Ansätze zum Spritsparen beim Traktor

Ansätze zum Spritsparen beim Traktor

Franz Handler und Manfred Nadlinger

BLT Wieselburg,

Lehr- und Forschungszentrum Francisco Josephinum, Rottenhauser Straße 1

AT-3250 Wieselburg

franz.handler@josephinum.at oder manfred.nadlinger@josephinum.at ENERGIE & SPAREN WEST

Innsbruck, 22. Oktober 2011

Energieverbrauch verschiedener Kulturen

1 Liter Diesel = 9,8 kWh Ca. ¹/₃ des Gesamtenergiebedarfs im Ackerbau entfällt auf Kraftstoff.

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000

Energieverbrauch [kWh/ha]

Mineraldünger

Saatgut/Pflanzenschutz Maschinen/Gebäude Treibstoff

Quelle: Mack und Kränzlein 2006 und Mack, Zimmermann und Kränzlein 2008

Dieselverbrauch von Kulturen

Dieselverbrauch der Kulturen liegt je nach Arbeitsintensität bei 60 –210 Liter/ha.

0 50 100 150 200 250

Getreide (konv. Bodenbearbeitung) Getreide (Mulchsaat) Zuckerrübe, Kartoffel Grünland 2- schnittig Grünland 4- schnittig Grünland 6- schnittig Obstbau Weinbau

Jährlicher Dieselverbrauch [l/ha]

Quelle: Eigene Berechnungen

Kosten des Traktoreinsatzes

Kraftstoffkosten sind ca. 40 % der Gesamtkosten (Motorauslastung 40 %, 450 h/a)

Kosten des Traktoreinsatzes

Energiefluss beim Traktor (vgl. KUTZBACH 1989)

Bei Zugarbeit am Feld wird nur ca. 20 % der eingesetzten Energie des Kraftstoffes in effektive Zugleistung umgesetzt.

25l / ha 20%

Abgase -7,5l /ha

30%

34%

Kühlung -8,5l /ha

Getriebe -1,5l /ha

6%

Laufwerk -2,5l /ha Abgegebene Energie

ηηηηges = ηηηηe x ηηηηg x ηηηηL ηηηηe: Motorwirkungsgrad (0,2 – 0,3) ηηηη_g: Getriebewirkungsgrad (0,8 – 0,85)

ηηηηL: Laufwerkwirkungsgrad (0,65 bei 10% Schlupf)

10%

25l / ha

aufgenommene Energie

5l / ha

Bewertung von Traktormotoren

Kenngrößen zur Bewertung:

•

^Leistung

•

^Drehmoment

•

Kraftstoffverbrauch

•

Spezifischer Kraftstoffver- brauch

Graphischen Darstellung Ł Leistungsdiagramm

Motorkennlinien - Volllastkurven

Nennleistung bei Nenndrehzahl Max. Drehmoment

Drehmomentanstieg

min. spez.

Verbrauch

Prospektangaben

beziehen sich meist auf min. spezifischen

Verbrauch!

Begrenzte Aussagekraft!

840g/l*kW g/kWh

l/h=

Motorauswahl –

Spezifischer Kraftstoffverbrauch

•

In Prospekten wird meist minimaler spezifischer Kraftstoffverbrauch angegeben.

•

Minimaler spezifischer Verbrauch: 190 – 250 g/kWh nach ECE R24

•

Achtung: Verschiedene Messmethoden, die unterschiedliche Ergebnisse liefern!

•

Aussagekraft des minimalen spezifischen Verbrauchs ist gering!

DIN 70020 - SAE J1995 - ISO TR 14396 – ECE R120- 97/68/EG - 2000/25/EG - 2005/13/EG – 80/1269

EWG - ECE R24 - OECD Code 2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400

Motordrehzahl [1/min]

Leistung [kW]

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Spezifischer Kraftstoffbedarf [g/kWh]

Leistung Traktor I Leistung Traktor II

Spez. Verbrauch Traktor I Spez. Verbrauch Traktor II Nennleistung 100 kW

Min. spez. Verbrauch

Vergleich der Motorkennlinien von zwei Traktoren

- 11 % Traktor I

Gleiche Nennleistung und gleicher min. spez. Verbrauch, trotzdem unter- schiedliche Leistung und spez. Verbrauch über den gesamten Lastbereich.

