Agrarbot mit Brems- und Dämpfungstechnik sicher unterwegs

Mulchen in Obstplantagen und Weinbergen ist eine wichtige, aber auch eintönige und zeitraubende Arbeit – wie geschaffen also für Roboter. Genau diese Nische besetzt Brüggli Industrie aus der Schweiz mit dem Scarabaeus: Der autonome Hightech-Mulchroboter navigiert zuverlässig, arbeitet leise und effizient und bleibt dank solarbetriebener Ladestation flexibel im Einsatz. Der clevere Käfer ist mit Rotations­bremsen und Strukturdämpfern von ACE ausgerüstet. Sie sorgen für einen sicheren und schonenden Betrieb im Gelände und zwischen Pfanzen.

Den Nutzen des Mulchens kennt jeder Hobbygärtner: Wenn man gemähtes Gras absichtlich liegen lässt, verbessert sich die Feuchtigkeitsspeicherung im Boden und die Nutzpflanzen erhalten wichtige Nährstoffe. Gleichzeitig reduziert es pflanzliche Schädlinge, ohne dafür Herbizide nutzen zu müssen. Auch Profis im Obst- und Rebanbau wissen das: Auf hektargroßen Flächen ist der maschinelle Schnitt jedoch sehr aufwendig und stellt besondere Herausforderungen dar. Traktoren mit Mähauslegern müssen gerade in den Pflanzenzwischenräumen sehr präzise bedient werden. Diese nicht zu beschädigen, erfordert Sorgfalt und Zeit. Doch ließe sich eine solche Tätigkeit nicht automatisieren?

Diese Frage beantwortet Brüggli Industrie nun mit einer marktfähigen Konstruktion: dem Scarabaeus. Das im schweizerischen Romanshorn am Bodensee ansässige Unternehmen hat für ihn eine Sil­houette gestaltet, die an den bekannten ägyptischen Käfer erinnert, der auch für Erneuerung und den Kreislauf des Lebens steht. Es handelt sich um einen Roboter mit Raupenantrieb, der rund 130 kg wiegt. Vorne ist er mit einem Mähmodul ausgestattet und hat seitliche Ausleger mit Zusatzmähscheiben. Der autonome Roboter ist 1,35 m breit und kann flexibel eingesetzt werden – auf Streuobstwiesen, in Weinbergen oder Baumschulen und ebenso auf Freiflächen. Dabei zeigt er Ausdauer: Wird er nur mit Solarstrom geladen und betrieben, schafft er acht Hektar in 14 Tagen – mit Feldstrom sind es noch deutlich mehr.

Mähroboter lernt dazu

Mit einem Mähroboter für den privaten Garten und auch mit professionellen für Großflächen hat ­Scarabaeus wenig gemein. „Unser Mulchroboter kombiniert verschiedenste Technologien, um sich auf Parzellen und in Plantagen zu orientieren“, erläutert ­Michael ­Haller, Mitglied der Geschäftsleitung von ­Brüggli. „Dabei haben wir uns nicht nur auf Satellitennavigation verlassen, da deren Signale von Bäumen beeinflusst werden können.“ Ergänzend besitzt der Roboter ein Gyroskop und Berührungssensoren. Mithilfe von Robotik-Algorithmen lernt er bei jeder Fahrt die Positionen der Baumstämme, Hindernisse und Zäune in der Parzelle besser kennen. Auf verschmutzungsanfällige Kamerasysteme und kostspielige Laserscanner wurde verzichtet.

Das Handling ist für den Nutzer denkbar einfach. Mit einer App werden die zu bearbeitenden Flächen definiert, die Fahrstrategie generiert das System eigenständig. Blockiert ein Hindernis die Route, wird autonom eine Umfahrung berechnet und der Mähroboter begibt sich auf den neuen Weg. Auch der Ladestatus wird überwacht, und bei einer Akkukapazität von 20 Prozent fährt der Scarabaeus die Ladestation an. Dennoch hat sein Besitzer ihn ständig unter Kontrolle und sieht seine Position jederzeit in der App. Darüber hinaus lässt er sich manuell per Joystick steuern, was etwa zum Rangieren oder Verfahren an einen neuen Einsatzort interessant ist.

