Technik   30. April 2020

Zeit für Visionen: der autonome Schwarmtraktor von John Deere

Wie würde ein elektrischer Traktor aussehen, wenn man sich um die Stromversorgung zunächst keine Gedanken machen müsste? Simon Pfaffmann aus dem ETIC (European Technology Innovation Center) von John Deere lädt uns zu einem Gedankenexperiment ein – und erklärt, wie real diese Idee ist.

Fotos: John Deere

John Deere Schwarmeinheit mit Anbaugerät

Sieht so die Zukunft aus? Modell einer Schwarmeinheit mit Anbaugerät.

Die elektrische Antriebstechnik ist leistungsdicht, hat große Vorteile bei der Automatisierung und Autonomisierung – und sie ist verfügbar. Wir können sie jetzt einsetzen. Was wäre also möglich, wenn wir auch noch leistungsstarke Batterien hätten, die so groß sind wie ein Schuhkarton? Zu genau diesem Gedankenexperiment möchte ich euch in diesem Beitrag einladen. Lasst uns einen Traktor komplett neu denken!

Wenn wir das tun, fallen zunächst mal eine ganze Menge Bauteile weg: Die Kabine verschwindet, weil das Fahrzeug autonom fährt. Durch die Elektrifizierung braucht es keinen Dieselmotor mehr, keine Abgasanlage und keinen Kraftstofftank. Wenn wir jetzt noch ein bisschen weiter gehen und vorläufig ebenso auf Räder, Vorderachse und Hauptrahmen verzichten, bleibt nur noch das Herz des Traktors übrig: Die Traktorhinterachse. Mit Ihr bleibt ein effizientes Getriebe erhalten, über welches die Hinterachse mittels elektrischer Maschinen angetrieben wird. Ebenso bleiben die Heckhydraulik, die Zapfwelle und die standardisierten Anbaugeräteschnittstellen erhalten.

 

Das neue autonome Traktorkonzept von John Deere ist eine sehr kompakte elektrische Antriebseinheit mit integrierter Anlage.

Das neue autonome Traktorkonzept von John Deere ist eine sehr kompakte elektrische Antriebseinheit mit integrierter Anlage.

Der Traktor – neu gedacht 

Lasst uns auf dieser Basis unseren neuen Traktor aufbauen. Gehen wir zunächst davon aus, dass wir den Traktor auf Raupenlaufwerke setzen. An die Konstruktion bringen wir dann über eine Untersetzungsgetrieb zwei E-Motoren an und schon ist  der mechanische Teil des Antriebsstrangs fertig. Während im klassischen Traktor die Drehzahl von Dieselmotor und Hydraulikpumpen immer abhängig voneinander sind, trennen wir die zwei Systeme in unserem Zukunftstraktor voneinander, um den Antriebsstrang noch effizienter zu gestalten. Das heißt: Ein Motor ist rein für den Traktionsantrieb verantwortlich, der zweite für die Heckzapfwelle und das Hydrauliksystem – jede dieser Maschinen leistet 250 Kilowatt. 

Damit hat unser Traktorprototyp eine Leistung, die vergleichbar mit einem Traktor der 7000er oder 8000er Serie ist. Auf diesem kompakten Raum ist das nur möglich, weil die elektrischen Komponenten so kompakt und leistungsdicht sind und wir uns zunächst keine Gedanken über die Energiezuführung machen. Wie das eigentlich funktionieren soll? Dazu kommen wir gleich, noch etwas Geduld! 

So kommt die Power auf den Boden 

In unserem Traktor befindet sich ein John Deere Umrichter für die Versorgung und die Steuerung der elektrischen Maschinen. Ein zweiter Umrichter ermöglicht es uns, Energie auf ein Anbaugerät offzuboarden. Im nächsten Schritt wird dann der Antriebsstrang verkleidet. Unter dem Chassis  befinden sich ein neues Bremssystem, verschiedene Kühlkreisläufe, unter anderem für die elektrischen  Bauteile sowie Steuerungskomponenten

Ballast John Deere Schwarmtraktor

Das Ballastierungssystem ermöglicht es, den Traktor je nach Einsatz leichter oder schwerer zu machen.

Damit der Traktor seine Leistung  auf  den Boden bringt, können wir verschiedene Gewichte anbringen. Dafür haben wir ein Ballastierungssystem sowohl für das Grundfahrzeug als auch die Tracks entwickelt. Somit entscheiden wir, ob wir das Fahrzeug richtig schwer machen wollen oder eher eine leichtere Maschine brauchen, je nachdem was im Fokus steht: schwere Bodenbearbeitung oder leichtere Aufgaben.  

Ohne Vorderachse würde zumindest die Rad-Version des Traktors eventuell umkippen. Um das zu verhindern, geht der Schlepper beim  Ausbalancieren eine Symbiose mit dem Anbaugerät ein. Dabei nutzen die wir dessen Zusatzachse als zweite Achse für den Traktor. 

So entsteht eine Art Knicklenker. Als Anbaugerät können dabei herkömmliche Maschinen zum Einsatz, lediglich die Schnittstelle wird angepasst. Soweit so gut. Bleibt nur noch die Frage, woher die Energie für den Traktor kommt? Schließlich ist die zu Beginn des Beitrags getroffene Annahme einer Batterie in Schuhkarton-Größe noch weiter entfernte Zukunftsmusik.

 Traktor und Anbaugerät

Traktor und Anbaugerät gehen eine Symbiose ein und lassen sich nach dem Prinzip eines Knicklenkers steuern.

Energie vom Feldrand 

Die Lösung für unseren Prototypen ist ein Energieverteilungsfahrzeug nach dem Vorbild unseres GridCon-Traktors. Dieser wird vom Feldrand aus über ein Kabel mit Energie versorgt. Von diesem Fahrzeug aus wird die Energie dann mittels eines Kabels auf die autonomen Traktoren verteilt. Traktoren im Plural? Exakt! Denn so richtig geht das Konzept dann auf, wenn der Traktor mit weiteren Einheiten als Schwarm arbeitet. 

So wird die einmal aufs Feld gebrachte Energie auf einer größeren Fläche effizient genutzt. Durch Fortschritte in der Steuerung und beim autonomen Fahren gibt es zudem keine Probleme beim Wenden oder der Fahrt aufs Feld. Und auch in unserer Vision steht am Feldrand immer noch ein Mensch, der das Geschehen überwacht. 

Unser Schwarmtraktor ist sicher keine Technologie, die innerhalb der nächsten Jahre in Serie gehen wird. Da gilt es vorher noch einige Hürden zu nehmen, zum Beispiel in den Bereichen Infrastruktur, Zuschnitt der Höfe, Abrechnungsmodelle der Energieanbieter und Regeln und Gesetze.

Energieverteilung Schwarmtraktor

Ein Energieverteilungsfahrzeug versorgt einen Traktorscharm über ein Kabel mit Energie.

 

Elektrische Fahrzeuge freier entwickeln 

Trotzdem ist das Projekt sehr wertvoll für uns. Schließlich ermöglicht uns die Kabeltechnologie, elektrische Fahrzeuge im Feld über lange Zeiträume zu testen, ohne durch eine Leere Batterie eingebremst zu werden. Mit diesen Fahrzeugen können wir theoretisch 24 Stunden im Feld arbeiten und Erkenntnisse gewinnen. Es ist erstaunlich zu sehen, welche Ideen einem kommen, wenn man vom Feldrand beobachtet, wie so eine Schwarmeinheit über das Feld fährt.