Trends bei Traktoren und Transportfahrzeugen

Prof. Dr.-Ing. Hermann J. Knechtges, Hochschule für Wirtschaft und Umwelt, Nürtingen-Geislingen

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Nach drei Boomjahren hat sich der Traktorenmarkt in Deutschland in 2014 leicht abgeschwächt und auch für 2015 wird ein weiterer Rückgang erwartet. Dieser Markteinbruch ist weltweit in nahezu allen Märkten zu verzeichnen. Die immer noch außerordentlich hohe Zahl an Neuzulassungen von 34.611 Traktoren in 2014 ist in Deutschland auch der vorgezogenen Investition in Traktoren geschuldet, die noch nicht der aktuellen Abgasstufe EU IV oder Tier IV final entsprechen. Die Käufer der älteren Modelle mit weniger aufwändiger Schadgasminderungstechnik profitieren von Übergangsregelungen und dem Abverkauf noch eingelagerter Motoren. Gleichzeitig sind die landwirtschaftlichen Erzeugerpreise, insbesondere die Milchpreise, unter Druck, was das Kaufverhalten vieler Betriebe beeinflusst. Auch der bisherige Nachfrageboom nach einfachen Traktoren in den Schwellenländern ist gebrochen. Jedoch bleibt hier ein ausgeprägter Mechanisierungsbedarf, der sich vor allem auf die mit dem Bevölkerungswachstum verbundene weltweit zunehmende Nachfrage nach Lebensmitteln stützt.

Standardtraktoren erreichen die 500-PS-Marge

Mit der Modellreihe 1000 realisiert ACGO-Fendt einen kompakten Standardtraktor mit bis zu 369 kW. Diese Leistung hatten bisher nur Systemtraktoren, Knicklenker oder Raupenfahrzeuge, deren Leergewichte jedoch deutlich über 14 t liegen. Für schwere Zugarbeiten auf dem Feld lässt sich das Fahrzeug auf bis zu 25 t ballastieren. Bei schnellen Arbeiten auf dem Feld wird trotz der hohen Motorleistung auch bei straßentauglichen Einsatzgewichten die Leistungsgrenze vor der Traktionsgrenze erreicht. Dazu tragen 900 mm breite Reifen mit einem Durchmesser von 2,35 m bei. Die Fahrzeugbreite bleibt dabei unter 2,95 m.

Kein Stillstand bei der Motorenentwicklung

Noch sind die aktuellen Abgasvorschriften der Stufe IV nicht bei allen Traktormodellen umgesetzt, schon wird in der Fachwelt die nächste Stufe V diskutiert. Neben einer Vereinheitlichung der Grenzwerte über die unterschiedlichen Leistungsklassen hinweg werden ab 2019 auch Regulierungen für die Partikelanzahl erwartet. Nach dem derzeitigen Stand der Technik würden dann alle Off-Highway Dieselmotoren einen Partikelfilter benötigen. Besonders in der Leistungsklasse unterhalb 56 kW (75 PS), die derzeit aufgrund geringer Abgasanforderungen kostengünstige Motoren erlaubt, würden sich der Aufwand und damit die Kosten deutlich erhöhen.

Trotz strengerer Abgasgrenzwerte hat sich der praxisnahe Dieselverbrauch von Traktoren in den letzten Jahren reduziert. Dies verdeutlichen anschaulich die seit nunmehr fast zehn Jahren durchgeführten unabhängigen Messungen der DLG (PowerMix). Auch der anfänglich hohe Harnstoffverbrauch der SCR-Katalysatoren von teilweise mehr als 10 Prozent des Dieselverbrauchs wurde deutlich reduziert und liegt jetzt bei einigen Herstellern unter 5 Prozent.

Fendt reduziert im neuen 1000er die Nenndrehzahl auf 1700 U/min und schränkt somit den nutzbaren Drehzahlbereich ein, was sich nicht nur positiv auf den Verbrauch des Motors auswirkt, sondern auch das Drehzahlniveau am Getriebeeingang senkt. So erreichen insbesondere die Hydrostaten im Fahrantrieb einen noch besseren Wirkungsgrad. Das Getriebe ist so ausgelegt, dass 50 km/h bereits bei ca. 1200 Motorumdrehungen erreicht werden. Der Kühlerventilator wird hydrostatisch angetrieben und ist in seiner Luftleistung somit unabhängig von der Motordrehzahl. Das vom Motor entkoppelte Lüfterpaket ermöglicht es, den Ringspalt zwischen Flügelspitze und Gehäuse zu minimieren, wodurch sich der Wirkungsgrad des drückenden Lüfters deutlich steigern lässt.

