{"id":{"repo_id":"tu-berlin","oai_identifier":"oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/21032"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/tu-berlin/oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/21032","repository":{"repo_id":"tu-berlin","name":"Technische Universität Berlin","base_url":"https://api-depositonce.tu-berlin.de/server/oai/request"},"display":{"title":"Entwicklung, Simulation und Erprobung eines Systems zur präzisen Positionierung der Versorgungsleitung einer kabelgespeisten, elektrisch-autonomen Arbeitsmaschine","abstract":"Der Betrieb mobiler elektrischer Arbeitsmaschinen in der Landtechnik ist auf Grund der Bereitstellung von großen Energiemengen eine Herausforderung. Während heute meist Ansätze verfolgt werden, die Energiespeicher auf dem Fahrzeug mitführen, bildet die Versorgung der Arbeitsmaschine über eine elektrische Leitung eine skalierbare Lösung zur Anbindung an die elektrische Infrastruktur. Dabei stellen die in der Landtechnik typischerweise großen Fahrstrecken und die vielseitigen Arbeitsprozesse eine Herausforderung an den Umgang mit der Leitung während der Fahrt dar. Hier stellt sich grundlegend die Frage, wie und mit welcher Genauigkeit die Versorgungsleitung abgelegt und aufgenommen werden kann, ohne den konventionellen Arbeitsprozess grundlegend zu verändern oder Feldfrüchte zu beschädigen. Zwar fanden bereits erste Betrachtungen leitungsgebundener, elektrischer Arbeitsmaschinen zu Beginn des 20. Jahrhunderts statt, jedoch beschränken sich diese rein auf den Einsatz zur Bodenbearbeitung und wurden mit der steigenden Verbreitung von Verbrennungskraftmaschinen nicht weiterverfolgt. Auch moderne, ähnliche Ansätze beispielsweise zur Ausbringung von Dünger über Schlauchleitungen zeigen den Umgang mit einer Versorgungsleitung, vernachlässigen jedoch die genaue Platzierung der Leitung und sind somit für die in der Landtechnik immer stärker automatisierten Arbeitsprozesse ungeeignet. Während die bekannten Konzepte in erster Linie einfache mechanische Vorrichtungen zur ‚passiven‘ Führung der Leitung einsetzen, motiviert speziell die moderne Antriebs- und Automatisierungstechnik eine weiterführende Untersuchung zur ‚gezielten‘ Führung der Leitung. Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Konzept zur präzisen Ablage einer elektrischen Versorgungsleitung entwickelt und auf einem Versuchsträger erprobt. Zentraler Aspekt bei der Ablage der Leitung ist die auf die Fahrzeugbewegung abgestimmte Dosierung der Leitungslänge. Dem zugrunde liegt die numerische Modellierung und Parametrierung der Leitung sowohl bei Verlassen des Fahrzeugs hin zum Ablagepunkt als auch in Interaktion mit dem Untergrund. Ausgehend davon wird das Verhalten der Leitung in verschiedenen Fahrmanövern anhand von Simulationen untersucht und eine dem konventionellen Arbeitsprozess ähnliche Fahrstrategie abgeleitet. Weiterhin werden die Einflussfaktoren zur Positionierung der Leitung und deren Verbleib an der abgelegten Stelle erarbeitet und als Anforderungen an die Aktorik auf dem Versuchsträger formuliert. Dabei zeigt sich, dass der vom Fahrzeug herabhängende Leitungsteil ein schwingungsfähiges System bildet, was beim Entwurf des Reglers zur Einstellung der Bogenweite speziell berücksichtigt wird. Im Rahmen von Feldversuchen werden die an der Leitungsablage beteiligten Aktoren in verschiedenen Szenarien sowohl separat als auch im Gesamtsystem betrachtet und bewertet. Die erreichte Genauigkeit der Leitungsablage zeigt eine Abhängigkeit zur Krümmung des Fahrzeugpfades und liegt zwischen 0,05m auf der Geraden und 0,74m bei einer Kurvenkrümmung mit einem Radius R = 15m. Hierbei ist ein systematischer Fehler durch das Wiederabheben bereits abgelegter Leitung aufgrund von Leitungsschwingungen während der Kurvenfahrt erkennbar. Durch das Nachführen des Sollwertes der Bogenweite entsprechend der momentanen Schwingungsamplitude wird die Ablagegenauigkeit auf 0,23m verbessert. Weiterhin wird gezeigt, dass das Leitungsmodell den Leitungsverlauf bei seitlichem Rutschen der Leitung auf mindestens 0,17m genau