Landtechnische Innovationen auf der Agritechnica 2011

Landtechnische Innovationen auf der Agritechnica 2011

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Prof. Dr. Karlheinz Köller, Universität Hohenheim

(DLG). Größer, schneller, breiter, diese Attribute kennzeichnen weiterhin zahlreiche Ent-wicklungen in der Landtechnik, sie werden aber in ihrer Bedeutung zunehmend und flä-chendeckend überlagert durch ständig neue Entwicklungen in der Elektronik und Sensorik. Diese bestimmen heute überwiegend den Innovationsgrad von Maschinen und Systemen mit dem Ziel, Prozesse noch effizienter, präziser, umweltschonender und kostensparender zu gestalten. Diese mit dem Begriff „Precision Farming“ gekennzeichnete Entwicklung wird erweitert um die Verknüpfung verschiedener öffentlicher und betrieblicher Informationsquel-len mit automatisierten Entscheidungshilfen, nicht nur mit dem Ziel, einzelne Prozesse zu optimieren, sondern um neue Strategien der Bestandes- und Betriebsführung zu ermögli-chen. Diese Weiterentwicklung, einzelne Bausteine des „Precision Farming“ zu einer Ge-samtstrategie zu verbinden, wird als „Smart Farming“ bezeichnet und im Rahmen eines „Agritechnica-Specials“ in beeindruckender Weise auf der Agritechnica 2011 präsentiert. Der Trend zur Automatisierung von Arbeitsprozessen in der Pflanzenproduktion wird be-gleitet durch die Entwicklung intelligenter Software, um steigende Anforderungen in Doku-mentation, Qualitätssicherung, Rückverfolgbarkeit sowie Logistik, Flottenmanagement und Maschinenüberwachung zur Minimierung von Ausfallzeiten und Reparaturkosten zu erfül-len. Die Entwicklungen, verbunden mit einem intelligenten und einfachen Daten-Management-System, führen zu vernetzten Strukturen, die die gesamte Prozesskette vom Feld bis zum Verbraucher abbilden.

Traktoren

Die führenden Traktorenhersteller präsentieren neue Baureihen in verschiedenen Leis-tungsbereichen mit sparsamen Dieselmotoren, die die Schadstoffemissionsauflagen der Abgasstufe IIIB erfüllen (ob mit oder ohne Zuführung von Additiven), mit einer großen Aus-wahl an Getrieben, die neben dem breiten Angebot an leistungsverzweigten stufenlosen Getrieben (IVT) ergänzt wird durch spezielle mechanische Getriebe mit höchstem Wir-kungsgrad und einfacher Bedienung. Mit neuem Kabinendesign, luftgefederten Komfortsit-
zen, Kabinenfederungen, weiter verbesserter Funktionalität der Bedienelemente sowie neuen Sicht- und Bedienkonzepten wird ein Höchstmaß an Bedien- und Fahrkomfort er-reicht.
Auch wird eine neue Generation von integrierten Frontladern zu sehen sein, die mit Hilfe neuer Sensorik zusätzliche Funktionen ermöglichen, die bezüglich Präzision und Automati-on marktübliche Lösungen weit übertreffen.

Tractor-Implement Management (Gerät steuert Traktor)

