Testbericht Zugkraftbedarf

Technik I Früher Wechsel
lohnt selten
Bodenbearbeitung Abgenutzte Grubberschare brauchen mehr Zugkraft, so die
weit verbreitete Meinung. Was Verschleiß konkret kostet und wann ein Wechsel
bereits vor vollständiger Abnutzung lohnt, haben wir gemeinsam mit Horsch ermittelt.
wenig bewegt. Für uns Grund genug, der
Frage einmal nachzugehen und konkrete
Fakten zu liefern.
Erste Messreihe in 2010
Horsch hatte sofort ein offenes Ohr für unsere Idee. In der Nähe von Schwandorf fanden
wir eine geeignete ebene Fläche mit homogenen Bodenverhältnissen (Sand bis lehmiger
Sand). Als Vorfrucht war Silomais auf 75 cm
Reihenabstand angebaut. Die Stoppeln wurden vor unseren Messungen gemulcht.
Wir haben uns für die 80-mm-Standardspitze in drei Verschleißzuständen entschieden: Neu, halb verschlissen und vollständig
abgenutzt. Mit allen drei Ausführungen
sind wir je zwei Fahrgeschwindigkeiten bei
20 und 30 cm Bearbeitungstiefe gefahren.
Um möglichst viele Rückschlüsse zu erzielen und die Randeffekte zu minimieren,
haben wir die Scharflügel in allen Varianten
weggelassen.
Nur in bestimmten Fällen lohnt der Wechsel
von Scharspitzen vor der Verschleißgrenze.
Foto: Mumme
V
iele Landwirte und Schlepperfahrer berichten davon, dass sich der
Grubber gefühlt deutlich schwerer
ziehen läßt, je mehr die Scharspitzen
verschleißen. Doch wie stark wirkt sich
der Verschleißzustand wirklich aus? Wir
hatten gehofft, diese Frage mit einer umfangreichen Literaturrecherche zumindest
ansatzweise beantworten zu können. Erstaunlicherweise fanden wir aber keinen
einzigen Hinweis. Scheinbar hat Forschung
und Wissenschaft dieses Thema bislang
www.dlz-agrarmagazin.de
I Technik
Foto: Mumme
Foto: Mumme
dlz Praxis Technik
In dieser Grafik sieht man deutlich die unerschiedlichen Schnittwinkel zwischen neuer
Spitze (grün), halb abgenutzter Spitze (blau)
und voll abgenutzter Spitze (rot).
Für unseren Vergleich haben wir neue,
halb abgenutzte und voll abgenutzte 80-mmScharspitzen verwendet.
Tiger AS als Werkzeugträger
Für die Messungen haben wir einen neuen
Tiger 4 AS mit 23,5 cm Strichabstand eingesetzt. Davor wurde ein John Deere 8320
RT-Raupenschlepper gespannt, um keine
Messwertverfälschungen durch Schlupfschwankungen zu riskieren.
Die Unterlenkertraverse des Tiger wurde mit Dehnungsmessstreifen zur Zug- und
Stützkraftmessung bestückt. Die Messfrequenz betrug 300 Hz, womit wir bei 6 bzw.
8 km/h je laufenden Meter 180 bzw. 135
Messwerte erhielten.
Die Arbeitstiefe wird beim Tiger AS
mit Steckclips an den Aushubzylindern
eingestellt. Die Höhe der Schlepperunterlenker muss dann entsprechend nachjustiert werden. Bereits im Vorfeld haben die
Konstrukteure in CAD ausgerechnet, mit
welchen Clips wir bei den verschiedenen
Verschleißzuständen eine einheitliche
Arbeitstiefe erreichen. Denn um genaue
dlz agrarmagazin ◾ Juni 2011
Messwerte zu erhalten, müssen die Schare
natürlich gleich tief arbeiten. Um wirklich
sicher zu sein, haben wir trotzdem vor und
während jeder Messfahrt die Arbeitstiefe
kontrolliert.