abbildet.","abstract_html":"Der Betrieb mobiler elektrischer Arbeitsmaschinen in der Landtechnik ist auf Grund der Bereitstellung von großen Energiemengen eine Herausforderung. Während heute meist Ansätze verfolgt werden, die Energiespeicher auf dem Fahrzeug mitführen, bildet die Versorgung der Arbeitsmaschine über eine elektrische Leitung eine skalierbare Lösung zur Anbindung an die elektrische Infrastruktur. Dabei stellen die in der Landtechnik typischerweise großen Fahrstrecken und die vielseitigen Arbeitsprozesse eine Herausforderung an den Umgang mit der Leitung während der Fahrt dar. Hier stellt sich grundlegend die Frage, wie und mit welcher Genauigkeit die Versorgungsleitung abgelegt und aufgenommen werden kann, ohne den konventionellen Arbeitsprozess grundlegend zu verändern oder Feldfrüchte zu beschädigen. Zwar fanden bereits erste Betrachtungen leitungsgebundener, elektrischer Arbeitsmaschinen zu Beginn des 20. Jahrhunderts statt, jedoch beschränken sich diese rein auf den Einsatz zur Bodenbearbeitung und wurden mit der steigenden Verbreitung von Verbrennungskraftmaschinen nicht weiterverfolgt. Auch moderne, ähnliche Ansätze beispielsweise zur Ausbringung von Dünger über Schlauchleitungen zeigen den Umgang mit einer Versorgungsleitung, vernachlässigen jedoch die genaue Platzierung der Leitung und sind somit für die in der Landtechnik immer stärker automatisierten Arbeitsprozesse ungeeignet. Während die bekannten Konzepte in erster Linie einfache mechanische Vorrichtungen zur ‚passiven‘ Führung der Leitung einsetzen, motiviert speziell die moderne Antriebs- und Automatisierungstechnik eine weiterführende Untersuchung zur ‚gezielten‘ Führung der Leitung. Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Konzept zur präzisen Ablage einer elektrischen Versorgungsleitung entwickelt und auf einem Versuchsträger erprobt. Zentraler Aspekt bei der Ablage der Leitung ist die auf die Fahrzeugbewegung abgestimmte Dosierung der Leitungslänge. Dem zugrunde liegt die numerische Modellierung und Parametrierung der Leitung sowohl bei Verlassen des Fahrzeugs hin zum Ablagepunkt als auch in Interaktion mit dem Untergrund. Ausgehend davon wird das Verhalten der Leitung in verschiedenen Fahrmanövern anhand von Simulationen untersucht und eine dem konventionellen Arbeitsprozess ähnliche Fahrstrategie abgeleitet. Weiterhin werden die Einflussfaktoren zur Positionierung der Leitung und deren Verbleib an der abgelegten Stelle erarbeitet und als Anforderungen an die Aktorik auf dem Versuchsträger formuliert. Dabei zeigt sich, dass der vom Fahrzeug herabhängende Leitungsteil ein schwingungsfähiges System bildet, was beim Entwurf des Reglers zur Einstellung der Bogenweite speziell berücksichtigt wird. Im Rahmen von Feldversuchen werden die an der Leitungsablage beteiligten Aktoren in verschiedenen Szenarien sowohl separat als auch im Gesamtsystem betrachtet und bewertet. Die erreichte Genauigkeit der Leitungsablage zeigt eine Abhängigkeit zur Krümmung des Fahrzeugpfades und liegt zwischen 0,05m auf der Geraden und 0,74m bei einer Kurvenkrümmung mit einem Radius R = 15m. Hierbei ist ein systematischer Fehler durch das Wiederabheben bereits abgelegter Leitung aufgrund von Leitungsschwingungen während der Kurvenfahrt erkennbar. Durch das Nachführen des Sollwertes der Bogenweite entsprechend der momentanen Schwingungsamplitude wird die Ablagegenauigkeit auf 0,23m verbessert. 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Auch moderne, ähnliche Ansätze beispielsweise zur Ausbringung von Dünger über Schlauchleitungen zeigen den Umgang mit einer Versorgungsleitung, vernachlässigen jedoch die genaue Platzierung der Leitung und sind somit für die in der Landtechnik immer stärker automatisierten Arbeitsprozesse ungeeignet. Während die bekannten Konzepte in erster Linie einfache mechanische Vorrichtungen zur ‚passiven‘ Führung der Leitung einsetzen, motiviert speziell die moderne Antriebs- und Automatisierungstechnik eine weiterführende Untersuchung zur ‚gezielten‘ Führung der Leitung. Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Konzept zur präzisen Ablage einer elektrischen Versorgungsleitung entwickelt und auf einem Versuchsträger erprobt. Zentraler Aspekt bei der Ablage der Leitung ist die auf die Fahrzeugbewegung abgestimmte Dosierung der Leitungslänge. Dem zugrunde liegt die numerische Modellierung und Parametrierung der Leitung sowohl bei Verlassen des Fahrzeugs hin zum Ablagepunkt als auch in Interaktion mit dem Untergrund. Ausgehend davon wird das Verhalten der Leitung in verschiedenen Fahrmanövern anhand von Simulationen untersucht und eine dem konventionellen Arbeitsprozess ähnliche Fahrstrategie abgeleitet. Weiterhin werden die Einflussfaktoren zur Positionierung der Leitung und deren Verbleib an der abgelegten Stelle erarbeitet und als Anforderungen an die Aktorik auf dem Versuchsträger formuliert. Dabei zeigt sich, dass der vom Fahrzeug herabhängende Leitungsteil ein schwingungsfähiges System bildet, was beim Entwurf des Reglers zur Einstellung der Bogenweite speziell berücksichtigt wird. Im Rahmen von Feldversuchen werden die an der Leitungsablage beteiligten Aktoren in verschiedenen Szenarien sowohl separat als auch im Gesamtsystem betrachtet und bewertet. Die erreichte Genauigkeit der Leitungsablage zeigt eine Abhängigkeit zur Krümmung des Fahrzeugpfades und liegt zwischen 0,05m auf der Geraden und 0,74m bei einer Kurvenkrümmung mit einem Radius R = 15m. Hierbei ist ein systematischer Fehler durch das Wiederabheben bereits abgelegter Leitung aufgrund von Leitungsschwingungen während der Kurvenfahrt erkennbar. Durch das Nachführen des Sollwertes der Bogenweite entsprechend der momentanen Schwingungsamplitude wird die Ablagegenauigkeit auf 0,23m verbessert. Weiterhin wird gezeigt, dass das Leitungsmodell den Leitungsverlauf bei seitlichem Rutschen der Leitung auf mindestens 0,17m genau abbildet.","The operation of mobile electric machines in agricultural engineering is a challenge due to the provision of large amounts of energy. While most approaches today involve carrying energy storage on the vehicle, supplying the machine via an electrical line is a scalable solution for connecting to the electrical infrastructure. In this context, the long distances typically covered in agricultural applications and the versatile work processes pose a challenge in terms of handling the line while driving. The fundamental question here is how and with what accuracy the supply line can be laid down and picked up without fundamentally changing the conventional work process or damaging crops. Although the first considerations of tethered electric working machines already took place at the beginning of the 20th century, these were limited purely to use for soil cultivation and were not pursued further with the increasing spread of combustion engines. Modern similar approaches, for example to the application of fertilizer via hose lines, also show the handling of a supply line, but neglect the exact placement of the line and are thus unsuitable for the increasingly automated work processes in agricultural engineering. While the known concepts primarily use simple mechanical devices for ’passive’ guidance of the line, modern electric drive and automation technology in particular motivates further investigation into ’targeted’ guidance of the line. In this dissertation, a concept for precise storage of an electrical supply line is developed and tested on a test vehicle. The central aspect of the cable storage is the dosage of the cable length, which is adjusted to the vehicle movement. This is based on the numerical modeling and parameterization of the cable both when it leaves the vehicle to reach the deposit point and in interaction with the ground. Based on this, the behavior of the line in different driving maneuvers is investigated by means of simulations and a driving strategy similar to the conventional working process is derived. Furthermore, the factors influencing the positioning of the cable and its retention at the deposited point are worked out and formulated as requirements for the actuator system on the test vehicle. It is shown that