Die neuesten Technologien für die Landwirtschaft und darüber hinaus

Von Miles Budimir | 24. März 2023

Mit dem Aufkommen von Smart Farming in der Landwirtschaft stehen Gerätehersteller vor der Herausforderung, die Maschinenverfügbarkeit in rauen und extremen Umgebungen zu maximieren. Unternehmen nutzen verschiedene Arten von Bewegungssystemen, um die Zuverlässigkeit ihrer Konstruktionen zu verbessern, wobei sich die Technologie parallel zu den landwirtschaftlichen Praktiken weiterentwickelt.

Solche Systeme nutzen Fortschritte in der Automatisierung im Allgemeinen, darunter Robotik, Systeme der künstlichen Intelligenz (KI), Internet der Dinge (IoT) sowie fortschrittliche Sensortechnologien.

Die Redakteure von Design World haben kürzlich eine Reihe führender Hersteller von Automatisierungs- und Bewegungssteuerungssystemen aus der Landwirtschafts- und Off-Highway-Automatisierungsbranche zu den Trends befragt, die sie in der Branche sehen. Nachfolgend finden Sie ihre Erkenntnisse.

Treffen Sie die Experten

Chris Gottlieb |Direktor – Antriebe und Steuerungen ·Guten MorgenDave Walden |Anwendungsingenieur · PBC LinearJames Gallant|Betriebsleiter · ISL Products International Ltd.Jeff Maina |Leitender Anwendungsingenieur · PBC LinearKelly Walden|Vizepräsident für Fertigung • Bishop-Wisecarver Corp.Lindsey Brimage |Portfolioprogrammmanager · Thomson Industries, Inc.Matt Mowry |Produktmanager — drylin Linearlager · igusNathan Andaya |Direktor – Techline SBU · Linak USRichard Canny |Präsident · Ultimate Industries Inc.Yoshitaka Umeno |Globaler Marktmanager – Medizin und Robotik · Kollmorgen

Hat Ihr Unternehmen Komponenten oder technische Unterstützung für automatisierte Landwirtschaft oder Off-Highway-Designs bereitgestellt?

Galant: Unsere Gleichstrommotoren und Getriebemotoren werden in vielen verschiedenen landwirtschaftlichen Automatisierungssystemen eingesetzt. Die Anwendungen reichen von Scheuergeräten für Nutztiere, um die Tiere sauber zu halten, über bewegliche Zäune bis hin zu landwirtschaftlichen Robotergeräten wie Robotern und Bepflanzungsgeräten. Tatsächlich sind unsere Gleichstromgetriebemotoren sowohl in ATVs als auch in UTVs zu finden. Einige typische Funktionen unserer Motoren sind die Winden- und Schneepflugverstellung.

Brimage: Thomson liefert weiterhin eine breite Palette linearer Bewegungsprodukte und -systeme für landwirtschaftliche Betriebe. Ein neues Produkt, das wir für die Landwirtschaft, Geländefahrzeuge und Nutzfahrzeuge anbieten, sind unsere Linearlager mit Polymerbuchsen. Diese Komponenten bieten Maschinenkonstrukteuren eine zuverlässige und dennoch wirtschaftliche Option für Anwendungen, bei denen die Momentbelastung unkritisch ist oder bei denen Verschmutzung ein Problem darstellt.

Mowry: Die Automatisierung der Landwirtschaft ist für uns eine wachsende Branche. Unsere linearen Systeme wurden zum Bewegen von Beleuchtungssystemen für Indoor-Anbaubetriebe eingesetzt, und unsere Delta-Roboter wurden bei Unkrautzerkleinerungsrobotern eingesetzt, um Unkraut per Laser auf dem Feld zu entfernen. Wir haben auch Anwendungen mit unseren Linearrobotern unterstützt; Letztere verfügen über Kameras, die Bilder und Videos bestimmter Pflanzen oder Blumen aufnehmen, sodass Endbenutzer aus der Ferne auswählen können, welche Pflanzen oder Blumen sie kaufen möchten.

Ein Scheibengrubber für die Roboter-Bodenbearbeitung verwendet zwei Reihen oder Eggen mit vertikaler durchgehender Absicherung. (Bild: Pavlo Baliukh)

Brimage: Linearlager mit Polymerbuchsen eignen sich gut für Anwendungen, die eine hohe statische und Stoßbelastungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und chemische Beständigkeit gegenüber Öl und Fett erfordern. Die Polymerauskleidung in diesen Lagern macht sie von Natur aus selbstschmierend, was sich hervorragend für nasse und schmutzige Umgebungen eignet. Darüber hinaus ermöglicht das Rillendesign eine Wärmeausdehnung und fungiert als Schmutzkanäle, sodass die Lager auch bei Schmutz funktionsfähig bleiben.

Walden: Die Produkte von Bishop-Wisecarver sind robust und für raue und extreme Umgebungen geeignet. Daher sind sie in einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Anwendungen zu finden – darunter selbstgeführte landwirtschaftliche Geräte, automatisierte Pflanz- und Erntesysteme und Indoor-Farming-Systeme.

