Streu- und Sprühdrohne Fluktor: Prototyp im Testflug
Das deutsche „Standardszenario Farm“ erlaubt das Streuen und Sprühen mit einer Drohne bis 50 kg Abfluggewicht. Fluktor hat dafür ein neues Fluggerät entwickelt.
Untersaaten in Mais oder Getreide säen, Zwischenfrüchte oder Gründüngung auf nicht befahrbaren Flächen ausbringen, Gras nachsäen, in Steillagen und Sonderkulturen Pflanzenschutzmittel sprühen — für Streu- und Sprühdrohnen gibt es viele landwirtschaftliche Aufgaben.
Doch bislang ist die Technik dafür nur von wenigen Herstellern verfügbar. Das noch junge Start-up-Unternehmen Fluktor will nun mit seiner selbstentwickelten Streu- und Sprühdrohne den chinesischen Marktführern Konkurrenz machen. Berücksichtigung fand bei der Drohnenentwicklung das deutsche Standardszenario Farm.
Standardszenario DE.STS.Farm
Um den bürokratischen Aufwand bei Einsätzen von Sprüh- und Streudrohnen zu verringern, hat das Bundesministerium für Digitales und Verkehr das Standardszenario Farm definiert. Es erlaubt bei Flügen über land- oder forstwirtschaftlichen Flächen das Abwerfen von Gegenständen wie Dünger, Saatgut oder Trichogramma-Kugeln sowie das Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln und ähnlichen Flüssigkeiten. Die Startmasse des unbemannten Fluggeräts darf dann bis zu 50 kg anstatt sonst 25 kg betragen. Die Bedingung ist, dass die einzelnen Gegenstände nicht mehr als 100 g wiegen und die Flughöhe nicht mehr als 30 m beträgt.
Für Deutschland und Europa
Dieses Szenario erlaubt für land- und forstwirtschaftliche Drohneneinsätze ein Abfluggewicht von bis zu 50 kg. Entsprechend hat Fluktor das Leergewicht der Drohne und die mögliche Zuladung im Streu- bzw. Sprühbehälter ausgelegt.
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Untersaaten in Mais oder Getreide säen, Zwischenfrüchte oder Gründüngung auf nicht befahrbaren Flächen ausbringen, Gras nachsäen, in Steillagen und Sonderkulturen Pflanzenschutzmittel sprühen — für Streu- und Sprühdrohnen gibt es viele landwirtschaftliche Aufgaben.
Doch bislang ist die Technik dafür nur von wenigen Herstellern verfügbar. Das noch junge Start-up-Unternehmen Fluktor will nun mit seiner selbstentwickelten Streu- und Sprühdrohne den chinesischen Marktführern Konkurrenz machen. Berücksichtigung fand bei der Drohnenentwicklung das deutsche Standardszenario Farm.
Standardszenario DE.STS.Farm
Um den bürokratischen Aufwand bei Einsätzen von Sprüh- und Streudrohnen zu verringern, hat das Bundesministerium für Digitales und Verkehr das Standardszenario Farm definiert. Es erlaubt bei Flügen über land- oder forstwirtschaftlichen Flächen das Abwerfen von Gegenständen wie Dünger, Saatgut oder Trichogramma-Kugeln sowie das Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln und ähnlichen Flüssigkeiten. Die Startmasse des unbemannten Fluggeräts darf dann bis zu 50 kg anstatt sonst 25 kg betragen. Die Bedingung ist, dass die einzelnen Gegenstände nicht mehr als 100 g wiegen und die Flughöhe nicht mehr als 30 m beträgt.
Für Deutschland und Europa
Dieses Szenario erlaubt für land- und forstwirtschaftliche Drohneneinsätze ein Abfluggewicht von bis zu 50 kg. Entsprechend hat Fluktor das Leergewicht der Drohne und die mögliche Zuladung im Streu- bzw. Sprühbehälter ausgelegt.