Bis zu 30 Prozent mehr Zugkraft
Die Ergebnisse im ersten Durchlauf mit
20 cm Arbeitstiefe haben selbst uns überrascht. Bei 6 km/h brauchte der Tiger 4
AS mit neuen Spitzen im Mittel 62 kN
Zugkraft. Mit voll verschlissenen Scharen
waren es 75 kN, also rund 21 Prozent mehr.
Die geringste Zugkraft haben jedoch die
halb verschlissenen Schare benötigt - hier
haben wir 59 kN gemessen. Das sind 28
Prozent weniger als bei voll verschlissenen
Scharen. Wie kann es also sein, dass die
halb verschlissenen Schare weniger Zugkraft benötigen als die ganz neuen?
Die Erklärung ist einfach: Bei den halb
verschlissenen Scharen hat sich der Schnitt-
winkel gegenüber den neuen Scharen nur
geringfügig verändert (siehe Abbildung
links). Allerdings sind die Ecken bereits
etwas runder, so dass sie etwas weniger
Widerstand im Boden bilden. Und wir
mussten den Tiger AS nur geringfügig
tiefer einstellen, um die gleiche effektive
Arbeitstiefe zu erreichen.
Bei den voll verschlissenen Scharen ist
der Schnittwinkel bereits erheblich größer,
die Schare stehen also steiler. Dass hier
mehr Kraft notwendig ist, erscheint daher
logisch. Dazu kommt, dass bei gleicher
Arbeitstiefe gegenüber den neuen und halb
abgenutzten Scharspitzen ein größerer Teil
des Scharstiels mit Leitblech im Boden
arbeitet - denn man muss den Grubber ja
tiefer einstellen, um die gleiche Arbeitsqualität zu erzielen. Der Scharstiel steht
nahezu senkrecht, und addiert daher noch
etwas Zugkraft dazu.
Die Werte bei 20 cm Arbeitstiefe und 8
km/h Fahrgeschwindigkeit zeigen annähernd die gleichen Verhältnisse. Auch hier
brauchten die halb verschlissenen Schare
mit 70 kN die geringste Zugkraft, gefolgt
von den neuen Scharen mit 76 kN. Die
vollständig abgenutzten Schare haben wir
mit 91 kN gemessen, das sind 30 bzw. 20
Prozent mehr Zugkraft.
Geringere Differenz bei 30 cm
Bei der Auswertung der Messwerte für
die 30 cm tiefen Varianten zeigten sich
Foto: Mumme
Technik I Um Messwertverfälschungen durch Schlupf zu
reduzieren, haben wir einen Raupenschlepper als
Zugmaschine verwendet.
ähnliche Tendenzen. Aufgrund
eines Messfehlers konnten wir
hier leider nicht die Werte für
die halb abgenutzten Scharspitzen hinzuziehen.
Die voll verschlissenen
Scharspitzen lagen bei 109 (6
km/h) und 123 kN (8 km/h),
die neuen Schare bei 95 und 115
kN - hier stimmt das Verhältnis wieder. Damit brauchten die
neuen Scharspitzen 15 bzw. 7
Prozent weniger Zugkraft. Der
Unterschied zur 20-cm-Variante
Die Unterlenkertraverse des Tiger 4 AS war mit
Dehnungsmessstreifen bestückt, um Zug- und
Stützkräfte aufzuzeichnen.
mit bis zu 30 Prozent Differenz
ist offensichtlich. Unsere Erklärung: Je tiefer man arbeitet,
desto weniger Einfluss hat die
Scharspitze auf den Gesamtzugkraftbedarf. Der Einfluss
des Scharstiels mit Leitblech
hingegen nimmt zu.
ber halb verschlissenen Spitzen.
Bei einer Flächenleistung von
2,4 ha/h errechnen sich daraus
auf den Hektar Mehrverbräuche
von 3,8 l bzw. 4,7 l. Die Frage ist:
Lohnt sich bereits ein Wechsel,
bevor die Scharspitzen voll abgenutzt sind?
Verbrauchskalkulation
Wann wechseln?
