Produktivitätssteigerungen bei Landmaschinen durch Elektronik.

Produktivitätssteigerungen bei Landmaschinen werden zunehmend durch Elektronik ermöglicht. (Bild: Claas)

Die Landtechnik-Branche boomt, ein Umsatz-Rekord jagt den nächsten: Die Hersteller haben die zehn Milliarden Euro Umsatz-Marke geknackt, jubelt der VDMA Landtechnik. Auf europäischer und globaler Ebene verzeichnet der Verband Steigerungsraten von zehn beziehungsweise zwölf Prozent.

Umso schmerzhafter, dass es keine Plattform gibt, auf der die Landmaschinen-Hersteller ihre Neuheiten präsentieren können. Bereits zum zweiten Mal entfällt die weltgrößte agrartechnische Fachmesse Agritechnica. Vier Jahre ohne Messe, das gab es noch nie. „Dass die Agritechnica 2022 nun doch nicht stattfinden kann, bedauern wir alle sehr – auch, weil die Landwirte von den zahlreichen landtechnischen Innovationsimpulsen zurzeit in einer Weise profitieren können, wie selten zuvor“, so Dr. Bernd Scherer, Geschäftsführer des VDMA Landtechnik.

Die Veranstalter der Messe, die Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft (DLG) und VDMA Landtechnik behelfen sich und ihrer Branche so gut es geht. Ein digitales Angebot lässt sich auf der Homepage der Agritechnica unter dem Reiter ‚Digital‘ finden. Auch die begehrten Medaillen und Trophys vergab die DLG-Neuheitenkommission. Eine Goldmedaille und 16 Silbermedaillen gingen an Landmaschinenhersteller; für die System- und Komponentenhersteller folgt die Preisverleihung der Systems & Components Trophy – Engineers’ Choice.

Diverse Antriebe: Chancen für Fluidtechnik

Bei der Entwicklung innovativer Landtechnik spielen die Produkte der Komponenten-Hersteller eine Schlüsselrolle – gerade in einer Zeit der Technologiesprünge in der Antriebstechnik, wie sie derzeit zu beobachten ist. „Wir erleben eine Umbruchszeit: Der konventionelle Diesel existiert weiter, gleichzeitig werden Maschinen mit anderen Antriebstechnologien wie etwa elektrisch, E-Fuels oder Brennstoffzellen gelauncht“, sagt Dr. Robert Rahmfeld, R&D-Leiter der Hydrostatik-Sparte bei Danfoss, Mitglied des VDMA-Vorstands Fluidtechnik und Vorsitzender des Forschungsfonds Fluidtechnik.

Das damit einhergehende Nebeneinander verschiedener Technologien treibt die Kosten für die Maschinenhersteller in die Höhe, da weniger Gleichteile genutzt werden können. Plattformkonzepte, wie man sie aus der Automobil-Produktion kennt, können zum jetzigen Zeitpunkt kaum etabliert werden. „Auf die Maschinen-Hersteller kommt eine größere Challenge zu“, so Rahmfeld.

Für die Zulieferer bedeutet das, besonders effiziente und innovative hydraulische Antriebe werden jetzt für die Hersteller interessant. „Das können direktgesteuerte Zylinder oder Weitwinkeleinheiten als Axialkolbenpumpen und -motoren sein“, sagt Rahmfeld. In die klassischen Diesel-Maschinen haben es Produkte dieser Art seltener geschafft, dafür war der Nutzen im Verhältnis zum Preis nicht groß genug.

Das hat sich nun geändert. Ein Blick auf die wirtschaftliche Entwicklung zeigt, wie stark die Hydrauliker im Aufwind sind: Der Umsatzzuwachs 2021 betrug laut VDMA ein dickes Plus von 20 Prozent.

Auf einen Blick

Produktivitätssteigerungen bei Landmaschinen werden zunehmend durch Elektronik ermöglicht. Neben der generellen Effizienzsteigerung der Maschinen beschleunigt insbesondere die Senkung des CO2-Ausstoßes den Wandel der Antriebstechnologie. Bodenschonende Konzepte sind ebenfalls wichtige Entwicklungen und werden von vielen Herstellern getrieben.

Die DDP096 ist eine digitale Verstellpumpe.
Die DDP096 – DDP für Digital Displacement Pump – ist eine digitale Verstellpumpe. Kernbestandteil der DDP ist eine Radialkolbenanlage, die Zylinder mittels ultraschneller mechatronischer Ventile in Echtzeit aktiviert und deaktiviert. (Bild: Danfoss)

Digitale Pumpe für mehr Dynamik

Zu den beschriebenen Hydraulik-Komponenten gehört zum Beispiel die digitale Pumpe DDP – sie ist unter den Nominees für die Systems & Components Trophys. Im Gegensatz zur klassischen Kolbenpumpe werden bei der digitalen Radialkolbenpumpe von Danfoss die Kolben beziehungsweise die Veränderräume über Ventile einzeln elektrisch angesteuert. Dadurch gibt es keine Hysterese und es entsteht eine ausgeprägte Lastenunabhängigkeit. Die Dynamik ist wesentlich größer und es kann feiner abgestimmt auf das Assistenzsystem reagiert werden, da die Kolben leer, halbvoll oder voll laufen können.

