Sensorik für Unkrautbekämpfung im ökologischen Landbau

Sensoren für Landmaschinen

Sensorik für Unkrautbbekämpfung mit Jätscheiben-Roboter

Die ökologische Landwirtschaft verzichtet weitestgehend auf den Einsatz chemischer Unkrautbekämpfungsmittel und konzentriert sich stattdessen auf mechanische Methoden. Im englischen Peterborough wurde bei der Garford Farm Machinery Ltd. jetzt eine mit Sensoren gespickte Landmaschine zur automatischen Freistellung von Nutzpflanzen vorgestellt.

Typisches Merkmal industrieller Landwirtschaft sind die in Reihen genau platzierten Pflanzen. Das ist eine Voraussetzung für die weitere maschinelle Bearbeitung der Anbauflächen mit hochspezialisierten Werkzeugbalken wie dem hier beschriebenen Robocrop.

Auf einer Breite von bis zu 6 Metern beobachten Kameras den Boden und erkennen dort durch eine entsprechend trainierte Bildverarbeitungs-Software den Standort der Nutzpflanzen auf bis zu 1 cm genau. Mit dieser Information werden alle an einem Balken montierten Werkzeuge gesteuert. Zur Freistellung der Nutzpflanzen auf der Anbaufläche kommen insbesondere Harken und rotierende Jätscheiben zum Einsatz. Letztere arbeiten kontrolliert in einer Höhe zwischen 1 … 2 cm über dem Boden um die Pflanzen herum. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 5 km/h optimieren gelenkte, bodenbearbeitende Scheibenräder die Reihenführung des Werkzeugbalkens, der vorne an einem Traktor montiert ist. Der Robocrop Computer in der Kabine des Fahrzeugs steuert jede Bewegung der Jätscheiben individuell per Hydraulikmotor bzw. Proportionalventil. Alle Betriebsinformationen stehen dem Fahrer dort über ein HMI Display zur Verfügung. Ein 6 m breites System kann bei einem Pflanzabstand von 50 cm mit über 5 km/h fahren um so ca. 98 % der Anbaufläche zu bearbeiten, indem die Jätscheiben um jede der Nutzpflanze herumgeschwenkt werden.

Nichts geht ohne Sensorik
Landmaschinen sind immer eine besondere Herausforderung für die einsetzbare Sensorik. Das bezieht sich nicht nur auf die klimatischen Verhältnisse (Nässe, Hitze, Kälte) sondern auch auf die mechanischen Anforderungen während der Einsätze auf den Feldern (Stöße, Vibrationen). Beim Hersteller Garford Farm Machinery hat man sich bei der Ausrüstung der Robocrop-Werkzeugbalken für Sensorik aus dem Hause Variohm Eurosensor entschieden.

Der Lenkwinkel der Scheibenräder, die für die exakte Reihenführung sorgen, wird z.B. mit einem Winkelsensor vom Typ SP2800 erfasst. Linearpotentiometer aus der LWG-Serie erfassen die seitliche Verschiebung der Jätscheiben bzw. des hydraulischen Servosystems zwischen den Anbaureihen und dienen dem Fahrer als Lenkhilfe beim Einrichten der Landmaschine vor dem Start. Beide Sensortypen haben sich seit Jahren an landwirtschaftlichen Geräten bewährt.

Die Drehwinkelsensoren der Serie SP2800 mit 28 mm Durchmesser arbeiten mit mehrlagigen Leitplastikbahnen und präzisen Mehrfinger-Metallschleifern, die vorgespannt montiert sind und so eine außergewöhnliche Robustheit bei Stößen oder Vibrationen erreichen. In Robocrop-Landmaschinen kommt der Winkelsensor im Duroplast-Gehäuse mit Schutzklasse IP67 zum Einsatz; auch Bauformen im Aluminiumgehäuse sind lieferbar. Die Wiederholgenauigkeit liegt bei 0,01 % v.E., der Arbeitstemperaturbereich ist mit -40 … +150 °C und die Lebensdauer mit 50 Mio. Zyklen mehr als ausreichend bemessen.

Die Linearpotentiometer vom Typ LWG begleitet bereits eine lange Liste äußerst kritischer Applikationen. Auch hier wird die hohe Auflösung durch spezielle Leitplastik-Bahnen und Mehrfinger-Metallschleifer erreicht, wobei letztere zusätzlich durch eine Elastomer-Schicht entlang der Führungsachse bedämpft werden. Die Mechanik der Schubstange fällt durch eine Doppellagerung ebenfalls besonders robust aus. So kann die Stoßfestigkeit mit 50 g und die Vibrationsbeständigkeit mit 9 g (@2000 Hz) spezifiziert werden. Der Arbeitstemperaturbereich liegt zwischen -30 … +100 °C und die Lebensdauer ebenfalls bei 50 Mio. Zyklen. Beim Einsatz an den Robocrop-Landmaschinen werden die Linearpotentiometer in einem eloxierten IP65-Aluminium-Gehäuse mit Edelstahl-Schubstange außen an dem Modul für die Seitenbewegung montiert und sind damit den herrschenden Umweltbedingungen direkt ausgesetzt. Für die elektrischen Anschlüsse stehen geeignete M12 Steckverbinder zur Verfügung. Innerhalb der LWG-Serie sind Messwege von 50 … 750 mm realisierbar.

Auch Druck- und kombinierte Druck/Temperatursensoren von Variohm Eurosensor sind bei den Robocrop-Landmaschinen im harten Einsatz. Typen der Serien EPT3100 und EPTT5100 überwachen die hydraulischen Drücke an den Ein- und Ausgängen der Module und liefern Informationen zur Temperatur an die Steuerung. Beide Drucksensor-Serien arbeiten mit Dünnschicht-Sensorelementen und liefern mittels integriertem ASIC störfeste, kompensierte Ausgangssignale. Die Temperatur wird im EPTT5100 von einem Pt1000-Sensor (auf Wunsch Pt100) mit -50 … +150 °C Messbereich erfasst. Das Edelstahlgehäuse und die Schutzklassen IP66 bzw. IP67 entsprechen den Anforderungen der Applikation. Für industrielle Anwendungen stehen bei den Druck- und kombinierten Druck/Temperatursensoren eine Vielzahl von Druckanschlüssen und Ausgangssignalen zur Wahl.

Beispielhaft
Die hier für den Einsatz an Landmaschinen bei Garford Farm Machinery im englischen Peterborough beschriebenen Sensoren sind Teil einer umfangreichen Palette, die Variohm Eurosensor entwickelt, produziert und vertreibt. Im Vordergrund steht zunächst jedoch stets die intensive Applikationsberatung für den konkreten Anwendungsfall.

Über Variohm EuroSensor:
Variohm EuroSensor mit Sitz in Towcester, Northamptonshire, England konstruiert, entwickelt und liefert ein breites Angebot an Sensoren für Position, Gewicht, Kraft, Temperatur und andere Messgrößen für anspruchsvolle Anwendungen in der Industrie, Landwirtschaft, Gebäudetechnik, im Autosport und der Forschung. Das Portfolio wird durch eine breite Palette an Hand- und Fußschaltern für Industrie und Gerätebau ergänzt.