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Traktoren, 09.03.2012

REIFEN FÜR WEINBAUTRAKTOREN

Bereits im Jahre 1845 erhielt der Schotte Robert William Thomson das Patent auf einen luftgefüllten Reifen. Die Entwicklung führte zu unseren heutigen Weinbautraktorreifen mit ihren Vorteilen in der Lebenserwartung, im Rollwiderstand, Kraftschluss und im Fahrverhalten.
Im System Weinbautraktor-Weingartenboden nimmt der Reifen eine zentrale Rolle ein: Er überträgt als Bindeglied alle Kräfte und Momente, sein Verhalten beeinflusst maßgeblich die dynamischen Eigenschaften eines Weinbautraktors.
Die Reifen von Weinbautraktoren müssen eine Menge von Anforderungen erfüllen, wodurch zwangsläufig Zielkonflikte entstehen. Im Weingarten sollten die Reifen einerseits möglichst den Boden schonend mit niedrigem Luftdruck gefahren werden können. Andererseits sollten die Treibradreifen grobstollig sein, um eine hohe Zugkraftübertragung bei geringem Schlupf zu ermöglichen. Auf der Straße wiederum müssen die gleichen Reifen für hohe Radlasten und Fahrgeschwindigkeiten ausgelegt sein.
Da Weinbautraktoren üblicherweise nicht zusätzlich gefedert sind, müssen die Reifen auch die auftretenden Stoßbelastungen dämpfen und abfedern können. Weiters müssen die Traktorreifen für die Straßenbenützung einen höheren Luftdruck aufweisen, um erstens ein gleichförmiges Abrollen zu ermöglichen und zweitens die Haltbarkeit und Führungsstabilität der Reifen zu garantieren. Aufgrund dieser Vielzahl von geforderten Eigenschaften unterscheiden sich die Weinbautraktorreifen je nach Verwendungszweck in ihrem Aufbau und Profil sowie in ihrer Größe.
 

REIFENAUFBAU

Weinbautraktoren sind nahezu immer mit luftgefüllten Reifen – die Luftfüllung bewirkt einen Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten – ausgestattet. Der überwiegend verwendete Werkstoff für Traktorreifen ist der Kautschuk. Zur Erhöhung der Tragfähigkeit wird der elastische Kautschuk mit um einen Drahtkern angeordneten Gewebelagen verstärkt. Bei Radialreifen sind die Fäden (Corde) der Gewebelagen radial (rechtwinkelig) von Drahtkern zu Drahtkern eingearbeitet. In Laufrichtung erhält der Reifen die Stabilität durch einen am Reifenumfang verlaufenden mehrlagigen Gürtel (Gürtelreifen). Dieser Aufbau gewährleistet eine gute Bodenanpassung und eine ebene Lauffläche des Radialreifens. Die Relativbewegung zwischen Fahrbahn und Profilgummi ist bei dieser Reifenbauart gering. Radialreifen zeichnen sich deshalb durch eine hohe Laufleistung und niedrige erforderliche Luftdrücke aus. Beachtet muss bei Radialreifen der Selbstreinigungseffekt werden, da die reduzierte Verformungsarbeit beim Abrollen weniger selbstreinigend wirkt. Zwei Drittel aller neu ausgelieferten Weinbautraktoren sind mit Treibradreifen radialer Bauart bestückt.
In Diagonalreifen verlaufen die Gewebelagefäden diagonal und gekreuzt. Die in der Reifenaufstandsfläche auftretenden Relativbewegungen zwischen Fahrbahn und Reifengummi bedingen bei niedrigem Reifendruck einen erhöhten Verschleiß und
in weiterer Folge eine unzulässige Erwärmung des Reifens. Derzeit sind Diagonalreifen bei der Anschaffung günstiger wie Radialreifen.
Hinsichtlich Reifenprofil kann festgehalten werden, dass es – abhängig vom vorgesehenen Einsatz – sehr unterschiedlich ausgeführt werden kann. Für die Anwendung im Weingarten hat sich in den letzten Jahrzehnten ein schmalstolliges, offenes Profil mit geringer Überlappung in der Mitte der Lauffläche durchgesetzt, da es dem Weinbautraktor mehr Zugfähigkeit und Richtungsstabilität verleiht. Für die Fahreigenschaften auf der Straße ist dagegen ein Reifenprofil mit großer Überlappung
in der Laufflächenmitte besser geeignet.
 

