Combine harvesters are used to gather plants from the field and separate them into the components of value, the grain and the straw. The optimal utilization of existing combine potential is an inevitable task to maximize harvest efficiency and hence to maximize profit. The only way to optimize the threshing and separation processes during harvest is to adjust the combine settings to existing conditions. Operating permanently at optimal harvest efficiency can only be achieved by an automatic control system. However, for reasons of transparency and due to lack of sensors, the approach in this thesis is a combined development of an interactive and an automatic control system for combine process optimization. The optimization of combine processes is a multi-dimensional and multi-objective optimization problem. The objectives of optimization are the harvest quality parameters. The decision variables, the parameters that can be modified, are the combine settings. Analytical optimization methods require the existence of a model that provides function values in dependence of defined input parameters. A comprehensive quantitative model for the input-output-behavior of the combine does not exist. Alternative optimization methods that handle multi-dimensional and multi-objective optimization problems can be found in the domain of Artificial Intelligence. In this work, knowledge acquisition was performed in order to obtain expert knowledge on combine process optimization. The result is a knowledge base with six adjustment matrices for different crop and combine types. The adjustment matrices contain problem oriented setting adjustment recommendations in order to solve single issues with quality parameters. A control algorithm has been developed that is also capable of solving multiple issues at the same time, utilizing the acquired expert knowledge. The basic principle to solve the given multi-objective optimization problem is a transformation into one-dimensional single-objective optimization problems which are solved iteratively. Several methods have been developed that are applied sequentially. In simulation, the average improvement from initial settings to optimized settings, achieved by the control algorithm, is between 34.5 % and 67.6 %. This demonstrates the good performance of the control algorithm.

The master's thesis is focused on a design of optimal working speed of auger and belt transporter which are parts of Power Flow header for standard type of combine harvester. In the master's thesis author suggest a new simplified theory of crop flow inside the Power Flow header. The thesis contain the factors which can affect the crop flow and comparison between the Power Flow and competitor's header. The thesis also contain geometrical characteristics of crop for four types of cereal.

Zur Funktionsentwicklung und Prozessoptimierung im Bereich Getreideerntetechnik werden verstärkt numerische Berechnungsverfahren wie CFD und DEM eingesetzt. Die Kopplung beider Verfahren im Allgemeinen, sowie die Simulation des Entmischungsprozesses von Korn und Nichtkornbestandteilen in der Reinigungsanlage des Mähdreschers im Speziellen, setzen hohes Prozessverständnis als auch eine strategische Vorgehensweise bei der Prozessabstraktion, der Modellierung der Partikel und der Partikelinteraktion als auch der Wechselwirkung zwischen Partikel und strömender Luft voraus. Im Vortrag wird zunächst die Notwendigkeit und der Nutzen der Simulation im Bereich Erntetechnik diskutiert. Danach erfolgt die Beschreibung der Abstraktion des Entmischungsprozesses von Korn und Nichtkornbestandteilen. Es werden numerische als auch experimentelle Untersuchungen zur Modellierung und Parametrierung der stark nicht-sphärischen biogenen Partikel beschrieben. Besonderes Augenmerk liegt auf der speziellen Untersuchung der Wechselwirkungen und Abhängigkeiten von Partikeleigenschaften. Anschließend werden die Ergebnisse numerischer und experimenteller Untersuchungen des Entmischungsprozesses diskutiert: In einem ersten Schritt erfolgt die Entmischung in einem kleinen, vertikal schwingenden, luftdurchströmten Behälter. Hier werden umfangreiche Parameterstudien und Sensitivitätsanalysen durchgeführt. In einem zweiten Schritt wird die Entmischung in einem in der Breite reduzierten Segment einer Mähdrescherreinigungsanlage durchgeführt. Stets erfolgt der kritische Vergleich zwischen Simulation und Experiment anhand prozessspezifischer Kenngrößen wie Kornverlust, Abscheideeffizienz, Transportgeschwindigkeit u.a. / Numerical simulation methods such as CFD and DEM are increasingly being used for function development and process optimization in the field of grain harvesting technology. The coupling of both methods in general, as well as the simulation of the separation process of grain and non-grain components in the cleaning device of a combine harvester in particular, requires a high level of process understanding as well as a strategic approach to process abstraction, modeling of the particles and particle interaction as well as the interaction between particles and moving air. The speech first discusses the necessity and benefit of simulation in the field of harvesting technology. This is followed by the description of the abstraction of the separation process of grain and non-grain components. Numerical and experimental studies on modeling and parameterization of the strongly non-spherical biogenic particles are described. Particular attention is paid to the special investigation of the interactions and dependencies of particle properties. The results of numerical and experimental investigations of the separation process are then discussed: In a first step, the separation takes place in a small, vertically oscillating, air-flooded box. Extensive parameter studies and sensitivity analyzes are carried out here. In a second step, the separation is carried out in a segment of a combine cleaning device that is reduced in width compared to real width. The critical comparison between simulation and experiment is always carried out using process-specific parameters such as grain loss, separation efficiency, transport speed, etc.

