Short description
(German)
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Traktoren für die Landwirtschaft werden in der heutigen Zeit vorwiegend mit Dieselmotoren betrieben. Im Ackerbau werden mehrheitlich schwere Traktoren verwendet. Seit 1990 ist die Zahl der schweren Traktoren in der Schweiz von 23 auf 5'400 gestiegen (BFS). In der Folge sinken die Erträge wegen der Bodenverdichtung um ~1% pro Jahr! Für eine pestizidfreie Präzisionslandwirtschaft können vorteilhaft kleinere und leichtere Traktoren verwendet werden. Mit Hackgeräten ausgerüstet kann so Unkraut mechanisch ohne den Einsatz von Pestiziden bekämpft werden. Das Projekt verfolgt folgende Ziele: Prototypen des eFobro-Mobils, für pestizidfreie und CO2-freie Landwirtschaft, werden in einem evolutionären Prozess entwickelt, gebaut und in verschiedenen landwirtschaftlichen Betrieben erprobt. Ein bidirektionales Ladesystem für die Nutzung der Sonnenenergie aus der eigenen PV wird realisiert. Das eFobro-Mobil wird mit einer 400V Drehstromdose ausgerüstet. Das Fahrzeug kann als Notstrom-gruppe genutzt werden.
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Short description
(English)
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Tractors for agriculture today are mainly powered by diesel engines. In arable farming, heavy tractors are used in the majority of cases. Since 1990, the number of heavy tractors in Switzerland has increased from 23 to 5'400 (BFS). As a result, yields are decreasing by ~1% per year due to soil compaction! For pesticide-free precision agriculture, smaller and lighter tractors can be used advantageously. Equipped with hoeing equipment, weeds can thus be controlled mechanically without the use of pesticides. The project has the following objectives: Prototypes of the eFobro-mobile, for pesticide-free and CO2-free agriculture, are developed in an evolutionary process, built and tested in different farms. A bidirectional charging system for the use of solar energy from own PV will be realized. The eFobro-mobile will be equipped with a 400V three-phase socket. The vehicle can be used as an emergency power group.
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Short description
(French)
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De nos jours, les tracteurs agricoles fonctionnent principalement avec des moteurs diesel. Dans les grandes cultures, ce sont majoritairement des tracteurs lourds qui sont utilisés. Depuis 1990, le nombre de tracteurs lourds en Suisse est passé de 23 à 5'400 (OFS). En conséquence, les rendements diminuent de ~1% par an en raison du compactage des sols ! Pour une agriculture de précision sans pesticides, on peut avantageusement utiliser des tracteurs plus petits et plus légers. Équipés de bineuses, les mauvaises herbes peuvent ainsi être combattues mécaniquement sans utiliser de pesticides. Le projet poursuit les objectifs suivants : Des prototypes de l'eFobro-mobile, pour une agriculture sans pesticides et sans CO2, seront développés, construits et testés dans différentes exploitations agricoles dans le cadre d'un processus évolutif. Un système de charge bidirectionnel permettant d'utiliser l'énergie solaire produite par son propre système photovoltaïque sera mis en place. L'eFobro-mobile sera équipé d'une prise de courant triphasée de 400V. Le véhicule peut être utilisé comme groupe électrogène de secours.
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Final report
(German)
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Traktoren für die Landwirtschaft werden in der heutigen Zeit vorwiegend mit Dieselmotoren betrieben. Im Ackerbau werden mehrheitlich schwere Traktoren verwendet. Seit 1990 ist die Zahl der schweren Traktoren in der Schweiz von 23 auf 5‘400 gestiegen. In der Folge sinken die Erträge wegen der Bodenverdichtung um ~1% pro Jahr (Quelle BFS). Für eine pestizidfreie Präzisionslandwirtschaft werden vorteilhaft kleinere und leichtere dieselbetriebene Traktoren verwendet. Sind diese mit Hackgeräten ausgerüstet, kann Unkraut mechanisch und ohne den Einsatz von umstrittenen Pestiziden erfolgreich bekämpft werden. Dieser Abschlussbericht thematisiert den technischen Aufbau der beiden fertig gestellten Prototypen sowie das Messkonzept und die Testergebnisse aus dem Feldeinsatz der Beiden. Ziel des Projekts war es die Schaffung effizienter, emissionsfreier, elektrischer Geräteträger, die den Anforderungen einer ökologisch orientierten Bio-Landwirtschaft gerecht werden. Das Projekt wurde in zwei aufeinander folgenden Phasen realisiert, in welchen zwei Prototypen nacheinander entwickelt und gebaut wurden. In der ersten Phase wurde ein Geräteträger (Prototyp 1=Storch1), in Analogie zum konventionell diesel-betriebenen Fobro-Mobil von Bärtschi Agrartechnik auf elektrischen Betrieb umgerüstet, indem die Hydraulik (Hydrostat) beibehalten wurde, der Dieselmotor jedoch durch Elektromotor ersetzt wurde. Storch1 wurde mit zusätzlichen Sensoren und Messtechnik zur Datenaufzeichnung und Übermittlung ausgestattet. Dieses Fahrzeug half uns wertvolle Erfahrungen zu sammeln und diente der Ermittlung des Leistungsspektrums und des Energieverbrauchs in verschiedenen landwirtschaftlichen Einsatzgebieten. Die Entwicklung des Prototypen P2 in der zweiten Projektphase basierte auf den Resultaten, Erkenntnissen und Erfahrungen aus der Erprobung des Prototypen P1, mit