Sobald der Ladewagen sich seiner Ladung Heu entledigt hat, schnappt sich der fahrerlose Kran einen Heuhaufen nach dem anderen und platziert ihn — wie beim bekannten Computerspiel Tetris — nahezu lückenlos und gleichmässig in der Belüftungszelle des Heulagers. Was sich einfach anhört, ist ein komplexer Vorgang, der von den zwei Schweizer Firmen Bächtold Landtechnik und Eatec Elektro Automation GmbH realisiert wurde. Bächtold ist ein etablierter Hersteller von Heukränen, und Eatec befasst sich vor allem mit der Automation und der Sensorik.
Im Rahmen einer zweijährigen Projektarbeit entwickelten die Hersteller den ersten Prototypen eines autonom arbeitenden Heukrans. Diesen konnten wir im Sommer auf einem Milchviehbetrieb beim Einlagern von Heu beobachten. Um an dieser Stelle eines vorwegzunehmen: Seine Bewegungen waren zu diesem Zeitpunkt nicht so flink wie die eines geübten Kranfahrers. Dennoch überzeugte der autonome Heukran, denn er nimmt problemlos das Heu auf und er verteilt es ordentlich.
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Sobald der Ladewagen sich seiner Ladung Heu entledigt hat, schnappt sich der fahrerlose Kran einen Heuhaufen nach dem anderen und platziert ihn — wie beim bekannten Computerspiel Tetris — nahezu lückenlos und gleichmässig in der Belüftungszelle des Heulagers. Was sich einfach anhört, ist ein komplexer Vorgang, der von den zwei Schweizer Firmen Bächtold Landtechnik und Eatec Elektro Automation GmbH realisiert wurde. Bächtold ist ein etablierter Hersteller von Heukränen, und Eatec befasst sich vor allem mit der Automation und der Sensorik.
Im Rahmen einer zweijährigen Projektarbeit entwickelten die Hersteller den ersten Prototypen eines autonom arbeitenden Heukrans. Diesen konnten wir im Sommer auf einem Milchviehbetrieb beim Einlagern von Heu beobachten. Um an dieser Stelle eines vorwegzunehmen: Seine Bewegungen waren zu diesem Zeitpunkt nicht so flink wie die eines geübten Kranfahrers. Dennoch überzeugte der autonome Heukran, denn er nimmt problemlos das Heu auf und er verteilt es ordentlich.
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Die meisten Landwirte sehen im autonomen Heukran den größten Vorteil durch die Einsparung einer Arbeitskraft während der arbeitsreichen Grundfutterernte. Tatsächlich aber spielt die neue Technik im Winter beim Auslagern von Heu ihre wirklichen Stärken aus. Ist beispielsweise ein automatisches Fütterungssystem vorhanden, befüllt der Heukran zu jeder Tages- und Nachtzeit das System just in time. Auf dem besuchten Betrieb wird die Fütterungsanlage über einen Vorratsbehälter mit Heu und Grummet beschickt. Sobald der Füllgrad unter ein bestimmtes Niveau sinkt, ergänzt der Kran die fehlende Komponente selbstständig. Unter Berücksichtigung der Sicherheitsaspekte wäre auch eine Ablage auf den Futtertisch möglich.
Zur Technik des autonomen Hängedrehkran von Bächtold
Die technische Umsetzung des autonomen Heukrans haben die beiden Firmen raffiniert gelöst. Das 22 kW starke Grundgerät entspricht dem konventionellen Modell BA8 von Bächtold. Der manuelle Betrieb ist deshalb jederzeit ohne Einschränkung möglich. Die Tragkraft beträgt eine Tonne bei knapp zehn Meter Ausladung.
Der Lidar-Sensor vor der Kabine scannt in zwei Schritten den Heuhaufen.
(Bildquelle: Dubach)
Die Lidar-Daten bilden die Basis für ein dreidimensionales Höhenprofil. Der Greifer beginnt dort zu arbeiten, wo das meiste Futter liegt.
(Bildquelle: Dubach)
Um Kollisionen zu vermeiden, wird per Sensor die Position in der Halle erfasst.
(Bildquelle: Dubach)
Das Lochband über dem Längsfahrwerk dient der millimetergenauen Messung.
(Bildquelle: Dubach)
Ein EtherCAT- und ein CAN-Bus ergänzen sich, um alle Funktionen autonom ablaufen zu lassen. Rechts der Ölkühler der Hydraulik.
(Bildquelle: Dubach)
Die elektrisch angetriebene Load-Sensing-Pumpe ermöglicht fünf parallele Abläufe.
(Bildquelle: Dubach)
Im Notfall kann manuell mit der Fernbedienung eingegriffen werden.