Letzten Endes zählt für jeden
Praktiker vor allem, wie sich der
höhere Zugkraftbedarf auf den
Geldbeutel auswirkt. 30 Prozent mehr Zugkraft
bedeuten ja nicht 30
Benötigte Zugkraft (in kN)
Prozent mehr Dieselbei 20 cm Arbeitstiefe
verbrauch, da der Eigenbedarf des Schleppers herausgerechnet
werden muss.
Da wir den Kraftstoffverbrauch nicht
in Echtzeit ermittelt
haben, können wir
nur eine beispielhafte Kalkulation mit
Erfahrungswerten
machen. Dafür halten wir uns an die
gewonnenen MessQuelle: Horsch; eigene Messungen
2011
werte aus der ersten
Messreihe bei 20 cm
Arbeitstiefe. Für die
Benötigte Zugkraft (in kN)
im Mittel gemessene
bei 30 cm Arbeitstiefe
Zugkraft von 65 kN
kann ein Kraftstoffeinsatz von 0,7 l je
kN und Einsatzstunde zu Grunde gelegt
werden.
Damit ergibt sich
bei den voll abgenutzten Scharspitzen
ein kalkulatorischer
Mehrverbrauch von
9,1 l/h gegenüber
neuen Scharspitzen
Quelle: Horsch; eigene Messungen
2011
bzw. 11,2 l/h gegenü-
Eine neue Scharspitze kostet
etwa 10 Euro. Beim Horsch
Tiger 4 AS müssen davon 17
gewechselt werden - macht 170
Euro Teilekosten. Für die Arbeit rechnen wir nochmal 15
Euro dazu (Rüstzeit plus entfallene Arbeitszeit). Bei einer
Verbrauchseinsparung von 3,8
l/ha (5,32 €/ha) und einem Dieselpreis von 1,40 €/l amortisieren sich die neuen Spitzen für
unser 4-m-Gerät also nach 35
ha Einsatzfläche. Auf stark abrasiven Böden sind Grubberspitzen nach dieser Flächenleistung
bereits fällig zum Wechsel. Und:
Die 35 ha entsprechen der Flächenleistung eines Arbeitstages.
Hier lohnt es sich daher nicht,
die Spitzen vor der Verschleißgrenze zu wechseln.
Auf normal bis schwach abrasiven Böden müssen die Spitzen
an einem 4-m-Gerät nach etwa
300 ha ausgetauscht werden.
Grubberspitzen verschleißen
anfangs nahezu gleichmäßig,
und erst bei größerem Schnittwinkel etwas schneller. Nach
150 ha wären die Spitzen in
unserem Beispiel also halb abgenutzt - und würden sich dabei
wie unsere Messungen gezeigt
haben sogar leichter ziehen lassen. Der höhere Zugkraftbedarf
würde wohl erst kurz vor voller
Abnutzung, also etwa auf den
letzten 50 ha, auftreten. Bei
I Technik
Bei Auslösen mehr Zugkraft
ls zusätzliche Varianten haben wir neue und
voll abgenutzte Spitzen auf dem älteren
Tiger 4 AS gefahren. Dieser besitzt zwar auch
die TerraGrip-Zinken, allerdings mit geringerer
Auslösekraft. Was das im praktischen Einsatz
ausmacht, beweisen eindrucksvoll unsere
Messwerte.
So haben wir bei 20 cm Arbeitstiefe mit
den alten Spitzen 22,9 kN (6 km/h) bzw. 29,8
kN (8 km/h) mehr Zugkraft benötigt. Das sind
sage und schreibe 47 bzw. 55 Prozent mehr,
als mit neuen Spitzen! Woher kommt diese
starke Differenz?
Die Erklärung ist einfach: Die abgenutzten
Spitzen verursachen bereits bei 20 cm Arbeitstiefe einen so hohen Bodenwiderstand, dass
die Überlastsicherung auslöst. Da diese nicht
als Parallelogramm ausgelegt ist, stellen sich
die Scharspitzen steiler.