Materialien, Ressourcen, Solar-Energie: Entwickler achteten auf Umweltbilanz

„Bei der Entwicklung war uns auch die Umweltbilanz besonders wichtig. Das betrifft nicht nur den Fokus auf Solarbetrieb, sondern auch die Ressourcen und Materialien“, berichtet ­Markus ­Stolz, Co-Leiter von ­Brüggli Industrie. Zum Beispiel bestehen die Akkus von Scarabaeus aus Lithium-Eisenphosphat, wodurch auf Kobalt als Konfliktmineral verzichtet werden kann. Außerdem können sie sich nicht selbst entzünden, sind robuster gegen Temperaturschwankungen und zu großen Teilen recycelbar. Auch der Antrieb ist dank bürstenloser Gleichstrommotoren verschleißarm, langlebig, effizient und präzise. Dass der Elektroantrieb außerdem keine Emissionen verursache und die Maschine besonders leise und darum auch in bewohnter Umgebung gut einzusetzen sei, verstehe sich von selbst, so Markus Stolz.

Mäht präziser als ein Traktor

Besonders für die Mulcharbeit ist der Scarabaeus gut gerüstet und bietet viele Vorteile. Das Mähwerk besteht aus fünf Mähmotoren und der Ausleger ist mit zwei zusätzlichen bestückt. Jede Mähscheibe besitzt drei Messer, die leicht dreh- und austauschbar sind. Ein zusätzlicher Schutz verhindert, dass sich lange Gräser um die Mähmotoren wickeln. ­

Das Mähwerk kann sich an die Mikro-Topografie anpassen. Wie genau, erklärt Michael ­Haller: „Wir haben die vorderen fünf Mähscheiben einzeln auf einer Kufe gelagert. Durch eine Vier-Gelenks-Kinematik passen sie sich optimal dem Untergrund an.“ So ist es ­Scarabaeus möglich, auch auf unebenen Böden, sogar solchen mit Traktorspuren, nahezu überall konturparallel auf 5 cm Höhe zu schneiden.

Ein weiterer Vorteil ist der Ausleger. Dieses Seitenmähwerk ist im Standardbetrieb ausgeschwenkt und reagiert bei Widerstand dank der Sensorik sofort. Wird ein Feststecken des Seitenmähwerks festgestellt, schwenkt der Ausleger nach hinten. Ist das Hindernis umfahren, gelangt er unter vorsichtiger Verzögerung der Bewegung beim Zurückschwenken wieder in die Ausgangsstellung. Erst dann übernehmen die beiden Mähmotoren den Grünschnitt in diesem Bereich – eine Aufgabe, die bei der herkömmlichen Pflege mit dem Traktor ein deutlich aufwendigeres Handling des Auslegers erfordert und häufig zusätzliches Rangieren nötig macht. Scarabaeus spart hier Zeit und Aufwand. Durch seine geringe Höhe schont er zugleich niedrige Äste. Um die beschriebenen Bewegungen dieses Seitenmähwerks sicher und optimal zu gestalten, nahmen die Ingenieure von Brüggli Industrie mit der ­ACE ­Stoßdämpfer GmbH in Langenfeld Kontakt auf.

Dämpfungsexperten begleiten die Prototypen-Entwicklung

ACE Stoßdämpfer aus dem Rheinland gehört zur ­Stabilus Gruppe. Bei Konstrukteuren ist das Unternehmen für seinen individuellen Kundendienst rund um hochwertige, zuverlässige Lösungen aus der Dämpfungs- und Schwingungstechnik bekannt. Dazu zählen auch Produkte zur Geschwindigkeitsregulierung und für die Sicherheit. Die Applikationsingenieure im Vertrieb von ACE steigen tief in solche Kundenprojekte ein. Das Sortiment umfasst tausende Komponenten. Hieraus wählen die Ingenieure die passende Lösung aus und modifizieren die Konstruktionselemente kundenspezifisch. Das Unternehmen bietet diesen Service von Losgröße 1 bis hin zu jeder gewünschten Liefermenge, und zwar stets in gleichbleibend hoher Qualität.

