Parallelfahrsysteme

Überblick

• Parallelfahrsysteme eignen sich für viele fahrzeuggebundene Arbeiten in den Bereichen Bodenbearbeitung, Aussaat, Beikrautkontrolle, Pflanzenschutz, Düngung und Ernte von Flächen- und Reihenkulturen.
• Sie führen zu einer höheren Lenkgenauigkeit, entlasten den Fahrer und vereinfachen die Durchführung von Pflegearbeiten beim Einsatz von Hacken und Unterblattspritzvorrichtungen. Durch eine Verminderung der Überlappung können Zeit, Pflanzenschutz- und Düngemittel sowie Treibstoff eingespart werden.
• Parallelfahrsysteme nutzen für die Positionierung Satellitenortung (siehe Beitrag «Globale Navigationssatellitensysteme»), Ultraschall oder Kameras. Die Kosten variieren abhängig von Funktionsumfang, Genauigkeit, Traktorvorausstattung und Anbieter stark. Parallelfahrhilfen sind ab etwa CHF 1000, Lenkassistenzsysteme einfacher Genauigkeit ab etwa CHF 10’000 und automatische Parallelfahrsysteme höchster Genauigkeit ab etwa CHF 20’000 erhältlich.
• In der Schweiz werden rund 1300 satellitenbasierte Parallelfahrsysteme höchster Präzision genutzt (Stand 2019).

GPS- und kameragesteuerete Lenksysteme: Stand der Technik und Trends (© FiBL, Agroscope, FRI)

Anwendungsgebiete und Vorteile

• Beim Grubbern mit grossen Arbeitsbreiten sorgen Parallelfahrsysteme für eine genaue Anschlussfahrt, ermöglichen eine Bearbeitung in Beeten, reduzieren die Überlappung und vermeiden unbearbeitete Streifen.
• Wo Spuranreisser kaum in den Boden eindringen, keine Spuren (Mulchsaat/Direktsaat) oder zu grosse Furchen hinterlassen, sind Parallelfahrsysteme die geeignete Lösung, um diese Nachteile auszugleichen.
• Beim Anbauverfahren Strip Till erfolgt die Bodenbearbeitung in schmalen Streifen. Mit Parallelfahrsystemen können diese exakt angelegt werden. Mit den abgespeicherten Fahrspuren erfolgt die Aussaat präzise im bearbeiteten Streifen. Auch kann eine Bandspritzung von Reihenkulturen nach der Saat präzise durchgeführt werden.
• Beim Säen oder Pflanzen ermöglichen Parallelfahrsysteme das Anlegen gerader Spuren. Damit kann die Unkrautkontrolle mit Hackgeräten effizienter durchgeführt werden. Wenn an Anbaugeräten besondere Präzision erforderlich ist, erfolgt die Lenkung dieser Geräte über separate Parallelfahrsysteme.
• Beim Pflanzenschutz oder Düngerstreuen im Vorauflauf und auf Grünland helfen Parallelfahrsysteme, die Spur zu halten und diese nach dem Wiederbefüllen wiederzufinden. Unerwünschte Überlappungen werden verhindert.
• In Intensivkulturen wie dem Gemüsebau kann mit einer Fahrspurplanung die Position von Fahrspuren permanent festgelegt werden. Die Einteilung des Bodens in Fahr- und Wachstumszonen vermindert den negativen Einfluss der vor allem im Bereich von Pflege- und Erntefahrspuren auftretenden Bodenverdichtungen.
• Eine Arbeitszeitoptimierung ergibt sich, da nicht mehr Spur an Spur gefahren werden muss. Mit den Systemen können einfach Fahrspuren übersprungen und damit die Wendezeit verringert werden.
• Eine Optimierung des Einsatzes von Betriebsmitteln und Hilfsstoffen ergibt sich, da die geringere Arbeitsbreitenüberlappung Diesel, Pflanzenschutz- und Düngemittel einspart.
• Die Ergonomie wird verbessert. Parallelfahrsysteme entlasten insbesondere bei schlechter Sicht, Dunkelheit und Nebel. Da die manuelle Lenktätigkeit entfällt, bleibt die Konzentrationsfähigkeit länger erhalten.
• Die Gestaltung neuer Anbausysteme wie Relay-Intercropping wird möglich: Auf dem gleichen Feld werden mehrere Kulturen wie Getreide und Soja parallel angebaut. Mit Parallelfahrsystemen wird die Zweitkultur zwischen die Reihen der Erstkultur gesät.