Bei 30 cm Arbeitstiefe haben wir mit 4,4 kN
(6 km/h) bzw. 2,2 kN (8 km/h) Unterschied
eine wesentlich geringere Differenz zwischen
neuen und verschlissenen Scharspitzen gemessen. Das sind nur noch 4,3 bzw. 1,9 Prozent
mehr Zugkraft. Der Grund: Bei 30 cm Arbeits-
Foto: Mumme
dlz Praxis Technik
A
Bei 30 cm Arbeitstiefe löste die Über­
lastsicherung am alten Tiger AS bereits
mit den neuen Spitzen aus.
tiefe, also in dichter lagerndem Boden, löst die
Steinsicherung bereits mit neuen Spitzen so
stark aus, dass es kaum Unterschiede in der
Schargeometrie gibt. Das hat man bei Horsch
zeitig erkannt, und im aktuellen Tiger AS die
Auslösekraft von 360 auf 500 kg erhöht.
Dass der alte Tiger AS etwas weniger Zugkraft benötigt als das neue Modell liegt am
Einsatzgewicht - er ist etwa 1050 kg leichter.
Benötigte Zugkraft am alten Tiger AS
mit geringerer Vorspannung der Überlastsicherung
Quelle: Horsch; eigene Messungen
3,8 l Verbrauchsdifferenz je ha ergibt sich
kalkulatorisch ein Mehrverbrauch von 190
l - bei 1,40 Euro für den Liter Diesel also
Mehrkosten von 266 Euro.
Die 50 ha entsprechen je nach Arbeitstiefe der Flächenleistung von 1,5 bis 2 Arbeitstagen. Als Fahrer kann man relativ
gut einschätzen, wie lange Scharspitzen
noch halten, bis sie gewechselt werden
müssen. In unserem Beispiel wäre es also
angebracht, die Spitzen zu wechseln, wenn
man erkennt dass diese noch etwa 2 Tage
halten würden. Die Ersparnis betrüge kalkulatorisch etwa 81 Euro - die Differenz
zwischen den 266 Euro Mehrverbrauch
und den 185 Euro Teile- und AK-Kosten
für den Wechsel.
Nicht berücksichtigt haben wir die
Flächenleistung. Hat der Schlepper keine
dlz agrarmagazin ◾ Juni 2011
2011
Leistungsreserven mehr, so nimmt diese
bei voll abgenutzten Scharspitzen natürlich ab.
bedarf sich über die Lebensdauer kaum
verändert, da die Spitze ihre Form bis zum
Bruch oder Verbiegen weitestgehend beibehält.
In Zahlen: Bei 20 cm Arbeitstiefe benötigt die Original-Hartmetallspitze 2 bzw.
3 kN mehr Zugkraft, die BETEK-Spitze 7
bzw. 5 kN mehr. Bei 30 cm sind es jeweils
11 bzw. 4 kN (Original-Hartmetallschar)
und 15 bzw. 5 kN (BETEK-Schar).
Betrachtet man die absoluten Zugkraftwerte, so ziehen sich beide Hartmetallspitzen allerdings 7 kN leichter als
die voll abgenutzte Standardspitze ohne
Hartmetall.
Die BETEK-Spitze ist wesentlich massiver als alle anderen Scharvarianten.
Das Hartmetallplättchen an der vorderen
Schneidkante steht relativ steil, was den
höheren Zugkraftbedarf gegenüber dem
Original-Hartmetallschar erklärt. Ob das
Rillenprofil auf der Oberseite des Stahlkörpers einen Effekt hat, müsste genauer
untersucht werden.
Unsere Schlußfolgerungen
• Auf stark abrasiven Flächen sollten die
Scharspitzen bis zur vollständigen Abnutzung gefahren werden, sofern die Arbeitsqualität nicht leidet.
• Auf normal bis wenig abrasiven Flächen
kann es sich lohnen, die Scharspitzen bereits vor der vollen Abnutzung zu wechseln.
Sobald der Schnittwinkel deutlich steiler
wird, sollte auf solchen Standorten erwägt
werden die Spitzen auszutauschen.
