Mehr Leistung für den Landbau

Antriebstechnik

Innovation – Eine weitere Automatisierung der Landtechnik erfordert den Einsatz von dezentraler elektrischer Antriebstechnik in den Anbaugeräten. Als ersten Schritt dorthin entwickeln die Hersteller gemeinsam eine einheitliche Traktoren-Gerätesteckdose zur Versorgung mit elektrischer Energie.

19. März 2014

Die wohl wichtigste Aufgabe der Landtechnik ist die weitere Steigerung der landwirtschaftlichen Erträge auf den immer kleiner werdenden landwirtschaftlichen Flächen. Landtechniker suchen deshalb weiter nach innovativen Lösungen zur Steigerung der Produktivität mit geringerem Ressourceneinsatz. Im Unterschied zu anderen Einsatzgebieten von mobilen Maschinen dominieren in der Landtechnik jedoch Anbaugeräte ohne eigenen Antrieb, bei denen die Zugmaschine die Rolle von Leitstand und Energieversorgung übernimmt. Bisher geschieht dies heute in der Regel mittels mechanischer Zapfwelle und hydraulischen Verbindungen. Deutlich mehr Möglichkeiten verspricht hier allerdings der Einsatz elektrischer Antriebe: Diese bieten nicht nur einen sehr hohen Wirkungsgrad, sondern auch bessere Regeleigenschaften, eine höhere Dynamik und ermöglichen eine wesentlich einfachere Energieverteilung als Verbrennungsmotoren oder hydraulische Antriebe. Zudem erfordern eine flexible Bodenbearbeitung, Pflege und Ernte spezielle, sensorikbasierte Lösungen, ähnlich der dezentralen Systeme, die im modernen Industriemaschinenbau und in der Robotik im Einsatz sind.

Als ersten Schritt zu einer solchen dezentralen Antriebstechnik für Landmaschinen haben sich deshalb zahlreiche Unternehmen aus der Landtechnikbranche unter dem Dach der AEF (Agricultural Industry Electronics Foundation) zusammengefunden, um eine herstellerneutrale Traktoren-Gerätesteckdose zu entwickeln, mit der jedes Anbaugerät an jeder beliebigen Zugmaschine eingesetzt werden kann.

Der 2008 gegründete Verband hat bereits die in der Norm ISO 11783 definierte Datenübertragungstechnologie Isobus umgesetzt, die die Kommunikation zwischen Traktoren und Anbaugeräten sowie zwischen den mobilen Systemen und der landwirtschaftlichen Bürosoftware koordiniert. Mit der Leistungsschnittstelle betreten die heute mehr als 140 Hersteller von Traktoren, Geräten und deren Zulieferer Neuland, da die Anforderungen auf dem Feld sich stark von bestehenden Lösungen für Elektrofahrzeuge oder Bahnanwendungen unterscheiden. Als einen ersten Schritten haben verschiedene Unternehmen bereits sogenannte Zapfwellengeneratoren entwickelt, um auf aktuellen Traktoren eine elektrische Energiequelle nachzurüsten.

Erfolgreiche Feldversuche

Einzelne Landtechnikhersteller unternehmen zudem bereits Feldtests mit der als Prototyp zur Verfügung stehenden AEF-Steckdose. So testete zum Beispiel der Landmaschinenhersteller Grimme aus dem niedersächsischen Damme bei seiner Kartoffelerntemaschine SV 260 die Verwendung eines elektrischen Hilfsantriebs für Einsätze in schwerem Boden anstelle von zwei in den Rädern des Roders verbauten hydraulischen Radialkolbenmotoren, die von einer Fahrantriebspumpe mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden. Die große Achslast während des Rodevorgangs erfordert dabei, ein hohes Drehmoment zu übertragen, das vom Fahrer eingestellt wird.

