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Traktoren, 20.09.2013

KRAFTSTOFFVERBRAUCH BEIM WEINBAU-TRAKTOR

Die Kenntnis des Kraftstoffbedarfs der einzelnen Kulturmaßnahmen bietet die Chance, den Energieeinsatz in der Traubenproduktion zu verringern.

 

Spannungsfeld Technik und Umwelt

Der Einsatz des Weinbau-Traktors dient der Traubenproduktion – er ist kein Selbstzweck, sondern ergibt sich aus dem wirtschaftenden Handeln des Winzers. Da weiterhin alles darauf hindeutet, dass der Traktor-Einsatz bestehen bleibt bzw. sogar weiter zunehmen wird, kommt dem Thema „Kraftstoffverbrauch im Weingarten“ mit all seinen Implikationen eine gewisse Priorität zu.

Wie mehrfach in Studien dargelegt, kommt dem Weinbau-Traktor beim Produktionsprozess im Weinunternehmen aus mehreren Gründen hohe Bedeutung zu, insbesondere weil der Traktor die Weinbau-Anforderungen in besonderem Maße erfüllen kann, andere Antriebsmittel keine Alternativen bilden, schon in der Vergangenheit eine deutliche Verringerung der Nachteile und eine Stärkung der ­Vorteile erzielt werden konnten und weitere Verbesserungspotenziale in der Zukunft vorhanden sind.

Dennoch wird immer wieder kritisch über den Einsatz im Weingarten diskutiert. Tatsache ist, dass Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch und bei den CO2-Emissionen durch die ständige Erhöhung der Motorleistung einerseits und die Zunahme des Einsatzvolumens andererseits kompensiert wurden.

Da in Zusammenhang mit Ressourcenschonung und Umweltschutz dem Weinbau-Traktor ein hohes Maß an Bedeutung zukommt, ist folgende Frage plausibel: Wie hoch ist der Kraftstoffverbrauch des Traktors beim Einsatz im Weingarten? Am LFZ Klosterneuburg fand dazu eine Versuchsreihe statt.
 

Gestaltung der Traubenproduktion

Moderne Traubenproduktion setzt heute – neben einer hohen Sachkenntnis des Winzers – eine Optimierung bzw. Neuausrichtung verschiedener Arbeitsgänge im Produktionsverfahren voraus. Um ein einwandfreies und gesundes Traubenmaterial als Grundlage für qualitativ hochwertige Weine zu erzeugen, müssen viele Kulturmaßnahmen im Weingarten wie ­Rebschneidearbeiten, Laubarbeiten, Ertragsregulierung, Bodenpflege, Düngerausbringung, Pflanzenschutz etc. durchgeführt werden. Diese Produktionsschritte machen den Einsatz des Weinbau-Traktors erforderlich und sollen deshalb – unter Beachtung ökonomischer und ökologischer Aspekte – so ausgerichtet sein, die Traktorstunden und damit den Kraftstoff­verbrauch auf ein Mindestmaß zu reduzieren.

Vor diesem Hintergrund hat die produktionstechnische Entwicklung am LFZ Klosterneuburg rechtzeitig einen Weg eingeschlagen, der dieser Forderung gerecht wird, ohne dabei jedoch den für die Weinbaupraxis hohen Qualitätsanspruch aus den Augen zu verlieren. In Tab. 1 ist die durchschnittliche Häufigkeit der einzelnen Kulturmaßnahmen pro Jahr im Zuge der Produktionsmethode am LFZ Klosterneuburg (Versuchsgut Agneshof) für den Zeitraum zwischen 2005 und 2012 angeführt.

Aufgabe und Ziel der einzelnen ­Verfahrensstufen sind die Herstellung eines für das Rebwachstum optimalen Zustands. Die Arbeiten im Weingarten im Zuge der Traubenproduktion verlangen – entsprechend Tab. 1 – eine ausgewogene Planung der Kulturmaßnahmen. Das heißt, dass neben den klassischen Aufgaben und Zielen der Weingartenarbeiten auch die jeweiligen Auswirkungen auf die Umwelt zu berücksichtigen sind.
 

