Reifenwahl - was bringen moderne Reifenkonzepte?
Der Reifen ist das zentrale Bindeglied zwischen Schlepper und Boden. Was beim Neukauf eines Schleppers in Punkto Reifenwahl zu berücksichtigen ist und wie Sie die vorhandenen Reifen besser nutzen können, darüber berichtet Dr. Norbert Uppenkamp von der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen in Münster.
Auch bei Schlepperreifen steht die Entwicklung nicht still. Nach Standardreifen in Diagonalbauweise führte der Weg über Radial-Standardreifen, breitere Niederquerschnittsreifen hin zu Reifen, bei denen der notwendige Reifeninnendruck unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit ist. Ein vorrangiges Ziel bei der Entwicklung wird aus den Abbildungen 1 und 2 deutlich: Neue Reifenbauarten können die gleiche Last bei der gleichen Geschwindigkeit mit deutlich geringerem Reifeninnendruck abstützen. Von Nachteil ist allerdings, dass diese Reifen teurer sind, zum Teil andere Felgen benötigen und Spezialreifen nicht in allen Dimensionen zur Verfügung stehen.
Abbildung 1: Notwendiger Reifeninnendruck in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit bei 3000 kg Radlast (Abrollumfang: ca. 5250 mm)
Abbildung 2: Notwendiger Reifeninnendruck in Abhängigkeit von der Radlast bei 40 km/h (Abrollumfang: ca. 5250 mm)
Angesichts steigender Dieselpreise ist der energiesparende Effekt eines geringen Reifeninnendrucks auf dem Acker und eines hohen Druckes auf der Straße heute von besonderer Bedeutung. Die gegensätzlichen Anforderungen von Acker und Straße führen dazu, dass es kein Patentrezept für die optimale Bereifung gibt.
Am einfachsten haben es arrondierte Betriebe, die keine großen Strecken mit hohen Lasten und hohen Geschwindigkeiten zurücklegen müssen. Hier kann selbst mit einem relativ schmalen und preisgünstigen Standardreifen ein niedriger, bodenschonender Reifeninnendruck konstant gefahren werden, da bei geringen Geschwindigkeiten die Tragfähigkeit des Reifens nicht überschritten wird (Abb. 1).
Für alle anderen Betriebe bestehen grundsätzlich die Möglichkeiten,
- preisgünstige Standardreifen mit einem konstant hohen Luftdruck,
- teurere Breitreifen mit einem konstant niedrigen Luftdruck oder
- mit wechselndem, den Anforderungen angepasstem Luftdruck zu fahren.
Mit der ersten Möglichkeit spart man Investitionen und hat keinen zusätzlichen Aufwand für die Veränderung des Reifeninnendrucks (Tabelle 1).
Tabelle 1: Bewertung der Reifendruckeinstellungen
Reifeninnendruck: | |||
---|---|---|---|
konstant hoch | konstant niedrig | angepaßt | |
Investitionen | + | + / o | + / - |
Handhabung | + | + | - / + |
Reifenverschleiß | o | o | + |
Fahrkomfort | o | o | + |
Spurtiefe | - | o / + | + |
Bodendruck | - | o / + | + |
Zugkraft / Schlupf | - | o / + | + |
Dieselverbrauch | - | o / + | + |
Variable Kosten | - | o / + | + |
(+ = positiv; o = mittel; - = negativ)
Abgesehen von einem ungleichmäßigen Abrieb beim unbelasteten Fahren, wird der Reifen mit einem ausreichend hohen Reifeninnendruck vor Flanken- und Wulstschäden bewahrt. Die Fahrstabilität auf der Straße ist gut, allerdings werden Unebenheiten nur wenig gedämpft. Diesen Vorteilen stehen allerdings erhebliche Nachteile gegenüber:
Der offensichtlichste Nachteil sind tiefere Spuren im lockeren Acker, da mit einem höheren Reifeninnendruck gefahren wird als bei den geringen Geschwindigkeiten nötig ist. Beim Säen muss daher das Bodenbearbeitungsgerät unter Umständen tiefer arbeiten als pflanzenbaulich sinnvoll und notwendig, nur um die Spuren einzuebnen. Tiefe Spuren sind auch Anzeichen für einen hohen Bodendruck. Untersuchungen der Universität in Kiel belegen sehr eindrucksvoll, dass mit zunehmendem Reifeninnendruck bei gleichem Reifen und konstanter Radlast der Bodendruck deutlich ansteigt. Dies ist insbesondere unter feuchten Bodenverhältnissen gefährlich, wenn durch den hohen Reifeninnendruck der Bodendruck im Unterboden erhöht wird.