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Mit leerem Behälter wiegt die Fluktor-Drohne inklusive Akku 30 kg. Der Behälter hat 30 l Fassungsvermögen. Das bedeutet, um unter der 50-kg-Grenze zu bleiben, darf man ihn nicht bis zum Rand mit Spritzbrühe oder schwerem Saatgut füllen. Mit leichtem Saatgut wie Raps, Senf oder Grassamen ist ein randvoller Tank hingegen unproblematisch.
Wichtig war darüber hinaus, Streu- und Sprühtechnik anbauen zu können, die eine genaue Verteilung des Saatguts oder Sprühnebels ermöglicht. Selbstverständlich muss die neue Sprüheinheit in der Fluktor-Drohne auch die Pflanzenschutzgeräteprüfung beim Julius-Kühn-Institut bestehen.
Die Firma agrotop entwickelt die Sprüheinheit für die Drohne von Fluktor. Bei unserem Prototyp-Einsatz war sie noch nicht verfügbar. Die Sprüheinheit wird mit einer elektrisch angetriebenen Pumpe ausgestattet sein, die bis zu 12 l/min fördert. Vier Düsen sollen die Spritzbrühe ausbringen. Sie sollen mit einem Schnellwechselsystem unter den Propellern angebracht werden, so dass der von ihnen erzeugte Luftstrom den Sprühnebel von oben in den Bestand hineindrückt. So lässt sich laut Hersteller eine gute Durchdringung z. B. auch in Mais erreichen.
Steuer von Lehner
Bei der Entwicklung der Streueinheit für die Drohne arbeitet Fluktor mit der Firma Lehner Maschinenbau zusammen. Bei dem kleinen Lehner-Universalstreuer FlyDos für den Anbau an die Fluktor-Drohne sind die Dosierwelle und die Streuteller elektrisch angetrieben. Die Dosierwelle trägt Zellenräder, die sich austauschen lassen. Je nach Saatkorngröße können Räder mit großen oder kleinen Zellen oder auch Blindzellen auf die Welle geschoben werden. So ist eine exakte Saatgutdosierung möglich.
Die Drehzahlen der Dosierwelle und auch der Streuteller sind stufenlos einstellbar. Die Streuteller sind mit vier speziell geformten Wurfschaufeln bestückt.
Die Streueinheit ist unten an dem 30-l-Tank befestigt. Beides zusammen wird in der Drohnenmitte am Hauptrahmen eingehängt und kann einschließlich des Jobrechners für die Steuerung der Antriebe werkzeuglos herausgehoben werden. So ist ein schneller Tausch zur Sprüheinheit möglich.
Der elektrisch angetriebene Streuer mit vier Wurfschaufeln kommt von Lehner.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Mit wenigen Handgriffen lässt sich die Streueinheit inklusive ihrer Steuerelektronik aus- und einbauen.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Die Zellenräder auf der Dosierwelle sind wechselbar.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Abdrehen für Dosiersteuerung
Um der Steuerung Informationen darüber zu liefern, welche Wellendrehzahl für welche Dosiermenge passend ist, ist für jedes neue Saatgut eine Abdrehprobe erforderlich. Für die Abdrehprobe legt der Pilot im Menü der Fernbedienung ein neues Saatgut an, trägt dessen spezifisches Gewicht ein, wählt die Abdrehzeit, z. B. 30, 60 oder 90 Sekunden, und legt fest, wie schnell die Dosierwelle beim Abdrehen drehen soll. Die Drehzahl wird in Prozent der maximalen Drehzahl angegeben. Nachdem der Pilot das per Waage ermittelte Gewicht der abgedrehten Probe eingetragen hat, weiß die Software, welche Menge bei welcher Dosierwellendrehzahl ausgebracht wird.
Die Saatstärke (kg/ha) hängt selbstverständlich auch von der Fluggeschwindigkeit und der Streubreite ab. Die Streubreite muss vorher durch eine Feldprobe bestimmt werden. Abhängig vom Streugut und von der Flughöhe (meist 2 bis 5 m) beträgt sie bis zu 10 m. Geflogen wird mit einer geplanten, gleichbleibenden Geschwindigkeit. Beim aktuellen Entwicklungsstand muss der Pilot außerdem vorab die Drehzahl der Dosierwelle für die gewünschte Aussaatmenge vorgeben.
