zeitpunkt des Melkens nicht vom Menschen, sondern vom Ablauf der Milchproduktion des Tieres bestimmt. Das Tier sucht den Melkstand selbst auf. Dies soll artgerecht und leistungssteigernd sein. Auch Musik, allerdings kein harter Rock, soll die Milchabgabeleistung steigern.
Prof. em. Dr.-Ing. Christian von Zabeltitz
Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:
Agrartechnik: Entwicklungstrends
Literatur:
Alsing, Ingrid: Lexikon Landwirtschaft. Pflanzliche Erzeugung, tierische Erzeugung, Landtechnik, Betriebslehre, landwirtschaftliches Recht. München u. a. 31995.
Angewandte Landtechnik. Verfahrenstechniken. Pflanzenproduktion, Futterbau, Tierproduktion. Mit einem Anhang: Bauwesen, Arbeitslehre, bearbeitet von Heinz-Lothar Wenner u. a. München 71980. Nachdruck München 1982.
Claas, Günther: Mähdrescher. Geschichtliche Entwicklung, Stand der Mähdrescherentwicklung, Zukunftsaussichten. Harsewinkel 1995.
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