REIFENBREITEN

Als Breitenkriterium für Reifen wird das Verhältnis (H/B) von Flankenhöhe (H) zu Reifenbreite (B) bzw. das Verhältnis von Reifenbreite zum Außendurchmesser herangezogen. Dieses Verhältnis beträgt beim Normalreifen ca. 0,85 zu 1, das heißt, die
Reifenbreite ist um 15 % kleiner als ein Drittel des Außendurchmessers. Im Unterschied dazu liegt das Verhältnis bei den Breitreifen (Niederquerschnittreifen) unter 0,8 zu 1, die Reifenbreite beträgt hier bereits ein Drittel bis die Hälfte des Reifenaußendurchmessers. Noch breitere Reifen sind die sogenannten Terrareifen (Superbreitreifen) mit einem Verhältnis H/B von 0,5 zu 1 und einer Reifenbreite, welche größer als die Hälfte des Reifenaußendurchmessers ist. Bei einem Vergleich der Reifen können folgende Vorteile von breiten Reifen gegenüber normalen Reifen angeführt werden:
  • Die Bodenverdichtung ist geringer.
  • Sie besitzen weniger Schlupf.
  • Die Grasnarbe wird geschont.
  • Die Kippgefahr am Hang ist reduziert.
  • Der Rollwiderstand ist vermindert.
Die erwähnten Vorteile von Breitreifen kommen allerdings nur bei einem relativ niedrigen Luftdruck im Reifen zur Wirkung (für den Reifeneinsatz auf der Straße ist ein höherer Luftdruck besser). Im Weinbau wird die Reifenbreite meist durch den Abstand
zwischen den Weinrebezeilen vorgegeben. Zu beachten ist ein Sicherheitsabstand von ca. 30 cm zwischen Weinbautraktor und Weinrebe.
 

BEZEICHNUNGEN UND ABMESSUNGEN

Die Reifenbezeichnung ist nicht einheitlich. Treibradreifen sind in der DIN 7807 bzw. 7808 genormt, international richtet man sich nach der ISO 4251 (diese beinhaltet auch die Felgen). Bei der Reifenbeschriftung gibt die erste Zahl Auskunft über die Breite des Reifens. Hinter einem Schrägstrich folgt dann die Angabe des Höhen-Breiten-Verhältnisses in Prozent. In weiterer Beschriftungsfolge bedeutet der Buchstabe „R“ Radialreifen, hingegen weist der Strich „-„ auf die Diagonalbauart hin.
Hiezu zwei Bezeichnungsbeispiele für Reifen:
540/65 R 28 137 A8
540 = Reifenbreite in mm
65 = Höhen-Breiten-Verhältnis in %
R = Radialbauart
28 = Nennmaß der Felge in Zoll
137 = Load-Index LI
A8 = Speed-Index SI
18.4 – 38 AS TT 8 PR
18.4 = Reifenbreite in Zoll – = Diagonalbauart
38 = Nennmaß der Felge in Zoll
AS = Ackerschlepper
TT = Reifen mit Schlauch (Tube Typ)
8 PR = Tragfähigkeitsklasse PR (Ply Rating)
Früher wurden die Maßangaben bei Reifen nur in der Einheit Zoll (1 Zoll = 254 mm) angeführt. Nach und nach setzte sich die Verwendung der Einheit Millimeter für Reifenabmessungen durch. Für die Bezeichnung der Reifentragfähigkeit wurde ebenfalls eine Veränderung durchgeführt. Die ursprünglich verwendete PR-Zahl (Ply Rating) – sie entsprach in etwader Anzahl der Gewebelagen – ist mittlerweile durch die Tragfähigkeitskennzahl LI (Load Index) ersetzt worden. In Tabelle 1 (siehe am Ende des Fachbeitrages) ist der Load Index (LI) mit der zugehörigen maximalen Tragfähigkeit von Reifen in kg angeführt (gemessen bei Höchstgeschwindigkeit und 1,6 bar Reifendruck).
Im Zuge der Ausweitung der zulässigen Höchstgeschwindigkeiten bei Weinbautraktoren kam es zur Einführung der Geschwindigkeitskennzeichnung SI (Speed-Index) für Traktorreifen. Der Speed-Index SI (auch Geschwindigkeitsindex genannt) ist in Tabelle 2 ( siehe unten) mit den zugeordneten Geschwindigkeiten wiedergegeben.
Dies bedeutet in der Weinbaupraxis, dass der verwendete Reifen mindestens die im Fahrzeugschein des Weinbautraktors angegebene Höchstgeschwindigkeit vorweisen muss.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Reifenhersteller Tabellen veröffentlichen, aus denen die Tragfähigkeit und die maximale Geschwindigkeit von Reifen hervorgeht. Die Beachtung der Tabellenwerte seitens des Winzers geht deutlich in das Fahrverhalten, den Komfort und die Sicherheit des Weinbautraktors ein.
 

