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Smarte Ernte

Aktuatoren – Eine neue Erntemaschine kann ihre massiven Vorteile nur durch die intelligenten Aktuatoren von Thomson voll ausspielen.

24. Mai 2018

Erntemaschinen können zwar immer höhere Kapazitäten verarbeiten, sind aber nicht immer rentabel, weil sie die geernteten Produkte nicht effizient zur nachfolgenden Verarbeitung bringen können. Um dieses Manko zu überwinden, hat das im US-Bundesstaat Kansas ansässige Unternehmen Tribine Harvester eine ganz neue Maschine entwickelt, die im Gegensatz zu herkömmlichen Mähdreschern smarte Linearaktuatoren nutzt. Die Gründer des Unternehmens erkannten, dass eine Verbesserung der Produktivität eine präzisere Ansteuerung der Dresch- und Getreidetankfunktionen erfordern würde.

Darum führt der Tribine das Erntegut durch das Einzugsgehäuse zu einem rotierenden Zylinder. Dieser Rotor ist mit 965 Millimetern Durchmesser deutlich größer als in den meisten herkömmlichen Mähdreschern. Den Großteil der Arbeit beim Trennen des Korns von der Spreu übernehmen drei gebogene Dreschkorb-Segmente, die sich um die unteren 270 Grad des Rotor-Kreisumfangs drehen. Die Justierung der Dreschkörbe für die unterschiedlichen Produktarten oder Bedingungen erfordert die Anpassung der Rotordrehzahl sowie des Spalts zwischen dem Rotor und den Dreschkörben.

»Wir mussten von fast Nullabstand bis zu einem Spalt von zwei Zoll justieren, wobei das Getreide gegeneinander geschlagen wird, um die Spreu abzutrennen«, berichtet Russell Secrest, Steuerungsingenieur bei Tribine Harvester. Um diese Aufgabe zu bewältigen, war eine Aktuator-Baugruppe mit erweiterten Mess- und Verriegelungsfunktionen notwendig.

Genaue Justierung erforderlich

»Es galt, den exakten Abstand zwischen Dreschkorb und Rotor zu bestimmen. Außerdem suchten wir nach einer Möglichkeit, die Dreschkörbe sicher in ihrer Stellung zu fixieren, damit sie sich während des Erntevorgangs nicht ungewollt verstellen konnten. Aufgrund der enormen Größe unseres Rotorkäfigs brauchten wir zudem Aktuatoren mit ausreichend Verstellkraft für eine Feinjustierung der Dreschkorb-Positionen, um ein bestmögliches Dreschergebnis zu gewährleisten«, führt Secrest weiter aus.

Nach intensiven Recherchen schlossen sich die meisten am Markt erhältlichen Lösungen aus. Schließlich landeten die Verantwortlichen von Tribine bei den smarten, elektromechanischen Schwerlast-Aktuatoren mit integrierter Bordelektronik des Typs Electrak HD von Thomson Industries, die mitten in der Planungsphase vorgestellt wurden. Die drei implementierten Aktuatoren gewährleisten eine maximale Kontrolle über den gesamten Hubweg, wenn sie die Dreschkörbe rund um den Rotor öffnen und schließen.

»Die Thomson-Aktuatoren erlauben eine Skalierung, die dem Bediener stets ihre genaue Position verrät. Dank der prinzipbedingten Bremsfunktion und hohen Verstellkräften können sie die Dreschkörbe mühelos justieren und zuverlässig in ihrer Position halten«, erklärt Secrest. Dank der integrierten Elektronik lassen sich verschiedene Bewegungsprofile mittels Controller einfach programmieren. Die Entwickler konnten zudem ein integriertes J1939-CAN-Bus-Kommunikationsnetzwerk nutzen. So entstand ein leistungsfähiges und gleichzeitig kostengünstiges System, das die Programmierung der Steuerung auf eine Weise ermöglichte, wie sie weder mit einem einfachen elektromechanischen Aktuator noch mit einem Hydrauliksystem denkbar gewesen wäre.

Die CAN-Bus-Vernetzbarkeit und die eingebaute Positionserkennung der einzelnen Aktuatoren halfen Russell Secrest bei der Überwindung einiger mechanischer und die Anlenkung betreffender Probleme beim Aufbau der Aktuator-Baugruppe. Um den Spalt zwischen dem Rotor und den Dreschkörben zu schließen, müssen zwei Aktuatoren ausfahren, während der dritte einfährt. Muss der Spalt jedoch vergrößert werden, fahren zwei Aktuatoren ein und der dritte aus. Ohne kontinuierliche Rückführung und Bewegungsbefehle, die sich über den Netzwerkbus problemlos realisieren lassen, wäre die Synchronisierung dieser Betätigung praktisch unmöglich. »Wir müssen sicherstellen, dass die Aktuatoren untereinander nie mehr als 10 bis 12 Millimeter aus dem Takt geraten. Dazu meldet jeder Aktuator seine Position oder Störungen in Echtzeit über den Kommunikationsbus, sodass eine Steuerung ihre Stellung sowie ihren Status verfolgen und die Aktuatoren innerhalb von 5 bis 10 Millimetern synchronisieren kann. Sie folgen sich gegenseitig, sowohl beim Ein- als auch Ausfahren, und verlieren an keiner Position ihre Synchronität.«

Nachdem das Getreide von der Spreu befreit ist, transportiert eine einklappbare Förderschnecke das gereinigte Korn in einen 35 Kubikmeter großen Korntank. Dieses deutlich höhere Fassungsvermögen als bei herkömmlichen 12-Kubikmeter-Tanks wird durch Erweiterungsklappen an der Oberseite des Tanks ermöglicht. Die einklappbare Förderschnecke und Erweiterungsklappen sind notwendig, um die Transportgröße der Maschine möglichst kompakt zu halten. Sie müssen präzise synchronisiert werden, um eine mechanische Beschädigung der Korntank-Komponenten auszuschließen.

Für eine synchronisierte Betätigung der Korntankklappen verwendet Tribine Harvester vier HD-Aktuatoren an den Seiten des Tanks und einen an der Förderschnecke. Jeder ist so programmiert, dass er die Stellung der Korntankklappen über das CAN-Bus-Netzwerk zurückmeldet und bei Bedarf korrigiert werden kann. Über die Rückmeldung erhalten die Bediener die notwendigen Informationen, um Förderschnecke und Korntankklappen zu synchronisieren und so ein Verkeilen zu vermeiden oder die Austragungsmengen zu erhöhen.

Durch die Aktuatoren am Korntank lassen sich dank Synchronisierung der Klappen und der Förderschnecke 35 Kubikmeter Getreide in zwei Minuten direkt in den Sattelschlepper umladen, Überladewagen können völlig entfallen. mk

Erschienen in Ausgabe: 04/2018