Zukünftig soll er die Ausbringmenge pro Hektar und die Streubreite eingeben können. Der Autopilot der Drohne und die Steuerung der Dosierwelle regeln dann den Rest, indem sie die Flughöhe und die Fluggeschwindigkeit sowie die Dosierwellen- und die Streutellerdrehzahl den Vorgaben entsprechend automatisch anpassen. Sobald eine Flugroute für einen bestimmten Schlag geplant ist, berechnet die Drohnensoftware neben der Ausbringmenge pro Hektar auch die für die Fläche benötigte Gesamtmenge, die Flugstrecke und die Flugzeit.
Für die Planung von Teilflächenanwendungen nutzt Fluktor die Software Pix4Dfields von Pix4D. Das Programm kann Fotos aus einer Kameradrohne zu einem georeferenzierten Luftbild zusammenfügen und es dann mittels Fotoanalyse auswerten. Das Markieren der zu behandelnden Zone ist dadurch recht einfach.
Der Anwender wählt in der digitalen Karte einige Pixel aus, die wie bei unserem Einsatz z. B. zu einer Maispflanze gehören und die nicht dazugehören. Anschließend sucht die eingebundene KI-basierte Bildverarbeitung ähnliche Pixel und filtert diese heraus. Auch das Suchen von Unkrautnestern (z. B. Ackerfuchsschwanz oder Disteln) ist auf diese Art möglich. Außerdem lässt sich für Flüge in hängigem Gelände aus den georeferenzierten Bilddaten ein detailliertes Höhenprofil berechnen.
In der Fernsteuerung legt der Pilot dann noch grundlegende Flugparameter, wie Start- und Landepunkte, Flughöhe und Winkel der Befliegung fest. Danach ist die Streu- und Sprühdrohne von Fluktor für den Start der Mission bereit. Per Funk kommuniziert sie mit der Fernsteuerung. Das RTK-Signal für ihre hochgenaue Positionsbestimmung bezieht sie über die Fernsteuerung aus dem Internet. Ist der Akku beim Start voll, kann die Drohne mit 50 kg Abfluggewicht rund 15 Minuten fliegen.
Schneller Akkuwechsel
Geht die Batterieladung zur Neige, bekommt der Pilot einen Warnhinweis, damit er die Drohne rechtzeitig zurückruft. Gleiches gilt, wenn der Streu- oder Spritzbehälter leer ist.
Damit der Akkuwechsel schnell vonstattengehen kann, hat Fluktor eine Pufferbatterie in die Drohne eingebaut. Dadurch bleibt die Drohnenelektronik auch ohne den Akku in Betrieb. So läuft beispielsweise der GNSS-Empfänger weiter, und es entstehen keine Wartezeiten durch einen Neustart. Der Pilot muss nicht erneut einen Parametercheck durchführen, der Missionsweg bleibt erhalten, und der zuletzt angeflogene Punkt der unterbrochenen Mission wird gespeichert. Die Drohne kehrt nach einem Akkuwechsel dorthin zurück.
Fluktor verzichtet bei seiner Streu- und Sprühdrohne auf ein Höhenradar und eine Hinderniserkennung per Radar. Anstatt dessen nutzt der Autopilot für die Höhenkontrolle die Daten der Flugplanung. Diese bezieht das Höhenprofil und die Bewuchshöhe auf der Fläche sowie Bäume und Sträucher aus Satellitendaten oder photogrammetrisch gewonnene Höhenprofildaten mit ein.
Die genaue Kenntnis über das Höhenprofil einschließlich Bewuchs hilft, die gewünschte Flughöhe über Grund einzuhalten und gegebenenfalls Hindernissen auszuweichen. Das ist besonders deshalb wichtig, weil die Drohne beim Sprühen oder Streuen in der Regel nur wenige Meter über dem Boden bzw. über dem Bestand fliegt.