Auf der Agritechnica 2009 wurde das ISOBUS-basierte „Tractor-Implement Automation“ System am Beispiel eines „intelligenten“ Ladewagens vorgestellt. Mit Hilfe eines Ultra-schallsensors, der die Schwadform erfasst, und einem Drehmomentsensor am Schneidro-tor des Ladewagens wird die Fahrgeschwindigkeit des Traktors in Abhängigkeit von der Schwadstärke geregelt. Eine vergleichbare Lösung am Beispiel einer Rundballenpresse, bei der nach Füllung der Presskammer der Traktor automatisch stoppt und der folgende Prozess automatisiert abläuft, wurde ebenfalls 2009 vorgestellt. Diese Entwicklung findet ihre Fortsetzung auf der Agritechnica 2011, zum Beispiel im Bereich der Kartoffelproduktion von der Pflanzung bis zur Ernte. Unter Einbeziehung des ISOBUS sowie weiterer Funktio-nen wird eine Funktionseinheit von Traktor und Gerät realisiert, die den jeweiligen Arbeits-prozess der Pflanz- oder Erntemaschine automatisiert, zum Beispiel Hubwerks-, Zapfwel-len-, Fahrgeschwindigkeits- und Zusatzgeräteregelung sowie Lenkung und Vorgewendemanagement. Neben der Regelung erfolgt eine Dokumentation der jeweiligen Parameter. Deutliche Leistungs- und Effizienzsteigerungen und eine Fahrerentlastung sind die wichtigsten Vorteile. Auch für die Gülleausbringung wird eine entsprechende Lösung präsentiert, wobei der Tankwagen über den ISOBUS die Zapfwellendrehzahl des Traktors steuern kann. Abhängig vom jeweiligen Betriebszustand kann das Gerät die entsprechend geeignete Normdrehzahl der Zapfwelle wählen, eine automatische Drehzahlanpassung, je nach Bedarf, vornehmen und die Zapfwelle ein- und ausschalten.

Traktor-Geräte-Elektrifizierung

Die künftig zu erwartende Zunahme elektrischer Geräteantriebe erfordert eine geeignete Schnittstelle zwischen Traktor und Gerät zur Übertragung hoher elektrischer Antriebsleis-tung. Dieses wurde von den Traktoren- und Geräteherstellern erkannt und bei allem vor-handenen Wettbewerb als gemeinsame Aufgabe betrachtet, um hierfür eine standardisierte Schnittstelle (Hochvoltverbindung für die Traktor/Geräte Elektrifizierung) gemeinsam zum Nutzen aller (Landmaschinenbranche und ihrer Kunden) zu entwickeln. Die Innovation be-steht vornehmlich in der erstmals praktizierten gemeinsamen Entwicklungsarbeit, an einem im Jahre 2007 (Agritechnica) angestoßenen und mit dem Jahre 2009 (Agritechnica) beson-ders sichtbar werdenden Potenzial eines industrieweiten Trends elektrischen Geräteantrie-bes mit höherem Leistungsbedarf. Die Zusammenarbeit von Traktor- und Anbaugeräteher-stellern ermöglicht eine zügige Umsetzung der Entwicklungsarbeit in einen internationalen Standard. Dieser ist die Voraussetzung dafür, dass eine Schnittstelle verfügbar sein wird,
die auch für die Übertragung hoher elektrischer Leistung, (bis zu 150 KW je Schnittstelle), eine Kompatibilität der Traktoren verschiedenster Hersteller mit den Produkten der Geräte-hersteller erzeugt, wie es auch die übrigen genormten Schnittstellen (mechanisch, hydrau-lisch, ISOBUS) tun. Auf dieser soliden Basis können sich dann die einzelnen Unternehmen darauf konzentrieren, ihre individuellen und differenzierenden Produkte mit optimalem Kun-denutzen zu entwickeln. Diese richtungsweisende Entwicklung wird weitere Hersteller an-regen, entsprechende Lösungen voranzutreiben. So sind auf der Agritechnica verschiede-ne Geräte zu erwarten, die die genannten aktuellen Themenbereiche (ISOBUS, TIM und „High Voltage“) kombinieren. Unter anderem wird ein vierradgelenkter Traktor mit elektri-schen Einzelradantrieben und hydropneumatischer Einzelradaufhängung sowie zwei elekt-rischen Schnittstellen für die Versorgung von Anbaugeräten mit elektrischer Energie im mobilen Betrieb präsentiert.