(Bildquelle: Dubach)
Der Kran verfügt über acht Bewegungsfunktionen. Die Motoren fürs Längs- und Querfahrwerk sowie fürs Drehen werden mit Strom betrieben, während eine Load-Sensing-Pumpe das Öl für den Teleskoparm samt Greifer liefert.
Damit es während der Arbeit zu keiner Kollision mit der Gebäudehülle kommt, sind zwei Voraussetzungen zu erfüllen: Zum einen braucht es ein digitales Modell des Gebäude-Innenraums. Dieses wurde beim Versuchsbetrieb noch aufwändig von Hand erstellt. In Zukunft soll diese Arbeit automatisiert werden.
Zum anderen muss der Kran exakt wissen, wo er sich in diesem Raum befindet. Dazu sind alle acht beweglichen Elemente mit Sensoren bestückt. Für die Längsfahrt kommt zum Beispiel ein Lochband zum Einsatz, das die Fahrstrecke kontinuierlich auf den Millimeter genau bestimmt, und der Drehgeber misst seine Position mit einer Genauigkeit von 0,01 Grad. So werden alle sechs Bewegungsachsen vollständig erfasst. Die Sensoren und die weiteren Komponenten kommunizieren über ein Ether-CAT und über ein CAN-Bus-System. Eine Funktion braucht es jedoch noch, um das Futter nach dem Entleeren des Ladewagens erkennen zu können: Damit die Greifzange weiß, wo sie zupacken muss, scannt ein Lidar-Sensor den Heuhaufen und erstellt mit den Daten ein digitales Höhenprofil. Liegt zum Schluss nur noch wenig Futter auf dem Boden, greift die Zange mehrmals zu, bis sie gut gefüllt ist.
Abgestimmte Bewegungen
Wir waren erstaunt, wie rund und effizient die Bewegungen in der Summe ablaufen. Um das zu erreichen, fährt das Bauteil, das den längsten Weg hat, mit maximaler Geschwindigkeit zum nächsten Wegpunkt. Die anderen passen sich individuell an, um gemeinsam die Endposition zu erreichen.
Das System ist mit zahlreichen Sicherheitsfunktionen ausgerüstet. So dürfen sich keine Personen im Lager aufhalten. Auf dem Testbetrieb fährt deshalb der Fahrer des Ladewagens nach dem Entleeren raus aus der Halle. Danach schließt das Rolltor und die Funktionsfreigabe für den Heukran wird erteilt. Zusätzlich sind die Türen mit Bewegungssensoren ausgerüstet, die beim Öffnen den Kran unmittelbar stoppen.
Eine gleichmäßige Verteilung des Ernteguts im Heustock ist eine wichtige Voraussetzung für qualitativ hochwertiges Futter. An dieser Stelle sehen wir noch Potenzial für die Weiterentwicklung des autonomen Heukrans. Zwar wird schon jetzt das Heu zentimetergenau und gleichmäßig verteilt über dem Futterstock abgeworfen. Kleinere Unebenheiten erkennt und korrigiert das System jedoch bislang nicht. Dabei könnte der bereits vorhandene Lidar-Sensor nach jedem entladenen Wagen die effektive Stockhöhe ohne Probleme messen und mit dem Heu der nächsten Ladung die vorhandenen Unebenheiten ausgleichen. Aktuell wird noch überlegt, eine Wärmebildkamera ins System zu integrieren, um den Temperaturverlauf im Heustock zu messen.
Kamineffekt droht
Dazu Folgendes: Wird Heu ungleichmäßig verteilt, entweicht die zum Trocknen eingeblasene Luft bevorzugt über die Zwischenräume mit dem geringsten Widerstand. Diese Zonen trocknen somit schneller, wobei der Widerstand hier weiter absinkt und so mit der Zeit der sogenannte Kamineffekt einsetzen kann. Das danebenliegende, deutlich kompakter lagernde Futter wird als Folge dessen nun nur unzureichend von der Trocknungsluft durchströmt. Durch eine kleinräumige Fehlgärung verliert es so an Nährwert oder es beginnt gar zu schimmeln.
Fazit
Wie beim Puzzle-Computerspiel Tetris stapelt der Prototyp des autonomen Hängedrehkrans von Bächthold frisch geerntetes Heu in die Belüftungsanlage. Und im Winter lagert der autonome Heukran das Futter nicht nur fahrerlos aus, er kann auch ein automatisches Fütterungssystem rund um die Uhr befüllen bzw. bedienen.
Die ersten Serienmaschinen werden noch in 2023 ausgeliefert. Für 2024 sind Installationen in Biogas- und Industrieanlagen geplant. Aufgrund der unterschiedlichen Einbausituationen ist eine pauschale Angabe von Preisen schwierig bis unmöglich. Es ist aber in jedem Fall mit einer Investition von 156.000 Euro zu rechnen.
