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Flexible Steuerungsarchitektur für die Mietenpflege

01 Mit den Maschinen zur Mietenpflege lassen sich Zuckerrüben schnell und einfach abdecken

01 Mit den Maschinen zur Mietenpflege lassen sich Zuckerrüben schnell und einfach abdecken

02 Mit der sogenannten Klünderscheibe wird das Abdeckvlies unter den Zuckerrüben festgesteckt

02 Mit der sogenannten Klünderscheibe wird das Abdeckvlies unter den Zuckerrüben festgesteckt

03 Die Verkabelung der einzelnen Qubus-Stecker benötigt durch das Bussystem nur eine Busleitung, die gleichzeitig die Spannungsversorgung enthält

03 Die Verkabelung der einzelnen Qubus-Stecker benötigt durch das Bussystem nur eine Busleitung, die gleichzeitig die Spannungsversorgung enthält

04 Das neue System zur Bedienung und Steuerung der Maschine ist ergonomisch und vereinfacht Änderungen an der Konfiguration

04 Das neue System zur Bedienung und Steuerung der Maschine ist ergonomisch und vereinfacht Änderungen an der Konfiguration

Die Bedienung und Steuerung von landwirtschaftlichen Maschinen, die an einen Schlepper angebaut werden, sind häufig noch von konventioneller Verkabelung mit einem unübersichtlichen Kabelbaum geprägt. Dass dies auch einfacher geht, zeigt eine Maschine zur Pflege von Zuckerrübenmieten: Der Entwickler setzt hier auf den Qubus sowie ein Bedien-­ und Steuergerät von Graf­Syteco.

In Deutschland werden pro Jahr über 3 Mio. t Zucker verarbeitet. Die größten Abnehmer sind dabei die Getränke- und die Süßwarenindustrie. Hergestellt wird der Zucker aus Zuckerrüben, aus denen in großen Zuckerfabriken der Zucker extrahiert wird. Die größten Fabriken können bis zu 20 000 t Zuckerrüben pro Tag verarbeiten. Die Konzentration im Zuckermarkt in den vergangenen Jahrzehnten hat dazu geführt, dass die Zuckerfabriken immer größer und gleichzeitig effizienter geworden sind. Um diese optimal auszulasten, sollte die Verarbeitung über einen möglichst langen Zeitraum erfolgen – in Deutschland dauert daher die Kampagne von der ersten Ernte bis zur letzten Verarbeitung bis zu 100 Tage.

Problemfall Frost
Nach der Ernte werden die Zuckerrüben am Rand der Anbaufläche in sogenannten Mieten gelagert und dann nach und nach zu den Zuckerfabriken transportiert. Das Laden der Zuckerrüben auf Lkw oder Hänger sowie der Transport zur Zuckerfabrik übernehmen häufig Lohnbetriebe. Einen solchen Lohnbetrieb betreibt neben seinem eigenen landwirtschaftlichen Betrieb auch Hermann Klünder. Der Landwirt aus Landesbergen in Niedersachsen hat bereits vor 30 Jahren zunächst damit begonnen, Rüben zu laden, um so zusätzliches Geschäft im Winter zu machen. „Durch die längere Kampagne, während der die Zuckerrüben in den Fabriken verarbeitet werden, kommt es immer wieder vor, dass bereits Frost herrscht, während die Rüben noch in der Miete gelagert sind“, erzählt H. Klünder. Wenn die Zuckerrüben einfrieren und anschließend wieder auftauen, sinkt der Zuckerertrag bei der Verarbeitung sehr stark.
Da der Zuckergehalt in den Rüben bereits durch die reguläre Lagerung sinkt, zahlen die Zuckerfabriken den Landwirten in manchen Fällen eine Spätlieferprämie. Um das Problem des Einfrierens in den Griff zu bekommen, werden die Mieten mit den Zuckerrüben seit dem Ende der 1990er-Jahre mit Vlies abgedeckt. Dieses kann bis zu sechsmal wiederverwendet werden. So bleiben die Rüben trocken und können atmen. Die Zuckerfabriken übernehmen oder bezuschussen teilweise auch die Kosten für diese Maßnahme, die sich positiv auf den Zuckerertrag auswirkt.