Von direkter praktischer Bedeutung ist der negative Einfluß eines hohen Reifeninnendrucks auf die Zugkraft (Abb. 3).
Abbildung 3: Einfluß des Reifeninnendrucks auf die Zugkraft (Quelle: Prof. Volk, FH Südwestfalen Soest, verändert)
Mit zunehmendem Reifeninnendruck sinkt die Zugkraft des Schleppers und der Zugkraftbedarf des Anhängers steigt. Umgekehrt steigt bei konstantem Zugkraftbedarf der Schlupf. Die Größenordnung ist natürlich von den Bodenverhältnissen abhängig. Diese Effekte werden deshalb bei der praktischen Arbeit nicht direkt bemerkt, sie sind aber durch Messungen der Fachhochschule Südwestfalen in Soest und der Universität in Kiel eindeutig belegt.
Durch den größeren Schlupf führt ein zu hoher Reifeninnendruck nicht nur zu einer geringeren Flächenleistung sondern auch zu einem höheren Dieselverbrauch je Hektar.
Aus betriebswirtschaftlicher Sicht stehen bei dieser Bereifungsvariante den geringen Investitionen höhere variable Kosten gegenüber, die durch erhöhten Dieselverbrauch auf dem Acker, geringere Flächenleistung und die nur schwer zu quantifizierenden negativen Effekte auf den Boden, wie Schlupf und Bodenverdichtung, verursacht werden.
Die Möglichkeit, den Zielkonflikt mit einer breiteren Bereifung zu lösen, kostet Geld und hat auch andere Nachteile. Insbesondere beim Pflügen in der Furche sowie beim Düngen und Spritzen in Fahrgassen ist ein breiter Reifen nicht unbedingt von Vorteil. Im Vergleich zur ersten Bereifungsvariante ändert sich hinsichtlich Handhabung, Reifenverschleiß und Fahrkomfort im Prinzip nichts. Auch der Breitreifen wird konstant mit dem Reifeninnendruck gefahren, der für die maximale Radlast bei maximaler Geschwindigkeit nötig ist. Der Unterschied besteht allerdings in der Höhe des eingestellten Reifeninnendrucks. Im Beispiel der Abbildung 1 kann durch den breiteren Reifen der eingestellte Druck von 1,6 bar auf 1,0 bar reduziert werden, wenn 3,0 t bei maximal 40 km/h getragen werden müssen. Je größer der Reifen, desto stärker kann der Reifeninnendruck abgesenkt werden und desto geringer werden Spurtiefe, Bodendruck und auch Dieselverbrauch. Die Zugkraftreserven können aber nur dann voll ausgenutzt werden, wenn der eingestellte Reifeninnendruck dem reifenspezifischen Mindestluftdruck entspricht.
Im Unterschied zum konstanten Reifeninnendruck kann durch das Anpassen des Reifeninnendrucks an die jeweiligen Anforderungen das Potenzial moderner Reifen voll ausgeschöpft werden. Wichtig ist allerdings, dass der Reifen nicht durch übertriebene Druckabsenkung überlastet wird. Die Grenzwerte der Hersteller müssen auch bei angepasstem Reifeninnendruck eingehalten werden.