den Zielen die Effizienz weiter zu steigern, die Anzahl der Antriebskomponenten zu reduzieren und ihre Kosten zu senken. Wir haben uns deswegen für mehrere Innovationen entschieden, indem wir den hydrostatischen Antriebsstrang des Prototyps P1 durch elektrische 96-Volt-Direktantriebe an den beiden Hinterrädern ersetzten und die beiden hydraulischen Pumpen (für Lenkung und Hubvorrichtungen) mit separaten Elektromotoren antreiben. Diese Anordnung ermöglicht eine individuelle, optimale Regelung und Steuerung der Direktantriebe (Torque-Vectoring) und der beiden Pumpen. Beim Storch2 erreichten wir dadurch eine weitere Erhöhung der Effizienz um mehr als 30%. Mit diesem innovativen Vorgehen haben wir im Projekt nachgewiesen, dass die Betriebskosten des emissionsfreien Storch2 siebenmal kleiner sind als beim Diesel-Basisfahrzeug. Auch hat Storch2 mit Direktantrieb 25 Liter weniger Hydrauliköl on board. Dadurch sinken die Service- und Betriebskosten deutlich und der Storch2 ist ökologischer. Die Analyse der Testergebnisse zeigt, dass die elektrisch betriebenen Geräteträger im Vergleich zu dieselgetriebenen Maschinen deutliche Vorteile bieten. Insbesondere ermöglicht der elektrische Direktantrieb mittels Nabenmotoren ein hohes Drehmoment bereits bei niedrigen Drehzahlen, eine individuelle Radansteuerung mit einer schnellen Reaktionsfähigkeit, sowie einen geräuscharmen und emissionsfreien Betrieb. Aussagen zur Wirtschaftlichkeit können aufgrund fehlender Praxisdaten deshalb bis jetzt noch nicht gemacht werden. Aus diesem Grund konnten die erwarteten Kosteneinsparungen durch die Elektrifizierung des Geräteträgers und dem Einsatz eines elektrischen Direktantriebs noch nicht quantitativ nachgewiesen werden. Dazu wäre eine detaillierte Analyse der Investitions- und Betriebskosten in einer zukünftigen Serienfertigung erforderlich.
Related documents
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Final report
(English)
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Nowadays, tractors for agriculture are mainly powered by diesel engines. Heavy tractors are mostly used in arable farming. Since 1990, the number of heavy tractors in Switzerland has risen from 23 to 5’400. As a result, yields fall by ~1% per year due to soil compaction (source: BFS). For pesticide-free precision farming, smaller and lighter diesel-powered tractors are advantageously used. If these are equipped with hoeing equipment, weeds can be successfully tacled mechanically and without the use of controversial pesticides . This final report discusses the technical structure of the two completed prototypes as well as the measurement concept and the test result from the field. The aim of the project was to create efficient, emission-free, electric equipment carriers that meet the requirements of ecologically oriented organic farming. The project was implemented in two consecutive phases, in which two prototypes were developed and built one after the other. In the first phase, an diesel equipment carrier (prototype 1=Storch1), was converted to electric operation in analogy to the conventionally diesel-powered Fobro-Mobil from Bärtschi Agrartechnik, by retaining the hydrostatic drive but replacing the diesel engine with an electric motor. Storch1 was equipped with additional sensors and measurement technology for data recording and transmission. This vehicle helped us to gain valuable experience and was used to determine the range of performance and energy consumption in various agricultural applications. The development of the prototype P2 in the second phase of the project was based on the results, insights and experience gained from the testing of the prototype P1, with the aim of further increasing efficiency, reducing the number components and lowering their costs. We therefore opted for several innovations, replacing the hydrostatic drive train of the P1 prototype with 96-volt electric direct drives on both rear wheels and powering the two hydraulic pumps (for steering and lifting devices) with separate electric motors. This arrangement enables individual, optimal control and regulation of the direct drives (torque vectoring) and the two pumps. In the Storch2, this enabled us to achieve a further increase in efficiency of more than 30%. With this innovative approach, we have demonstrated in the project that the operating costs of the emission-free Storch2 are seven times lower than those of the diesel-powered base vehicle. The Storch2 with direct drive also has 25 liters less hydraulic oil on board. This significantly reduces service and operating costs and makes the Storch2 more ecological and environmentally friendly. Analysis of the test results confirmed that electrically powered equipment carriers offer significant advantages over diesel-powered machines. In particular, the electric direct drive using hub motors enables high torque even at low speeds, individual wheel control with fast response times, and quiet, emission-free operation. Due to a lack of practical data, it is not yet possible to make any statements regarding economic efficiency. For this reason, the expected cost savings resulting from the electrification of the equipment carrier (and the use of an electric direct drive) have not yet been proven. This would require a detailed analysis of the investment and operating costs in future series production.
