Flory Industries wird für die Nussernte aufgeladen

Feldheber spielen eine wichtige Rolle bei der Ernte von Baumnüssen wie Mandeln, Pekannüssen, Haselnüssen, Walnüssen und Pistazien. Sie werden zum Umladen der Nüsse in Trichterwagen oder auf Halden eingesetzt und erleichtern während der Herbsternte die Verarbeitung von täglich 22.000 bis 113.000 kg Produkt.

Der elektrische Feldheber Flory 4840E soll täglich bis zu 58 kg CO2-Emissionen pro Maschine im Feld einsparen. (Foto: Flory Industries)

Dieselbetriebene Feldheber verbringen zwischen den Ladevorgängen etwa 80 % ihrer Betriebszeit im Leerlauf, was etwa 45 % des gesamten Kraftstoffverbrauchs ausmacht. Solche langen Phasen des unproduktiven Betriebs, unterbrochen von einem Bedarf an sofortiger Leistung, machen diese Geräte zu einem idealen Ziel für einen elektrifizierten Antriebsstrang.

Flory Industries, ein führender Hersteller von Geräten zur Nussernte, erkannte das Potenzial der Elektrifizierung in dieser Anwendung und suchte nach potenziellen Lieferanten.

„Anfang 2023 trafen wir uns mit mehreren großen OEMs, die große Lithium-Ionen-Batterien anbieten“, sagte Kyle Dreyer, PE, Ingenieur bei Flory Industries. „Wir entschieden uns für Caterpillar aufgrund der unübertroffenen Unterstützung, die sie uns bei unseren Dieselmotorprojekten geboten haben. Wir wussten, dass Cat und unser Cat-Händler Holt of California von unschätzbarem Wert sein würden, um dieses Projekt von der Konzeption bis zur Fertigstellung zu begleiten.“

Das daraus resultierende Demonstrationsprojekt ist die erste Präsentation einer Prototypmaschine durch einen Drittanbieter-OEM, bei der die Batterielösung von Caterpillar zum Einsatz kommt.

Komponenten der Elektrifizierung

Der Prototyp des elektrischen Feldaufzugs Flory 4840E nutzt ein Portfolio an elektrischen Antriebskomponenten von Rexroth eLion – darunter einen 130-PS-Elektromotor – gepaart mit einer 600-Volt-Lithium-Ionen-Batterie von Cat mit 64 kWh.

Das Demonstrationsprojekt ist die erste Präsentation eines Prototyps eines OEM-Herstellers mit der Batterielösung von Caterpillar. (Foto: Flory Industries)

„Wir haben uns für das Rexroth eLION-Komponentenportfolio entschieden, weil es alles liefert, was wir für den Antrieb und die Ladung unseres Aufzugs benötigen“, sagte Dreyer. „Die Unterstützung von Rexroth und unserem Rexroth-Integrationspartner Hydraulic Controls Inc. war ein weiterer entscheidender Faktor.“

Die Komponenten arbeiten mit Spannungen von 275 bis 825 VDC. „Das hat uns motiviert, die 600-Volt-Cat-Batterie zu verwenden – und weil 600 Volt für alle zukünftigen elektrifizierten Maschinen ausreichen würden“, betonte Dreyer. „Die Caterpillar-Batterie wurde intern entwickelt und ist flexibel und modular aufgebaut. Diese beiden Faktoren gaben uns die Zuversicht, dass sie zuverlässig ist und keine Lieferkettenprobleme verursachen würde.“

Die Batterie- und Antriebskomponenten benötigen Flüssigkeitskühlung. „Wir haben uns an AKG gewandt, einen bewährten Kühlpaketlieferanten für unsere Motoren. Die AKG Green-Produktfamilie bot genau die Lösungen, die wir brauchten“, sagte Dreyer. „Wir nutzten das 5-kW-Batterie-Wärmemanagementsystem für den Batteriekreislauf. Und wir nutzten das Hochleistungs-Leistungselektronik-Kühlsystem, um die eLion-Komponenten auf der richtigen Temperatur zu halten.“

Integrierte Lösung

Holt of California, der lokale Cat-Händler, hat sein spezifisches Wissen über die Gerätearchitektur und Arbeitszyklen von Flory eingesetzt, um das Demonstrationsprojekt täglich bei der Entwicklung, Integration und Prüfung zu unterstützen.

Die Ingenieure optimieren das System mit dem Ziel, einen standardmäßigen 10-Stunden-Betrieb im Feld mit einer einzigen Ladung zu ermöglichen und die Batterie über Nacht vollständig aufzuladen. Das Team integriert die Batterien mit Wechselrichtern, Motoren, elektronischen Steuerungen, digitalen Diensten und anderen wichtigen Technologien in eine leistungsstarke Lösung, die laut Caterpillar häufige Benutzerbedenken berücksichtigt und gleichzeitig die zahlreichen Vorteile demonstriert.

Durch den Ersatz des herkömmlichen Motors durch einen elektrifizierten Antriebsstrang soll das neue System die CO2-Emissionen pro Maschine im Feld täglich um bis zu 58 kg reduzieren und gleichzeitig die Kosten für Dieselkraftstoffkauf, Transport und Lagerung einsparen. Ein Diesel-Feldheber verbraucht pro 10-Stunden-Arbeitstag etwa 95 Dollar Kraftstoff, so Dreyer, während der elektrische Feldheber 4840E im gleichen Zeitraum nur 5 Dollar Strom verbraucht.

Der 4840E bietet zudem sofortiges Drehmoment. „Die Maschine blieb nie aufgrund eines überlasteten Bandes stehen. Diesel-Aufzüge bleiben gelegentlich stehen, und der Landwirt muss dann Nüsse vom Band schaufeln“, betonte Dreyer.