Für ein präzises Fliegen ist die Fluktor-Drohne mit einem RTK-Empfänger ausgestattet. Ansonsten nutzt der Autopilot die drohnentypischen Elektronikkomponenten wie 3D-Beschleunigungssensoren, Gyroskop, Magnetometer und Barometer. Diese Teile sind für den Fall eines Ausfalls redundant — also doppelt — eingebaut.
Beim ersten Serienmodell, das auf der Agritechnica zu sehen sein wird, ist zudem eine RGB-Kamera angebaut, die dem Piloten die Drohnensicht als Livebild übermittelt. Im Prototyp gab es diese noch nicht.
Für die Sicherheit
Um zu verhindern, dass die Drohne aus dem Schlag heraus- und dem Piloten davonfliegt, ist in der Drohnen-Software eine Geofence-Funktion integriert. Den virtuellen Zaun kann der Pilot entweder von Hand einzeichnen, oder er nutzt dazu die mittels Kameradrohne durchgeführte Feldanalyse aus der Routenplanung Pix4Dfields. Dabei ist zu beachten, dass der Start- und Landeplatz innerhalb der Flugbegrenzung durch den Geofence sein muss, obwohl er in der Praxis meist neben der Feldgrenze liegt.
Für Notfälle gibt es zudem einen Notausknopf, über den sich die Propellerantriebe der Drohne abrupt stoppen lassen. Ist die Drohne bei einem Notaus in der Luft, stürzt sie senkrecht nach unten. Das sei in manchen Situationen besser, sagt Leonhard Kupsch von der Firma Fluktor, z. B. wenn die Drohne in einen Vogelschwarm gerät. Einen Sturz aus bis zu 5 m Höhe würde die Hardware in der Regel überleben.
Die Fernbedienung ist ein kleiner, mobiler Windows-Rechner.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Die zusammengefaltete Drohne passt in den Laderaum eines Transporters.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Was uns sonst noch auffiel:
Die Rotorarme des Prototyps waren für den Transport klappbar. Beim Serienmodell sollen sie abnehmbar sein.
Einige Bauteile des Prototyps wird Fluktor bis zur Serie noch ändern. So war beispielsweise das Landegestell am Prototyp noch nicht so steif wie gewünscht. Deswegen wird es zukünftig aus Carbon sein. Außerdem soll der Streuguttank eine größere Einfüllöffnung bekommen.
Um das maximal erlaubte Abfluggewicht von 50 kg einhalten zu können, baut Fluktor im Serienmodell eine Waage ein.
Die Fernbedienung arbeitet mit dem Windows-Betriebssystem. Somit kann der Pilot darüber auch webbasierte Programme, z. B. eine Ackerschlagkartei, aufrufen.
Die Funktionen für die Bewegungsachsen des Joysticks an der Fernbedienung kann der Pilot frei belegen.
Ein Preis für die neue Agrardrohne stand noch nicht fest. Fluktor wird sie inklusive Streu- und Sprühtechnik sowie auch solo anbieten. Zusätzlich soll es ein Selbstbau-Set vom Drohnenrahmen geben.
Das junge Start-up-Unternehmen Fluktor hat eine Agrardrohne mit bis zu 50 kg Abfluggewicht und 1,8 m Spannweite entwickelt. Ausgestattet mit einem kleinen, elektrisch angetriebenen Streuer von Lehner kann sie säen oder düngen, und mit Technik von Agrotop wird sie auch zum Sprühen geeignet sein. Auf der diesjährigen Agritechnica wird Fluktor sie erstmals vorstellen. Wir haben die neue Agrardrohne schon im Flug gesehen.
Fluktor GmbH
Die Firma Fluktor wurde Ende 2022 gegründet mit dem Ziel, europäische Sprüh- und Streudrohnen zu entwickeln, zu produzieren und zu vertreiben. Finanzielle Unterstützung erhält Fluktor dabei unter anderem vom Schweizer Softwareunternehmen Pix4D und vom französischen Drohnenhersteller Parrot.