ZWILLINGSBEREIFUNG, GLEISKETTENLAUFWERKE UND ALLRADANTRIEB

Neben den normalen Traktorreifen werden auch zusätzliche Reifen (oder Stahlgitterräder) am Weinbautraktor montiert. Der Grund dafür liegt einerseits in der Reduzierung der Spurtiefe bzw. Bodenbelastung und andererseits in der Verbesserung der
Zugkraftübertragung (siehe Kapitel „Rollwiderstand“ und „Zugkraftübertragung“). Bei der Arbeit in Weinrebkulturen bietet sich die Zwillingsbereifung an. Hier empfiehlt es sich, die äußeren Reifen im Vergleich zu den inneren mit einem geringeren Reifendruck zu fahren, damit Erstere bei Geländeunebenheiten oder beispielsweise beim Einschlagen der Räder stärker einfedern können. Dadurch wird die Traktorachse vor zu hohen Beanspruchungen geschützt.
In verschiedenen Weinbaubetrieben sind auch Traktoren mit Gleiskettenlaufwerken vorhanden. Die Nutzung der Zwillingsbereifung in Reihenkulturen findet ihre Grenzen aufgrund der Traktorbreite. Traktoren mit Gleisketten besitzen gegenüber Traktoren mit Reifen eine deutliche größere (längere) Kontaktfläche (Aufstandsfläche) zum Boden. Daraus
lässt sich ein theoretisch niedrigerer Kontaktflächendruck (siehe Kapitel „Bodenbelastung durch Weinbautraktoren“)
ableiten. Da der Schwerpunkt von Gleiskettentraktoren vor dem Zentrum der Gleiskette liegt, kommt es bei schwerer Zugbelastung oder angebautem Heckgerät zu einer ausgeglichenen Belastung der Gleiskette.
Als Vorteile von Gleiskettenlaufwerken können neben der besseren Zugkraftübertragung und dem reduzierten Kontaktflächendruck eine präzise Lenkung sowie ein sehr geringer Wendekreis (Wenden auf der Stelle möglich) angeführt werden. Nachteilig sind das deutlich schwerere Fahrwerk und die Beschädigungsgefahr der Bodenoberfläche beim Wenden.
Von den in Österreich zugelassenen Weinbautraktoren haben über drei Viertel einen Allradantrieb. Die Leistungen eines Allradtraktors sind in sämtlichen Belangen besser als die eines an den Hinterrädern angetriebenen Weinbautraktors. Hervorzuheben ist vor allem die Aufbringung der erhöhten Zugkraft. Am besten werden allradangetriebene Weinbautraktoren
mit vier gleich großen Reifen bewertet. Mit diesen lassen sich Steigungen um die 60 % noch befahren, was im Steillagenweinbau nicht unrelevant ist.
 