Bei gleicher Leistung sorgen immer kleinere Motoren mit weniger Hubraum für geringsten Kraftstoffverbrauch, jedoch haben diese für die Fahrzeugabbremsung kein ausreichendes Schleppmoment. Um die Bremswirkung des Motors zu steigern, wird bei Bedarf der Lüfter mit höchster Drehzahl laufen gelassen. Case IH verstellt am neuen Modell Optum zusätzlich die Schaufeln des Turboladers, was die Bremswirkung nochmals steigert. Trotz kleinerem Motorbauraum wird der Platz unter der Haube immer enger. Neue Katalysatoren und Partikelfilter sind zwar etwas kleiner gebaut als die der ersten Generation, jedoch benötigen gestufte Aufladung mit Zwischenkühlung, Abgasrückführung und andere Schadgasminderungsmaßnahmen so viel Bauraum, dass die Motorhauben größer und somit auch unübersichtlicher werden.

AGCO Valtra gibt dem Fahrer nicht nur den Hinweis, mit welcher Last und Drehzahl er den Motor optimal betreiben soll, sondern bezieht auch das Getriebe in die Optimierungsstrategie mit ein.

Traktorgetriebe können mehr als bisher

Seit 20 Jahren sind stufenlose leistungsverzweigte Getriebe erfolgreich bei Traktoren eingeführt. Im DLG PowerMix wurde nachgewiesen, dass Traktoren mit diesen Getrieben im gemischten Praxiseinsatz weniger Kraftstoff verbrauchen als Lastschalttraktoren. Um den gesamten Antriebsstrang noch weiter zu optimieren, steht der Allradantrieb im Focus. Bisher wurde dieser in Abhängigkeit von Lenkwinkel und Fahrgeschwindigkeit zu- oder abgeschaltet. Bei zunehmendem Schlupf an der Hinterachse hätte man zwar den Allradantrieb schon früher automatisch zuschalten können, jedoch fehlte bisher ein verlässliches Signal, aufgrund dessen sich der Allradantrieb dann automatisch ausschaltet, wenn er nicht gebraucht wird oder sogar die Gesamteffizienz des Antriebsstrangs negativ beeinflusst. Dies ist zum Beispiel auf fester Fahrbahn häufig der Fall. John Deere misst jetzt den Lastzustand in der Allradkupplung und schaltet diese nicht nur radschlupfabhängig ein, sondern auch bei niedriger Fahrgeschwindigkeit gezielt aus. Im eingeschalteten Zustand bleibt die Voreilung der Vorderachse fest, so dass bei enger Kurvenfahrt der Allradantrieb weiterhin automatisch ausgeschaltet wird.

Das neue Stufenlosgetriebe im 1000er Fendt realisiert ein völlig neues Allradmanagementsystem. Der Allradantrieb ist im Prinzip immer eingeschaltet. Bei Kurvenfahrt wird die Voreilung der Vorderachse stufenlos angepasst, und der Traktor wird mit erhöhter Vorderachsdrehzahl förmlich um die Kurve gezogen, wodurch sich nicht nur der Wendekreis verbessert, sondern sich auch die Grasnarbe oder die Bodenoberfläche schonen lassen. Auf fester Fahrbahn reduziert sich der Radschlupf, und der Antriebsstrang kann nicht mehr verspannen, was bisher nicht nur zu mehr Verbrauch, sondern auch zu einer unnötigen Belastung der Getriebebauteile beitrug. Bei schneller Straßenfahrt wird der hydrostatische Zweig des Vorderachsantriebes völlig abgekoppelt, und der Antrieb profitiert von dem exzellenten Wirkungsgrad der jetzt mit doppeltem Winkel betriebenen Hydrostaten im leistungsverzweigten Hinterachsantrieb.