+ 9 % Traktor I

Normzapfwelle 540 1/min

Motorenauswahl –

Spezifischer Kraftstoffverbrauch – Messung nach OECD Code 2

•

Messung an der Zapfwelle

•

Messungen auch im Teillastbereich Ł Ergebnisse praxisnäher

•

Mittelwerte von 6 Messpunkten: 260 und 410 g/kWh.

•

Kurzberichte verfügbar unter:

http://www2.oecd.org/agr-coddb/index_en.asp

Kraftstoffverbrauch (l/h) eines 100 kW Traktors im Teillastbereich bei unterschiedlichen

Drehzahlen im Vergleich zum Fahren mit Vollgas

[UPPENKAMP 2006]

Im Drehzahlbereich von ca. 1300 bis 1700 U/min ist der Treibstoffverbrauch am geringsten.

Ein guter Fahrer versucht in diesem Bereich zu fahren.

Angeforderte Leistung (kW)

Drehzahl (U/min)

Vollgas 1100 1300 1500 1700 1900 2100

20 6,2 6,1 6,4 7,0 8,0 9,5 10,5

40 11,2 11,0 11,2 11,8 12,8 14,2 15,0

60 16,4 16,0 16,1 16,7 17,6 19,0 19,5

80 21,1 21,1 21,6 22,5 23,8 24,0

100 26,5 27,4 28,6

Traktor – Getriebe I

Verantwortlich für die Abstimmung von Motorleistung, Motordrehzahl und Fahrgeschwindigkeit Ł für den optimalen Betriebspunkt des Motors notwendig

• Schaltgetriebe

• Optimale Abstufung erforderlich

• Lastschaltgetriebe ermöglichen Abstimmung von

Motorleistung, Motordrehzahl und Fahrgeschwindigkeit auch unter Last (z. B. Bodenbearbeitung, Transport)

• Stufenlose Getriebe – Hydrostatische Antriebe

• Erhöhen Arbeitsqualität und Sicherheit am Hang

• Erhöhter Dieselverbrauch

im Vergleich zu Schaltgetrieben

Traktor – Getriebe II

Dieseleinsparpotential [%] beim Fahren mit verringerter

Motordrehzahl und durch eine Motor-Getriebe-Steuerung mit automatischer Drehzahlanpassung im Vergleich zum Fahren mit Vollgas [UPPENKAMP 2006]

Motorauslastung [%]

20 40 60 80

80 % der Nenndrehzahl 31,4 15,7 11,2 7,7

Motor-Getriebe-Steuerung 45,5 24,3 14,5 8,1

• Stufenlose Getriebe - CVT

• Integriertes Motor-Getriebe-Management

• Spritsparmodus usw.

Diesel-Einsparpotential in % beim Einsatz der

Sparzapfwelle oder der 1000er-Zapfwelle in Abhängigkeit von der Motorauslastung im Vergleich zum Einsatz der 540er-Normzapfwelle [UPPENKAMP 2006]

Im Teillastbereich die Sparzapfwelle verwenden!

Normzapfwelle

–

Sparzapfwelle

Motorauslastung [%]

20 40 60 80

Sparzapfwelle

(750 U/min) 18,8 11,8 7,6 3,5

Zapfwelle

(1000 U/min) 29,4 16,9 2,2

Wartung des Traktors

„Wartung“ ist die Voraussetzung für die optimale Umsetzung der Energie im Treibstoff in

Bewegungsenergie

Wartungsmängel ŁŁŁŁ zu geringer Luftanteil im Gemisch ŁŁŁŁ erkennbar durch Schwarzrauchbildung und

Leistungsverlust

Ursachen können sein:

• Verschmutzter Luftfilter

• Undichte Ladeluftleitungen

• Zu hohe Einspritzmenge

• Falsches Ventilspiel

• Undichte Kraftstoffleitungen

• Fehler in der Motorsteuerung

Wartung des Traktors

Folgende Wartungsarbeiten müssen durchgeführt werden:

• Kühler und Luftfilter reinigen

• Verschmutzte Kraftstofffilter erneuern

• Undichte Kraftstoffleitungen reparieren

• Ventilspiel überprüfen

• Einspritzdüsen und Einspritzpumpe überprüfen

• Öle müssen in regelmäßigen Abständen kontrolliert und gewechselt werden!

