Untersuchungen zum Fördern von landwirtschaftlichen Dickstoffen

Schlämme und Dickstoffe sind in der Landwirtschaft häufig zu pumpen. Das sind sogenannte organische Suspensionen, wie Flüssigfuttermischungen oder Gülle und Faulschlämme für die Biogasproduktion. Diese Stoffe haben oft eine sehr hohe Viskosität, d. h. sie sind sehr zähflüssig, bis hin zur Grenze der Pumpbarkeit. Die Auswahl geeigneter Förderpumpen, die Untersuchung neuer Pumpenbauarten, die Beeinflussung der Viskosität und die Berechnung von Förderrohrleitungen sind Aufgaben, die im Flüssigkeitstechnikum des Instituts für Agrartechnik Bornim e. V. (ATB) für verschiedene Auftraggeber aus Landwirtschaft, Industrie und Maschinenprüfung bearbeitet werden. Dabei hat sich gezeigt, dass das ATB ein zunehmend gefragter Partner in Forschung und Entwicklung ist. Einige Beispiele sollen die aktuellen Arbeiten erläutern.

Pumpentests

Kreiselpumpen sind relativ preiswerte technische Lösungen für das Fördern landwirtschaftlicher Suspensionen. Wenn der Förderbereich von Kreiselpumpen überschritten ist, werden Drehkolbenpumpen mit großen Querschnitten und konstanten Kammervolumina eingesetzt. Hiermit können empfindliche Dickstoffe schonend gefördert und auch dosiert werden. Nachteilig ist hierbei der ungleichförmige Verdrängungsvorgang. In der angeschlossenen Rohrleitung treten durch das Beschleunigen und Verzögern der Flüssigkeitssäule Druck- und Durchsatzschwankungen auf. Diese führen zu erheblichen mechanischen Schwingungsbelastungen von Pumpe, Antrieb und Rohrleitung.

Als innovative Lösung hat die Pumpenindustrie schrägverzahnte Drehkolben entwickelt, die einen pulsationsarmen, stetigen Fördervorgang erlauben. Diese Kolben können auch in vorhandene Pumpengehäuse eingebaut werden. Am Förderversuchsstand des ATB wurden umfangreiche Testversuche sowohl mit Wasser als auch mit verschiedenen Flüssigfuttermischungen durchgeführt. Hiermit konnten die theoretischen Überlegungen zur Entwicklung pulsationsarmer, schrägverzahnter Drehkolben bestätigt werden. Diese Erkenntnisse sind für Pumpenhersteller und Anwender gleichermaßen von Interesse. Durch die enge Zusammenarbeit von Pumpenindustrie und dem ATB konnten neue technische Lösungen gefunden, erprobt und schnell in die Praxis überführt werden.

Darüber hinaus werden am ATB im Rahmen von Gebrauchswertprüfungen von Flüssigfütterungsanlagen im Auftrag der Prüfstelle der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft e.V. (DLG) oder der Industrie regelmäßig Förderversuche mit Futterkreiselpumpen durchgeführt. Die Testergebnisse ermöglichen eine sachgerechte Bewertung des Förderverhaltens und die Ermittlung des optimalen Einsatzbereiches. Auf diese Weise können Fehlinvestitionen in der Landwirtschaft vermieden werden.

Berechnung von Rohrförderanlagen

Zur Planung von Rohrförderanlagen sind exakte Berechnungen auf der Basis gemessener rheologischer Stoffeigenschaften, d. h. Fließeigenschaften der zu pumpenden Stoffe, notwendig. Das ATB hat entsprechende Messmethoden für die Viskosität (Rheometrie) z. B. für Flüssigfutter und andere hochkonzentrierte Suspensionen entwickelt. Das sind speziell Rotationsviskosimeter oder Rohrviskosimeter. Mit dieser Messtechnik sind Stoffdaten ermittelt worden, die die Grundlage für eine exakte Auslegung von Pumpen, Rohrleitungen sowie Rührwerken bilden. Ein ebenfalls am ATB entwickeltes Computerprogramm (ROHRWIN) erlaubt hier ein zeitsparendes und kostengünstiges Vorgehen, z. B. bei der Planung von Biogas- oder Gülleanlagen.

Wirkung von Zusätzen, z. B. Enzymen, auf das Fließverhalten von Flüssigfutter

Flüssigfutter besteht zumeist aus Getreideschrot und Wasser und wird z. B. in der Schweinehaltung vollautomatisch angemischt, gepumpt und dosiert. Zuweilen kommen auch weitere Futterkomponenten wie Kartoffeln, geschrotete Maiskolben (CCM) oder zugekaufte Futtermittel hinzu. Die Flüssigfuttermischungen sind meistens sehr zähflüssig, d.h. sie haben eine hohe Viskosität.

Um die Pumpfähigkeit zu sichern, darf ein bestimmter Wasseranteil nicht unterschritten werden. Ein höherer Wasseranteil verbessert zwar das Fließ- und Förderverhalten, steigert jedoch die Neigung zum Absetzen von Feststoffen (Sedimentation), verringert die Nährstoffkonzentration des Futters und führt zu größerem Gülleanfall. Von der BASF wurde ein Futterenzym entwickelt, mit dem bei gleichem Wasseranteil die Viskosität (Zähflüssigkeit) von Flüssigfutter verringert werden kann. Es ist ein Alpha-Amylase-Präparat, das die Stärke im Futter in kurze, leicht lösliche Fragmente teilt. Dadurch wird die Pumpfähigkeit des Flüssigfutters auch bei verringertem Wasseranteil gewährleistet. Im Auftrag der BASF wurden mit Futtermischungen unterschiedlicher Zusammensetzung Rühr- und Fließkurven gemessen und bewertet. Die eingesetzte Alfa-Amylase bewirkt vor allem bei Flüssigfutter mit thermisch aufgeschlossener Stärke eine deutliche Reduzierung der Viskosität. Auch bei dieser Aufgabe zeigte sich, dass eine Arbeitsteilung zwischen Forschungseinrichtungen, hier der angewandten landtechnischen Forschung, und der Industrie von beiderseitigem Vorteil ist.

Das ATB gehört zusammen mit 78 anderen außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Serviceeinrichtungen für die Forschung zur Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz e.V.(WGL)
Ansprechpartner :
Dr.-Ing. habil. Meno Türk
Abt. Technik in der Tierhaltung
Te.: 0331/5699-513
E-Mail: mtuerk@atb-potsdam.de