Die Smart Farming-Effizienz von FAULHABER

Bild mit freundlicher Genehmigung der FAULHABER-Gruppe

Die Faulhaber Group bietet intelligente Landwirtschaftstechnologie, einschließlich bürstenloser Motorrobotik. Darin heißt es, dass eine hohe Effizienz in der Lebensmittelproduktion durch den gezielten Einsatz modernster Technik, computergestützt und – soweit möglich – vollautomatisch erreicht werden kann.

Die Samen werden einzeln und präzise platziert; mechanische Greifer pflücken sorgfältig Früchte; Düngemittel und Pflanzenschutzmittel werden klein dosiert und gezielt ausgebracht. Für diese Arbeiten ist eine große Anzahl kleiner Elektromotoren erforderlich, die sowohl robust als auch leistungsstark sind. Quantencomputer, Weltraumtourismus oder Wasserstofftechnologie – der neueste Technologie-Hype konzentriert sich auf ständig wechselnde Themen.

Die Agrarrevolution, die im 18. Jahrhundert begann, steigerte die Erträge. Es basiert auf dem zunehmenden Einsatz ertragreicher Sorten, mineralischer Düngemittel und chemischer Pestizide, auf Mechanisierung und großflächiger künstlicher Bewässerung. Allerdings sind diese Eingriffe in die Ökologie nicht ohne unerwünschte Nebenwirkungen. Alle fundierten Bevölkerungsprognosen gehen davon aus, dass die Menschheit bis zum Ende dieses Jahrhunderts auf neun bis zehn Milliarden Menschen anwachsen wird. Die Erde bietet das Potenzial, auch diese große Zahl an Menschen ausreichend mit Nahrung zu versorgen. Allerdings steht die Landwirtschaft hier vor einer enormen Herausforderung. Pflanzenbau und Viehhaltung müssen mehr produzieren, ohne lebenserhaltende Ressourcen zu gefährden.

Fruchtbarer Boden, sauberes Grundwasser und eine intakte Natur sind unsere wertvollsten „Ressourcen“. Konzentrieren Sie sich auf die Pflanze statt auf das Feld, viele wichtige Arbeitsschritte im Pflanzenbau, wie Pflanzung, Düngung und Pflanzenschutzmaßnahmen, orientieren sich bisher an der Fläche. Beim Ausbringen von Saatgut oder Pestiziden berechnet man die Menge pro Acre bzw. Hektar; Die Maschinen verteilen das Material mit der entsprechenden Durchflussmenge. Anstatt die Pflanzen zu stärken, gelangt jedoch ein Teil des Stickstoffdüngers beispielsweise ins Grundwasser, wo er offensichtlich nicht hingehört. Aufgaben wie das Beschneiden von Obstbäumen oder die Ernte empfindlicher Obst- und Gemüsesorten erfordern kostspielige Handarbeit, während immer mehr Betriebe unter Personalmangel leiden.

Smart Farming nutzt moderne Technologien, um die Effizienz der Landwirtschaft zu steigern, alle Ressourcen sparsamer einzusetzen, Menschen von eintöniger Arbeit zu entlasten und höhere Erträge zu erwirtschaften. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Precision Farming, Digital Farming oder E-Farming. Durch computergestützte und vernetzte Prozesse sowie maschinelles Lernen und maßgeschneiderte Roboterfunktionen kann der Fokus auf die einzelnen Anlagen statt auf das gesamte Feld gelegt werden. Je gezielter die Maßnahmen an den Anlagen ansetzen, desto wirtschaftlicher und effizienter können diese Maßnahmen eingesetzt werden. So kann beispielsweise der Einsatz von Herbiziden deutlich reduziert werden, wenn sie gezielter auf einzelne Pflanzen angewendet werden. Obst und Gemüse könnten von Robotern in kontinuierlichen Durchgängen geerntet werden, immer im optimalen Reifegrad. Darüber hinaus bieten autonome Feldroboter auch die Möglichkeit, den Boden zu schützen. Heutige große Landmaschinen wiegen bis zu zehn Tonnen. Bei diesem Gewicht führt jeder Durchgang zu einer dramatischen Bodenverdichtung. Dadurch wird die Fähigkeit der betroffenen Bodenschicht, Wasser und Luft aufzunehmen, stark eingeschränkt, was sich stark auf das Bodenleben auswirkt; Auch das Wachstum und die Gesundheit der Kulturpflanzen in den Bereichen in der Nähe von Verkehrswegen werden beeinträchtigt. Intelligente Landwirtschaft kann zu gesünderen Böden und mehr Artenvielfalt beitragen.