Basierend auf den Kennzahlen des hydraulischen Systems installierten die niedersächsischen Landtechnikspezialisten elektrische Antriebe mit vergleichbaren Drehmomentwerten. Dabei zeigte sich, dass sich Drehmoment und Motordrehzahl einwandfrei steuern und die elektrische Leistung sich während der Fahrt problemlos zuschalten lässt. Zudem erreichte die elektrische Triebachse einen um rund 10 Prozent höheren energetischen Wirkungsgrad als der bisher verwendete hydraulische Antrieb. Dr.-Ing. Bernd Niemöller, Leiter Hydraulik und Messtechnik bei Grimme, ist deshalb optimistisch: »Im Zuge der Elektrifizierung erhoffen wir uns eine Steigerung der Effizienz, aber auch eine verbesserte Steuer- und Regelbarkeit.«

Auch der Lade- und Transporttechnikspezialist Fliegl aus Mühldorf am Inn verspricht sich durch die exakte Regelbarkeit einer aktiven Triebachse bei seinen Abschiebewagen ein deutlich verbessertes Fahrverhalten des gesamten Gespanns im Feld und auf der Straße. Die Oberbayern rüsteten dazu ihren Abschiebewagen mit einem 140-kW-Antrieb des Kaufbeurener Steuerungs- und Messtechnikspezialisten Sensor-Technik Wiedemann aus, als Zugfahrzeug dient ein Fendt X Concept mit 147 kW Diesel und 130 kW elektrischer Generatorleistung. Für die umfangreichen Tests auf Straße und Acker stand damit genügend Leistung zur Verfügung, um auch bei höheren Geschwindigkeiten realistische Ergebnisse zu erhalten.

Schon beim ersten Ernteeinsatz im tiefen Ackerboden erwies sich der Prototyp als das einzige von vier Gespannen, das sich ohne Abschlepphilfe durch den aufgeweichten Boden bewegen konnte. Weitere Tests belegten zudem eine klar verbesserte Traktion, einen fast nicht mehr vorhandenen Bulldozing-Effekt sowie eine Minderung der Seitenabdrift beim Fahren quer zum Hang. Zwar wurde auf der Straße ein Zugkraftgewinn nur bei niedrigen Geschwindigkeiten nachgewiesen, jedoch stieg die Transportmasse für das Gespann deutlich um 26 Prozent. Auch im Feld bewirkte die aktive Achse einen Transportmassengewinn von immer noch beachtlichen 19 Prozent.

Großes Potenzial

Insgesamt zeigen die Tests, dass für landwirtschaftliche Anbaugeräte beim Einsatz im Feld eine zusätzliche Triebachse eine sinnvolle Ergänzung ist. Weiteres Potenzial erschließen kann die elektrische Antriebstechnik, wenn zum Beispiel weitere Funktionen zur Gespann-Stabilisierung bei kleinem Traktor mit großem Anhänger entwickelt werden. Nahezu alle Hersteller von Anbaugeräten untersuchen deshalb zurzeit den Nutzen, den die Elektrifizierung ihren Kunden bieten kann oder bieten schon funktionierende Lösungen an.

Entscheidend für die Durchsetzung dieses Technologiewandels ist jedoch, dass die Anbaugeräte mit einer einheitlichen Schnittstelle zur Übertragung der elektrischen Energie zwischen der Zugmaschine und dem Anbaugerät ausgerüstet werden, die – analog zur mechanischen Zapfwelle – eine universelle Übertragung von elektrischer Energie sicherstellen kann.

Zwar arbeiten Geräte- und Traktorenhersteller, Zulieferer für Antriebs- und Steuerungstechnik sowie Hochschulen und Institute bereits an einem universalen Lösungsansatz für beide Seiten der Steckdose – allerdings ist die Zulieferindustrie für die Anforderungen der Anbaugeräte oft noch nicht in der Weise ausgerüstet, um den Herausforderungen im mobilen Einsatz mit ihren Umweltbedingungen, Sicherheitsanforderungen und Serviceerfordernissen der Branche gerecht zu werden.

Auf einen Blick

- Die Sensor-Technik Wiedemann GmbH mit Sitz in Kaufbeuren ist ein führender Hersteller von Mikro- und Leistungselektronik sowie von Antriebs-, Mess- und Steuerungstechnik für verschiedene Anwendungen und Branchen.

- Eine besondere Stärke des Unternehmens sind die Entwicklung und Herstellung von frei programmierbaren elektronischen Steuerungen für mobile Arbeitsmaschinen in den unterschiedlichsten Branchen.

- Derzeit konzentriert sich das Unternehmen vor allem auf die Entwicklung von energiesparenden Systemen und Komponenten für dieselelektrische Antriebe, batteriebetriebene Fahrzeuge und als Zukunftsvision für Brennstoffzellen-Antriebe.

Erschienen in Ausgabe: 01/2014