Abbildung 4: Stationäre Änderung des Reifendrucks (Foto: Prof. Volk)
Abbildung 5: Einleiter-Reifendruck-Regelanlage am Schlepper mit außenliegender Luftzufuhr
Abbildung 6: Zweileiter - Reifendruck-Regelanlage am Güllefass
Hoher Reifeninnendruck auf der Straße senkt den Rollwiderstand, den Dieselverbrauch, den Reifenverschleiß und erhöht die Fahrstabilität. Niedriger Reifeninnendruck auf dem Acker verringert die Spurtiefe, den Bodendruck, den Schlupf, den Dieselverbrauch und letztendlich die variablen Kosten. Dafür muss allerdings der Reifeninnendruck verändert werden, was bei großen Reifen ohne zusätzliche Hilfsmittel zeitaufwändig und lästig ist. Hierfür wird eine Palette von der preisgünstigen, einfachen Reifendruckverstellanlage bis zur komfortablen, vom Schleppersitz während der Fahrt bedienbaren Reifendruckregelanlage angeboten.
Wenn, wie z. B. beim Pflügen oder beim Säen auf großen Parzellen, nur selten der Luftdruck verändert werden muss, bringen einfache Druckverstellanlagen Vorteile. Durch Spezialventile lässt sich der Luftdruck sehr schnell absenken und beim Aufpumpen kann der Schlepperkompressor genutzt werden (Abb. 4).
Diese preisgünstigen Lösungen stoßen allerdings schnell an ihre Grenzen, wenn z. B. beim Ladewagen und Güllefaß häufig der Luftdruck verändert werden muss. Bei der Fahrt zum Feld mit gefülltem Fass b.z.w. bei der Fahrt zum Hof mit vollem Ladewagen wird ein hoher Reifeninnendruck benötigt. Auf dem Feld reicht auch bei gefülltem Anhänger wegen der geringen Fahrgeschwindigkeit ein bodenschonender niedriger Luftdruck. Da somit bei jeder Fuhre der Reifeninnendruck zweimal verändert werden muss, bieten sich vom Schleppersitz aus während der Fahrt bedienbare Reifendruckregelanlagen an (Abb. 5 und 6).
Beim Güllefahren steht für das Aufpumpen der Reifen die gesamte Zeit für die Rückfahrt zum Hof zur Verfügung, so dass die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Kompressors nicht sehr hoch sind. Bei großvolumigen Reifen und mehrachsigen Anhängern kann allerdings der Schlepperkompressor schnell an seine Leistungsgrenze stoßen, so dass zusätzliche Kompressoren am Schlepper oder am Anhänger notwendig sind. Beim Ladewagen ist die Reifen-Befüllzeit von größerer Bedeutung, da mit dem vollen Wagen vom Grünland auf die Straße gewechselt wird und möglichst schnell der Luftdruck vom "Ackerniveau" auf "Straßenniveau" angehoben werden muß. Leistungsfähige Kompressoren sind daher bei allen "Erntetransporten" vom Feld zum Hof wichtiger als bei „Ausbringtransporten" vom Hof zum Feld.
Lohnt sich eine Reifendruckregelanlage?
Der Vorteil einer Reifendruckregelanlage besteht nicht nur darin, dass der Reifeninnendruck gesenkt sondern auch für die Straßenfahrt erhöht werden kann.
An Hand zweier Veredlungsbetriebe mit 50 ha b.z.w. 200 ha Ackerfläche und der Fruchtfolge Wintergerste - Mais – Winterweizen, die 1500 m 3 Gülle b.z.w. 6000 m 3 Gülle über 1 km b.z.w. 5 km transportieren müssen, sind in Tabelle 2 einige Kosteneffekte einer Reifendruckregelanlage dargestellt. Weitere positive Effekte, wie geringere Spurtiefe, geringerer Bodendruck oder höherer Fahrkomfort, sind nur schwer zu bewerten und hier nicht berücksichtigt.
Die Berechnungen basieren auf folgenden Annahmen:
- Beim Grubbern und Pflügen wird der Reifeninnendruck von 1,6 auf 1,1 bar abgesenkt.
- Beim Güllefaß wird auf dem Acker mit einem Reifeninnendruck von 1,4 bar gefahren. Mit einer Reifendruckregelanlage wird der Reifeninnendruck bei der Straßenfahrt auf 2,1 bar erhöht. Dadurch wird der Dieselverbrauch um 15% gesenkt.
