Kurz & bündig
- Traktoren haben sich von mechanischen Zugmaschinen zu automatisierten Geräten entwickelt.
- Bei den Antrieben wird die Zukunft durch Elektrifizierung und Wasserstoff geprägt.
- Die künstliche Intelligenz wird Traktoren und Geräte selbstständig bedienen.
An der Agrama 2024 hat man es gesehen: Die modernsten Traktoren könnten eigentlich bereits heute ohne Fahrer ein Feld bewirtschaften. Rüstet man die Fahrzeuge mit zusätzlichen Sensoren und Kameras aus, hat ein Traktorterminal genug Infos, um den Traktor samt seiner Anbaugeräte selbstständig betätigen zu können. Die meisten modernen Traktoren verfügen bereits heute über Empfänger für das Satellitennavigationssystem, um die Position exakt zu bestimmen und einer entsprechenden Spur selbstständig zu folgen. Die Impulse werden dabei vom Traktorterminal an den Lenkzylinder gegeben.
Der Agxeed-Feldroboterist bereits marktreif
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Autonome Feldroboter
Autonome Feldroboter: Beat Mathys setzt auf innovative Technik in der Landwirtschaft
Dass es sich nur um eine Frage der Zeit handelt, bis Traktoren automatisiert den Acker bewirtschaften, zeigt der Feldroboter Agxeed. Der Feldroboter hat dies bei Landwirt und Lohnunternehmer Beat Mathys aus Cressier FR im Jahr 2024 bewiesen. Mathys hat den Feldroboter in die Arbeitsprozesse seiner Feldbewirtschaftung integriert und der Roboter hat bereits viele Hektaren bewirtschaftet.
Diese Einsätze sind jedoch noch nicht das Ende der Fahnenstange, die künstliche Intelligenz wird den Traktor noch stärker automatisieren.
Ein Traktor muss heute viele Auflagen erfüllen
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Beat Mathys arbeitet 2024 mit einem Feldroboter
Die grossen Traktorenhersteller haben den Traktor mit ihren führenden Baureihen in den vergangenen Jahrzehnten stark entwickelt. Dabei konnten die Ingenieure ihrer Kreativität nicht immer freien Lauf lassen. Sie mussten nebst der eigentlichen Weiterentwicklung des Traktors als solchem auch immer mehr Gesetzesvorgaben bei ihren Planungen berücksichtigen. Die letzten beiden Jahrzehnte waren zum Beispiel besonders durch die Abgasnachbehandlung geprägt. Dabei wurden zusätzliche Komponenten um den Motor gebaut, welche die Motorenentwicklung stark beeinflussten, da die Abgasnachbehandlung in die Motorsteuerung integriert ist.
«Getrieben von Umweltvorschriften wurde sehr viel Entwicklungskapazitäten in Abgasnachbehandlungs-Systeme investiert. Dabei konnte viel erreicht werden und die Motoren sind sauberer und effizienter geworden», sagt Hansjörg Furter. Der Landtechnikspezialist verantwortet am landwirtschaftlichen Zentrum Liebegg den Bereich Landtechnik und Unfallverhütung. [IMG 4]
Die Motorhauben wurden wegen der Abgasnachbehandlungs-Systemen zwar immer grösser, der eigentliche Motor wurde dagegen kompakter. «Heutige Traktorenmotoren produzieren mit immer weniger Hubraum immer mehr Leistung. Agco-Power-Motoren leisten in den Konzernmarken Massey Ferguson, Fendt und Valtra mit vier Zylindern über 200 PS. Die Motoren sind dank Common-Rail-Einspritzung drehmomentstärker», sagt Furter.
Der Traktor wurde auch in der Kabine weiter entwickelt. Sie wurde zu einer bequemen und mobilen Schaltzentrale ausgebaut. Zur Bedienung sind heute nicht mehr grosse Hebel notwendig. Dank der Elektronik werden nur noch elektrische Verbindungen benötigt, womit die Schall- und Vibrationsdämmung in der Kabine stark verbessert werden konnte.
Der Traktor hat sich verändert: Einst war er eine reine Zugmaschine, bei der der Fahrer am Traktor jeden Arbeitsschritt von Hand bediente, zum Beispiel den Gangwechsel oder das Ausheben des Anbaugeräts am Feldende. Heute ermöglicht die Elektronik die Automatisierung von Abläufen.
Selbstverständlich ist heute nicht jede Traktorenbaureihe mit dem erwähnten Bedienkomfort ausgestattet, viele Hersteller bieten bewusst auch Baureihen mit einfacherer Ausstattung und manueller Bedienung mit Hebeln an.
