¶ Anbaugerät (isobusfähig)
Traktoren oder auch „Landwirtschaftliche Zugmaschinen“ waren in den 60er Jahren nicht einheitlich, es gab viele unterschiedliche Konzepte. Spätestens in den 70er Jahren hatten sich Standardschlepper mit Dreipunkthydraulik durchgesetzt, um Anbaugeräte aufzunehmen. Auch an elektronischer Unterstützung wurde damals geforscht [1]. Heutzutage sind die meisten Anbaugeräte im Heck über die Dreipunkthydraulik oder verschiedene Anhängerkupplungen (automatische Bolzenkupplung, Kugelkopfkupplung, Zugpendel) befestigt. Der ISOBUS hat die elektronischen Einzellösungen größtenteils abgelöst. Aber was bringt dieser einheitliche BUS an den Maschinen?
¶ Beschreibung
Die Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) definiert landwirtschaftliche Zugmaschinen als Fahrgeräte mit einer Mindestgeschwindigkeit von 6 km/h (§20 Abs. 3a S. 4) und ist nach EG Fahrzeugklassen in verschiedene T-Klassen eingeteilt [2]. Anbaugeräte oder Zusatzmaschinen sind nach Definition austauschbare Maschinen zur Verrichtung diverser Aufgaben beispielsweise im Straßenbau, der Grünlandpflege oder in diesem Fall der Landwirtschaft. Die Befestigung kann per Front-, Zwischenachsaufbau-, Heck- oder Seitenanbau erfolgen [3].
Verbindungen von Traktor zu Gerät sind in den meisten Fälle Steckverbindungen. Anzuhängende Geräte werden über in die Unterlenker, die diversen Anhängerkupplung oder das Zugpendel mit dem Traktor verbunden. Geräte zum Anbau werden über den Dreipunkt-Anbau angebracht. Daneben finden sich noch weitere Kupplungssysteme [4]. Für viele Arbeiten im Ackerbau oder Feldfutterbau gibt es passende Anbaugeräte, in der Ernte haben sich allerdings selbstfahrende Arbeitsmaschinen durchgesetzt [3].
Diese Geräte und Maschinen werden zunehmend mit Kommunikationstechnik ausgestattet, um Prozesse einfacher steuern zu können und die Arbeit zu dokumentieren. Hierfür wurde ein einheitlicher Kommunikationsstandard entwickelt, sodass Anbaugeräte und Maschinen jeglichen Herstellers in der Lage sind, untereinander zu kommunizieren, sofern der Standard angewendet wird.
¶ ISO 11783 und ISOBUS
Die ISO 11783 „Tractors and machinery for agriculture and forestry – Serial control and communications data network“ ist die Weiterführung der deutschen DIN 9684. Die auf dem Markt erhältlichen Geräte werden unter dem Namen ISOBUS veröffentlicht [6].
Hintergrund für die Norm ist ein einheitliches Verbindungsstück zwischen PC, Anbaugerät, Traktor [7] sowie des Betriebsmanagements [6]. Das betrifft überwiegend den elektronischen Datenaustausch. Hersteller haben zwar eigene Systeme auf den Markt gebracht, diese waren übergreifend jedoch nicht nutzbar, sodass die Agricultural Industry Electronics Foundation (AEF) zusätzliche Richtlinien für jede Funktion einführte [7]. Die AEF wurde von sieben Landwirtschaftsmaschinen-Unternehmen gegründet, heute besteht diese aus acht Hauptmitgliedern [8].
Die ISO 11783 beinhaltet heute 14 Teile [8; 6] in einem geschichteten Modell (Abb. 1).
Die einzelnen Komponenten des ISOBUS haben folgenden Funktionen [6]:
- Physikalische Datenübertragung und elektronische Versorgung über eine Steckerverbindung. Datenübertragungen finden über CAN (Controller Area Network) statt [9] (Teil 2).
- Das Netzwerk (Teil 3-5) regelt erstens Format und Struktur des Netzwerkes, zweitens die Verständigung verschiedener Netzwerkteile und drittens die Erkennung aller Funktionen der Steuerung.
- Alle höheren Komponenten dienen spezifischen Aufgaben. Teil 7, 8 und 11 dienen dem Austausch von Arbeitsgeräten, autark fahrenden Komponenten und der Prozessdatendefinition.