Durch die optimale Schmierung des Motors und der Getriebe ŁŁŁŁ sinken die Reibungsverluste

Einsparungseffekt durch Wartung 5 – 10 %

Wartung des Traktors

Umschaltventilator zur Kühlerreinigung (Saugen - Umschalten - Blasen) [„Cleanfix“Fa. Hägele GmbH]

• Beim Kauf auf Wartungsfreundlichkeit achten!

Beispiele:

• Zugänglichkeit der Kühler

• Bsp: Ventilator mit verstellbaren Flügeln ŁŁŁŁ

• Umkehr der Lüftungsrichtung (Schmutz wird aus dem Kühler geblasen)

• Regelung der Leistungsaufnahme durch automatisches Verstellen der Flügel in Abhängigkeit der Kühlertemperatur

Abgasreinigung

Quelle: Marco Landis (ART)

Abgasreinigung

Abgasreinigung

DPF

Quelle: Marco Landis (ART)

Abgasreinigung

Diesel-Partikelfilter (DPF)

Quelle: Marco Landis (ART)

In das Abgas wir Harnstoff eingespritzt, welcher im Katalysator die Stickoxide beseitigt.

Verbrauch ca. 2 bis 5 % des Kraftstoffverbrauchs.

Katalysator

SCR

Abgasreinigung

Abgasreinigung

Harnstofflösung

Quelle: Marco Landis (ART)

Kosten ca. 0,5 €/L

Quelle: Marco Landis (ART)

Abgasreinigung

Reifendruck - Traktor

Möglichst geringer Reifendruck am Feld Ł

• Wenig Bodendruck, geringere Spurtiefe.

• Zugkraft steigt bzw. Schlupf sinkt

• Weniger Schlupf Ł weniger Grasnarbenschäden Ł weniger Dieselverbrauch

Beispiel FH Soest [VOLK 2006]

- Grubbern

Reifendruck Schlupf 1,6 bar Ł 18 %

1,0 bar Ł 10 % Ł - 9 % Dieselverbrauch

• Geringere Spurtiefe des Traktors am Acker Ł Geringere Arbeitstiefe des Bodenbearbeitungsgerätes erforderlich.

Quelle: Volk 2004

Reifendruck – Anhänger

Möglichst geringer Reifendruck am Feld Ł

• Geringerer Bodendruck

• Geringere Spurtiefe

• Zugkraftbedarf sinkt Ł geringerer Schlupf des Traktors

Beispiel FH Soest – Güllefass (VOLK 2004)

Reifendruck Zugleistung 4,0 bar Ł 135 kW 1,0 bar Ł 110 kW

Ł - 19 %

Reifendruck - Straßenfahrt

Möglichst hoher Reifendruck auf der Straße ŁŁŁŁ

• Höhere Tragkraft der Reifen

• Geringerer Rollwiderstand

• Geringerer Dieselverbrauch

• Bsp.: Reifendruck auf maximal zulässigen Wert erhöhen Ł

Dieselersparnis von 15 % gegenüber minimalen erforderlichen Wert (lt. Reifentabelle) (UPPENKAMP 2006)

Reifendruck - Reifendruckregler

Ermöglicht die Anpassung des Reifendruckes

• Ausrüstung zur manuellen

Anpassung des Reifendruckes

Quelle: Team Reifenregler, FH Südwestfalen

Reifendruckregelanlagen ermöglichen die Anpassung des

• Automatische Anlage zur

Anpassung des Reifendruckes

Ballastierung des Traktors

• Traktor soll so leicht wie möglich und so schwer wie nötig sein

• Ballast bei schwerer Zugarbeit montieren Ł verringert Schlupf

• Ballast bei leichter Zugarbeit und Zapfwellenarbeit demontieren

• Leerfahrt mit Ballast vermeiden!

• 1 t Ballast erhöht Dieselverbrauch um 1 l/h (UPPENKAMP 2006)

• Ballast muss rasch demontierbar sein!