Vom groben Hebel zum kleinen Elektroschalter
Bei der Hydraulik betätigte man vor 40 Jahren beim Pflügen mit damals modernen Traktoren über ein Gestänge oder einen Seilzug die Hydraulikventile, um beispielsweise den Pflug am Feldrand zu heben und zu wenden. Bei den damals einfacheren Baureihen betätigte man einen Hebel direkt am Zusatzhydraulikventil, was ergonomisch meistens nicht optimal gepasst hat. In beiden Fällen liess sich jedoch nichts automatisieren, auch wenn die Abläufe am Feldrand immer dieselben waren. [IMG 3]
Das wurde erst mit der elektrischen Bedienung möglich. Als Vorgewendemanagement konnte man mit einem einzigen Impuls beim Pflügen das Ausheben und das Drehen in Gang setzen. Bei einer Kreiselegge hat sich beim Ausheben die Zapfwelle automatisch abgeschaltet. Dies, weil auch die Zapfwellenschaltung elektrifiziert wurde.
Dank elektrisch betätigten Hydraulikventilen wurden die Gestänge zu den Hydraulikventilen überflüssig und der Betätigungsschalter konnte irgendwo in der Kabine platziert werden. Besonders modern war die ergonomische Platzierung auf der Armlehne mit Knöpfen oder Folientastern, um das Hydraulikgestänge zu betätigen oder Lastschaltstufen zu schalten.
«Heute gibt es Multifunktionsarmlehnen mit Joysticks für die Bedienung des Traktors und der Geräte und Joysticks für die Lenkung. Der Fahrer wird heute in der modernen Kabine auch mit Kamerasystemen bei der Geräteüberwachung oder für die Umgebungsüberwachung unterstützt», sagt Hansjörg Furter. Er findet diese Entwicklungen gut, da sie die Arbeitssicherheit unterstützen. [IMG 2]
Grosser Fortschritt bei Getrieben und Fahrwerken
Wendeschaltgetriebe gab es vor 40 Jahren noch nicht und Stufenlosgetriebe schon gar nicht. Bei den Getrieben konnte man vor 40 Jahren bestenfalls Halbgänge mechanisch schalten, um auf dem Feld die Geschwindigkeit und die Motordrehzahl in einem günstigen Drehmoment zu halten. Meistens hatten Traktoren damals acht bis zwölf Gänge.
Dann kamen Lastschaltgetriebe. Zunächst in Ausführungen, bei denen der Halbgang elektrohydraulisch mit einer Lamellenkupplung gewechselt wurde. Die Getriebe wurden mit einer Wendeschaltung weiterentwickelt. Alle Vorwärtsgänge konnten auch in Rückwärtsfahrt genutzt werden. Die ersten Ausführungen hatten dazu einen zusätzlichen Gangschalthebel. Bald darauf liess sich auch die Wendeschaltung elektrohydraulisch betätigen.
«Heute sind stufenlose Getriebekonzepte im oberen Leistungsbereich bereits als Standardausrüstung vorhanden. Alternativ werden aber auch mehrstufige, automatisch schaltende Lastschaltgetriebe angeboten», so Hansjörg Furter. Dabei gilt es zu bedenken, dass Schaltgetriebe, für sich alleine betrachtet, immer noch bessere Wirkungsgrade haben als stufenlose Getriebe mit Hydrostatikeinheiten.
«Um diesen Nachteil auszumerzen, wird der Hydrostatikanteil zum Teil durch Elektromotoren ersetzt. Dies bringt eine bessere Effizienz.»
Viele Traktoren lassen sich 40 km/h mit reduzierter Motordrehzahl fahren. Das ist ein grosser Unterschied gegenüber 25 km/h oder 30 km/h erlaubter Höchstgeschwindigkeit vor einigen Jahrzehnten. Und dank des Allradantriebs, der heute Standard ist, ist mit Vierradbremsanlagen und Druckluftbremsanlagen für das Anhängerbremsen die Sicherheit erhöht worden.
Allerdings werden heute mit Traktoren auch viel längere Transportstrecken zurückgelegt. Wurden früher an jedem Bahnhof Zuckerrüben verladen, werden diese heute zu einem grossen Teil mit dem Traktor direkt in die Fabrik gefahren.
Bei Transportarbeiten, wie auch bei Ackerarbeiten profitiert der Fahrer heute davon, dass Motoren und Getriebe besser aufeinander abgestimmt sind und miteinander kommunizieren können. So kann, je nach Fahrstrategie, beispielsweise die passende Motordrehzahl gehalten werden, indem sich das Getriebe selbst regelt.
Die Entwicklung ist gewichtsträchtig
Es ist klar, dass die Entwicklungen des Traktors mit einem höheren Eigengewicht verbunden sind. Die grösseren Kräfte verlangen eine stärkere Bauart. Auch die Anbaugeräte sind schwerer und robuster geworden. Das erfordert wiederum höhere zulässige Achslasten vorne und hinten.