the part of the line hanging down from the vehicle forms a system capable of oscillating, which is specifically taken into account in the design of the controller for setting the arc width. Within the scope of field tests, the actuators involved in the line laydown are considered and evaluated in various scenarios, both separately and in the overall system. The achieved accuracy of the cable deposit shows a dependency on the curvature of the vehicle path and lies between 0,05m on the straight line and 0,74m with a curve curvature with a radius R1 = 15m. In this case, a systematic error due to the re-lifting of already deposited cables as a result of the overall system is considered. Here, a systematic error due to the re-lifting of already deposited line due to line oscillations during curve travel can be recognized. By tracking the nominal value of the arc width according to the instantaneous vibration amplitude, the depositing accuracy is improved to 0,23m in the case of R1. Furthermore, it is shown that the line model accurately represents the line run to at least 0,17m in the case of lateral slippage of the line."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Entwicklung, Simulation und Erprobung eines Systems zur präzisen Positionierung der Versorgungsleitung einer kabelgespeisten, elektrisch-autonomen Arbeitsmaschine"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor.advisor":["Meyer, Henning"],"dc:creator":["Daubermann, Julian"],"dc:date.accessioned":["2024-02-27T08:32:56Z"],"dc:date.available":["2024-02-27T08:32:56Z"],"dc:date.issued":["2024"],"dc:description.abstract":["Der Betrieb mobiler elektrischer Arbeitsmaschinen in der Landtechnik ist auf Grund der Bereitstellung von großen Energiemengen eine Herausforderung. Während heute meist Ansätze verfolgt werden, die Energiespeicher auf dem Fahrzeug mitführen, bildet die Versorgung der Arbeitsmaschine über eine elektrische Leitung eine skalierbare Lösung zur Anbindung an die elektrische Infrastruktur. Dabei stellen die in der Landtechnik typischerweise großen Fahrstrecken und die vielseitigen Arbeitsprozesse eine Herausforderung an den Umgang mit der Leitung während der Fahrt dar. Hier stellt sich grundlegend die Frage, wie und mit welcher Genauigkeit die Versorgungsleitung abgelegt und aufgenommen werden kann, ohne den konventionellen Arbeitsprozess grundlegend zu verändern oder Feldfrüchte zu beschädigen. Zwar fanden bereits erste Betrachtungen leitungsgebundener, elektrischer Arbeitsmaschinen zu Beginn des 20. Jahrhunderts statt, jedoch beschränken sich diese rein auf den Einsatz zur Bodenbearbeitung und wurden mit der steigenden Verbreitung von Verbrennungskraftmaschinen nicht weiterverfolgt. Auch moderne, ähnliche Ansätze beispielsweise zur Ausbringung von Dünger über Schlauchleitungen zeigen den Umgang mit einer Versorgungsleitung, vernachlässigen jedoch die genaue Platzierung der Leitung und sind somit für die in der Landtechnik immer stärker automatisierten Arbeitsprozesse ungeeignet. Während die bekannten Konzepte in erster Linie einfache mechanische Vorrichtungen zur ‚passiven‘ Führung der Leitung einsetzen, motiviert speziell die moderne Antriebs- und Automatisierungstechnik eine weiterführende Untersuchung zur ‚gezielten‘ Führung der Leitung. Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Konzept zur präzisen Ablage einer elektrischen Versorgungsleitung entwickelt und auf einem Versuchsträger erprobt. Zentraler Aspekt bei der Ablage der Leitung ist die auf die Fahrzeugbewegung abgestimmte Dosierung der Leitungslänge. Dem zugrunde liegt die numerische Modellierung und Parametrierung der Leitung sowohl bei Verlassen des Fahrzeugs hin zum Ablagepunkt als auch in Interaktion mit dem Untergrund. Ausgehend davon wird das Verhalten der Leitung in verschiedenen Fahrmanövern anhand von Simulationen untersucht und eine dem konventionellen Arbeitsprozess ähnliche Fahrstrategie abgeleitet. Weiterhin werden die Einflussfaktoren zur Positionierung der Leitung und deren Verbleib an der abgelegten Stelle erarbeitet und als Anforderungen an die Aktorik