Ein weiterer Vorteil ist die geringe Geräuschentwicklung. „Der 4840E arbeitet zwischen den Entladevorgängen nahezu geräuschlos“, so Dreyer. „Die Geräuschreduzierung ist für die umliegenden Häuser von Vorteil und erfreute sich bei den Landarbeitern einer überraschend hohen Beliebtheit.“

Darüber hinaus sagte Dreyer, dass der San Joaquin Valley Air Pollution Control District bis zu 85 Prozent der Kosten des Elektromodells übernehmen könne, wenn der Landwirt einen alten Diesellokator zurückgibt.

Cat-Batterie im Elektro-Feldlift Flory 4840E. (Foto: Caterpillar)

Die Entwicklung ist im Gange

Die Ingenieure von Flory koordinieren das Demonstrationsprojekt vom Firmensitz und Entwicklungszentrum in Salida, Kalifornien, aus und werden dabei von den Teams von Caterpillar und Holt of California in der Region Sacramento unterstützt. Der erste Prototyp hat die Ernteerprobung im Jahr 2024 erfolgreich absolviert (siehe unten).

Laut Dreyer hofft Flory Industries, durch das Projekt Fachwissen im Bereich batterieelektrischer Antriebsstränge zu sammeln, um bereit zu sein, wenn Vorschriften oder technologische Fortschritte die Elektrifizierung zur bevorzugten Lösung machen.

„Wir wollten auch Beziehungen zu Lieferanten im Bereich batterieelektrischer Maschinen aufbauen“, sagte er. „In der Landwirtschaft gibt es viele Maschinen mit Dieselmotoren mit niedriger Einschaltdauer. Wie unser Feldheber sind sie ein hervorragendes Beispiel für die Umstellung auf Batteriebetrieb.“

Das Projekt 4840E bietet Landwirten bereits Anlass, über ihre Ansichten zu Elektrogeräten und die Herausforderungen beim Aufladen in abgelegenen Gebieten zu sprechen.

„Die Landwirte sind gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen sehr aufgeschlossen“, sagte Dreyer, „vor allem, wenn sich dadurch ihre Betriebskosten senken lassen.“

Piloteinheiten des elektrischen Aufzugs 4840E sollen 2025 für Kunden verfügbar sein, die volle Produktion wird für 2026 erwartet.

Anmerkung des Herausgebers: Das Prototyp-Demonstrationsprojekt von Caterpillar und Flory Industries war Finalist für die Off-Highway-Produktanwendung des Jahres bei den Power Progress Summit Awards 2024.

Ergebnisse der Feldtests

Der während der Herbsterntezeit im kalifornischen Central Valley durchgeführte Feldtest des elektrischen Feldhebers Flory 4840E hat erfolgreich gezeigt, dass ein batteriebetriebener 600-Volt-Antriebsstrang die Leistung, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit eines herkömmlichen 74-PS-Dieselmotors liefern kann, während gleichzeitig der Wartungsaufwand reduziert wird und der Betrieb ohne Abgasemissionen erfolgt, erklärte Caterpillar.

Mit Unterstützung von Holt of California wurde der Prototyp sieben Wochen lang in Mandel- und Walnussplantagen in Kalifornien getestet, unter anderem auf Heinrich Farms, einem 480 Hektar großen Ackerbaubetrieb in Modesto. Dort lief das Gerät einen ganzen zehnstündigen Arbeitstag lang mit einer einzigen Ladung und verlud während des Tests 190.000 Kilogramm Nüsse auf Anhänger.

Der elektrische Prototyp während der Ernteerprobung 2024. (Foto: Flory Industries)

Um die Einschränkungen durch die Netzunabhängigkeit zu überwinden, lud Heinrich Farms den elektrischen Feldheber über Nacht außerhalb der Arbeitszeiten vollständig auf. Dazu verwendete er das mobile Batterie-Energiespeichersystem Cat XES60 Compact ESS, das eine Kapazität von bis zu 56,8 kWh bietet.

„Der elektrifizierte Feldheber von Flory war zuverlässig und entlud unsere Ernte genauso schnell wie herkömmliche Dieselmaschinen und war dabei deutlich leiser“, sagte Jerad Heinrich, Obstplantagenleiter von Heinrich Farms. „Er hielt einen ganzen Arbeitstag ohne Ladepause durch, und wir freuen uns darauf, ihn bei unserer nächsten Ernte wieder einzusetzen, da sich die Technologie ständig weiterentwickelt.“

Der batteriebetriebene Aufzug ist für die Konfiguration mit Cat Connect ausgelegt, sodass Gerätebesitzer und Cat-Händler die Leistung während des Betriebs und der Ladezyklen aus der Ferne überwachen können.

„Wir haben durch die Zusammenarbeit mit Flory wertvolle Erkenntnisse gewonnen, um unser Wissen über Elektrifizierung und Hochspannungssysteme auf die anspruchsvollen Bedingungen kalifornischer Farmen anzuwenden“, sagte Steve Ferguson, Senior Vice President von Caterpillar Industrial Power Systems. „Dieses Projekt zeigt, wie Caterpillar erfolgreich mit anderen Innovatoren zusammenarbeitet, um Technologien zu entwickeln, die die Leistung und Zuverlässigkeit elektrifizierter Maschinen auf realen Baustellen maximieren. Caterpillar bietet seinen Kunden Zugang zum gesamten Ökosystem – von Komponenten über Erkenntnisse bis hin zur Ladeinfrastruktur.“