In der Praxis bedeutet das eine schnellere Reaktion der Assistenzgeräte. Ein weiterer Nominee ist die Axialkolbenpumpe für hydrostatische Getriebe von Hansa. Mit einem 11-Kolben-Zylinderblock und einer hydrostatisch gelagerten Schrägscheibe bietet sie einen hohen Pumpenwirkungsgrad und damit Kraftstoffeinsparungen von bis zu zehn Prozent.

Die Getriebeeinheit ‚Gear Shhark‘ ist besonders Geräusch- und ­Vibrationsarm.
Nominiert für eine Trophy: die Getriebeeinheit ‚Gear Shhark‘ ist besonders Geräusch- und ­Vibrationsarm. Dies kann zu einer längeren Lebensdauer und seltenerem Austausch anderer Komponenten wie beispielsweise der Hydraulikleitungen, aber auch der ­Pumpe selbst führen. (Bild: Danfoss)

Innovationen – auch zugunsten des Bodens

Die höchste Auszeichnung – eine Goldmedaille – ging an den Maschinenhersteller Nexat für seinen gleichnamigen All-in-One-Systemtraktor. Das zwölf Meter breite Trägerfahrzeug deckt mit seinen Funktionen die gesamte Bandbreite der Landmaschinentrends ab. Es ist vollautomatisiert und in vielfacher Hinsicht optimiert: Mit Korndurchsätzen von 130 bis 200 t/h bringt es eine enorme Leistung. Das 1.100 PS starke Fahrzeug kann verschiedene Anbaugeräte zur Bodenbearbeitung, Aussaat und Ernte aufnehmen, so zum Beispiel eine 70 Meter breite Pflanzenschutzspritze.

Außerdem zieht es die Geräte für Bodenbearbeitung und Bestellung nicht wie üblich, sondern trägt sie – und schont damit den Boden. Eine Reaktion auf eines der drängendsten Probleme in der Landwirtschaft – Jahr für Jahr gehen in Deutschland um die 1,4 bis 3,2 Tonnen Boden pro Hektar verloren. Hanglagen, Wind und Verdichtung des Bodens durch schwere Maschinen sind die Ursachen. Mit bodenschonenden Rad- und Raupenlaufwerken sowie Hybridfahrwerken steuern die Hersteller dagegen. Weitere Stellschrauben beschreibt Matthias Mumme, Leiter Fachpresse Claas: „Neben neuen Reifentechno­logien, mit denen wir uns beschäftigen, sind leistungs­fähige und in die Fahrzeugbedienung sowie Assistenzsysteme integrierte Reifendruckregelanlagen ein Entwicklungsfokus.“

Das Trägerfahrzeug: Monumental und dennoch bodenschonend.
Monumental und dennoch bodenschonend. Das Trägerfahrzeug befährt nur fünf Prozent der Ackerfläche. Auf der Straße bewegt es sich in Längsrichtung fort, auf dem Acker quer. (Bild: Nexat)

Druck auf der Straße statt auf dem Acker

Der Landmaschinenkonzern mit Stammsitz in Harsewinkel hat außerdem das Simulationsmodell Terranimo für die Berechnung des Bodenverdichtungsrisikos in sein Fahrerassistenzsystem Cemos integriert und dafür von der Agritechnica Neuheitenkommission eine Silbermedaille erhalten.

Entwickelt wurde Terranimo von einer Gruppe verschiedener Hochschulen und Institute aus der Schweiz und Skandinavien. „Fahrerassistenzsysteme tragen dazu bei, Ressourcen einzusparen und Erosion zu reduzieren“, sagt Mumme. Schadverdichtungen durch punktuellen Bodendruck und übermäßigen Radschlupf lassen sich damit gezielt und nachweislich reduzieren. „Als endliche und gefährdete Ressource muss der Boden bestmöglich geschützt werden, um auch in Zukunft durch eine gesunde Bodenstruktur mit intaktem Bodenleben, einer geringer Erosionsanfälligkeit und einem funktionierenden Wasserhaushalt stabile Erträge zu ermög­lichen“, so Mumme.

Mit RoboVeg Brokkoli ernten

Zum Säen, Unkrautjäten und Eggen gibt es bereits eine Reihe praxistauglicher Robotik-Lösungen, für die Ernte hingegen nicht. Mit RoboVeg Robotti hat das dänische Unternehmen Agrointelli nun das erste autonome System für die Brokkoli-Ernte gelauncht. Der mit einer Silbermedaille ausgezeichnete RoboVeg Robotti besteht aus einem leistungsstarken Feldroboter der Firma Agrointelli und einem Brokkoli-Ernteroboter von RoboVeg Ltd. Angetrieben wird er von zwei Dieselmotoren.

