Dieser Heukran arbeitet ohne Pilot

Im neuen Milchviehstall von Hubert Estermann in Traselingen LU arbeitet seit dem Frühling 2021 ein Bächtold-Kran autonom. Er legt das Heu ohne Bedienung in der Krankabine auf den Stock und nimmt es im Winter wieder hervor.
Die autonome Krananlage wurde in den vergangenen zwei Jahren intensiv getestet und optimiert.

«Die Anlage bietet eine grosse Arbeitserleichterung. Und wir konnten das System im Verlauf der ersten Einsätze immer weiter entwickeln», so Andreas Wittwer von der Bächtold Landtechnik AG. So wurden beispielsweise die Bewegungsabläufe so programmiert, dass sich der autonome Kran mit ineinander fliessenden runden Bewegungen durch die Heuhalle bewegt.

«Der Kran führt meist mehrere Bewegungen gleichzeitig aus und lässt die einzelnen Bewegungen ineinander fliessen. Dies steigert die Effizienz. Denn der autonome Kran muss die Leistung eines geübten Kranführers erreichen, damit das Heu weggeräumt ist, wenn das nächste Fuder abgeladen wird», stellt Andreas Wittwer die Anforderungen klar.

Der Kran ist mit vielen Sensoren bestückt

Der autonome Bächtold-Kran basiert auf dem Modell BA 8 und wird am Produktionsort in Menznau LU hergestellt. Der 3-Fach Teleskop hat 11,8 m Reichweite. Die maximale Tragkraft der Anlage beträgt bei voller Reichweite 760 kg. Damit der Kran immer genau weiss, wo er sich befindet, also vor allem wo sich die Zange gerade aufhält, sind mehrere Bewegungsachsen mit Messsystemen ausgerüstet.

Der Kran ist mit 8,5 m-Seitenfahrwerk ausgerüstet und die Längsfahrt beträgt 56 m. Der Kran wurde gegenüber dem Grundmodell mit weiteren direkt elektrisch betriebenen Antrieben ergänzt, beispielsweise das Drehen. Der direkte elektrische Antrieb lässt sich einfacher und genauer regeln als bei einer zusätzlichen hydraulischen Bewegungsumsetzung. Überall, wo der Kran beweglich ist, also etwa am Fahrwerk und am Teleskop ist eine Positionsüberwachung mit Sensoren platziert. Die Daten laufen in einen Rechner, das Kernstück der Anlage. So wie der Heukranfahrer die Kran-Stellung mit dem Auge sieht, «sieht» der autonome Kran im Rechner anhand der Sensordaten die Kran-Stellung genau gleich.

Der Kran als solches ist nicht die grosse Herausforderung des autonomen Heukran-Systems. Die Bächtold Landtechnik AG baut seit je her perfekte Krananlagen in der Schweiz. Das gilt auch für den Einbau des Krans mit einem Längsfahrwerk und einem Querfahrwerk. Dieser Einbau im neuen Heulager von Hubert Estermann war für das Unternehmen keine grosse Herausforderung.

Nebst der Bächtold Landtechnik AG ist die Firma eatec Elektro Automation GmbH aus Gontenschwil AG an der Entwicklung des autonomen Heukran beteiligt. Das Unternehmen ist mit Samuel Brunner und Simon Furrer für die Elektro-Automation zuständig. Sie haben die Anlage während des Betriebs in den ersten zwei Jahren eng betreut und optimiert.
«Das System des autonomen Heukrans ist nun soweit entwickelt, dass das System auf den Markt gebracht werden kann. Wir haben ein Grundmuster entwickelt, welches sich für autonome Anlagen für verschiedene bauliche Vorgaben adaptieren lässt», so Samuel Brunner von der eatec Elektro Automation GmbH.

Hubert Estermann wollte das Heu automatisch einlagern

Nach einem Brandfall im Jahr 2019 stand Hubert Estermann vor einem Neuaufbau. Er wollte mit dem Neubau für die Milchviehhaltung möglichst vieles automatisieren. Für das Füttern, das Melken und das Misten seiner 75 Milchkühe gab es bereits Roboter-Lösungen.

Nur die Heueinlagerung war noch nicht geregelt. Hubert Estermann dachte zunächst an ein Heugebläse, welches mit einem Dosiergerät von selbst das Heu einlagert, während er das nächste Fuder holt. «Ich wollte hier unbedingt eine Arbeitskraft einsparen, die das Heu verräumt. Es ist schwierig, Mitarbeiter zu finden und in der arbeitsreichen Saison sind automatische Abläufe besonders wertvoll», sagt Hubert Estermann. Er beschäftigt auf dem Betrieb mit angegliedertem Lohnunternehmen zwei festangestellte Mitarbeiter und während der Saisonspitzen Aushilfen.

Zu jener Zeit, als Estermann eine automatisch Lösung suchte, pröbelten Andreas Wittwer und die eatec bereits am autonomen Kran. Die Idee begeisterte Landwirt Estermann, welcher von dem Projekt Wind bekam und so fanden Hersteller und Landwirt einen Weg, den autonomen Kran im Rahmen einer Testanlage in der neuen Halle zu montieren und in der Praxis einzusetzen. Gegenüber einem Gebläse kann mit dem Kran das Futter auch entnommen oder von einem Lagerraum in einen anderen ohne Bedienung umgeschichtet werden.