Automatische Lenksysteme

Zunehmend werden Traktoren mit automatischen Lenksystemen ausgestattet. Dazu gehö-ren ein DGPS-Empfänger zur Positionsbestimmung, ein Display als Anzeige- und Eingabe-instrument sowie die entsprechende Elektronik zur Umwandlung der Positionsdaten in Lenkbewegungen. Die meisten marktüblichen Systeme, auch einfachere Parallelfahrhilfen, funktionieren nur als Insellösung, d.h. Aufnahme, Display und Steuergerät müssen von einem Hersteller sein. Es ist zu erwarten, dass zunehmend ISOBUS-kompatible Automatik-lenkungen, bei der die Anzeige und Bedienung auch über ISOBUS-Terminals anderer Her-steller möglich ist, angeboten werden. Automatische Lenksysteme mit integriertem Vorgewendemanagement (automatisierte Wende- und Schaltmanöver) ermöglichen bereits heute das Steuern eines Traktors ohne manuellen Eingriff des Fahrers. Der nächste, zu erwartende Entwicklungsschritt wäre der völlige Verzicht auf den Fahrer. Entsprechende Entwicklungen autonomer Fahrzeuge sind nicht neu und wurden in Form von Konzeptstudien bereits vor Jahren präsentiert. So ist auch die Entwicklung der sogenannten „elektronischen Deichsel“ ein System, bei dem ei-nem vorausfahrenden Traktor mit Fahrer ein zweiter, fahrerloser Traktor zeitlich und örtlich versetzt – folgt, bisher nur als Forschungsprojekt bekannt. Eine kommerzielle Nutzung ist bisher unter anderem an Produkthaftungsrisiken gescheitert. Auf der Agritechnica 2011 wird erstmalig eine marktreife Lösung präsentiert. Bei diesem System werden zwei Trakto-ren, die mit einem hochpräzisen Spurführungssystem ausgerüstet sind, virtuell miteinander gekoppelt. Der erste Traktor wird manuell gesteuert und kommuniziert per Funk mit dem zweiten, fahrerlosen Traktor, der kombiniert mit dem gleichen Anbaugerät, örtlich und zeit-lich versetzt der Spur oder einer vorgegebenen Linie folgt. Die Überwachung der Funktion beider Maschinen ist Aufgabe des Fahrers der ersten Maschine. Die arbeitswirtschaftlichen Vorteile sind offensichtlich.

Sätechnik

Mulchsaatfähige Sämaschinen bestimmen seit Jahren das Bild der Sätechnik für Getreide. Ziel von Verbesserungen an Säscharen bei der Ablage des Samens ist es, einen ausrei-chenden Bodenkontakt herzustellen, um eine sichere Keimung zu gewährleisten. Wichtig ist in diesem Zusammenhang das Einhalten einer konstanten Ablagetiefe, auch unter wechselnden Einsatzbedingungen. Die Entwicklung einer automatischen Schardruckrege-lung ermöglicht hierbei einen wesentlichen Fortschritt. Mittels eines Sensors an der Tiefen-führungsrolle werden Veränderungen des Schardruckes erfasst und durch das automati-sche Schardrucksystem ausgeglichen.
Die zunehmende Verbreitung von elektrischen Antrieben zur Saatgutdosierung, von Senso-ren zur Kontrolle des Saatgutflusses und zur Körnerzählung sowie von GPS-gesteuerten elektronischen Regelungen der Kornablage kennzeichnen die Schwerpunkte der Entwick-lung in der Sätechnik. Daneben ist der Trend zu großen Arbeitsbreiten und zu größeren Behältern für Saatgut und Dünger ungebrochen.
Bemerkenswert ist der Trend zu höheren Arbeitsgeschwindigkeiten bei der Einzelkornsaat. Nachdem vor vier Jahren erstmalig eine entsprechende Maschine vorgestellt wurde, wer-den auf der Agritechnica 2011 ebenfalls Einzelkornsämaschinen mit weiterentwickelter Vereinzelungstechnik gezeigt, die bei Arbeitsgeschwindigkeiten von 10 bis 12 km/h, und unter günstigen Bedingungen, auch bis zu 15 km/h eine hohe Ablagegenauigkeit gewähr-leisten. Die hierdurch erreichte signifikante Steigerung der Flächenleistung bei vergleichba-rer Ablagequalität wird die Bedeutung der Einzelkornsaat für die Praxis weiter fördern, zu-mal zu erwarten ist, dass mit dieser Technik in naher Zukunft auch Getreide und Raps ge-sät werden können.