auf dem Versuchsträger formuliert. Dabei zeigt sich, dass der vom Fahrzeug herabhängende Leitungsteil ein schwingungsfähiges System bildet, was beim Entwurf des Reglers zur Einstellung der Bogenweite speziell berücksichtigt wird. Im Rahmen von Feldversuchen werden die an der Leitungsablage beteiligten Aktoren in verschiedenen Szenarien sowohl separat als auch im Gesamtsystem betrachtet und bewertet. Die erreichte Genauigkeit der Leitungsablage zeigt eine Abhängigkeit zur Krümmung des Fahrzeugpfades und liegt zwischen 0,05m auf der Geraden und 0,74m bei einer Kurvenkrümmung mit einem Radius R = 15m. Hierbei ist ein systematischer Fehler durch das Wiederabheben bereits abgelegter Leitung aufgrund von Leitungsschwingungen während der Kurvenfahrt erkennbar. Durch das Nachführen des Sollwertes der Bogenweite entsprechend der momentanen Schwingungsamplitude wird die Ablagegenauigkeit auf 0,23m verbessert. Weiterhin wird gezeigt, dass das Leitungsmodell den Leitungsverlauf bei seitlichem Rutschen der Leitung auf mindestens 0,17m genau abbildet.","The operation of mobile electric machines in agricultural engineering is a challenge due to the provision of large amounts of energy. While most approaches today involve carrying energy storage on the vehicle, supplying the machine via an electrical line is a scalable solution for connecting to the electrical infrastructure. In this context, the long distances typically covered in agricultural applications and the versatile work processes pose a challenge in terms of handling the line while driving. The fundamental question here is how and with what accuracy the supply line can be laid down and picked up without fundamentally changing the conventional work process or damaging crops. Although the first considerations of tethered electric working machines already took place at the beginning of the 20th century, these were limited purely to use for soil cultivation and were not pursued further with the increasing spread of combustion engines. Modern similar approaches, for example to the application of fertilizer via hose lines, also show the handling of a supply line, but neglect the exact placement of the line and are thus unsuitable for the increasingly automated work processes in agricultural engineering. While the known concepts primarily use simple mechanical devices for ’passive’ guidance of the line, modern electric drive and automation technology in particular motivates further investigation into ’targeted’ guidance of the line. In this dissertation, a concept for precise storage of an electrical supply line is developed and tested on a test vehicle. The central aspect of the cable storage is the dosage of the cable length, which is adjusted to the vehicle movement. This is based on the numerical modeling and parameterization of the cable both when it leaves the vehicle to reach the deposit point and in interaction with the ground. Based on this, the behavior of the line in different driving maneuvers is investigated by means of simulations and a driving strategy similar to the conventional working process is derived. 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Here, a systematic error due to the re-lifting of already deposited line due to line oscillations during curve travel can be recognized. By tracking the nominal value of the arc width according to the instantaneous vibration amplitude, the depositing accuracy is improved to 0,23m in the case of R1. Furthermore, it is shown that the line model accurately represents the line run to at least 0,17m in the case of lateral slippage of the line."],"dc:identifier.uri":["https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/21032","https://doi.org/10.14279/depositonce-19832"],"dc:language.iso":["de"],"dc:rights.uri":["https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"],"dc:title":["Entwicklung, Simulation und Erprobung eines Systems zur präzisen Positionierung der Versorgungsleitung einer kabelgespeisten, elektrisch-autonomen Arbeitsmaschine"],"dc:type":["Doctoral Thesis"]},"updated_at":"2026-07-27T21:28:33Z"}