Auf dem Feld sind wegen der Gewichte immer öfter Spurschäden wegen zusammengepresster Bodenstruktur sichtbar. Hier scheint das Gewichtslimit erreicht zu sein; Traktoren sollten nicht mehr schwerer werden. Die Traktorenhersteller haben dies erkannt und bieten immer häufiger Reifendruckregelanlagen ab Werk an. Dabei wird der Reifendruck im Feld abgesenkt und die Last kann sich auf eine grössere Fläche verteilen. Obschon die Radlast nicht abnimmt, bringt es dem Boden ein bisschen etwas.
Denn letztlich ist es entscheidend, dass man die technischen Fortschritte im Traktorenbau auch tatsächlich auf den Boden bringt.
So hat sich der Traktor entwickelt
Motor:
-Kompaktere Bauweise
-Mehr Leistung aus weniger Hubraum
-Common-Rail-Einspritzung
-Turbolader als Standard
-Abgasnachbehandlung
-Automatische Motoren-Getriebeabstimmung
Zukunft Motor:
-Im unteren Leistungsbereich vollelektrische Antriebe mit Energie aus Batteriespeichern
-Im oberen Leistungsbereich Verwendung von Wasserstoff, entweder über Brennstoffzelle (Elektroantrieb) oder direkter Einspritzung von Wasserstoff in einen angepassten Verbrennungsmotor
Getriebe:
-Stufenlose Getriebe bei vielen Herstellern
-Drehzahlreduziertes Fahren
Elektronik:
-Traktor- und Gerätebedienung über Bildschirme (Tablets)
-Isobus-Gerätesteuerung ermöglicht Kommunikation und Datenaustausch zwischen Anbaugerät-Traktor und Büro-PC
-Steuerung des Traktors vom Anbaugerät aus (Tractor-Implement-Management TIM)
-Grössere Traktorenmodelle sind für die Verwendung von satelliten-gestützten Lenksystemen vorbereitet
Zukunft Elektronik:
-TIM wird sich noch weiterentwickeln (Gerät steuert Traktor)
-Daten, welche vom Traktor und Anbaugerät gesammelt werden, sollten ohne grosse Umwege in Farm-Management-Systeme übernommen werden können, um gesetzliche Aufzeichnungs-pflichten zu vereinfachen
-Datenaustausch zwischen Maschinen
Quelle: Hansjörg Furter, Liebegg
Mit künstlicher Intelligenz denken Traktoren selbstständig
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Die Antworten in diesem Interview stammen von der KI Chat-GPT. Ihre Systeme analysieren Daten, erkennen Muster und ziehen daraus Schlüsse. Dank maschinellem Lernen wird KI besser, ohne explizit programmiert zu sein.
KI, wie wirst du die Automatisierung von Traktoren vorantreiben?
KI: Dank meinen Fähigkeiten wird eine noch umfassendere Automatisierung möglich, indem ich komplexe Entscheidungen auf dem Feld treffe. Traktoren könnten künftig Aufgaben wie Aussaat, Düngung und Ernte ohne menschliches Eingreifen durchführen, basierend auf Echtzeitdaten von Sensoren und Kameras.
Welche Rolle spielt die Sensorik in der KI-gestützten Traktorentechnologie?
Sensoren sammeln kontinuierlich Daten über Bodenbeschaffenheit, Wetter und Pflanzenwachstum. KI verarbeitet diese Daten und steuert den Traktor so, dass er optimal auf wechselnde Bedingungen reagiert, beispielsweise durch Anpassung der Geschwindigkeit oder der Geräteposition.
Was bedeutet das Tractor-Implement-Management (TIM) für die Zukunft?
TIM ermöglicht es Anbaugeräten, den Traktor zu steuern. KI wird diese Kommunikation optimieren, sodass die Geräte selbstständig auf unterschiedliche Feldbedingungen reagieren und gleichzeitig ihre Leistung maximieren können.
Welche Fortschritte sind bei der Datennutzung durch KI zu erwarten?
KI wird den Datenaustausch zwischen Traktoren, Anbaugeräten und Farm-Management-Systemen vereinfachen. Dies erleichtert die Einhaltung gesetzlicher Dokumentationspflichten und ermöglicht eine präzise Planung von Arbeitsprozessen.
Wird die Landwirtschaft dank KI ökologischer?
Ja, KI kann die Effizienz von Traktoren verbessern, beispielsweise durch präzisere Steuerung von Düngemittel- oder Pflanzenschutzeinsatz. Dadurch werden Ressourcen geschont und negative Auswirkungen auf die Umwelt minimiert.
Wie verändert KI die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine?
Die Bedienung von Traktoren wird einfacher und sicherer. Fahrer werden durch KI unterstützende Systeme, wie Kameraüberwachung und automatische Steuerung, entlastet. Der Mensch wird vor allem für die Überwachung und strategische Planung zuständig bleiben.(Das Interview mit der KI wurde schriftlich geführt)