Viele Anwendungen liegen bislang nur als Studien oder Prototypen vor. Aber Smart Farming wird bereits in der Praxis eingesetzt, etwa bei der Präzisionspflanzung. Dieses wurde ursprünglich für die Forschung und Saatgutzüchtung entwickelt. Mit diesen Maschinen können einzelne Samen in genau definierten Abständen gepflanzt werden. Jede Pflanze erhält ausreichend Platz zum Wachsen und die Anbaufläche wird optimal ausgenutzt. Gleichzeitig werden die wertvollen Samen äußerst effizient genutzt. Die meisten modernen Maschinen verwenden pro Reihe ein Trennmodul mit elektrischem Antrieb. Ein Motor treibt eine Schlitz- oder Zahnscheibe an, die die einzelnen Samen zum Auslass transportiert. Eine intelligente Steuerung kann den optimalen Abstand für jede Saatgutsorte präzise einstellen; Bei Kurvenfahrten können die unterschiedlichen Radien der einzelnen Reihen ausgeglichen werden. Die Zuführung der Samen zu den Scheiben wird ebenfalls über motorische Verschlüsse gesteuert.

Beim Gemüse- und Blumenanbau im Gewächshaus werden viele Pflanzen zunächst in kleinen Töpfen zum Keimen gebracht und später in größere Töpfe oder Beete umgepflanzt. In modernen Gartenbaubetrieben sortieren und handhaben Maschinen Pflanzen und Töpfe. Ihr Maschinenpark ähnelt stark dem, der in der industriellen Produktion und Logistik zum Einsatz kommt. Es gibt Förderbänder und Rollenbahnen, auf denen Tabletts mit Produkten in verschiedenen Stadien transportiert, sortiert und umgetopft werden. Die hier verwendeten Greifer unterscheiden sich von denen ähnlicher Geräte in anderen Branchen lediglich durch die Form ihrer „Finger“. Angetrieben von Mikromotoren handhaben sie die einzelnen Töpfe und Wurzelballen automatisch. Selbstfahrende Erntemaschinen für Obst und Gemüse haben noch nicht die Serienreife für den allgemeinen Einsatz erreicht, doch die Richtung der technischen Entwicklung ist bereits erkennbar: Kameragestützte Sensoren erkennen anhand von Farbe und Form den Reifegrad von Erdbeeren oder Paprika und erfassen ihn ihre genaue Position. Mit diesen Daten steuert der Bordcomputer einen Roboterarm, der mit einer Art Schere und einer Sammelvorrichtung ausgestattet ist. Die Prototypen dieser Technologie stecken voller Elektromotoren, vom Einzelradantrieb über den Roboterarm bis hin zum Schneidwerk und dem Sammelsystem für das Erntegut. Schlüsseltechnologien: Elektrik und Elektronik

„In konventionellen Landmaschinen sind mechanische Zahnradgetriebe und pneumatische Antriebe weit verbreitet“, erklärt Kevin Moser, der als Business Development Manager bei FAULHABER für Anwendungen in diesem Bereich verantwortlich ist. „Für kleinere Anlagen im Smart Farming sind diese oft zu schwer, zu sperrig, zu mechanisch zu komplex und zu energieineffizient. Daher sehen wir hier zunehmend elektrische Mikromotoren im Einsatz, die die Energie für bestimmte Arbeitsschritte liefern.“ Allerdings müssen die Antriebe im landwirtschaftlichen Umfeld meist sehr hohen Anforderungen genügen.“

Im Gegensatz zu den klassischen Großgeräten sind die Maschinen und Komponenten im Smart Farming in der Regel kompakter und leichter. Dadurch steht für die Motoren oft nur wenig Platz zur Verfügung. Dennoch müssen sie als Antriebe von Säscheiben, Klappen, Greifern, Roboterarmen oder Scheren ausreichend Leistung liefern, um über unzählige Zyklen zuverlässig die jeweilige Aufgabe zu erfüllen. Gleichzeitig sollen sie äußerst effizient arbeiten, da autonome Einheiten ihre Energie meist aus Batterien mit begrenzten Leistungsreserven beziehen. Auch die Integration der Antriebselektronik in vernetzte Strukturen und die Ermöglichung einer intelligenten Steuerung ist möglich.

„Das sind typische Anforderungen an Antriebssysteme der Spitzenklasse, die richtigen Antworten sind bei FAULHABER immer eine Selbstverständlichkeit“, sagt Moser. „Darüber hinaus müssen die Antriebe im landwirtschaftlichen Umfeld auch extrem robust sein, damit sie selbst unter anspruchsvollsten Bedingungen zuverlässig und dauerhaft funktionieren. Große Temperaturschwankungen und starke mechanische Belastungen sind in der Landwirtschaft und im Gartenbau die Norm. Und das trotz allem.“ Dabei müssen die Kosten angemessen bleiben. Wir von FAULHABER können mehrere Geräteserien anbieten, die diesen Spagat schaffen.“

Moser verweist auf die wartungsfreien bürstenlosen und besonders kompakten flachen DC-Kleinstmotoren der BXT-Serie und die äußerst robusten und kostengünstigen Kupfer-Graphit-Motoren der CXR-Serie. Die neuen Getriebe der GPT-Serie eignen sich Berichten zufolge gut für die Hochlastübertragung unter rauen Bedingungen. Sie seien äußerst effizient und laut FAULHABER auch sehr robust, was sie ideal für landwirtschaftliche Anwendungen mache. Optionale Inkrementalgeber ermöglichen eine hochpräzise Positionierung. Für die Vernetzung der Antriebssysteme stehen verschiedene Steuerungen, z. B. mit CANopen-Schnittstelle, zur Verfügung.