Absoluter und spezifischer Verbrauch

Als absoluter Kraftstoffverbrauch wird nach DIN 1940 die Menge an Kraftstoff in kg bezeichnet, die ein Verbrennungsmotor pro Stunde be­nötig. Die Berechnungsformel dazu lautet:

Absoluter Kraftstoffverbrauch (kg/h) = Kraftstoffvolumen (dm3). Kraftstoffdichte (kg/dm3)/Zeit (h). 

Der Kraftstoffverbrauch ist beim Weinbau-Traktor in erster Linie von der Leistung und den Einsatzbedingungen abhängig. Daneben spielt der fabrikatsbedingte unterschiedliche Kraftstoffverbrauch noch eine gewisse Rolle. Aus diesem Grund wird beispielsweise in den Herstellerprospekten der spezifische Kraftstoffverbrauch angegeben. Unter dem spezifischen Kraftstoffverbrauch versteht man die Kraftstoffmenge in g, die pro geleistete kWh vom Motor verbrannt wird. Er kann nach folgender Gleichung berechnet werden:

Spezifischer Kraftstoff (g/kWh) = Absoluter Kraftstoffverbrauch (g/h)/effektive Motorleistung (kW). 

Zur Ermittlung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs werden mit dem Motor zahlreiche Versuche am Prüfstand unter verschiedenen Lastzu­ständen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Prüftätigkeit zeigen, dass in ­Abhängigkeit von der Motordrehzahl der niedrigste Wert für den spezifischen Kraftstoffverbrauch im Bereich des höchsten Drehmoments liegt. Das bedeutet, dass bei diesen Drehzahlen der zugeführte Kraftstoff am besten ausgenutzt wird. Infolgedessen lässt sich ein Verbrennungsmotor hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit durch seine spezifischen Kraftstoffverbrauchswerte beurteilen (siehe Infokasten). Aufgrund der unterschiedlichen Einsatzzwecke des Weinbau-Traktors (Bodenbearbeitung, Pflegemaßnahmen, Transportarbeiten usw.) liegt der tatsächliche Verbrauch (Durchschnittsverbrauch) meist erheblich unter den berechneten Verbrauchswerten, da im Durchschnitt nur 40 bis 60% der Motorleistung genutzt werden.
 

Messung des Kraftstoffverbrauchs

Der Kraftstoffverbrauch des Weinbau-Traktors hängt einerseits von der zu leistenden Arbeit und andererseits von den Wirkungsgraden der Kraftübertragung ab. Im Falle von Arbeiten mit Bodeneingriff hat auch der auftretende Bearbeitungswiderstand großen Einfluss auf den Leistungs- und damit Kraftstoffbedarf.

Grundsätzlich beinhaltet der Gesamtkraftstoffbedarf Anteile für die eigentlichen Arbeiten und jene für die „Nebenarbeiten“, wie etwa Wenden oder Fahrten zum und vom Weingarten. Für die Berechnungen des Kraftstoffverbrauchs kommt ein Kalkulationsmodell zur Anwendung, bei dem jeder Arbeitsgang in Hauptzeiten für produktive Arbeiten und in Wende­zeiten für „unproduktive“ Arbeiten unterteilt wird. Der Leistungsbedarf in den Hauptzeiten setzt sich aus der Eigenbewegung des Traktors sowie der Arbeitsdurchführung zusammen. Die gemessenen Verbrauchsdaten müssen so weit wie möglich „praxisnah“ sein; praxisnah heißt, dass für die jeweiligen Arbeitsgeräte die passende Motorleistung zur Verfügung steht.

Von der Methodik her wurde am LFZ Klosterneuburg die verbrauchte Kraftstoffmenge zweifach erfasst, nämlich durch Messung der Traktoreinsatzzeit und parallel dazu des verbrauchten Kraftstoffvolumens. Als unmittelbares Ziel der Verbrauchsmessungen, welche im Rahmen einer Diplomarbeit in den Rebanlagen des Versuchsguts Agneshof im Zeitraum 2012/13 durchgeführt wurden, kann die Erfassung des absoluten Kraftstoffverbrauchs für einzelne Arbeitsgeräte, Gerätekombinationen sowie unter variab­len Messbedingungen (Drehzahl, Arbeitstiefe) gelten.
 