Maschine für die Mietenpflege
„Die Abdeckungen auf den Mieten haben uns beim Laden immer wieder vor Probleme gestellt“, erinnert sich H. Klünder: „Wir hatten den zusätzlichen Aufwand, die Planen oder Vliesabdeckungen zu entfernen.“ Teilweise waren die Planen auch am Boden festgefroren, sodass sie beim Entfernen zerschnitten werden mussten. Unzufrieden mit der Situation hat H. Klünder den Landwirten das Anbringen und Entfernen der Vliesabdeckungen als zusätzliche Dienstleistung angeboten. Als dann der Auftrag einer gesamten Liefergemeinschaft für diese sogenannte Mietenpflege kam, machte er sich auf die Suche nach einer Maschine für diese Arbeiten – allerdings ohne Erfolg. „Da es am Markt keine brauchbare Lösung gab“, so H. Klünder, „haben wir uns selbst an die Konstruktion gewagt.“ Bei den ersten Versuchen mit einem Aufbaukran für einen Schlepper stellte sich ein wesentliches Problem heraus: Das Vlies ließ sich zwar über die Miete ziehen, bei starkem Wind wurde es aber schnell weggeweht. Auch die Idee, das Vlies mit Heringen festzustecken, hat sich als nicht sehr praktikabel erwiesen.
Die zündende Idee kam H. Klünder, als er an Erkältungen in der Kindheit zurückdachte: „Da steckt man die Bettdecke ja rundum unter dem Körper fest.“ Nach dem gleichen Prinzip hat der Landwirt dann eine Maschine entwickelt, bei dem eine rotierende Scheibe, das Vlies unter den Zuckerrüben feststeckt (Bild 1). Die gesamte Maschine besteht so aus zwei Teilen, die an den Dreipunkt-Krafthebern eines Schleppers montiert werden können. Am Heck befindet sich der Kran, der mit einem Dorn die Rolle mit dem Abdeckvlies aufnehmen kann. Ein Hydraulikmotor treibt den Dorn an, der so das Vlies auf oder abwickeln kann. Als Rollen werden herkömmliche Wasserrohre verwendet. „Die sind kostengünstig und stabil“, erklärt H. Klünder. An der Front befindet sich der Teil mit der rotierenden Scheibe, die ebenfalls mit einem Hydraulikmotor angetrieben wird. Nachdem das Vlies mit dem Kranaufbau über die Miete gezogen wurde, wird es mit der Scheibe festgesteckt (Bild 2). Und zwar so, dass es immer zwischen den untersten Lagen Zuckerrüben und nicht direkt auf dem Boden liegt. Dort könnte es festfrieren und bei Entfernen von der Miete beschädigt werden.
Der Kran am Heck ist so konstruiert, dass der Schlepper gleichzeitig noch einen Hänger am originalen Anhängemaul ziehen kann. So ist sichergestellt, dass der Schlepper trotz angebauter Maschine mit der zugelassenen Geschwindigkeit von 80 km/h auf der Straße fahren kann. Für einen Dienstleister, der verschiedene Zuckerrübenfelder in einer größeren Umgebung versorgt, ist dies besonders wichtig. Hydraulikzylinder und Hydraulikmotoren sorgen für die zahlreichen Bewegungen der Maschine. Insgesamt sind elf Hydraulikventile für eine proportionale Ansteuerung der Bewegungen in den beiden Teilen der Maschine verbaut – dafür sind 13 digitale und 7 PWM-Ausgänge nötig.

Ergonomische Bedienung
In den ersten Maschinen, die Klünder entwickelt hat, waren alle Hydraulikventile bis zur Steuerung im Fahrerhaus verkabelt. Dort konnte der Fahrer die Maschine mit zwei Joysticks bedienen und so die verschiedenen Bewegungen kontrollieren. „Der Aufwand für die Verkabelung ist dadurch natürlich sehr groß, und besonders flexibel ist diese Lösung auch nicht“, sagt H. Klünder. Eine einfachere und flexiblere Lösung fand er bei der Firma Brettmeister Elektronik. Statt einer Einzelverkabelung setzt Brettmeister auf den sogenannten Qubus, bei dem alle Ventile über einen Eindrahtbus angesteuert werden. Der Verkabelungsaufwand ist dadurch gering und auch unabhängig davon, wie viele Ventile benötigt werden (Bild 3).
Als Qubus-Master setzt Brettmeister ein Bedien- und Steuergerät vom Typ D1000 von Graf-Syteco ein. Mit den kompakten Einbaumaßen von 96 mm × 96 mm bei einer Einbautiefe von 48 mm passt es ideal in das kompakte Gehäuse, in das neben dem Bediengerät noch ein V25-Joystick von Gessmann sowie ein Not-Aus-Taster integriert sind. Das 3,5-Zoll-TFT-Display des D1000 hat eine Auflösung von 320 × 240 Pixel und kann damit auch detailreiche Darstellungen visualisieren. Bedient wird es über vier taktile Tasten mit Status-LED, die unter dem Display angeordnet sind. Neben der Masterfunktion für den Qubus bietet das Bedien- und Steuergerät noch eine Vielzahl weiterer Schnittstellen. Der Joystick ist beispielsweise über CAN angebunden, für die Programmierung wird eine USB-Schnittstelle verwendet.