Technologieüberblick

Die meisten Parallelfahrsysteme verwenden zur Spurführung ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS) (siehe Beitrag «Globale Navigationssatellitensysteme»). Soll sich die Lenkung am tatsächlichen Pflanzenbestand orientieren, wie zum Beispiel beim Hacken in Gemüsereihen, werden Sensoren genutzt.

Unterschiedliche Anwendungen, unterschiedliche Genauigkeiten

Je nach Anwendungszweck werden unterschiedliche Lenkgenauigkeiten von ± 30 cm bis ± 3 cm benötigt.

Je nach Anwendung braucht es unterschiedliche Lenkgenauigkeiten.

Eine Genauigkeit von ± 30 cm eignet sich für grosse Arbeitsbreiten bei der Grunddüngung und organischen Düngung mit überlappenden Streubildern. Für die Bodenbearbeitung (Scheibeneggen, Grubber, Saatbettkombinationen) mit grossen Arbeitsbreiten und genauem Anschlussfahren braucht es eine Spur-zu-Spur-Genauigkeit von ± 10 cm. Zum präzisen Säen, Pflanzen und Hacken muss es noch genauer sein, hier braucht es hochpräzise Systeme mit einer Genauigkeit im Bereich von etwa ± 3 cm.

Satellitenbasierte Lenksysteme decken alle Genauigkeitsbereiche ab, sensorbasierte Lenksysteme den hochpräzisen Bereich von ± 3 cm.

Überblick über die verschiedenen Arbeiten und die dafür geeigneten Genauigkeitsbereiche

Satellitenbasierte Parallelfahrsysteme

Planung und Nutzung von Fahrspuren

GNSS-Parallelfahrsysteme ermöglichen das exakte Abfahren zuvor definierter Ausgangsfahrspuren. In der Praxis sind hauptsächlich gerade Fahrten von Punkt A nach Punkt B und das Konturfahren entlang geschwungener Vorgängerspuren verbreitet. Die Erstellung der Fahrspuren kann entweder direkt auf dem Traktorterminal durch ein manuelles Setzen von Start und Endpunkt oder durch Planen in einer Software am Computer erfolgen. Als Referenz für die Fahrspur dienen dort die Feldgrenzen. Die Fahrspuren können danach ans Traktorterminal übertragen und dort abgearbeitet werden.

Wie lenken? Manuelle Parallelfahrhilfen, Lenkassistenzsysteme oder Lenkautomaten

Parallelfahrsysteme werden nach der Umsetzungsart der Lenkkorrektur in manuelle Parallelfahrhilfen, Lenkassistenz- und automatische Systeme unterschieden. Wer genau fahren möchte, braucht ein System mit integrierter Lenkkorrektur. Für präzise Arbeiten sind nur Lenkassistenz- und automatische Systeme geeignet.

Manuelle Parallelfahrhilfen zeigen auf einem Lichtbalken an, wie stark der Fahrer korrigieren muss. Sie werden nur bei Genauigkeiten von ± 30 cm eingesetzt. Der Entlastungsgrad ist gering und es gibt auch keine zusätzliche Zeit, um andere Kontrollaufgaben wahrzunehmen. Die manuellen Systeme werden häufig als Einstiegssystem verkauft, mit der Option, später einen Lenkeingriff nachzurüsten. Sie werden bei grossen Arbeitsbreiten in der Bodenbearbeitung sowie bei der Düngerausbringung auf Acker- und Grünland verwendet. Mit einer Markierungsfunktion ausgestattet, können sie beispielsweise auch genutzt werden, um nach dem Wiederbefüllen des Düngerstreuers wieder an der richtigen Stelle fortzufahren.