- Teil 12 identifiziert Teilnehmer am Netzwerk und stellt Fehlercodes dar (Diagnoseberichte).
- Teil 9, die Electronic Control Unit (ECU) vermittelt zwischen „dem geschlossenen Traktor-Bus und dem offenen ISOBUS“ [6], ausgetauscht werden Infos zu beispielsweise Geschwindigkeit und Beleuchtung. Es ist der Teil der Befehlskette, welche Infos an Bauteile des Schleppers weiter- oder wiedergibt.
- Teil 6, das Virtual bzw. Universal Terminal (VT bzw. UT) ist zentrales Steuerungselement zwischen Bediener und Maschine.
- Der Task Controller (Teil 10) regelt den Datenaustausch zwischen Systemen (bspw. PC´s) außerhalb des Gerätes.
- Der File Server (Teil 13) dient als Gerät zur Speicherbereitstellung. Befehle legen Dateien ab oder öffnen sie.
- Der letzte Teil 14, die Sequence Control, stellt ein Automatisierungssystem dar, welches Abläufe von Traktor und Anbaugeräten abspielt.
Nachfolgend die Darstellung an Anbaugerät und Traktor (Abb. 3).
Die Verwendung des ISOBUS und seiner Bestandteile kann beispielsweise über Sensoren stattfinden. Die ECU bietet analoge und digitale Abschlüsse für Sensoren und Aktoren [10]. Beispielhaft dient ein Sensorsystem das landwirtschaftliche relevante Daten liefert. Eine 3-D-Time of Flight (ToF) Kamera liefert dabei Infos zum Abstand des Messobjektes. Am Sensorausgang wird über die vordefinierte Fläche das Volumen der Frucht o.ä. bestimmt (Abb. 4).
Mit dem ISOBUS können auch Funktionen des Steer-by-Wire durchgeführt werden. Dies bezeichnet, dass Funktionen wie Bremsen oder Lenken automatisch über Elektronik ablaufen [11] (Abb. 5). Die X-by-wire Systeme funktionieren nur bei Anwendungen mit mechanischer oder hydraulischer Sicherung [9].
Tractor Implement Management (TIM) bietet über ISOBUS die Möglichkeit den Traktor vom Anbaugerät steuern zu lassen und so eine effiziente Arbeitserledigung sicherzustellen. So können der Ladewagen, die Ballenpresse oder beispielsweise die Gülletechnik die Fahrgeschwindigkeit des Traktors bedarfsgerecht - für ein optimales Arbeitsergebnis - steuern [5].
¶ Anwendungsbereich
- Applikationsmengen automatisch mit Telemetrie & ISOBUS dokumentieren
- Ökonomisch und ökologisch im Puls: bedarfsgerecht Düngen mit der SolorrowApp
- Kraftstoffkosten: Kontrolle und Einsparung dank Exatrek
- Reale Nährstoffgehalte von Gülle mit dem HarvestLab 3000 dokumentieren
¶ Quellen
- Der Schlepper in der Landwirtschaft - gestern, heute, morgen, Auernhammer, H.
- Personenschadenunfälle mit landwirtschaftlichen Zugmaschinen, GDV
- Verfahrenstechnik in der Pflanzenproduktion, UTB Taschenbuch
- Automobiltechnisches Handbuch: Bauarten, Antrieb, Fahrwerk, Franke, R.
- Tractor Implement Management (TIM) - The Implement controls the tractor, AEF
- ISOBUS - eine systematische Betrachtung der Norm ISO 11783, Wodock und Rothmund
- AEF ISOBUS Videos
- ISOBUS - The Open Hard-Wired Network Standard for Tractor-Implement Communication, Oksanen und Auernhammer
- X-By-Wire via ISOBUS Communication Network, Ehrl und Auernhammer
- ISOBUS - Demonstrator für Forschung und Lehre, Bosse et al.
- Steer-by-Wire via ISOBUS, Ehrl, M.
¶ weiterführende Quellen
- Potenziale von Open Data für die Effizienzsteigerung von mobilen Arbeitsmaschinen; Stein & Henschel
- Entwicklung eines elektrisch-mechanisch leistungsverzweigten Getriebes als Baukastensystem für landwirtschaftliche Anbaugeräte; Gentz et al.
¶ Autoren*innen
Michael Wagner, Technische Zentralstelle Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinhessen-Nahe-Hunsrück (TZ DLR-RNH)