Kraftstoffverbrauch im Weingarten

Globalisierung und zunehmende Ökologisierung des Weinbaus haben große Auswirkungen auf den Einsatz von Maschinen und Geräten im ­Weingarten. Wirtschaftlichkeit und Sicherheit sind wichtige Kriterien für die Auswahl des zu bevorzugenden Arbeitsgerätes. Auch beim Kraftstoffverbrauch gilt es, mit immer geringeren Mengen pro Hektar die Kulturmaßnahmen an den Reben durchzuführen. Die stark steigenden Kosten für den Kraftstoff (Diesel) stellen den Kraftstoffverbrauch innerhalb des Traubenproduktionssystems auch in den Mittelpunkt der Kostendiskussion.

Aufgrund dieser Tatsachen wurde der Kraftstoffverbrauch des Weinbau-Traktors bei unterschiedlichen Verfahren im Weingarten am LFZ Klosterneuburg gemessen. Die Ergebnisse der absolut verbrauchten Kraftstoffmenge beim Einsatz der unterschiedlichen Maschinen und Geräte, bezogen auf Raum, Zeit und Produkt, können Tab. 2 entnommen werden.
 

Unterschiede je nach Maßnahme 

Dass sich die maschinen- und ge­rätetechnische Entwicklung im Weinbau nicht nur auf konstruktiv aufwändige und kostspielige Verfahren konzentrieren soll, sondern dass auch bei konventionellen Techniken noch Fortschritte betreffend die Optimierung des Kraftstoffverbrauchs möglich sind, zeigt Tab. 2. Ein Vergleich der gemessenen Verbrauchsdaten lässt erkennen, dass sowohl zwischen den Weinbau-Traktoren (unterschiedliche Traktorleistung) als auch den verschiedenen Kulturmaßnahmen – beispielsweise Rebschutz und Bodenbearbeitung – zum Teil erhebliche Unterschiede bestehen.

Darüber hinaus kann Tab. 2 entnommen werden, dass auch innerhalb der jeweiligen Kulturmaßnahme die Menge an benötigtem Kraftstoff für die eingesetzten Arbeitsgeräte relativ stark variiert. Es ist leicht zu ersehen, dass beispielsweise die Kraftstoffverbrauchswerte der Fräse verglichen mit jenen des Grubbers einen wesentlich energieintensiveren Einsatz des rotierenden Bodenpflegegeräts anzeigen.

Tab. 2 lässt sich auch dahingehend interpretieren, dass die Bereitschaft des Winzers, sich mit den grundlegenden Zusammenhängen „Kulturmaßnahme – Kraftstoffverbrauch“ auseinanderzusetzen, ebenfalls einen Beitrag zur Verbesserung des Energie­aufwands im Weingarten liefern kann.
 

Energiewert

Verbrennungsmotoren beziehen ihre Energie aus der chemisch gebundenen Energie des Kraftstoffes. Für den Dieselkraftstoff beträgt der Energiewert – dieser gibt an, welche Wärme­menge insgesamt bei der Verbrennung eines Kraftstoffes entsteht – 11,8 kWh pro kg Kraftstoff (siehe Der Winzer 08/2011). Die Möglichkeit, den Kraftstoffverbrauch im Weingarten mit Hilfe des massenbezogenen Energiewertes auszudrücken, ist in Tab. 3 wiedergegeben.

Aufgrund des hohen Entwicklungsstandes der Maschinen- und Gerätetechnik ist es mittlerweile möglich, mit relativ geringen Energiemengen pro Hektar ein einwandfreies und gesundes Lesegut zu erzielen (Tab. 3). Dieser Stand der Technik wird sich zukünftig noch erhöhen, da die Innovationen der Motoren- bzw. Traktorenhersteller immer wieder auch durch verbesserte Verfahren seitens der Gerätehersteller ergänzt werden. So ist es möglich geworden, auf der einen Seite den Energieaufwand auf ein Minimum zu reduzieren und auf der anderen Seite umweltgerechter qualitativ hochwertige Weintrauben in Österreich zu produzieren.
 