Unnötige Arbeitsgänge vermeiden und

Kombination von Arbeitsgängen anstreben

(KTBL 2006, eigene Berechnungen)

Arbeitsgang Arbeits-

weise Mechanisierung Treibstoff-

verbrauch [l/ha]

Bestellung Getreide

Getrennt Saatbettkombination (5 m, 67 kW, 2

Überfahrten), Sämaschine (3 m, 45 kW) 14,8 Kombiniert Kreiselegge mit Sämaschine (3 m,

67 kW) 11,6

- 20 %

Anwelksila- gebereitung

Getrennt Mähwerk (2,8 m, 54 kW) und Kreiselzetter (5,5 m, 45 kW, eine

Überfahrt) 7,8

Kombiniert Mähwerk mit Aufbereiter (2,8 m, 67 kW) 5,9 - 24 %

• Unnötige Arbeitsgänge vermeiden

• Arbeitsgänge kombinieren

Optimale Abstimmung von

Arbeitsbreite, Fahrgeschwindigkeit und Motorleistung

Foto: Miglbauer 2011

Optimale Abstimmung von

Arbeitsbreite, Fahrgeschwindigkeit und Motorleistung

• Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit zur Erhöhung der Flächenleistung

Ł Anstieg des Leistungs- bzw. Zugkraftbedarfes und des Treibstoffbedarfes

• Größere Arbeitsbreite

Ł kürzere Wegstrecke auf der Fläche und weniger Wendezeiten

Ł höhere Flächenleistung und geringerer Treibstoffverbrauch

Geräteeinstellung

Richtige Geräteeinstellung bei jeder Arbeit vornehmen!

Beispiel: Auflagegewicht des Mähwerkes

Futterernte – Zerkleinerungsintensität

Anzahl

Messer Mittel-

wert Zunahme

0 28,1

Spitzenleistungsbedarf an

der Zapfwelle [kW] 23 40,6 +44 %

0 1,7

Spezifischer Energiebedarf

[kWh/t TM] 23 2,3 +35 %

Leistungs- und spezifischer Energiebedarf einer Rundballenpresse beim Pressen von Anwelksilage

(HANDLER et al. 2008)

Mit der Anzahl der Messer steigt der Leistungs- und Energiebedarf.

Kürzerer Schnitt » höherer Leistungsbedarf

Futterernte – Zerkleinerungsintensität

-13 %

Zunehmende Häcksellänge verringert den Treibstoffverbrauch.

Schnittlängen bei Erntegeräten dem tatsächlichen Bedarf anpassen.

Sind die Messer scharf?

Leistungsbedarf eines Trommelmähwerkes

(3 m Arbeitsbreite) (SAUTER UND DÜRR 2005)

10 12 14 16 18 20 22 24 26

600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 Massenstrom Frischmasse [dt/h]

Leistungsbedarf [kW] Messer scharf Messer stumpf

3 kW ~ 20 %

Stumpfe Messer erhöhen den Leistungsbedarf.

Sind die Messer scharf?

Leistungsbedarf des Schneidwerks einer

Rundballenpresse (14 Messer, Grassilage, TS-Gehalt 24 bis 30 %) (SAUTER UND DÜRR 2005)

0 5 10 15 20 25 30

10 15 20 25

Massenstrom Frischmasse [kg/s]

Leistungsbedarf [kW]

Messer scharf Messer stumpf

Stumpfe Messer erhöhen den Leistungsbedarf.

Messer regelmäßig schärfen.

Futterernte – Arbeitsbreite

Zugleistungsbedarf steigt mit der Fahrgeschwindigkeit.

Zur Steigerung der Ernteleistung die Schwadstärke und nicht die

Transport

• Betriebswachstum Ł Transportentfernungen steigen

• Größere Transportfahrzeuge Ł höhere Masse (weniger Treibstoffverbrauch pro transportierter Einheit)

Ł Bodenbelastung steigt

Trennung von Feldarbeit und Transport

Geringer Reifendruck und Transportgewicht am Feld Hoher Reifendruck und Transportgewicht auf der

Straße

Vergleich Traktor – LKW beim Gülletransport

Rahmenbedingungen:

- Asphaltierte Straßen

- Gelände eben bis hügelig

Dieselverbrauch^*

[l/100 km] [l/100 km^.t^**] Traktoren (120 – 199 kW) mit

Tankanhänger (18 m³) 46 – 63 2,6 – 3,5

LKW (315 kW) mit 21 m³ 30 – 35 1,4 – 1,7

*) Mittelwert aus Hinfahrt voll und Rückfahrt leer

**) Treibstoffverbrauch pro 100 km und t Nutzlast

Der LKW benötigt weniger Treibstoff als der Traktor mit Anhänger

» erfordert allerdings eine Trennung von Feldarbeit und Transport.