Lenkassistenzsysteme setzen die Positionsabweichung direkt in eine Lenkkorrektur um. Bei den meisten Systemen wird mit einem Elektromotor mit Reibrad direkt das Lenkrad angesteuert beziehungsweise bei einer herstellerspezifischen Nachrüstung das Serienlenkrad gegen ein Lenkrad mit integriertem Motorantrieb ausgetauscht. Das Parallelfahrsystem kann so schnell vom einen auf den anderen Traktor umgebaut werden. Eine Ausrüstung mit zusätzlichen, fest eingebauten Lenkkomponenten entfällt. Die Lenkassistenzsysteme haben dieselbe Funktion wie manuelle, entlasten den Fahrer aber spürbar, da er sich nicht mehr auf eine Anzeige konzentrieren muss. Das Lenken im Vorgewende erfolgt manuell. Da der direkte Lenkeingriff schneller ist als der manuelle, kann die bessere Genauigkeit höherwertiger Satellitenempfänger ausgenutzt werden.

Lenkautomaten haben alle Komponenten im Traktor integriert. Die Lenkkorrektur wird direkt über das hydraulische Lenkventil umgesetzt. Der Fahrer bedient das System über das Terminal und allfällige Funktionsschalter. Systeme mit integrierter Lenkkorrektur haben Vor- und Nachteile. Einerseits hat der Fahrer mehr Kapazität für das Wesentliche, da er sich voll und ganz auf die Arbeit der Maschine konzentrieren kann. Andererseits kann es bei langen Schlägen allenfalls zu Monotonie, Langeweile und Einschlafneigung kommen. Da bei Hindernissen in der Fahrspur in der Regel manuell ausgewichen werden muss, ist dieser Punkt nicht zu vernachlässigen.

Möglichkeiten des Lenkeingriffs im Überblick

	Lenkhilfe	Lenkassistent	Lenkautomat
Funktion	Ein Lichtbalken oder Bildschirm zeigt die Soll-Spur und die Richtung der Abweichung auf. Gelenkt wird aber manuell.	Spurführung über elektrischen Lenkradmotor	Integriertes, hydraulisches Lenksystem, welches die Lenkbewegung direkt in der Lenkhydraulik vornimmt
Genauigkeit	eher ungenau, rudimentäre Orientierungshilfe	abhängig vom Korrekturdienst von ± 30 cm bis ± 3 cm	abhängig vom Korrekturdienst von ± 30 cm bis ± 3 cm
Anwendung	Pflanzenschutz im Vorauflauf, Düngung und Stoppelbearbeitung	Bodenbearbeitung, Düngen, Mähen und Pflanzenschutz	alle Arbeiten
Vorteile	einfach nachrüstbar, günstig	nachrüstbar, automatisches System	hohe Genauigkeit, reaktionsschnell, ermöglicht Vorgewende-Management
Nachteile	ungenau, die Fahrerentlastung ist gering	reaktionsträge, Lenkrad dreht mit, Kosten geeignet für Fahrgeschwindigkeiten unter 5 km/h	Kosten, aufwendige Nachrüstung, falls Traktor nicht vorgerüstet

Ausgleich von Schwankungen und Abdrift

Den Einfluss von Hangneigung und schwankenden Bewegungen während der Fahrt kompensieren Neigungssensoren. Sie halten den Traktor stabil und vermeiden eine Drift hangabwärts beziehungsweise Schlangenlinienfahrt. Wenn auch der Traktor in hügeligem Gelände spurgenau fährt, so kann es doch sein, dass das Anbaugerät nicht exakt folgt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Antenne im Regelfall auf dem Traktor und nicht auf dem Gerät montiert ist. Durch die Dynamik im Anbausystem wird am Anbaugerät nie dieselbe Genauigkeit wie an der Antennenposition erreicht.