Dünge- und Pflanzenschutztechnik

Das in der Pflanzenschutztechnik bereits übliche GPS-gesteuerte und automatisierte Ein- und Ausschalten am Vorgewende und von Teilbreiten findet zunehmend Eingang in die Düngetechnik, um auch in Überlappungsbereichen der Streufächer am Vorgewende eine präzise und gleichmäßige Düngeverteilung zu erreichen. Führende Hersteller von Mineraldüngerstreuern bieten hierzu weiter entwickelte Systeme an, bei denen auch die Düngerart, die Dosiermenge und der dreidimensionale Streufächer berücksichtigt werden, basierend auf Streubildberechnungen und -simulationen. Die technische Umsetzung in der Maschine erfolgt, je nach Hersteller differenziert, über automatisches Ein- und Ausschalten der Dosierschieber, eine Online-Aufgabepunktverstellung oder eine automatisch schaltba-re, scheibenintegrierten Grenzstreueinrichtung mit entsprechender Steuerungssoftware.
Um den Einfluss von Seitenwind auf die Arbeitsqualität von Zentrifugalstreuern zu reduzie-ren, wird ein Streuer zu sehen sein, der mittels einer integrierten Wetterstation die momen-tan wirkenden Windverhältnisse (Stärke, Richtung) im Bereich des Streufächers erfasst. Über einen Verstellmechanismus mit entsprechender Steuerungssoftware lassen sich die Scheibendrehzahlen und Aufgabepunkte des Düngers unter Berücksichtigung der Dünger-sorte verändern, um den Windeinfluss zu kompensieren.
Den gesetzlichen Vorgaben bezüglich eines nachhaltigen Pflanzenschutzes folgend, hat der Stand der Technik bei der Mittelapplikation einen hohen Stand erreicht. Neben Abtrifft mindernden Injektordüsen und Datenbanksystemen zur Dokumentation gibt es eine Viel-zahl an elektronisch gesteuerten Funktionalitäten, wie zum Beispiel automatische Teilbrei-tenschaltungen, Vorgewende-Management, automatische Abstandsregelungen und auto-matische Hangausgleichssysteme. In all diesen Bereichen sind zahlreiche Detailverbesse-rungen zu erwarten, von der sensorischen Überwachung des Durchflusses von Einzeldü-sen, über Terminalsoftware zur Befüllstrategie im Feld und zum Restmengenmanagement im Behälter bis hin zur fernbedienten Außenreinigung des Spritzgestänges aus der Fahrer-kabine. Der Trend zu größeren Arbeitsbreiten (bis zu 51 m) und Behältergrößen (bis zu 14000 l) sowie zu höherer Fahrgeschwindigkeit hält weiter an, das Angebot an Selbstfah-rern nimmt zu.

Getreideerntetechnik

Wechselhafte Wetterbedingungen bei der Getreideernte, kürzere Erntezeiten sowie zu-nehmend schwierigere Erntebedingungen erfordern leistungsstarke und einsatzsichere Mähdrescher. Die Anforderungen an die Qualität bei der Getreideernte steigen weiter. Bruchkorn ist unerwünscht, die Reinheit des gedroschenen Erntegutes ein wichtiges Quali-tätskriterium. Insbesondere die Einstellung des Mähdreschers ist wichtig: Elektronische Einstellhilfen sowie Informations- und Steuerungssysteme über GPS helfen dem Fahrer, das Getreide optimal zu ernten. Die Nutzung von Sensoren und Elektronik zur Fahrerinfor-mation hat sich ebenso etabliert wie die Verwendung von Lenk- und Ertragskartierungssys-temen. Telematik-Systeme zur Mähdrescherüberwachung gewinnen zunehmend Bedeu-tung für das Flottenmanagement. Ein auf der diesjährigen Agritechnica präsentiertes inter-aktives Fahrerassistenzsystem ermöglicht erstmalig die Optimierung aller Mähdrescherein-stellungen und setzt einen neuen Trend bei der Effizienzsteigerung von Großmähdre-schern.
Zunehmend größere Korntankvolumina und schwerere Maschinen fördern den Trend zum Einsatz von Raupenlaufwerken für eine bodenschonende Ernte bei gleichzeitig hoher Trak-tion und Fahrstabilität.
Verschiedene Hersteller bieten überarbeitete Mähdrescherbaureihen an mit Detailverbes-serungen beim Schneidwerk, bei Dreschorganen und beim Strohmanagement. Auf der Agritechnica 2011 wird eine innovative Lösung zur Kommunikation und Koordination zwi-schen Mähdreschern und Traktoren bei der Getreideabfuhr präsentiert. Hierbei wird die Erntelogistik im Felde über Austausch von Informationen (z.B. Position, Korntankfüllstand) optimiert und in Verbindung mit der Synchronisierung der am Überladungsprozess beteilig-ten Fahrzeuge die Auslastung der Mähdrusch- und Transportkapazitäten gesteigert.