• Zu schwach vorgespannte Steinsicherungen erhöhen den Zugkraftbedarf deutlich. Wer Grubber mit hydraulischer Überlastsicherung einsetzt, sollte diese je nach
Bodenbedingungen immer auf möglichst
hohe Auslösekräfte einstellen.
• Die Hartmetallspitzen ließen sich in
unserem Vergleich aufgrund ihrer Keil-
Benötigte Zugkraft
der Hartmetall-Scharspitzen
Hartmetall im Mittelfeld
Als zusätzliche Varianten haben wir das
Original-Hartmetallschar sowie das BetekHartmetallschar eingesetzt und miteinander verglichen. Allgemein lassen sich die
beiden keilförmigen Scharspitzen etwas
schwerer ziehen, als die Standard-Spitzen.
Das ist auf den ersten Blick ungewöhnlich,
da sie an der Spitze 30 mm schmaler sind
und genau so tief arbeiten wie das Standard-Schar. Möglicherweise erzeugen sie
durch die schmalere Schneidkante andere
Bruchlinien im Boden und müssen mehr
Erde seitlich wegdrücken. Allerdings haben
sie den klaren Vorteil, dass der Zugkraft-
Quelle: Horsch; eigene Messungen
2011
Fazit
Am Beispiel des Horsch Tiger AS haben wir
erstmals Fakten geschaffen, wieviel mehr
Zugkraft verschlissene Grubberschare benötigen. Von den großen Unterschieden
waren selbst wir überrascht. So muss bei
Foto: Mumme
form etwas schwerer ziehen als neue
Standardspitzen. Dafür liefern sie bis zur
vollständigen Abnutzung eine gleichbleibende Arbeitsqualität bei etwa gleichbleibendem Zugkraftbedarf. Gegenüber der
voll abgenutzten Spitzen benötigten sie
7 kN weniger Zugkraft.
Die Ergebnisse lassen sich nicht 1:1 auf
andere Hersteller und Grubbertypen übertragen. Denn ausschlaggebend für die Entwicklung des Zugkraftbedarfs ist, wie sich je
nach Verschleißzustand die Geometrie der
Scharspitze ändert. Bei einigen Herstellern
ändert sich der Schnittwinkel selbst bei voll
abgenutzten Spitzen kaum, bei anderen wird
dieser bereits bei halbem Verschleiß wesentlich steiler. Und wann ein Wechsel lohnt,
hängt auch vom Preis neuer Scharspitzen
ab. Und letztlich werden die Ergebnisse auch
je nach Bodenart variieren.
Foto: Mumme
Technik I Um die Messungen mit gleicher Arbeitstiefe
durchzuführen, mussten wir für jeden Verschleißzustand die Clips anpassen.
Die Arbeitstiefe haben wir ständig mit
einem Meterstab an mehrern Positionen
kontrolliert.
stark abgenutzten Scharspitzen bis zu 30
Prozent mehr Zugkraft aufgebracht werden. Das kostet Kraftstoff, und senkt die
Flächenleistung.
Mit halb abgenutzten Spitzen haben wir
zu unserer Überraschung etwas weniger
Zugkraft benötigt. Der Schnittwinkel ist
fast identisch mit dem neuer Spitzen, die
Kanten sind aber schon etwas abgeschliffen.
Das senkt den Bodenwiderstand leicht.
Interessant sind auch die Messungen
mit dem „alten“ Tiger AS mit geringe-
rem Auslösedruck der Steinsicherung.
Hier benötigten die abgenutzten Spitzen
bei 20 cm Arbeitstiefe sogar 55 Prozent
mehr Zugkraft. Bei 30 cm ist der Unterschied geringer, da die Überlastsicherung
dort bereits mit neuen Spitzen auslöste.
Die Ergebnisse beziehen sich zwar nur
auf einen Standort und einen Grubbertyp, können tendenziell aber auch verallgemeinert werden. Dabei muss allerdings
die Konstruktion von Scharstiel und Schar­
spitze berücksichtigt werden. mu ◾
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