Die Elektrifizierung von landwirtschaftlichen Robotern oder Erntemaschinen
In Feldern und Weinbergen werden immer mehr Unkrautroboter, Erntemaschinen und kleine Kettenfahrzeuge eingesetzt. Sie haben eines gemeinsam: Sie bewegen sich langsam, über lange Zeiträume und unter schwierigen Bedingungen. Ihre Motorisierung hat fast nichts mit der eines schnellen Fahrzeugs gemein. Dieser Leitfaden erklärt, wie man das richtige Modell auswählt.
Das Wichtigste
- Ein landwirtschaftliches Fahrzeug benötigt ein hohes Drehmoment bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten, und das über Stunden hinweg, nicht eine hohe Höchstgeschwindigkeit.
- Fahrzeuge mit zwei Radsätzen oder Ketten benötigen zwei Motoren, die synchron gesteuert werden.
- Schlamm, Staub, Waschwasser: Die Elektronik muss entsprechend geschützt werden.
- Die Batterie wird anhand der tatsächlichen Arbeitsbedingungen dimensioniert, einschließlich Steigungen und Beladung.
Hohes Anzugmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten
Ein Unkrautbekämpfungsroboter bewegt sich langsam vorwärts, muss aber am Hang starten, beladen und auf losem Boden. Daher ist es das Drehmoment bei sehr niedriger Geschwindigkeit, das die Motorgröße bestimmt. Es gibt zwei Lösungen: entweder einen Radnabenmotor mit hohem Drehmoment in jedem Rad, oder einen schnelleren Motor in Kombination mit einem Getriebe. Das Getriebe ermöglicht einen kleineren und leichteren Motor, allerdings auf Kosten eines zusätzlichen mechanischen Bauteils, das gewartet werden muss.
Die Steuerung bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten erfordert ebenfalls eine präzise Steuerung: ohne Sensor schätzt ein Motor seine Position im Stillstand und beim Anfahren oft falsch. Bei landwirtschaftlichen Geräten sind Positionssensoren fast immer erforderlich. Sehen Sie sich unseren Leitfaden zu Hall-Sensoren, Encodern und Resolvern an, sowie den Leitfaden zum sensorlosen Beobachter, der seine Einschränkungen bei niedrigen Geschwindigkeiten erläutert.
Zwei Motoren, eine Richtung
Ein Kettenfahrzeug oder ein Differenziallenkroboter dreht, indem er seine beiden Seiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten antreibt. Beide Motoren müssen daher gemeinsam und koordiniert gesteuert werden. Ein Doppelcontroller, der beide Motoren ansteuert, vereinfacht die Verkabelung und die Koordination.
Widerstandsfähigkeit gegenüber unwegsamem Gelände
Ein landwirtschaftliches Fahrzeug fährt im Schlamm, Staub und Regen und wird anschließend gereinigt. Der Controller und die Batterie müssen in wasserdichten Gehäusen untergebracht sein, die Anschlüsse müssen für den Außeneinsatz geeignet sein, und die Kühlung muss so konzipiert sein, dass keine direkte Luftzufuhr erfolgt. Vibrationen und Stöße sind permanent: Befestigungen und Kabel müssen entsprechend ausgelegt sein.
Der Akku für den Tag
Die Saison wartet nicht. Der Akku muss eine reale Arbeitstagsleistung erbringen, inklusive Steigungen, Belastung und wiederholten Anfahrten. Eine Feldmessung eines typischen Tages ist wertvoller als jede theoretische Berechnung. Das Batteriemanagementsystem (BMS) muss in der Lage sein, mit dem Rest des Systems zu kommunizieren, oft über einen CAN-Bus, damit das Steuerungssystem den Ladezustand kennt.
Der Dialog mit der Steuerung
Bei einem Roboter steuert nicht ein Fahrer die Motoren, sondern ein Navigationsrechner. Der Controller muss seine Sollwerte für Geschwindigkeit oder Drehmoment empfangen, seine Messwerte und Fehlerzustände zurückmelden und sich im Falle eines Kommunikationsverlusts ordnungsgemäß abschalten.
Was Rage für den Agrartechnikbereich leistet
Unsere Entwicklungsabteilung entwirft die elektrische Antriebstechnik für leichte landwirtschaftliche Geräte: Motoren werden aufgrund ihres Drehmoments bei niedrigen Geschwindigkeiten ausgewählt, es werden Doppelcontroller verwendet, Batterien werden für den Tagesbetrieb dimensioniert und jede Maschine wird über RageLink überwacht. Besuchen Sie unsere Seite Landwirtschaft und Weinbau.
Werkstatt-Tipp.
Planen Sie von Anfang an, wie das Gerät im Fehlerfall stoppt: bei Kommunikationsverlust, bei leerer Batterie während der Fahrt oder bei Motorblockade. Bei einem fahrerlosen Gerät ist die Sicherheit wichtiger als der Komfort.
Für die allgemeine Methode, siehe unsere Anleitung zum Elektrifizieren einer Maschine: Wo fängt man an?.
Häufig gestellte Fragen
Motor mit Nabenantrieb oder Motor mit Getriebe?
Der Nabenmotor ist einfach und wartungsarm, da er keine mechanischen Teile benötigt. Ein Motor mit Getriebe ist leichter und kompakter und bietet bei gleichem Drehmoment am Rad Vorteile. Die Wahl hängt von den verfügbaren Platzverhältnissen, dem Gewicht und der Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten ab.
Benötigen die Motoren Positionssensoren?
Für ein Fahrzeug, das oft mit voller Last startet und sich sehr langsam bewegt, gilt dies in den meisten Fällen: Sie bieten ein gutes Anzugsdrehmoment ab der Stillstandposition.
Kann der Controller Befehle von einem Navigationsrechner empfangen?
Ja, vorausgesetzt, es verfügt über eine digitale Schnittstelle, in der Regel einen CAN-Bus, und ein mit dem Steuerungssystem abgestimmtes Protokoll.
Können Sie eine kleine Serie herstellen?
Ja: Wir arbeiten von der Prototypenentwicklung bis zur Kleinserienproduktion, in den üblichen Stückzahlen, die von Robotik-Herstellern und E-Scooter-Herstellern benötigt werden.