Futtererntetechnik

Zur Steigerung der Schlagkraft der Futterernte war die Entwicklung der vergangenen Jahre gekennzeichnet durch zunehmende Arbeitsbreiten bei Mähwerken und Schwadern, durch zunehmende Motorleistungen bei Feldhäckslern, gestiegene Ladevolumina und Gesamt-gewichte bei Ladewagen sowie ISOBUS-basierte Geräte-Traktor-Steuerungen bei Lade-wagen und Pressen. Zur besseren Bodenanpassung von Mähwerken und sehr großen Arbeitsbreiten und hohen Gewichten wird eine hydropneumatische Mähwerksentlastung mit rechnergestützter, automatischer Regelung des Auflagedruckes in Echtzeit gezeigt, die einen stets gleichmäßigen Auflagedruck der Mäheinheiten auch bei stark welligem Unter-grund und stark variierenden Fahrgeschwindigkeiten gewährleistet. Zu sehen sein wird zudem eine automatische GPS-basierte Teilbreitenschaltung für Mähwerke und Schwader. In Abhängigkeit von der zuvor erfassten Flächenkontur und der Geoposition der Maschine werden die Teilbreiten für Mäheinheiten bzw. einzelne Schwadkreisel geschaltet. Eine Ent-lastung des Fahrers und höhere Flächenleistungen sind die wichtigsten Vorteile.
In der Feldhäckslertechnik präsentieren Unternehmen signifikante Weiterentwicklungen in der NIR-Sensorik (Nahinfrarotspektroskopie), mit der bisher nur der Trockenmassegehalt des Erntegutes ermittelt werden konnte. Mit der neuen Technik ist es auch möglich, zum Beispiel die Inhaltsstoffe Protein, Stärke und Zucker zu ermitteln. Neben der Optimierung des Futtermanagements und einer Objektivierung der Abrechnung von Silagequalitäten für alle beteiligten Partner bei der Biogasproduktion lässt sich mit dieser, sowohl mobil als auch stationär verwendbaren Technologie, eine umfassende Dokumentation des gesamten Prozesses erstellen. Es wurden für Feldhäcksler Systeme zur Motorregelung entwickelt, die sich automatisch unterschiedlichen Erntebedingungen anpassen, so dass der Häcksler stets im verbrauchs- und leistungsoptimalen Drehzahlbereich fährt, verbunden mit einer signifikanten Reduzierung des Kraftstoffverbrauches. Auch bei der Pressenentwicklung sind Innovationen festzustellen. Präsentiert wird zum Beispiel eine komplett neu entwickelte Rundballenpresse mit einem Schnellauswurfsystem, das den Ballen in weniger als 5 Se-kunden auswirft. Im Vergleich zur üblichen Technik entfällt der zeitintensive Vorgang des Öffnens und Schließens der Heckklappe, die bei der neuen Presse durch einen leichten Vorhang ersetzt wird. Zum Entladen des Ballens schwenken die Seitenwände der Press-kammer jeweils um 5 cm nach außen und geben den Ballen frei. In Verbindung mit dem optimierten Einzug des Pressgutes wird der Durchsatz signifikant gesteigert. In Verbindung mit der Traktor-Geräte-Automatisierung (TIA) lässt sich der gesamte Prozess automatisie-ren.