Zur Korrektur können Maschinen mit einem zusätzlichen Navigationssystem ausgerüstet werden. Die Positionskorrektur erfolgt über steuerbare Scheibensechen oder einen hydraulischen Verstellrahmen im Dreipunkt. Für angehängte Maschinen gibt es Nachlaufsteuerungen, die dafür sorgen, dass das Gerät direkt in der Traktorspur läuft.

Sensorbasierte Parallelfahrsysteme

Wenn die Lenkung nicht an einer GNSS-Soll-Fahrspur orientiert sein soll, sondern am tatsächlichen Pflanzenbestand wie zum Beispiel beim Hacken in Gemüsereihen, müssen die Pflanzen direkt abgetastet werden. Mit Sensoren kann mit einfacherem technischem Aufwand in einem Genauigkeitsbereich von ± 3 cm gefahren werden. Mechanische Taster funktionieren gleich wie die in Maisgebissen an Feldhäckslern eingesetzten Taster zur Reihenerkennung. Sie können bei Vorhandensein einer mechanisch belastbaren Leitlinie wie einer Pflanzenreihe (z. B. Beeren und Mais), einem Erddamm oder einer Furche im Boden genutzt werden. Ultraschallsensoren tasten berührungslos grössere, einheitliche Flächen wie Blattflächen in Obst- und Weinanlagen, Grünfutter-Schwaden oder Furchen im Boden ab. Leitlinien werden auch optisch mit zwei- und dreidimensional arbeitenden Digitalkameras erkannt. Diese Systeme werden vor allem im Gemüsebau zur Steuerung der Hackgeräte zwischen den Reihen eingesetzt, können aber auch den Traktor lenken.

Parallelfahrsysteme ohne GNSS: Mechanische Reihentaster in Mais und Salat; Fahrspur- und Pflanzenerkennung mit Ultraschall; Kameraerkennung der Pflanzenreihen

Arbeitswirtschaftliche Aspekte

Die Entlastung des Fahrers vom Lenken kommt vor allem bei Arbeitsgängen zugute, bei denen gleichzeitig Maschineneinstellungen überwacht werden müssen. Auch bei ungünstigen Sichtbedingungen in der Nacht oder bei Nebel und bei nachlassender Konzentration kann jeweils präzise gefahren werden.

Die Zeitgewinne beim Wenden liegen abhängig vom Arbeitsgang, dem Verhältnis von Arbeitsbreite zu Wenderadius und der Wendeform zwischen 1 und 8 Sekunden bzw. 3 und 30 Prozent. Den grössten Einspareffekt bietet der Wechsel von der Wende in Schwalbenschwanzform zur Wende mit Überspringen von Fahrspuren. Kann die Wende in Omegaform mit direktem Anschluss an die letzte Fahrspur gefahren werden, wie es zum Beispiel bei grossen Arbeitsbreiten in der Grünlandbewirtschaftung möglich ist, sind die Einsparmöglichkeiten gering. Einige Parallelfahrsysteme bieten in Verbindung mit einem Vorgewende-Management zum automatischen Ausheben der Anbaugeräte die Möglichkeit eines automatischen Wendevorgangs. Die Automatisierung vermindert den Wendezeitbedarf gegebenenfalls nochmals um einige Sekunden.

Hinsichtlich reduzierter Überlappung kann je nach Arbeitsgang und Arbeitsbreite von 3 bis 10 Prozent weniger Überlappung mit entsprechenden Mittel-, Treibstoff- und Arbeitszeiteinsparungen ausgegangen werden.

Auf den PFLOPF-Betrieben (PFLOPF siehe www.pflopf.ch) gab es bei einer 21-Meter-Spritze eine Reduktion von maximal 5 Prozent. Bei 15 Metern Arbeitsbreite waren es maximal 4,5 Prozent. Nebst einer tatsächlich verringerten Überlappung gab es ohne Lenksystem vielfach Fehlstellen und nach der Umstellung eine leichte Überlappung.