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Final report
(French)
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De nos jours, les tracteurs agricoles fonctionnent principalement avec des moteurs diesel. Dans l'agriculture, on utilise principalement des tracteurs lourds. Depuis 1990, le nombre de tracteurs lourds en Suisse est passé de 23 à 5’400. En conséquence, les rendements diminuent d'environ 1 % par an en raison du compactage du sol (source : BFS). Pour une agriculture de précision sans pesticides, il est préférable d'utiliser des tracteurs diesel plus petits et plus légers. Si ceux-ci sont équipés de sarcleuses, les mauvaises herbes peuvent être combattues mécaniquement et sans recourir à des pesticides controversés. Ce rapport final traite de la conception technique des deux prototypes achevés, ainsi que du concept de mesure et des résultats des tests effectués sur le terrain avec ces deux prototypes. L'objectif du projet était de créer des porte-outils électriques efficaces et sans émissions, répondant aux exigences d'une agriculture biologique respectueuse de l'environnement. Le projet a été réalisé en deux phases consécutives, au cours desquelles deux prototypes ont été développés et construits l'un après l'autre. Au cours de la première phase, un porte-outil (prototype 1 = Storch1) a été converti à l'électricité, par analogie avec le Fobro-Mobil à moteur diesel conventionnel de Bärtschi Agrartechnik, en conservant le système hydraulique (hydrostat) mais en remplaçant le moteur diesel par un moteur électrique. Storch1 a été équipé de capteurs supplémentaires et d'une technologie de mesure pour l'enregistrement et la transmission des données. Ce véhicule nous a permis d'acquérir une expérience précieuse et a servi à déterminer la gamme de performances et la consommation d'énergie dans différents domaines d'application agricoles. Le développement du prototype P2 lors de la deuxième phase du projet s'est appuyé sur les résultats, les conclusions et les expériences tirés des essais du prototype P1, avec pour objectifs d'augmenter encore l'efficacité, de réduire le nombre de composants d'entraînement et de diminuer leurs coûts. Nous avons donc opté pour plusieurs innovations en remplaçant la chaîne cinématique hydrostatique du prototype P1 par des entraînements directs électriques de 96 volts sur les deux roues arrière et en entraînant les deux pompes hydrauliques (pour la direction et les dispositifs de levage) avec des moteurs électriques séparés. Cette configuration permet un réglage et une commande individuels et optimaux des entraînements directs (torque-vectoring) et des deux pompes. Avec le Storch2, nous avons ainsi obtenu une augmentation supplémentaire de l'efficacité de plus de 30 %. Grâce à cette approche innovante, nous avons démontré dans le cadre du projet que les coûts d'exploitation du Storch2 sans émissions sont sept fois inférieurs à ceux du véhicule diesel de base (@@). De plus, le Storch2 à entraînement direct consomme 25 litres d'huile hydraulique en moins. Cela réduit considérablement les coûts d'entretien et d'exploitation et rend le Storch2 plus écologique. L'analyse des résultats des tests montre que les porte-outils électriques offrent des avantages significatifs par rapport aux machines diesel. En particulier, la transmission directe électrique à l'aide de moteurs à moyeu permet un couple élevé même à bas régime, un contrôle individuel des roues avec une réactivité rapide, ainsi qu'un fonctionnement silencieux et sans émissions. En raison du manque de données pratiques, il n'est pas encore possible de se prononcer sur la rentabilité. C'est pourquoi les économies attendues grâce à l'électrification du porte-outils (et à l'utilisation d'un entraînement électrique direct) n'ont pas encore pu être démontrées. Cela nécessiterait une analyse détaillée des coûts d'investissement et d'exploitation dans le cadre d'une future production en série.
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