¶ Verschieberahmen
Ein Verschieberahmen ist ein technisches Gerät zur Steuerung von Anbaugeräten für die mechanische Unkrautregulierung. Kombiniert mit einem Lenksystem wird eine automatisierte Maschinenführung von z.B. Hacken bei verschiedenen Saatreihenabständen ermöglicht.
¶ Beschreibung
In der Landtechnik wird versucht, verschiedene Technologien zur automatischen Maschinenführung zu entwickeln [1]. Hintergrund ist einerseits die Kostenreduzierung [3], andererseits die Reduzierung bzw. der Verzicht auf synthetischer Herbizide. Letzteres bedarf eines hohen Arbeitsaufwandes für die Beikrautregulierung allen voran im Ökolandbau. Im konventionellen Anbau führen unterschiedliche Aspekte, wie gesellschaftliche Anforderungen, gesetzlichen Vorgaben oder sich entwickelnde Resistenzen zum vermehrten Einsatz der mechanischen Beikrautregulierung [2].
Grundsätzlich sind die Technologien einzuteilen in Hackgeräte mit automatischer Reihenführung, automatische Hackgeräte und Feldroboter (vgl. Abb. 1) [2]:
Gängige Varianten für verwendete Lenksysteme sind:
- GPS-RTK
- Kameralenkung
- Ultraschalllenkung
Sie steuern das Anbaugerät über den sogenannten Verschieberahmen [1].
Lenksysteme stellen die einfachsten Varianten dar. Über eine Spurenerfassung die über RTK-Genauigkeit (Real Time Kinematic) läuft, werden die Fahrlinien eingehalten [2]. Die weitere Entwicklung sind Verschieberahmen. Der Rahmen verschiebt sich relativ zum Traktor und führt diesen in den Reihen. Entweder arbeitet dieser mit der schon genannten Echtzeitgenauigkeit oder einem Ultraschallsensor der mittels abtasten funktioniert oder einer Kamerasteuerung [2]. Letztere werden am häufigsten verwendet.
Einige Arbeiten beschäftigen sich mit Hybrid-Systemen integriert im Traktor. Kameras überwachen die Position der Hacken. Sie wird zusätzlich zur Fahrgeschwindigkeitssteuerung verwendet. Das Hybrid-Lenksystem arbeitet sowohl mit Kamera als auch GPS. Im Vergleich konnte diese Steuerungsvariante den Verschieberahmen ersetzen [9].
¶ Arbeitsweise kameragesteuerten Verschieberahmen
Die überwiegend kameragesteuerten Verschieberahmen können bis zu Geschwindigkeiten von 15 km/h arbeiten. Automatische Hackgeräte hingegen arbeiten mit Lichtschranken und Kameras, um alle Einzelpflanzen zu erfassen und Unkräuter zu erkennen. Ihre Arbeitsgeschwindigkeit beträgt nur etwa ein Drittel des kameragesteuerten Verschieberahmens, etwa 2-4 km/h [2].
Beim Hacken ist für den Landwirt interessant Effizient, soviel Fläche wie möglich zu bearbeiten und möglichst nah an der Reihe um viel Unkraut zu entfernen. Dafür muss er sich möglichst schnell über den Acker bewegen. Im Vergleich zum RTK-System ist der kameragesteuerte Verschieberahmen nochmal genauer, welche verglichen mit normaler menschlicher Steuerung schon große Vorteile birgt. Kamerasysteme sind je nach Software für Einzel- oder Mehrfachreihen nutzbar und verschieben anhand virtueller Linien. Das System unterscheidet Farbunterschiede und Nuancen. Je mehr Nuancen erkannt werden, desto eher werden die Reihenstrukturen erkannt. Zusätzlich wird aufgrund der Blattform unterschieden. Die übliche Art des Hackens wird Inter-Row (Reihennavigation) genannt. Dafür reicht in der Regel eine Kamera aus. Unterschiedliche Prinzipien der Kamera sind [11]:
- RGB-Farbkameras
- IR und NIR Kamera (Chlorophyll-Erkennung; Erkennung abgestorbener & lebender Biomasse)
- Multispektralkameras.
Kameras übernehmen genau die zu Beginn des Abschnittes genannten Faktoren. Hohe Arbeitsgeschwindigkeit, damit erhöhte Flächenbearbeitung und eine sehr exakte Entfernung des Unkrautes. Damit muss der Fahrer im Prinzip nur die Spur halten, während der Rahmen automatisch verschoben wird [12]. Fehler durch falsche Maschineneinstellungen oder Unachtsamkeiten werden minimiert. Ein weiterer Aspekt der Kamera ist es, Updates per WLAN zu laden. So könnten der Kamera neue Daten zu Unkräutern aufgespielt werden [13]. Zusätzlich sind Kameras unabhängig von Signalen verglichen mit RTK-Systemen [15]
Problematisch können Kameras werden, wenn der Unkrautdruck oder hohe Staubentwicklung das Bild beeinträchtigen. Auch hohe Pflanzen & Seitenwind können der Kamera eine versetzte Pflanzenmitte vorspielen [14].
¶ Anbieter im Überblick
Für Hacken stehen einige Anbieter zur Auswahl. Zwei Hersteller werden nachfolgend vorgestellt (Tab 1.)