CO2-neutrale Antriebe

„Die Einführung alternativer, CO2-neutraler Antriebe wird eine der größten Herausforderungen der nächsten Jahrzehnte sein“, ist sich Mumme sicher. Neben der weiteren Effizienzsteigerung der Maschinen sei es die Senkung des CO2-Ausstoßes, die den Wandel der Antriebstechnologie beschleunige. Die Technologien, mit denen sich Claas und Mitbewerber beschäftigen, reichen je nach Maschinengattung und Anwendungs- sowie Leistungsbereich von rein batterieelektrischen Lösungen über Teilelektrifizierung bis hin zu E-Fuels, SynFuels, Biomethan, Biodiesel, Bioethanol oder Wasserstoff für Verbrennungsmotoren. Potenzial liege aber vor ­allem in der Optimierung von Prozessketten der hochkomplexen Landwirtschaft, daher dürfe Nachhaltigkeit nicht nur auf selbstfahrende Landmaschinen und Traktoren fokussieren.

Effizienzsteigerungen auf ganzer Linie

Der Antrieb muss als Teil des Gesamtsystems betrachtet werden: „Der Einsatz alternativer Kraftstoffe oder die Elektrifizierung der Maschinen ist hinsichtlich der Kosten wenig wettbewerbsfähig, wenn er nicht einhergeht mit einer Effizienzsteigerung des hydraulischen Systems“, sagt Rahmfeld. „Unter einer weniger effizienten verbleibenden Hydraulik leidet das Gesamtsystem, insbesondere neue Antriebstechniken“, so Rahmfeld. Er erläutert dies am Beispiel der Batterie: Ist die Hydraulik weniger effizient, muss die Batterie des Fahrzeugs entsprechend leistungsstärker sein und damit größer und schwerer – mit negativen Auswirkungen auf das Gesamtsystem.

Eine um 270 ° drehbare Kabine kann für die Prozessbeobachtung genutzt werden.
Mit Fahrer oder ohne – der Goldmedaillengewinner Nexat ist als autonome Arbeitsmaschine konzipiert. Eine um 270 ° drehbare Kabine kann für die Prozessbeobachtung genutzt werden. (Bild: Nexat)

Goldmedaillen-Gewinner Nexat verfügt über ein Umfeld-Überwachungssystem und ein Assistenzsystem zur Spurregelung – Controlled Traffic Farming – damit deckt Nexat ein weiteres Innovationsfeld der Agrartechnik ab: Überwachungs-, Monitoring- und Assistenzsysteme spielen eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung automatisierter oder teilautomatisierter Land- und Forstmaschinen. Genutzt werden diese Systeme außerdem, um den steigenden Anforderungen hinsichtlich der Dokumentation von Nährstoffkreisläufen und Arbeitsprozessen zu begegnen, ebenso wie dem steigenden Fachkräftemangel in immer mehr Regionen der Welt.

Der erfahrene Agraringenieur Mumme weist auf einen weiteren Punkt hin: Vorgaben im Straßenverkehr limitieren die zulässigen Abmessungen und Gewichte der Fahrzeuge. Deshalb muss die Leistung von Landmaschinen immer mehr auf anderem Wege gesteigert werden  – etwa durch Assistenzsysteme.  Mit Assistenzsystemen kann schneller und automatisiert auf die Umgebung reagiert und damit effizienter gearbeitet werden. „Nur so sind beim Mähdrescher Druschleistungen von 100 Tonnen Korn und mehr pro Stunde möglich, und auch beim Feldhäcksler und beim Traktor steigern Assistenzsysteme und Automatisierungen die Produktivität wie auch die Effizienz messbar“, sagt der Pressesprecher.

Dr. Robert Rahmfeld
Dr. Robert Rahmfeld, R&D Leiter der Hydrostatik-Sparte bei Danfoss (Bild: Danfoss)

Leistung steigern – Ausfälle verhindern

„Worst Case für den Landwirt wäre der Ausfall einer Komponente während der Ernte. Um das zu vermeiden, muss die Hydraulik an Zuverlässigkeit zunehmen“, sagt Rahmfeld. Um geplante Wartungen außerhalb der Erntezeit durchführen zu können, müssen die Hydraulik-Systeme über digitale Schnittstellen zu den Assistenzsystemen oder übergeordneten Systemen in der Cloud verfügen. Nur so kann der Zustand jeder Komponente durchgängig überwacht werden. „Wir als Hydraulik-Hersteller stellen dafür Daten und Know-how zur Verfügung“, so Rahmfeld.

Die Menge der Daten auszuwerten, die die Komponenten- und Maschinenhersteller generieren, ist eine große Aufgabe. „Um die Daten in Echtzeit auszuwerten sowie in Aktionen umzuwandeln, wird zukünftig in einigen Bereichen die Einbindung Künstlicher Intelligenz erforderlich sein“, beobachtet man bei Claas. Und über allem steht das große Thema Nachhaltigkeit: „Gerade in der hochkomplexen Landwirtschaft wird in Kreisläufen und Prozessen gedacht, dort liegt trotz hier und da auftretender Zielkonflikte ein größeres Effizienz- und Nachhaltigkeitspotenzial als in der Einzelmaschine“, sagt Mumme abschließend.

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