- Ohne Reifendruckregelanlage ist ein Reifen der Größe 710/50 R 26.5 notwendig, um eine Radlast von 4,5 t bei 1,4 bar mit 40 km/h tragen zu können. Mit einer Reifendruckregelanlage reicht ein Reifen der Größe 560/60 R 22.5, da die Radlast von 4,5 t nur bei geringer Geschwindigkeit auf dem Feld mit 1,4 bar getragen werden muß. Die notwendige Tragfähigkeit bei 40 km/h wird durch den höheren Reifeninnendruck bei der Straßenfahrt gewährleistet. Bei einer Preisdifferenz von 450 € pro Reifen können im 50 ha – Betrieb 900 € (1 Achse), im 200 ha – Betrieb 1800 € (Tandemachse) beim Kauf des Güllefasses eingespart werden.
- Die Reifendruckregelanlage im 50-ha-Betrieb kostet für die Schlepperhinterachse 2300 €, für das Güllefaß zusätzlich 1000 € und wird vom Schlepperkompressor mit Luft versorgt.
- Die Reifendruckregelanlage im 200-ha-Betrieb kostet mit einem zusätzlichen Kompressor zur Versorgung der Tandemachse des Güllefasses 7500 €.
- Die jährlichen Kosten betragen 15% der Investition.
Da die Kosten für eine Reifendruckregelanlage weitgehend unabhängig von der Betriebsgröße und der Schleppergröße sind, ist die Rentabilität entscheidend von der Auslastung abhängig. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, reichen die Einsparpotenziale durch den geringeren Schlupf bei der Bodenbearbeitung und durch den geringeren Dieselverbrauch beim Güllefahren im 50 ha – Betrieb nicht aus, die zusätzlichen Kosten der Reifendruckregelanlage auszugleichen. Im 200 ha – Betrieb ist die Reifendruckregelanlage dagegen sehr rentabel.
Tabelle 2: Veränderung der Kosten durch eine Reifendruckregelanlage am Schlepper und am Güllefaß im landwirtschaftlichen Betrieb (Dieselpreis im 50-ha-Betrieb: 0,85 €/l; Dieselpreis im 200-ha-Betrieb: 1,10 €/l, Lohnansatz: 15 €/ AKh)
50 ha - Betrieb | 200 ha - Betrieb | Effekt durch Reifendruckregelanlage | |
---|---|---|---|
Grubbern [/Jahr]: | -106 | -419 | Schlupf von 18% auf 10% |
Pflügen [/Jahr]: | -221 | -920 | Schlupf von 25% auf 15% |
Gülle fahren [/Jahr]: | -44 | -182 | Geringerer Dieselverbrauch auf der Straße: 50 ha: 1,5 l/h (110 PS-Schlepper) 200 ha: 2,4 l/ha (160 PS-Schlepper) |
Summe [/Jahr]: | -371 | -1521 | |
Kosten der Investition [/Jahr]: | +360 | +855 | Investition für Reifendruckregelanlage abzgl. Minderpreis für kleinere Reifen am Güllefaß: 50 ha: 3300 - 900 = 2400 200 ha: 7500 - 1800 = 5700 |
Veränderung der Kosten durch Reifendruckregelanlage [/Jahr]: |
+11 | -666 |
Im überbetrieblichen Maschineneinsatz werden häufig die Anhänger mit einer separaten Anlage ausgerüstet, um beim Einsatz nicht auf Schlepper mit einer Reifendruckregelanlage angewiesen zu sein. Die Anforderungen sind deutlich höher als in landwirtschaftlichen Betrieben, da die Güllefässer, Kompoststreuer und Ladewagen größer dimensioniert sind und intensiver eingesetzt werden. In Tabelle 3 sind die Kosten einer Reifendruckregelanlage mit Zusatzkompressor für ein Güllefaß mit Tandem- b.z.w. Tridemachse den Einsparungen durch geringeren Dieselverbrauch auf der Straße und geringere Reifenkosten gegenübergestellt.