BLICK IN DIE ZUKUNFT

Das Zukunftspotenzial des mittlerweile über 100 Jahre alten Reifens (der Reifen ist somit jünger als der Traktor) ist erheblich. Insbesondere der Rollwiderstand, die Fahrsicherheit und der Fahrkomfort werden dabei im Mittelpunkt der Entwicklung stehen. Die Luftdrucküberwachung während der Fahrt stellt einen weiteren neuen Technologieansatz dar. Als neuer Forschungstrend lässt sich die Optimierung des Traktorreifens auf bestimmte Betriebszustände wie beispielsweise Kurvenfahrt erkennen.
Seit jeher steht auch der Kompromiss zwischen Kraftschlusserhöhung (Vergrößerung der Reifenaufstandsfläche) und Rollwiderstanderniedrigung im besonderen Blickpunkt der Materialforschung. Hierbei zeichnet sich ab, dass selbst der Kautschuk noch ein Entwicklungspotenzial hinsichtlich eines Adaptivwerkstoffes (Silikattechnik) besitzt. Schließlich werden
unter der Überschrift „intelligenter Traktorreifen“ verschiedene Innovationen verfolgt, um eine Funktionserweiterung – vor allem mit geeigneter Sensortechnik – zu bewerkstelligen.
Das Entwicklungsziel ist ein Traktorreifen, der als Komponente des Weinbautraktors möglichst viele Informationen sowohl an den Traktor als auch an den Traktorfahrer liefert. Das heißt, der Reifen erfährt eine Erweiterung über seine derzeitige
Funktion hinaus und wird somit zum Datenträger und Datengeber. So gibt es die Vision, über bestimmte „Schalter“ die Verbindungsstellen (Corde) im Reifengummi je nach Bedarf zu knüpfen oder zu lösen, um so gezielt den Rollwiderstand zu beeinflussen. Allerdings ist auf diesem Gebiet noch viel Forschungsarbeit zu leisten.
 

RESÜMEE

In der Vergangenheit haben Weinbautraktorreifen eine deutliche Weiterentwicklung bezüglich Komfort, Gewicht, Langlebigkeit und Verminderung des Rollwiderstandes erfahren. Der Reifen stellt die Verbindung zwischen Weinbautraktor und Weingartenboden her. Die Weinbautraktorbereifung muss einerseits die Eigenmasse des Weinbautraktors tragen und andererseits dessen Zugkraft auf den Boden übertragen. Zusammen mit der Weinbautraktormasse und den Bodeneigenschaften determinierten Traktorreifen den Anteil der Zugleistung – und damit die Nutzleistung – von der gesamten Motorleistung. Dabei ist ein möglichst geringer Schlupf anzustreben, um die Verlustreibung gering zu halten. Eine richtige Weinbautraktorbereifung ist weiterhin wichtig für ein optimales Spurverhalten, eine exakte Lenkung und eine dem Fahrkomfort dienende Federung. Durch das Befahren des Weingartenbodens mit dem Traktor sollte die Schädigung der Bodenstruktur
so gering wie möglich gehalten werden. Auch aus dieser Erwägung heraus ist eine richtige Abstimmung betreffend Reifengröße, Traktorgewicht und Reifendruck unerlässlich. Der zukünftige Traktorreifen wird mit geeigneten Sensoren ausgestattet sein, mit denen Luftdruck, Temperatur und andere fahrphysikalische Eigenschaften detektiert werden können.
Die Messdaten werden anschließend in den Weinbautraktor übertragen und stehen als Kontrollsignale für die Traktorfahrdynamik-Regelsysteme zur Verfügung. Ein Wunsch für die Zukunft ist auch, sich mit der Frage der Wiederverwertbarkeit von Traktorreifen verstärkt auseinanderzusetzen.
 

HINTERGRUNDWISSEN

Rollwiderstand
Die Reifenkonstruktion und der Reifeninnendruck determinieren den Rollwiderstand auf festem Untergrund. Auf der einen Seite bedeutet ein niedriger Innendruck des Reifens ein erhöhtes Walken (Gewebelagen des Reifens reiben aneinander), eine größere Kontaktflächenreibung, einen höheren Verschleiß und Rollwiderstand. Auf der anderen Seite ist mit niedrigem Reifeninnendruck eine bessere Anpassung der Reifenlauffläche an den Boden bei gleichzeitig reduziertem Kontaktflächendruck möglich. Die Reifenaufstandsfläche erfährt eine Verlängerung. Dies hat zur Folge, dass sich auf nachgiebigem Weingartenboden erstens eine geringere Spurtiefe bildet, und zweitens der Weinbautraktorreifen eine reduzierte Verformungsarbeit am Boden verrichtet. Der beobachtete Effekt kann auch durch eine Vergrößerung des Reifendurchmessers herbeigeführt werden.
Da die Verformungsarbeit am nachgiebigen Weingartenboden größer als die Walkarbeit im Reifen ist, sinkt bei niedrigem Reifeninnendruck auch der Wert für den Rollwiderstand. Aufgrund der Gefahr von Bodenverdichtung in nachgiebigen Weinkulturflächen kommt diesen Tatsachen eine immense Bedeutung zu. Eine Konsequenz davon ist die in der Praxis häufig angewandte Luftdruckverstellung im Reifen, da durch sie sowohl der Bodendruck als auch der Rollwiderstand günstig beeinflusst werden.