Flexibel konfigurieren
Die Bedienung ist mit der neuen Steuerung nicht nur ergonomischer (Bild 4), H. Klünder nennt auch einen weiteren wichtigen Vorteil: „Die Steuerung und die verschiedenen Konfigurationen lassen sich über das D1000 sehr einfach anpassen.“ So erfolgt die Umschaltung zwischen dem Kran am Heck und der rotierenden Scheibe an der Front einfach über die taktilen Tasten am Display. Auch die Drehgeschwindigkeit der Scheibe, die Belegung der Taster auf dem Joystick und viele weitere Funktionen lassen sich so flexibel konfigurieren. „Im Prinzip kann der Bediener sogar die Richtung, in der sich der Kran bei einer Bedienung des Joysticks bewegt, umdrehen“, erklärt H. Klünder die hohe Flexibilität des neuen Systems.
Die gesamte Programmierung der Steuerung stammt von Brettmeister Elektronik, die das System inklusive D1000, Joystick, Gehäuse und Elektronik liefert. Bei der Programmierung setzt das Unternehmen auf die Software GDS von Graf-Syteco, in der sich sämtliche Funktionen einfach umsetzen lassen. Die neue Architektur bietet auch Vorteile, wenn die Programmierung einmal geändert werden soll. „Ein Programmupdate mit neuen verbesserten Funktionen kann nun einfach über einen USB-Stick eingespielt werden“, sagt H. Klünder: „Ein Programmiergerät, wie bei dem alten System brauchen wir jetzt nicht mehr.“ Das Gehäuse mit dem D1000 und dem Joystick wird mit einer universellen Halterung im Schlepper montiert, wenn die Maschine zur Mietenpflege angebaut wird. Die Verkabelung ist mit dem Qubus eine Sache von wenigen Handgriffen – dann ist die Maschine arbeitsbereit.

Erfolgreich mit Mietenpflege und Maschinenbau
Mit seiner Idee, eine Maschine für die Mietenpflege zu entwickeln, ist H. Klünder gleich in zweierlei Hinsicht erfolgreich: Seine Dienstleistung als Lohnunternehmer nehmen inzwischen drei große Zuckerfabriken und deren Liefergemeinschaften in Anspruch. Außerdem ist er auch als Maschinenbauer erfolgreich. Bisher hat er rund 130 der Maschinen in ganz Europa verkauft. Besonders stolz ist er, dass die Scheibe an der Front der Maschine inzwischen von den meisten Anwendern „Klünder-Scheibe“ genannt wird. (mh)

Qubus – Die Intelligenz im Stecker

05 Das Qubus-System vereinfacht die Automatisierungsarchitektur in mobilen Maschinen

05 Das Qubus-System vereinfacht die Automatisierungsarchitektur in mobilen Maschinen

Das Qubus-System von Graf-Syteco vereinfacht die Automatisierungsarchitektur in mobilen Maschinen (Bild 5). Häufig herrscht in Baumaschinen, Landmaschinen und Kommunalfahrzeugen noch eine konventionelle Verkabelung vor, die unter anderem einen großen unübersichtlichen Kabelbaum notwendig macht. Die Verwendung von CAN-Bus-Systemen, die heute noch nicht überall umgesetzt ist, bringt eine gewisse Erleichterung. Trotzdem werden auch hierbei beispielsweise einzelne Verbraucher über ein CAN-IO-Modul angeschlossen. Die Verdrahtung vom IO-Modul bis zum eigentlichen Verbraucher – zum Beispiel einem Ventil – geschieht dann wieder klassisch. Das Qubus-System sorgt hier für Abhilfe. Es basiert auf einem Eindrahtbus mit zusätzlicher Spannungsversorgung. Mit einem einfachen kleinen Stecker wird jeder Sensor oder Aktor zu einem Busteilnehmer. Die kleinste Einheit ist ein einzelner IO und es können genau so viele IO in den Bus eingebunden werden, wie notwendig sind. Besonders interessant ist es, dass auch Verbraucher – wie Magnetventile oder Leuchten – direkt an den Bus angeschlossen werden können. Die Ersparnis bei der Verkabelung ist durch diese Architektur hoch. Nicht zuletzt, weil jeder Qubus-Stecker über ein T-Stück mit weiteren Steckern verkettet werden kann. Somit ist nur noch eine dreipolige Zuleitung für eine Ventilinsel nötig. Gleichzeitig wird das System übersichtlich und einfach erweiterbar. Auch die Diagnose wird durch das System vereinfacht. So werden zum Beispiel Drahtbrüche sowie Werte für Strom, Spannung und Temperatur an das Steuergerät gemeldet.

Dr. Jörg Lantzsch ist freier Fachjournalist und Inhaber der Agentur Dr. Lantzsch in Wiesbaden. j.lantzsch@drlantzsch.de

Dr. Jörg Lantzsch ist freier Fachjournalist und Inhaber der Agentur Dr. Lantzsch in Wiesbaden. j.lantzsch@drlantzsch.de