Quelle: Eigene Erhebungen

Erfassung des Ist-Zustandes

• Messen des Kraftstoffverbrauches für verschiedene Arbeiten am Betrieb Ł Ist-Zustand (tatsächlicher Verbrauch)

• Vergleich Ist-Zustand mit Richtwerten Ł Basis für Kraftstoffsparmaßnahmen

• Wirkung von Sparmaßnahmen durch Messen überprüfen!

Erfassung des Ist-Zustandes

Uhrzeit Zeit Fläche Dieselverbrauch

Datum

von bis [h]

Schlag / Arbeitsgang / verwendetes Gerät / Einsatzbedingungen /

Arbeitstiefe, Arbeitshöhe [ha] [l] [l/h] [l/ha]

20.08.09 10.00 14.30 4.5 Auwiese / Mähen / Front- Heckkombination /

1. Schnitt / 6 cm 13.5 54 12 4

Aufzeichnungen über den Verbrauch stellen die Basis für

Beispiel eines Aufzeichnungsformulars:

Kraftstoffverbrauchsmessung

1. Feststellen des Verbrauches beim Tanken

• Volltanken – Arbeiten – Volltanken – getankte Menge aufzeichnen

• Vorteil:

- einfache Durchführung

• Probleme:

- Luftblasen im Tank können das Ergebnis verfälschen

- Nur bei länger dauernden Arbeiten sinnvoll (mindestens eine

¼ Tankfüllung)

Kraftstoffverbrauchsmessung

2. Nachgerüstete Kraftstoffmessgeräte

• Greifen auf CAN-Bus des Traktors zu oder messen Durchfluss mit Messturbinen

• Messturbinen müssen kalibriert werden (Messfehler wird verringert)

• Kosten 700–1.400 €

• Zeigen aktuellen Verbrauch an

Ł Fahrer kann Veränderungen und damit seine Fahrweise

laufend überwachen

Quelle: http://www.degenhart-systeme.de/

Kraftstoffverbrauchsmessung

3. Kraftstoffverbrauchsanzeige am Traktorterminal

• Zeigt Daten des CAN-Bus am Traktorterminal an

• Standard bei modernen Traktoren der höheren Leistungsklassen

• Zeigen aktuellen Verbrauch an

Ł Fahrer kann Veränderungen und damit seine Fahrweise

laufend überwachen

Faktor Mensch

• Training

• Welche Möglichkeiten habe ich, auf meinem Betrieb Treibstoff zu sparen?

• Praktisches Training

Praktisches Training

• Transportarbeit

• Trainer fährt am Beifahrersitz mit

• 4 - 6 km Fahrstrecke

• 1. Fahrt: Fahrer fährt seinen individuellen Stil

• 2. Fahrt: Trainer gibt Hinweise

• Zeit und Treibstoffverbrauch werden gemessen

Praktisches Training

• Frontladerarbeit

• z. B.: Container werden umgestellt

• 1. Fahrt: Fahrer fährt seinen individuellen Stil

• 2. Fahrt: Trainer gibt Hinweise

• Zeit und Treibstoffverbrauch werden gemessen

Evaluierung des Trainingstages

• Arbeiten mit dem Frontlader (John Deere 6330)

Evaluierung des Trainingstages

• Transportfahrt 5,5 km, 15 m Höhendifferenz, John Deere 6430

Evaluierung des Trainingstages

• Transportfahrt 5,5 km, 15 m Höhendifferenz, John Deere 6430

Faktor Mensch

• Auffrischung notwendig!

• Periodisch wiederkehrende Auffrischung der „Spritspartipps“

notwendig

• Ein Erfolg treibstoffsparender Maßnahmen erleichtert eine Verinnerlichung dieser Handlungen bei allen Arbeiten

Die Umsetzung dieser treibstoffsparenden Maßnahmen liegt großteils im Geschick

des Fahrers!

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Für Fragen stehe ich gerne zur

Verfügung!