Zur Produktion qualitativ hochwertiger Grassilage hat der Einsatz von Rundballenpressen mit integrierter Wickeleinrichtung in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Beim heutigen Stand der Technik muss der Traktor beim Einsatz einer Press-Wickelkombination zum Binden und zur Übergabe des Ballens zum Wickeltisch seine Fahrt unterbrechen, um die weitere Gutzufuhr zu stoppen. Auf der Agritechnica 2011 wird eine vollautomatische, kontinuierlich arbeitende Rundballenpresse mit integrierter Wickeleinrich-tung vorgestellt. Dieses System ist nur möglich in Kombination mit „Tractor-Implement-Management“ (TIM), das eine automatische Anpassung der Vorfahrtsgeschwindigkeit des Traktors an den Durchsatz bewirkt. Dieses Non-Stop-Verfahren steigert die Durchsatzleistung der Maschine bis zu 50 Prozent bei maximaler Ballendichte.

Agrarelektronik und Software

In der Landtechnik gibt es nahezu keine Neuentwicklung mehr ohne elektronische Steuer- und Regelfunktionen sowie ohne entsprechende Software. Die bisher vorgestellten Innova-tionen aus den verschiedenen Bereichen zeigen deutlich, dass die Anzahl und die Komple-xität elektronischer Systeme in Landmaschinen in den vergangenen Jahren signifikant zu-genommen haben, von der GPS-Lenkautomatik und Teilbreitenschaltung über Flottenma-nagement, Maschinen-Telemetrie und automatischer Dokumentation bis hin zu Tractor-Implement-Management (TIM). Zahlreiche dieser Entwicklungen sind noch herstellerspezi-fische Insellösungen. Aber es zeigt sich ein deutlicher Trend in Richtung herstellerübergrei-fender ISOBUS-Systeme. So werden selbstfahrende Erntemaschinen angeboten, die über Vorrüstungen zur Implementierung ISOBUS-basierter Lenksysteme verfügen, unabhängig vom Hersteller und der Art (z.B. GPS oder Laser).
Neuere RTK-Systeme ermöglichen eine sehr hohe Genauigkeit beim Einsatz von Lenkau-tomaten. Ein auf der Agritechnica 2011 vorgestelltes System vernetzt einzelne RTK-Basisstationen und ermöglicht Landwirten, Maschinenringen, Lohnunternehmen und Händ-lern die Erstellung eines eigenen kostengünstigen RTK-Netzes.
Zur Optimierung von Arbeitsprozessen auf dem Feld werden spezielle Softwarelösungen angeboten, um Arbeitsdaten von Maschinen zu dokumentieren, automatisch dem jeweili-gen Schlag zuzuordnen und zeitgleich zum Beispiel auf die Schlagkartei zu übertragen. Zur automatischen schlagspezifischen Ernteermittlung werden ebenfalls neue Entwicklungen vorgestellt, um eine lückenlose Dokumentation und korrekte Abrechnung zu ermöglichen, bis hin zu einem ISOBUS-basierten, weitestgehend automatisierten Ernteprozess vom Auftrag bis zum komplett dokumentierten RFID-gekennzeichneten Ballen. Eine gebündelte Datenübertragung von Traktor und Anbaugerät verbessert die Ferndiagnose und erleichtert den Überblick über die Leistungen beider Maschinen. Dieses neuartige Ferndiagnosesys-tem erlaubt eine herstellerübergreifende Analyse, Auswertung, Einstellungsoptimierung und Dokumentation in Echtzeit. Weiterentwickelte Systeme für die Flottennavigation und das Logistikmanagement ergänzen das breite Angebot an Software zur Prozessoptimierung.

Fazit:

Weiterentwicklungen in den Bereichen Elektronik, Sensorik und Software bestimmen in beeindruckender Weise landtechnische Innovationen und führen zu einer zunehmenden Automatisierung von Arbeitsprozessen in der Pflanzenproduktion mit dem Ziel, die Qualität der Arbeit effizienter, präziser, umweltschonender und kostensparender zu gestalten.