Zugkraftübertragung
Zu einer Zugkraftentwicklung kommt es bei einem rollenden Reifen nur dann, wenn der Abrollumfang nicht mehr dem Weg entspricht, der bei einer Umdrehung des Rades zurückgelegt wird. Es folgt eine Verformung der Reifenaufstandsfläche
und des Bodens – der Vorgang wird als Schlupf („Räderdurchdrehen“) bezeichnet. Die übertragbare Zugkraft nimmt – in Abhängigkeit vom Schlupf – auf nachgiebigen Weingartenböden am Beginn stark zu. Die maximale Zugkraftübertragung
wird bei großen Schlupfwerten erreicht, welche weit über den Werten bei der Befahrung im Weinbau liegen. Infolge der
hohen Schlupfwerte arbeitet sich der Traktorreifen in tiefer gelagerte Bodenschichten vor. Da diese Schichten im Boden eine höhere Dichte aufweisen, kann der Traktorreifen eine höhere Reibungskraft aufbauen. Um mit einer maximalen Zugkraftübertragung zu arbeiten, darf der Schlupf weder zu kleine noch zu große Werte annehmen. Zu hohe Schlupfwerte lassen sich in der Praxis durch eine entsprechende Gerätezuordnung (beispielsweise die Arbeitsbreite der verwendeten
Weinbaumaschine) bzw. Ballastierung des Weinbautraktors vermeiden. Für die Übertragung der Zugkraft ist zusätzlich auch die Überwindung des vor allem auf weichen Weingartenböden nicht unerheblichen Rollwiderstandes des Reifens notwendig. Der Rollwiderstand muss hierbei von der theoretischen Zugkraft abgerechnet werden.

Bodenbelastung durch Weinbautraktoren
Der Boden im Weingarten wird zwangsläufig bei der Bodenbearbeitung, Bestandspflege und Ernte durch Weinbautraktoren befahren und belastet. Während der Befahrung kann der Bodendruck die für das Pflanzenwachstum notwendige Bodenstruktur schädigen, der Boden wird verdichtet. Auf den Bodendruck in unterschiedlicher Tiefe üben erstens die Kontaktfläche zwischen

Traktorreifen und Boden, zweitens die absolute Radlast und drittens der Boden selbst – in Form von Bodenart, Bodenfeuchtigkeit und Strukturstabilität – einen Einfluss aus. Mit sinkendem Innendruck nimmt die Aufstandsfläche eines Reifens zu. Bezieht man die Radlast auf die Kontaktfläche, so resultiert daraus der theoretische Kontaktflächendruck. Ein steigender Reifeninnendruck bewirkt also einen größeren Kontaktflächendruck und somit Bodendruck, da die Kontaktfläche abnimmt. Bei der gleichen Weinbautraktorbereifung ist mit steigender Radlast ein höherer Innendruck im Reifen erforderlich, der Bodendruck erfährt ebenfalls einen Anstieg. Hierbei spielt auch die höhere absolute Radlast eine Rolle. Wird hingegen ein Traktorreifen durch einen größeren Reifen ausgetauscht, bei dessen Einsatz für die gleiche Radlast ein niedrigerer Reifendruck genügt, so sinkt der Kontaktflächen- bzw. Bodendruck. Der Weinbautraktor hinterlässt auf dem Weingartenboden eine flache Spur. Da sich der Druck im Boden räumlich ausbreitet, kommt auch der Tiefenwirkung des Bodendrucks eine große Bedeutung zu. Durch eine geringere absolute Radlast und eine größere Kontaktfläche Reifen-Boden lässt sich die Bodenverdichtung in der Tiefe maßgeblich reduzieren.


 

Medium

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