Resümee

Der Weinbau-Traktor ist die zentrale Maschine der weinwirtschaft­lichen Mobiltechnik. In der landgebundenen Mobiltechnik haben sich weitgehend Verbrennungsmotoren durchgesetzt. Traktoren für den Weinbau sind aufgrund der Motorcharakteristik und des günstigen Kraftstoffverbrauchs nahezu ausschließlich mit Dieselmotoren ausgestattet. Prinzipiell zählt der Weinbau zu den energieintensiven Wirtschaftszweigen. Die Kenntnis des Kraftstoffbedarfs der einzelnen Kulturmaßnahmen bietet die Chance, den Energieeinsatz in der Traubenproduktion zu verringern. Lohnunternehmen sollten ohnehin bereits für durchgeführte Arbeiten im Weingarten die tatsächlich verbrauchte Kraftstoffmenge angeben.

Aber auch vor dem Hintergrund des Umweltschutzes – dieser wird seinen hohen Rang auch in Zukunft behalten und demzufolge werden die gesetzlichen Anforderungen an die Umweltverträglichkeit der Traktoren in den nächsten Jahren weiter steigen – sind die Kraftstoffbedarfswerte von großem Nutzen.

Das LFZ Klosterneuburg hat eine Versuchsreihe zum Kraftstoffverbrauch bei weinbaulichen Arbeiten durchgeführt. Für die Arbeitsgänge von der Bodenbearbeitung bis zum Rebschutz wurden typische Geräte und Gerätekombinationen zusammengestellt und die verbrauchten Kraftstoffmengen gemessen. Grundlage für die Ermittlung des Kraftstoffbedarfs bildete ein Kalkulationsmodell, bei dem die Verbrauchsanteile für Wenden am Rebzeilenende z. B. berücksichtigt sind. Die Werte für den Kraftstoffverbrauch sind als Kilogramm je Hektar Fläche, Kilogramm je Stunde Einsatz sowie Gramm pro Kilogramm Traube ausgewiesen. Ziel der Versuchstätigkeit war es, einen Überblick über den Kraftstoffverbrauch für Arbeiten im Weingarten zu geben.
 

Kraftstoffverbrauch und Motorbelastung

Im Zuge des Vergleichs und der ­Bewertung unterschiedlicher Motoren nach DIN (SAE-Norm in den USA) werden auf dem Prüfstand bei verschiedenen Drehzahlen Messwerte für die Leistung, das Dreh­moment und den spezifischen Kraftstoffverbrauch ermittelt. Die gemessenen Werte ergeben dann in Abhängigkeit von den Drehzahlen die sogenannten Motorkennlinien. Dabei wird zwischen Volllastkenn­linien und Teillastkennlinien unterschieden.

Unter dem Begriff Volllast – das Fahrpedal wird voll betätigt – versteht man jene Belastung, die ein Motor bei der jeweiligen Drehzahl überwinden kann. Aus der Volllastkurve lassen sich das maximale Drehmoment, die maximale Leistung und der minimale Kraftstoffverbrauch bei zugeordneter Drehzahl ablesen.

Da ein Motor im praktischen Einsatz nur selten voll belastet wird (Traktormotoren liegen in einem ­Bereich zwischen 40 und 60% der Nennleistung), sind Messungen bei Teillast ebenso wichtig. Hierzu ­werden mehrere Versuchsreihen bei verschiedenen Dreh­zahlen durchgeführt, wobei die Stellung des Fahrpedals variiert. Theoretisch müssten im gesamten Drehzahlbereich bei gleicher Pedalstellung (gleiche Energiemenge für eine Zylinderfüllung) der Kraftstoffverbrauch bzw. das Drehmoment gleichbleibend sein und die Leistung dementsprechend mit der Drehzahl gleichmäßig steigen.

Tatsächlich aber sinkt der spezifische Kraftstoffverbrauch zunächst und steigt erst wieder ab etwa 80% der Nennleistung. Je nach Einsatzprofil des Traktormotors variiert also der spezifische Kraftstoffverbrauch. Eine niedrige Motorbelastung hat einen hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch zur Folge.

Für den mitteleuropäischen Weinbau sind Motorbelastungen im mittleren Leistungsbereich typisch, wonach sich eine Leistungsausnutzung von etwa 50% ergibt. Der niedrigste spezifische Kraftstoffverbrauch moderner Traktormotoren wird zwischen 75 und 100% der Volllast ­erreicht – der Bestpunkt des Kraftstoffverbrauchs beträgt hier weniger als 200 g/kWh.
 

Medium

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