Umeno: Kollmorgen hat vertikale und intelligente Landwirtschaftsanwendungen unterstützt, die sich auf hochwertige Nutzpflanzen wie Kräuter und Früchte konzentrieren. Unsere Bewegungssteuerungslösungen zeichnen sich durch hohe Genauigkeit und Energieeffizienz aus und ermöglichen Maschinenbauern die Automatisierung für eine effizientere Landnutzung und weniger Abfall. Insbesondere bei Ernteanwendungen wächst die Nachfrage nach anwendungsspezifischen Roboterarmen. Wir gehen auf diesen Bedarf ein, indem wir gemeinsam mit unseren Kunden entwickeln und rahmenlose Motorprodukte liefern, die in kundenspezifischen Roboterarmen verwendet werden können. Erfahren Sie mehr über rahmenlose TBM2G-Direktantriebsmotoren auf kollmorgen.com.

Gottlieb: Wir verkaufen in Märkte mit hohen Anforderungen wie Smart Farming, Rasenmanagement und andere anspruchsvolle Märkte. Unser Engineering-Team kann direkt mit Ingenieuren zusammenarbeiten, um die besten Lösungen für die Bewegungssteuerung in diesen Märkten auszuwählen.

Unser Vertriebskanal mag der Verkauf in CBD-Märkten sein, aber das ist kein Markt, in den wir heute wissentlich hineinspielen. Eine Anmerkung zu CBD: Derzeit ist alles, was mit Cannabis zu tun hat, auf Bundesebene technisch gesehen immer noch illegal. Es gibt Unternehmen, die Lösungen im CBD-Bereich entwickeln, aber solange die bundesstaatlichen Vorschriften nicht mit den staatlichen Vorschriften gleichziehen, besteht bei der Herstellung von Geräten für diese Maschinen ein rechtliches Risiko.

Walden: Simplicity-Lager werden in landwirtschaftlichen Geräten zur linearen Führung externer landwirtschaftlicher Geräte und für die lineare Bewegung der Fahrerkabine oder Steuermechanismen verwendet, da ein Gleitlager in rauen Umgebungen unempfindlich ist. Unsere Nockenrollenprodukte (normalerweise Hevi-Rail oder V-Rail) werden auch als alternative robuste Rollenlösung für landwirtschaftliche und Off-Highway-Grabenfräsen eingesetzt.

Zu den korrosionsbeständigen Angeboten von PBC Linear gehört ein Gleitlager mit einem Standardgehäuse aus eloxiertem Aluminium, das den meisten Situationen standhält. Für extremere Umgebungen gibt es die Option eines Gehäuses aus Edelstahl 316 in Kombination mit Wellen aus Edelstahl 316 für Korrosionsbeständigkeit.

Maina: PBC Linear verzeichnet eine erhöhte Nachfrage nach Linearantrieben, die automatisierte landwirtschaftliche Verarbeitungssysteme im Zusammenhang mit der kommerziellen vertikalen Landwirtschaft in Innenräumen unterstützen. Wir liefern lineare Führungssysteme und Aktuatoren für diese Branche – typischerweise zur Automatisierung der Bewegungen bei der Pflanzenhandhabung, der Ausrichtung von Lichtquellen, der Bewegung von Aeroponik, der Sprühbewässerung und der Fertigationsdüsen. Diese automatisierten Bemühungen fördern eine umweltfreundliche Energiesparmethode, die darauf abzielt, den Pflanzen nur die notwendigen Ressourcen und Nährstoffe ohne Abfall zur Verfügung zu stellen und das richtige Rezept für die Nahrungsversorgung und Freizeitpflanzen für ein beschleunigtes Wachstum in Innenräumen zu fördern. Wir bieten korrosionsbeständige Lösungen mit Redi-Rail- und V-Guide-Linearführungen sowie SIMO Gliding Surface Technology (GST).

Wir haben auch eine erhöhte Nachfrage nach Linearantrieben für autonome Fahrzeuge in der landwirtschaftlichen Verarbeitung festgestellt. Die Automatisierung solcher Aufgaben mit autonomen Fahrzeugen reduziert den Arbeitsaufwand, den Landwirte normalerweise in die Aufrechterhaltung eines gesunden Ernteertrags investieren müssten. Wir unterstützen auch weiterhin traditionellere landwirtschaftliche Konstruktionen (einschließlich Forstwirtschaft und Schwermaschinen sowie Baufahrzeuge), indem wir lineare Führungen bereitstellen, die schwere Lasten und Stöße bei der Bodenbearbeitung, dem Pflanzen von Setzlingen und beim Straßenbau aushalten.

Bereit: LINAK ist führend bei der Implementierung elektrischer Linearantriebe in der Landwirtschaft und im Off-Highway-Markt. Die Intelligenz unserer Aktuatoren ermöglicht die Kommunikation über den Controller Area Network (CAN)-Bus mit Fahrzeugsystemen und die Aktuatoren können die Umsetzung der Elektrifizierungsstrategien von Landwirtschafts- und Off-Highway-Unternehmen unterstützen.

Werden Förderbänder zunehmend in landwirtschaftlichen Anwendungen eingesetzt?