Die Arbeiten, die der Kran tun soll, lassen sich betriebsindividuell abspeichern

Bei Hubert Estermann bedient der Kran auch eine Dosierbox für das Heu. Bei dieser Fütterungsweise macht sich die Automation gleich nochmals bezahlt, wenn immer neues Futter nachgegeben werden kann, ohne dass jedesmal jemand auf den Kran steigen muss. Es lassen sich sogar verschiedene Futterkomponenten in gewünschten Mengen auslagern. Auch dies erfolgt bei entsprechender Systemprogrammierung autonom.

Der Kran arbeitet hinter verschlossenen Türen

Der Zugang zur Heuhalle ist mit automatischen Toren verschlossen, welche nur mit einem Code am Schloss geöffnet werden können. Hier hat man sich an den Sicherheitsnormen der Industrie orientiert. Der Kran arbeitet nur dann, wenn die Tore verschlossen sind und sich keine Personen im Umfeld befinden.

Mit einer Fernbedieung, welche mit einem Code gesichert ist, kann Hubert Estermann das Tor vom Traktor aus öffnen. Der Kran begibt sich mit diesem Befehl in seine sichere Parkposition und bewegt sich nicht mehr. Ist das Fuder entladen und das Fahrzeug hinausgefahren, kann das Tor, wiederum mittels Code vom Traktor aus, geschlossen werden, worauf der Kran wieder startet.

Der Kran hat einen Plan, wie er das Heu einlagert

Der Kran verteilt das Heu nach einem Raster. Die Zange wird langsam geöffnet und während dem Öffnen bewegt. Dies ergibt eine gleichmässige Heufläche. Wie erwähnt hängt der Kran an einem Quer- und Längsfahrwerk. Die Längsfahrschienen erstrecken sich über 56 Meter. Die Raumbreite misst 20 Meter. Mit ca. 4500 m³ handelt sich also um eine eindrückliche Anlage.
Der Heustock ist in drei Lagerräume unterteilt und der Arbeitsbereich des Krans ist stützenfrei konzipiert.

Der Kran arbeitet mit exakten, flüssigen Bewegungen ein wenig langsamer als eine Person. Dafür braucht die Anlagen keine Pausen und ermüdet nicht, jeder Hub wird mit gleich hoher Qualität ausgeführt. Die Position des Krans wird fortlaufend errechnet und er benötigt für seine Bewegungen keinen Sichtkontakt. Zudem kann er alle sieben Achsen gleichzeitig betätigen. Dies ist so optimiert, dass er am Zielpunkt alle Bewegungen abgeschlossen hat.

Der Kran sieht den Heuhaufen und greift den höchsten Punkt

Die Entwickler haben ein Bedienterminal entwickelt, in welcher der Abholort und der Lagerraum ausgewählt werden kann. Es können dann noch zusätzliche Details befohlen werden, wie im Lagerraum das Heu verteilt werden soll.
Der Kran weiss dann also, wo das Futter abgeladen wurde und in welchen Lagerraum er es abwerfen soll. Die Anlage startet, indem sich der Kran zum Heuhaufen in der Abladezone bewegt. Wenn er sich über dem Heuhaufen befindet, macht er zunächst ein Bild mit einer 3D-Kamera. Aus dem Bild wird ein Höhenprofil generiert, das als Grundlage zum Programmablauf dient.

An den höchsten Punkt im Haufen wird nun die Zange bewegt. Dort greift sie kräftig zu. Anschliessend fährt der Kran in flüssigen Bewegungen zum Lagerraum. Dort öffnet er die Zange, holt den nächsten Hub und sucht sich den Zielort am Heuhaufen wieder mit der Kamera. Der Füllgrad der Zange misst das System ebenfalls. Wenn die Zange nicht ganz gefüllt ist, greift sie nach, damit sie für den nächsten Hub anständig beladen ist.

Aufpreis auf das ganze Jahr verteilen

Die Investition für die automatische Steuerung ist nicht unerheblich und für jeden Einsatzort und Aufgabe unterschiedlich hoch. Dazu gehören auch die Sicherheitskonzepte, in welche die Tore integriert sind. Das lohnt sich dann, wenn grosse Volumen ein- und ausgelagert werden. Der Kran sollte auch bei der Fütterung eine Funktion übernehmen und beispielsweise in einem automatischen Fütterungssystem integriert sein. Damit kann auf eine Vorratslagerung verzichtet oder das Futter kann direkt an der Futterachse verteilt werden.

Der Kran kann auch direkt einen Mischer mit frei wählbaren Komponenten aus dem ganzen Bewegungsradius der Krananlage beschicken. Der Kran kann so eine vordefinierte Futtermischung vorbereiten. Andreas Wittwer von der Bächtold Landtechnik AG meint, dass der autonome Kran rund zu 90 Prozent effektiv autonom arbeiten sollte, damit sich das System wirtschaftlich bezahlt macht.
Für die Entwicklung gewann die Bächtold Landtechnik AG den Swiss Innovation Award im Rahmen der Agrama 2022.