Beim Parameter „Druscheignung“ eines Bestandes wird gemeinhin angenommen, dass dieses Kriterium durch die Genetik der Sorte und den Witterungsverlauf, weitgehend unbeeinflusst von Landwirt, festgelegt ist. Und dennoch verändert der Landwirt mit all seinen Entscheidungen von der Auswahl der Sorten, über die Düngung, den Pflanzenschutz bis hin zum Erntemanagement die Druscheignung stetig. Zur Ernte, als letzten Abschnitt der Verfahrenskette, entfaltet die Druscheignung dann außerordentlich große ökonomische Auswirkungen. Anhand verschiedener Beispiele aus Züchtung, Pflanzenernährung, Pflanzenschutz und Erntetechnologie wurde dargestellt, wie auf die Druscheignung Einfluss genommen werden kann und wie diese Auswirkungen monetär zu bewerten sind. Aus dem Bereich der Züchtung wurde die Entwicklung eines neuen Wuchstyps bei den Rapshalbzwergen ausgewählt, der mit weniger Biomasse konkurrenzfähige Erträge erzielt. Die Abreife ist einheitlicher, der Erntetermin kann problemloser fixiert werden, der Drusch ist leistungsstark und verlustarm. Späte und intensiv geführte Sorten sind mit Hilfe einer Sikkation zeitlich früher und leichter zu beernten. Das schafft Erntesicherheit bei geringeren Verlusten, höheren Mähdrescherleistungen und sinkendem Kraftstoffverbrauch. Die bedarfsgerechte Ausbringung des Stickstoffs in Art, Menge und Zeit, entsprechend der kleinräumigen Heterogenität eines Schlages, führt zu einer Homogenisierung der Bestände. Die Bestände reifen gleichmäßiger ab und führen zu etwa 20 Prozent höherer Mähdrescherleistung sowie geringerem Kraftstoffverbrauch. Am Beispiel des Hochschnitts wurde verdeutlicht, wie sich die bessere Beerntbarkeit auf Maschinenkosten, Gesamternteverluste, Qualität und Trocknung auswirkt. Hebt man die Stoppellänge um 10 Zentimeter an, lässt sich die Mähdrescherleistung um ca. 15 bis 20 Prozent steigern. Diese Beispiele unterstreichen zugleich die Forderung, dass die Druscheignung nicht erst zur Ernte diese Führungsrolle übernimmt, sondern auch in den vorgelagerten Verfahrensabschnitten als ein starkes Entscheidungskriterium gelten muss. / The parameter “threshability” of a stand is commonly assumed to be a criterion defined by the genetics of the strain and the weather conditions which is mainly not influenced by the farmer. Nevertheless, the farmer continuously changes the “threshability” with all his decisions, from the selection of the strains, via the use of fertilizers to the harvest management. For harvest, as the last stage of the process chain, the threshability develops extraordinarily high economic effects. On the basis of several examples from cultivation, plant nutrition, plant protection and harvest technology it was described, how the threshability can be influenced and how this effect is to be assessed monetarily. In the field of cultivation, the development of a new growth type of semi-dwarf rape has been selected, which yields competitive returns with less bio mass. Ripeness is more homogeneous, the harvest date can be fixed without problems, threshing is efficient and with low loss. Using the method of siccation, late and intensively controlled strains can be harvested earlier and easier. This offers harvest safety with low loss, higher combine harvester performance and reduced fuel consumption.The need-based spreading of nitrogen referring to type, quantity and time according to the small-scale spatial heterogeneity of a field leads to a homogenisation of the stands. The stands ripen more evenly and this fact causes about 20 percent higher combine harvester performance, as well as reduced fuel consumption. Using the example of high-cut top harvest it was clarified how the better harvestability influences the machine costs, the total harvest losses, the quality, and the drying process. If the length of the stubbles is extended by 10 centimetres, the combine harvester performance can be increased by 15 to 20 percent. These examples also emphasize the requirement that the threshability does not just take over the leading role for the harvest but has also to be considered as a strong decision criterion within the prior stages of the process.

