Automatisierung

Kleine Gleichstrommotoren für elektrische Baumscheren

08.12.2015 -

Jahr für Jahr bilden Weinstöcke Dutzende von Trieben aus. Für einen guten Wein dürfen aber nur ein oder zwei pro Stock weiter wachsen. Deshalb kappen Winzer jedes Jahr zahllose Zweige und Sprösslinge – vielfach mit motorisierten Scheren. Diese schonen die Muskulatur und beugen so der Entstehung eines Tennisarms vor. Die treibende Kraft bei den neuen, akkubetriebenen Scheren sind kleine, leichte Gleichstrommotoren.

Die Qualität von Obst und Wein hängt zu einem großen Teil von der korrekten Schnitttechnik ab: Für einen guten Wein dürfen nur ein oder zwei Triebe weiter wachsen. Alle überflüssigen Triebe werden deshalb direkt am Ansatz abgeschnitten und die Haupttriebe eingekürzt. Pro Trieb ist damit mindestens ein Schnitt nötig. Da auf einer Fläche von einem Hektar zwischen 5.000 und 10.000 Weinstöcke wachsen, kommen pro Hektar schnell um die 100.000 Schnitte zusammen. Ähnliches gilt für den Obstanbau. Die kleinen Obstbäume, die in der intensiven Landwirtschaft heute üblich sind, müssen während eines Baumlebens über hundert Mal getrimmt und gekürzt werden.

Pneumatische Systeme und ihre Grenzen
Jeder Schnitt mit einer rein mechanischen Hand-Baumschere benötigt Kraft, beansprucht Hände und Arme und führt schnell zu schmerzhaften Ermüdungserscheinungen. Schon lange gibt es deshalb automatisierte Scherenmodelle, die Winzer und Obstbauern entlasten sollen: Pneumatische Systeme beispielsweise sind weit verbreitet. Während solche pneumatische Scheren eine gute Lösung für das Schneiden von kräftigen Zweigen sind, ist die Handhabung beim Schneiden der Weinreben wenig praxisgerecht. So braucht es bei den dünnen Trieben gar nicht so viel Kraft; sie sind selten über zwei Zentimeter dick und nicht verholzt. Erschwerend kommt hinzu, dass Kompressor und Schere über einen bis zu 100 Meter langen Druckluftschlauch miteinander verbunden sind. Die Winzer müssen also, wenn sie mit dem Beschneiden einer Reihe fertig sind, zum Kompressor zurückgehen und diesen neu positionieren, bevor sie mit der nächsten Reihe fortfahren können.

Jedes Gramm zählt
Vor diesem Hintergrund bietet es sich an, die Druckluft durch elektrische Energie zu ersetzen: Moderne Lithium-Ionen Batterien haben hierfür gute Voraussetzungen geschaffen. Sie überzeugen vor allem durch ein geringes Gewicht. Der Winzer kann den Akku einfach am Gürtel befestigen oder wie einen kleinen Rucksack tragen und sich damit ohne Einschränkung auf dem Weinberg zwischen den Reihen bewegen. Die Scheren sind dann mit dem Akku über ein kurzes Kabel verbunden. In den Griffen der Scheren sind Elektromotoren integriert. „Während der Schnittsaison müssen die Bediener die Scheren oft wochenlang jeden Tag viele Stunden in der Hand halten. Jedes Gramm, das sich bei der Konstruktion der Scheren einsparen lässt, kommt dadurch der Gesundheit der Bediener zugute“, erklärt Patrizio Pellicanò, technischer Direktor bei Campagnola.
Das im Norden Italiens in Bologna ansässige Unternehmen hat ein Scherenpaar entwickelt, das den Beruf des Winzers in jeglicher Hinsicht vereinfacht. Dabei ist der Motor die ausschlaggebende Komponente, nicht nur hinsichtlich seines Gewichts. „Der Antrieb muss ein hohes Drehmoment bieten, während die Masse auf ein Minimum reduziert ist“, erklärt Christian Lucini von Faulhaber Minimotor, der für das Projekt verantwortlich ist. „Er soll zudem mit hohen Drehzahlen arbeiten, um die Schnitte so schnell wie möglich umzusetzen. Durch den Start-Stopp-Charakter dieser Arbeiten und den konstanten Belastungswechseln muss die Schere außerdem ohne Warmlauf sofort die volle Kraft zur Verfügung stellen. Ebenfalls wichtig ist ein möglichst niedriger Energieverbrauch, um die Bedienzeit zu maximieren.“

Getestet und für gut befunden
Basierend auf diesen Kriterien hat Campagnola-Antriebe verschiedener Hersteller getestet „Diesen Vergleich hat der Gleichstrom-Mikromotor der Baureihe 2657 aus dem Faulhaber-Programm eindeutig gewonnen“, erinnert sich Pellicanò. „Da der Motor gerade einmal 156 Gramm wiegt, ist das gesamte Antriebssystem 80 Gramm leichter als andere Motor-Getriebe-Kombinationen. Zusätzlich sorgt der hohe Wirkungsgrad in Verbindung mit dem niedrigen Energieverbrauch für eine Nutzungsdauer von zehn Stunden pro Akkuladung, was einer 20 Prozent höheren Akkulaufzeit gegenüber den Konkurrenzprodukten entspricht.“
Mit einem Durchmesser von lediglich 26 mm bei 57 mm Länge ließ sich der kleine grafitkommutierte Gleichstrommotor gut in das Scherenpaar integrieren. Er liefert eine Ausgangsleistung von 47,9 W und eignet sich für Drehzahlen bis 7.000 U/min bei einem Anhaltemoment von 286 mNm. Auch die Grafitkommutierung erwies sich für diese Anwendung als optimal, denn dieses Kommutierungssystem ist robust und eignet sich besonders für dynamische Hochleistungsapplikationen mit schnellem Start-/Stoppbetrieb oder periodischen Überlastbedingungen.

Komfortables Arbeiten im Weinbau
Das Pony-Modell, in dem der kleine Gleichstrommotor heute arbeitet, ist das leichteste Scherenpaar, das Campagnola anbietet und gleichzeitig eines der leichtesten Modelle auf dem Markt. Es schafft bis zu 70 Schnitte pro Minute, kann Triebe bis 2,5 mm Durchmesser schneiden und sowohl automatisch als auch manuell betrieben werden. Im automatischen Modus schließen die Schnittblätter vollständig, sobald die Finger den Abzug betätigen. Im manuellen Modus richten sich die Schnittblätter nach den Fingerbewegungen, was bedeutet, dass der Motor sehr präzise reagieren und die Ausgangsleistung exakt an die Bewegung anpassen muss. Die Scheren schützen zudem die triebstützenden Drähte. Wenn Drähte zwischen den Schnittblättern erkannt werden, stoppen die Scheren automatisch.
Ein Schnittzähler, der auch die Betriebszeiten erfasst, ermöglicht es, die Scherenbewegungen detailliert zu überwachen und erlaubt es dem Bediener, Serviceintervalle einzuhalten. Empfohlen wird eine Überholung der Scheren nach 400.000 Schnitten. „Insbesondere in großen Unternehmen laufen die Geräte für den Beschnitt von Weinstöcken und Obstbäumen permanent“, berichtet Pellicanò. „Unter dieser konstanten Belastung müssen die Scheren in der Lage sein, über vier bis fünf Jahre ohne Defekte zu arbeiten. Der kleine Motor hat sich mit seinen Eigenschaften und der hohen Verlässlichkeit im Dauerbetrieb bewährt.“

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