Tab.1: Anbieter und Systembeschreibung ihrer angebotenen Verschieberahmen
| Anbieter | Systembeschreibung |
| Hatzenbichler |
Hatzenbichler bietet einen Verschieberahmen mit kameragesteuerter Autolenkung. Er ist nur auf Hackmaschinenmodelle dieses Herstellers anwendbar. Die Kamera mit zwei Aufnahmelinsen erkennt die darunterliegende Pflanzenreihe. Korrekturen berechnet der Bordcomputer. Dieser leitet Befehle an den Verschieberahmen weiter. Das System wird in 3 Varianten angeboten, je nach Bedarf an Reihen. Der Verschieberahmen ist über 3-Punkt-Anhängung anzubringen [5]. |
| Schmotzer |
Auch Schmotzer setzen auf ein Reihenführungssystem aus Steuereinheit und Verschieberahmen. Die OKIO-Kamera nimmt 30 Bilder pro Sekunde auf, die ans Terminal weitergeleitet werden und dann zur Reihensteuerung. Farberkennung ermöglicht die Unterscheidung von Nutzpflanze zu Unkraut. Ein optionaler Hangsensor ermöglicht Steigungen bis 40%. Das SCHMOTZER-HORUS System erkennt Pflanzenreihen und gibt Geschwindigkeit etc. ans Terminal und verschiebt den Rahmen bei Bedarf. Der Fahrer kann jederzeit eingreifen. Optionale Lichter ermöglichen ein Arbeiten im dunklen. Der Verschieberahmen kommt in 3 Varianten, Linear (AV 4), Parallel (AV 5) [6]. |
Weitere Hersteller sind:
¶ Diskussion und Fazit zur Technik
Die Herbizideinschränkung fordert mechanische Techniken in Form von Hacken. Unabhängig von der Variante werden [15, 16]:
- exaktere Ergebnisse auf dem Acker geschaffen
- der Fahrer entlastet [2]
- Arbeitszeiten erweitert
- Arbeitsgeschwindigkeiten drastisch erhöht
- Kosten durch Personalwegfall eingespart
Es konnte in Versuchen festgestellt werden, dass bei sehr starkem Gefälle der Abdrift der Hackmaschinen nicht ausgeglichen werden konnte, besonders die kameragesteuerte Variante ist davon betroffen [1]. Folglich ist mit hohen Verlusten der Kulturpflanzen zu rechnen. Beim Arbeiten in stark verunkrauteten Arealen zeigten Ultraschallsysteme starke Nachteile.
Positiv bewertet wird das Kamerasystem in Sachen Einsatzsicherheit, da es keinen Signalempfang benötigt. Gleichzeitig kann es aber auch erst bei einem gewissen Wachstumsfortschritt der Pflanzen genutzt werden [1].
Zu berücksichtigen ist, dass sich Kulturpflanzen und Unkräuter eindeutig unterscheiden lassen. Sonst ist bei Ultraschall und Kameras mit Schwierigkeiten zu rechnen. Bei automatischen Systemen ist die Abmessung so gestaltet, dass sie nur in bestimmten Weiten nutzbar sind [2].
Wird geplant sich ein solches System anzuschaffen, ist mit hohen Anschaffungskosten zu rechnen, die sich bis zu 180.000 € erstrecken. Die Robotik ist in den meisten Fällen anpassbar und auch langfristig in kleinstrukturierten Betrieben nutzbar [2]. In konventionellen Betrieben ist mit einer deutlichen Reduzierung bzw. Verzicht auf Pflanzenschutzmitteln zu rechnen, wobei im Ökolandbau der Energieverbrauch durch thermische Abflämmen gemindert wird [2].
Abschließend die Vor- und Nachteile der gängigen Systeme auf einen Blick (Tab. 2):
Tabelle 2: Vor- und Nachteile untersuchter Systeme zum vereinfachten Hacken [4]
| Lenksystem kameragesteuert | Lenksystem GPS-gesteuert |
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¶ Anwendungsbereich
Hier folgen passende Praxisbeispiele von FARMPRAXIS.
¶ Quellen
- Automatische Lenksysteme zur Unterstützung der mechanischen Beikrautregulierung: S. Staub, S. Brell
- Automatisierte mechanische Unkrautregulierung: S. Heuser et al.
- Systeme zur mechanischen und mechanisch-chemischen Unkrautregulierung in Zuckerrüben (Beta vulgaris subp. vulgaris) - Versuche in Niedersachen: G. Warnecke-Busch, M. Mücke
- Neue Hacksysteme - Präszise, aber noch nicht überall einsetzbar: H. Dierauer
- Kameragesteuerte Autolenkung: T. Hatzenbichler
- Komfort für den Fahrer, Präzision bei der Arbeit: Schmotzer
- Hacktechnik: Einböck
- IC-Light: Steketee
- Traktor-Integrierte aktive Gerätesteuerung für Hochgeschwindigkeitshacken: M. Heinold et al.
- PSR Lenksysteme - Reichhardt
- Das Auge der Hacke. So funktionieren Hacken mit intelligentem Kamerasystem: Höner, G. bei topagrar
- Kameragesteuerte Autolenkung. Höhere Arbeitsgeschwindigkeit und höhere Flächenleistung durch vollautomatische Steuerung: Hatzenbichler
- Komfort für den Fahrer, Präzision bei der Arbeit: Schmotzer
- Precision&Smart Farming - Mit GPS, Kamera & Ultraschallsensoren: Berndl, C.
- Beikrautregulierung in Ökobetrieben mit Gemüsekulturen unter besonderer Betrachtung von moderner RTK-Steuerungs-, Ultraschall- und Kameratechnik inkl. Arbeitswirtschaft & Kosten": Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau
- Kameragesteuerte Hacktechnik: Landwirtschaftliches Zentrum für Sojaanbau und Entwicklung
¶ weiterführende Quellen
¶ Autoren*innen
Michael Wagner, Technische Zentralstelle Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinhessen-Nahe-Hunsrück (TZ DLR-RNH)