Predložená doktorandská dizertačná práca (ďalej len práca) sa zaoberá rozsiahlou analýzou valčekového hydrogenerátora s premenlivým geometrickým objemom a predikciou výkonových úspor dosiahnutých aplikáciou navrhnutého valčekového hydrogenerátora s premenlivým geometrickým objemom v hydrostatickom pohone vybraných mobilných pracovných strojov. Teoretický rozbor princípov fungovania valčekového hydrogenerátora a teória jednorozmerného simulačného modelu sú popísané v prvej časti práce. Na základe odvodenej teórie je vytvorený simulačný model, ktorý je vhodný na predikciu priebehu tlaku v komorách valčekového hydrogenerátora, síl pôsobiacich na valček a na predikciu vnútorných únikov vzniknutých skratovaním rozvodovej dosky, ktoré majú priamy vplyv na objemovú účinnosť valčekového hydrogenerátora. Simulačný model bol úspešne použitý pre optimalizáciu rozvodových dosiek valčekového hydrogenerátora a vhodnosť simulačného modelu potvrdili následné merania Práca obsahuje aj analýzu síl pôsobiacich na vodiaci prstenec, ktorej výsledky boli taktiež potvrdené meraním. Analýza týchto síl môže vylepšiť v konečnom dôsledku parametre budúcich tlakových regulácii. Práca ďalej obsahuje základné porovnanie použitých tlakových regulácii. Všetky uskutočnené merania potvrdili, že valčekový hydrogenerátor s premenlivým geometrickým objemom s testovanými tlakovými reguláciami je schopný úspešne pracovať v hydrostatickej prevodovke. Druhá časť práce analyzuje potenciál výkonových úspor valčekového hydrogenerátora s premenlivým geometrickým objemom pre dve mobilné aplikácie - teleskopický nakladač s hmotnosťou 9 ton a kombajn s hmotnosťou 20 ton. Analýza vyžaduje jednorozmerný simulačný model hydrostatického pohonu s teplotnou predikciou hydrostatickej prevodovky. Dva rozdielne koncepty variabilného doplňovacieho systému hydrostatickej prevodovky sú porovnané so štandardným doplňovacím systémom pre pracovný a transportný režim oboch vybraných typov vozidiel. Simulácia pohonu vozidla s valčekovým hydrogenerátorom s premenlivým geometrickým objemom vo funkcii doplňovacieho hydrogenerátora a obtokovou clonou potvrdili vyššie úspory iba v prípadoch, kedy rýchlosť doplňovacieho hydrogenerátora bola výrazne vyššia a prietok cez obtokovú clonu do skrine hlavného hydrogenerátora zabezpečil dostatočné chladenie. Najvyššie výkonové úspory boli dosiahnuté s premenlivým preplachovacím systémom, ktorého prietok sa menil podľa požiadaviek hydrostatickej prevodovky. Záver druhej časti práce sa zaoberá metodikou dimenzovania veľkosti doplňovacieho hydrogenerátora.