Ausleger und Korpus des Roboters sollten vor Rückschlag geschützt werden

„In diesem Fall wünschte sich Brüggli eine Absicherung des Auslegerarms von ­Scarabaeus“, berichtet ­Nikola ­Blanusa aus dem Marketing bei ACE. „Arm und Korpus des Roboters sollten gegen einen potenziellen Rückschlag geschützt werden, auch war eine sanfte Dämpfung der Auslegerrotation gefragt. So begleiteten wir die Entwicklung der Prototypen bei ­Brüggli ­Industrie und die Testphase durch Bemusterung und Beratung.“

Flach und stark: Rotationsbremse

Letztendlich entschieden sich die Ingenieure in Romanshorn für eine kombinierte Lösung und für die Paarung eines Strukturdämpfers mit einer Rotationsbremse von ACE. Die flache Tellerbremse vom Typ FDN-70-L ist nur 13 mm hoch und besitzt einen robusten Edelstahlkorpus. Verfügbar ist die Bremse in Baugrößen von 47 bis 70 mm im Durchmesser. Sie bremst direkt im Drehpunkt und ist in beiden Bremsrichtungen erhältlich. Mit einem Bremsmoment von 11,0 ± 1,0 Nm wirkt sie aufkommenden Kräften zuverlässig entgegen und sorgt für sanftes Verzögern der Auslegerbewegung des Scarabaeus. Wie alle Rotationsbremsen des Herstellers ist sie dabei einbaufertig und wartungsfrei.

Kompakt und effektiv: Strukturdämpfer

„Die ­FDN-70-L war aufgrund der Geometrie und auch wegen der Drehrichtung optimal geeignet, zusätzlich entschied sich der Kunde für den Einsatz eines Strukturdämpfers“, sagt ­Blanusa. Am Einfahrpunkt des Auslegers montiert, nimmt der Dämpfer eine Energie von bis zu 10,0 Nm zuverlässig auf. Der entsprechende Grundtyp ­TA 21-9 stammt aus der wegen der rohrähnlichen Form Tubus genannten Dämpferfamilie und besteht aus einem Co-Polyester-Elastomer. Das Material erwärmt sich auch im Dauerbetrieb nur gering und dämpft gleichbleibend, wobei es viel Energie am Hubanfang aufnimmt.

 

Wichtig für den Einsatz am Mulchroboter ist die kompakte Größe des Dämpfers, wobei die TA-Familie mit platzsparenden Durchmessern zwischen 12 mm und 116 mm verfügbar ist und Energie in Bereichen von 2 Nm bis 2.951 Nm aufnehmen kann. Dank der bereitgestellten Spezialschraube sind die Dämpfer zudem einfach und schnell zu befestigen. Somit ist der clevere Mulchroboter bei seinen Einsätzen in Obstplantagen und Weingärten doppelt gesichert.

Der hochwertige, autonome Scarabaeus von Brüggli Industrie ermöglicht eine nachhaltige Arbeitserleichterung in der Agrartechnik. Mit seiner hohen Beratungskompetenz und der Verarbeitungsqualität seiner Produkte konnte ACE Stoßdämpfer die Innovation tatkräftig unterstützen. Bewährte und anpassungsfähige Konstruktionselemente wie Strukturdämpfer und Bremsen tragen hier dazu bei, die Zukunft der Landwirtschaft aktiv mitzugestalten und innovative Lösungen schneller zur Marktreife zu bringen.

Autoren: Jens Frantzen M. A., Robert Timmerberg M. A., Fachjournalist (DFJV), plus2 GmbH, Düsseldorf, im Auftrag der ACE Stoßdämpfer GmbH, Langenfeld

Quelle: ACE, Bilder: Rotationsbremsen, Stoßdämpfer: ACE, sonstige Bilder: Brüggli Industrie