Eine sehr starke positive Auswirkung haben Parallelfahrsysteme beim Einsatz von Hackgeräten. Diese werden klassisch mit einem Steuermann auf dem Hackgerät gefahren. Wird mit einem Parallelfahrsystem ausgesät und gehackt, entfällt der Steuermann und es kann je nach Kultur und Einsatzverhältnissen etwa doppelt so schnell gefahren werden. Dadurch sinkt der Gesamtarbeitszeitbedarf auf etwa ein Drittel und die Flächenleistung beim Hacken verdoppelt sich nahezu.

Betriebswirtschaftliche Aspekte

Die Kosten für ein satellitenbasiertes Parallelfahrsystem variieren abhängig von Funktionsumfang, Genauigkeit, Umfang der Traktorvorausstattung und Anbieter stark. Parallelfahrhilfen von einfacher Genauigkeit sind ab etwa CHF 1000, Lenkassistenzsysteme mit einfacher Genauigkeit ab etwa CHF 10’000 und automatische Parallelfahrsysteme von höchster Genauigkeit ab etwa CHF 20’000 erhältlich. Hinzu kommen bei präzisen GNSS-Systemen jährliche Kosten für Korrektursignale in Höhe von CHF 600 bis CHF 1500 pro Fahrzeug. Sensorbasierte Parallelfahrsysteme liegen im Bereich von etwa CHF 10’000 bis CHF 20’000. Die jährlichen Gesamtkosten für ein Parallelfahrsystem liegen bei einer Nutzungsdauer von zehn Jahren je nach System zwischen etwa CHF 150 bis CHF 5000.

Generell lassen sich alle Parallelfahrsysteme modular auf vorhandenen Traktoren nachrüsten, es braucht keinen Neukauf. Viele Traktoren besitzen heute ab Werk eine Vorausstattung für die spätere, einfache Nachrüstung von GNSS-Parallelfahrsystemen. Dies senkt die Nachrüstungskosten im Vergleich zu einem Traktor ohne Vorausstattung.

In der Schweiz können durch Mittel-, Treibstoff- und Arbeitszeiteinsparungen durch geringere Überlappung im Getreidebau Intenso ungefähr CHF 15 pro Hektar Anbaufläche und Jahr und in der intensiven Grünlandbewirtschaftung etwa CHF 10 pro Hektar Anbaufläche und Jahr eingespart werden. Es ist zu beachten, dass zur Erzielung dieser Effekte das Parallelfahrsystem im Ackerbau nur bei der Aussaat (ein Arbeitsgang) eingesetzt werden muss, im Grünland hingegen bei allen Arbeitsgängen (je nach Anzahl Schnitte mehr als 20 Arbeitsgänge). Unter Schweizer Strukturen ist die Erzielung von Einsparungen somit am einfachsten im Ackerbau zu erreichen. Wird die Aussaat durch den Lohnunternehmer erledigt, so kann der Landwirt bei Düngung und Pflanzenschutz auf den präzise angelegten Pflegefahrgassen auch ohne Nutzung von Parallelfahrsystemen die Einsparungen erzielen. Können Anbauverfahren durch die Integration zum Beispiel der Streifenbearbeitung Strip Till neugestaltet werden, ergeben sich weitergehende Einspareffekte.

Die notwendige Flächenauslastung bewegt sich je nach System zwischen weit unter hundert und mehreren hundert Hektaren. Bei den günstigsten Geräten rechtfertigt sich der Kaufentscheid wohl vor allem über den Komfortzuwachs. Bei den teureren rentiert ein Einsatz über hohe Flächenauslastungen, wie sie zum Beispiel von Lohnunternehmern oder im Gemüsebau erreicht werden.