Tabelle 3: Rentabilität einer Reifendruckregelanlage am Güllefaß im überbetrieblichen Maschineneinsatz (Dieselpreis: 1,10 €/l)
Tandemachse | Tridemachse | Effekt durch Reifendruckregelanlage | |
---|---|---|---|
Dieselkosten (/h): | -2,64 | -3,63 | Geringerer Dieselverbrauch auf der Straße: Tandemachse: - 2,4 l/h (160 PS-Schlepper) Tridemachse: - 3,3 l/h (210 PS-Schlepper) |
Reifenkosten (/h): | -0,90 | -1,35 | Kleinerer Reifen: 560/60 R 22.5 statt 710/50 R 26.5 |
Summe [/h]: | -3,54 | -4,98 | |
Kosten der Investition [/Jahr]: | + 1125 | + 1275 | Investition für Reifendruckregelanlage: Tandemachse: 7500 ; Tridemachse: 8500 |
Mindest - Einsatzzeit auf der Straße [h/Jahr]: |
318 | 256 |
Die Reifenkosten sind hier im Unterschied zu Tabelle 2 als variable Kosten aufgeführt, da wegen der intensiveren Nutzung davon ausgegangen wird, dass die Reifen mehrmals erneuert werden müssen. Einen entscheidenden Einfluß auf die Rentabilität hat das Einsparpotenzial durch den geringeren Dieselverbrauch. Bei einem Dieselpreis von 1,10 €/l ergibt sich eine Mindest-Einsatzzeit auf der Straße von etwa 320 b.z.w. 250 h/Jahr. Wird das Einsparpotential durch kleinere Reifen nicht berücksichtigt, erhöht sich die Mindest-Einsatzzeit auf 350 b.z.w. 430 h/Jahr.
Fazit
Herkömmliche Reifen erfordern bei Straßenfahrten mit hohen Lasten einen hohen Reifeninnendruck oder eine großvolumige Bereifung. Die Anforderungen an den Reifen bei der Straßenfahrt stehen im Gegensatz zu den Anforderungen, die der Boden bei der Feldarbeit an den Reifen stellt. Auf dem Acker wird bei niedriger Fahrgeschwindigkeit ein geringer Reifeninnendruck gefordert, der Bodendruck, Schlupf und Spurtiefe verringert und die Zugkraft erhöht. Dieser Zielkonflikt kann durch eine Spezialisierung in Fahrzeuge für die Straßenfahrt und für die Ackerarbeit (getrennte Verfahren), durch großvolumige Bereifung oder durch eine Anpassung des Luftdrucks gelöst werden. Geteilte Verfahren erfordern eine entsprechende Organisation und Auslastung.
Durch die Wahl eines großen Reifens kann sichergestellt werden, dass die Tragfähigkeit bei der Fahrt auf der Straße auch mit einem bodenschonend niedrigen Luftdruck ausreicht. Hier können allerdings die Fahrgassenbreite sowie der verfügbare Bauraum am Schlepper und am Gerät beschränkend wirken. Den gleichen bodenschonenden Effekt wie mit einer größeren Bereifung kann auch durch eine Anpassung des Luftdrucks an die jeweiligen Anforderungen erfolgen. Einfache, preiswerte Reifendruckverstellanlagen sind hilfreich, wenn bei reiner Feldarbeit nur selten der Luftdruck verändert werden muss. Wenn jedoch größere Mengen an Wirtschaftsdünger ausgebracht oder große Erntemengen eingebracht werden und häufig der Luftdruck angepasst werden muss, sind vom Schleppersitz aus bedienbare Reifendruckregelanlagen notwendig.
Die Rentabilität ist entscheidend von der Auslastung und der Struktur des Betriebes abhängig. Eine umfassende Rentabilitätsberechnung ist schwierig, da wichtige Faktoren wie z.B. Fahrkomfort und Bodenschonung nicht oder nur schwer quantifizierbar sind. Selbst wenn diese für die Anpassung des Reifeninnendrucks sprechenden Faktoren nicht bewertet werden, sind die Voraussetzungen für einen rentablen Einsatz mittlerweile in einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben und im überbetrieblichen Maschineneinsatz gegeben.
Autor: Dr. Norbert Uppenkamp