Canny: Bei der Indoor-Landwirtschaft geht es vor allem darum, die Nahrungsmittelproduktion pro Hektar zu maximieren, aber Landwirte, die ihre Erträge weiter steigern möchten, sollten in Betracht ziehen, mit Hilfe von Fördertechnik, die den verfügbaren vertikalen Raum innerhalb einer Anlage nutzt, nach oben zu wachsen. Tatsächlich wird erwartet, dass die Indoor-Vertikallandwirtschaft weltweit bis 2026 von 3,1 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf 9,7 Milliarden US-Dollar wachsen wird, was auf höhere Erträge im Vergleich zur konventionellen Landwirtschaft, die Kapazität für die ganzjährige Pflanzenproduktion und Fortschritte bei Beleuchtung und anderen Technologien zurückzuführen ist.

Förderer gehören zu den einfachsten und schnellsten Produktivitätssteigerungen, die ein schnell wachsendes Unternehmen umsetzen kann … und eignen sich besonders für die vertikale Landwirtschaft. Einfache Rollenbahnen oder I-Träger-Hängekatzen können eine Amortisationszeit von Tagen oder Wochen haben, während größere maßgeschneiderte Systeme oft eine Amortisationszeit von nur drei bis sechs Monaten haben. Ultimation baut derzeit das Materialtransportsystem für die vermutlich weltweit größte Indoor-Vertical-Farming-Anlage.

Der vielleicht offensichtlichste Weg, wie Fördertechnologien zur Steigerung der Produktivität in der Indoor-Landwirtschaft beitragen können, besteht darin, den ungenutzten vertikalen Raum über einem Arbeitsbereich zu nutzen. Überkopfförderer können Anzuchtschalen anheben, wenn sie nicht aktiv verwaltet werden, und sie zur Pflege und Ernte zurück auf Bedienerebene bringen, sodass auf derselben Stellfläche mehr Produkte angebaut werden können.

Förderer können auch dazu beitragen, den manuellen Arbeitsaufwand für den manuellen Transport von Gegenständen zu reduzieren und Pflanzen schnell und sicher von Punkt A nach Punkt B zu transportieren. Systeme können so konstruiert werden, dass sie sich nahtlos in Ernte- und Verpackungsgeräte integrieren, die über das umfangreiche Partnernetzwerk von Ultimation verfügbar sind. Ultimation verwendet Materialien aus verzinktem Stahl, verzinkten Materialien und pulverbeschichteten Rahmen, die für Anwendungen in Lebensmittelqualität zugelassen und leicht zu reinigen sind – eine weitere Produktivitätseinsparung für Indoor-Landwirte. Bei Bedarf kann Ultimation auch Systeme für Hängetürme und Wachstumskapseln aus lebensmittelechtem Kunststoff entwerfen.

Für verschiedene Teile des Wachstumsprozesses werden typischerweise unterschiedliche Arten von Fördersystemen verwendet. Beispielsweise können die Bereiche der landwirtschaftlichen Betriebe, in denen Pflanzen stillstehen, einfache, standardisierte Materialtransportsysteme verwenden. Vertikalformatige Förderer wie Hängetürme oder horizontale Formate wie Anzuchtschalen können individuell an die Bedürfnisse des Züchters angepasst werden. Sobald die Pflanzen gewachsen sind, sind ausgefeiltere Technologien wie automatisierte motorisierte Förderbänder und automatische Lager- und Bereitstellungssysteme erforderlich, um die Produkte sicher zum Erntebereich zu transportieren. Die am häufigsten verwendeten industriellen Automatisierungsgeräte für die Indoor-Landwirtschaft sind Schwerkraftrollen-, Band- und Rollrollen- oder Fließschienenförderer. Diese Systeme nutzen die Schwerkraft, um die Last zu bewegen, sodass das Produkt entlang der Oberfläche rollen kann.

In jüngerer Zeit umfasst die Technologie, die in größeren vertikalen Landwirtschaftssystemen eingesetzt wird, motorisierte und Hängeförderer, die den im Allgemeinen ungenutzten vertikalen Raum über dem Arbeitsbereich nutzen. Mit gebogenen Abschnitten oder sogar Hebern bringen sie das Obst und Gemüse auf Bedienerebene und bei Bedarf wieder in höhere Lagen. Power-and-Free-Förderer sind die ultimative Raum- und Volumenoptimierung für vertikale Landwirtschaftssysteme, da sie eine enge Produktkonzentration in einigen Bereichen ermöglichen und gleichzeitig die Trennung der Produkte für den Transport zu Verarbeitungsbereichen ermöglichen. Die am besten geplanten und am besten betriebenen Indoor-Farming-Anlagen berücksichtigen den Wachstumszyklus des Produkts und werden wahrscheinlich eine Kombination aus Fördersystemdesigns verwenden, um die Produktivität zu maximieren. Unsere Ingenieure verstehen die Wirtschaftlichkeit der Indoor-Landwirtschaft und können Landwirte dabei unterstützen, Materialtransportlösungen zu entwerfen, zu bauen und zu implementieren, die ihren Anforderungen und ihrem Budget entsprechen.