Benötigte Einsatzflächen für einen rentablen Einsatz von satellitenbasierten Parallelfahrsystemen im Ackerbau

Handlungsempfehlungen für den optimierten Einsatz von Parallelfahrsystemen

• Bedienungsanleitung lesen und Arbeitsabläufe ausserhalb der Saison üben
• Auf korrekte Montage der Komponenten, insbesondere von Empfänger, Neigungs- und Lenkwinkelsensoren achten
• Kohärentes System für die Benennung von Spurlinien, Feldern, Betrieben und Kunden definieren und konsequent anwenden (Gross-/Kleinschreibung, Umlaute, Zahlen)
• Daten regelmässig sichern
• Regelmässig Software-Updates durchführen (lassen)
• Auf gleichmässigen Pneudruck links und rechts, gleiche Höhe der Koppelungspunkte an den Unterlenkern sowie gerade Position der angehängten Geräte hinter dem Traktor achten
• Nach jedem Wechsel der angehängten Geräte das System kalibrieren

Entwicklungsperspektiven

Parallelfahrsysteme sind die Grundlage für eine weitergehende Rationalisierung in der Landwirtschaft. In den letzten Jahren wurden etliche Entwicklungen vorgestellt, die Impulse zum Beispiel im Hinblick auf die Einsparung von Arbeitszeit, die Reduktion der Bodenbelastung bei Überfahrten und die umweltschonende Gestaltung des Pflanzenschutzes geben. Nachfolgend einige Beispiele, die zeigen, was möglich ist:

Guide Connect: Beim System Guide Connect werden zwei Traktoren von einem Fahrer bedient. Dem bemannten ersten Traktor folgt der elektronisch gekoppelte, autonom fahrende zweite. Die nächste Stufe sind komplett autonome Traktoren, die zum Beispiel in Sonderkulturen wie dem Obstbau wiederkehrende Pflegearbeiten wie Pflanzenschutz und Mulchen automatisiert ausführen sollen.

Bonirob, ein mobiler Feldroboter, zeigt die Möglichkeiten für automatisierte, einzelpflanzenbasierte Pflegearbeiten von Düngung über Pflanzenschutz bis zur mechanischen Unkrautkontrolle auf.

Xaver: Im Schwarm arbeitende mobile Feldroboter sollen bodenschonend und rund um die Uhr effizient die Arbeit erledigen.

Anbieter von Parallelfahrsystemen

Es gibt eine Vielzahl von Parallelfahrsystemanbietern. Die Auswahl an professionellen Systemen und die Möglichkeiten der Zusammenstellung betriebsspezifischer Lösungen werden immer grösser. Funktionalitäten wie Dokumentation über das Terminal, Fernzugriff des Servicetechnikers auf die Einstellungen des Parallelfahrsystems, Integration der Bedienung in das ISOBUS-Terminal, Kombination mit einer Teilbreitensteuerung der Pflanzenschutzspritze oder zusätzlichen mechanischen oder auf Ultraschall basierenden Sensoren zur direkten Orientierung am Pflanzenbestand komplettieren das Angebot.

Die in der Schweiz wichtigsten Anbieter von Parallelfahrsystemen und allfällig benötigten Korrektursignalen sind (Stand 2019):

Weiterführende Informationen zum Thema finden sich beim Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft KTBL und bei der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft DLG. Landtechnische Fachzeitschriften veröffentlichen regelmässig Vergleiche von Parallelfahrsystemen.

Referenzen

• Agroscope-Transfer 130 (2016): Präzisionsunkrautkontrolle in Reihenkulturen
• DLG-Merkblatt 388 (2013): Satellitenortungssysteme (GNSS) in der Landwirtschaft
• ART-Bericht 756 (2012): Nutzen automatischer Lenksysteme
• ACW-Flugschrift (2011): Satelliten-gesteuerte Lenksysteme im Feldgemüsebau
• ART-Bericht 659 (2006): Parallelfahrsysteme für Traktoren