Stufenlose Frontzapfwelle

Im neuen Optum von Case IH lässt sich die Drehzahl der Frontzapfwelle von der Kabine aus auf 1000 oder 1000eco schalten. Der Fahrer kann z.B. beim Mähen bei der Talfahrt auf 1000eco umschalten und so Kraftstoff sparen. Noch mehr Möglichkeiten bietet die stufenlose Frontzapfwelle von Zuidberg. In einem weiten Motordrehzahlbereich kann die Frontzapfwellendrehzahl über das stufenlose Toroidgetriebe konstant gehalten werden, was für Arbeitsqualität und Kraftstoffverbrauch die besten Voraussetzungen schafft.

Übersicht bei großen Fahrzeugen

Großräumige gefederte Kabinen mit guter Rundumsicht sind längstens Stand der Technik. Jedoch bleiben im Umfeld von großen Traktoren und selbstfahrenden Erntemaschinen zwangsläufig Bereiche, die nicht eingesehen werden können. AGCO-Valtra installiert eine zweite Dachluke, um die Sicht auf am Heck montierte Ladekräne zu verbessern. Mit Frontanbaugeräten wird die gesetzliche Vorgabe von 3,5 m zwischen Lenkradmitte und Vorderkante Gerät regelmäßig überschritten. Auf dem Frontanbaugerät montierte Kameras von Fliegl oder Satcom geben dem Fahrer bei Einfahrt in eine Straße frühzeitig ein geteiltes Bild vom Querverkehr in beiden Richtungen. Solche Kameras können auch an Anhänger montiert die Rückwärtsfahrt erleichtern. Ähnliche Funktion erfüllt das am Anhänger montierte ultraschallbasierte Umfeldüberwachungssystem Scout von Fliegl. Die Fa. Farmtech warnt mit dem System „Save Reverse“ nicht nur den Fahrer akustisch, sie leitet sogar bei zu starker Annäherung an ein rückwärtiges Hindernis einen Bremsvorgang ein.

Mehr auf Traktor und Selbstfahrer fokusieren die bildanalytischen digitalen Umfeldüberwachungssysteme von Deutz Fahr, Fendt und John Deere. Der geringe Blickwinkel des Systems von Deutz Fahr ermöglicht zwar keine Darstellung des Fahrzeuges im „Bird-Eye-Modus“, jedoch helfen Bildanalysealgorithmen Personen im von der Kamera abgedeckten Sichtverschattungsbereich zu erkennen. Besonders bei der Ein- und Ausfahrt aus der Halle oder anderen engen Durchfahrten kommt es bei großen selbstfahrenden Erntemaschinen öfters zu Unfällen. Mit der Rundumüberwachung aus der Vogelperspektive kann der Fahrer des Fendt-Selbstfahrers Kollisionen vermeiden. Das 360° 3D Kamerasystem von John Deere bietet nicht nur die statische Vogelperspektive auf dem Traktormonitor. Es blendet Spurlinien ein und erleichtert Ankoppelvorgänge. Der Fahrer kann sich in eine Perspektive außerhalb des Fahrzeuges begeben und das eigene Fahrzeug dreidimensional betrachten. So kann das Fahrzeug sehr exakt manövriert werden. Mit einem Blickwinkel von 190° erlaubt die Kamera am Kühlergrill eine frühzeitige Einsicht in kreuzende Wege oder von Gebäudeecken verdeckte Sichtbereiche. Eine Ausweitung des Systems auf Personenerkennung und automatische Ankopplung ist vorgesehen.

Bedienungsvereinfachung und Ablaufautomatisierung

Vorgewendemanagementsysteme werden von allen führenden Herstellern angeboten. Jedoch leidet deren Akzeptanz in der Praxis unter komplizierten Aufnahme- und Eingabeprozeduren. Das John Deere System „iTec AutoLearn“ erkennt ähnliche Bediensequenzen. Nach dreimaliger Wiederholung wird die letzte als automatischer Ablauf vorgeschlagen. Mit einem einzigen Knopfdruck kann diese übernommen werden. Nach der Übernahme können Sequenzen nachträglich editiert werden.

Mit dem System „VarioGuide Kontursegmente“ vereinfacht Fendt das Anlegen von Vorgewenden mit automatischer Spurführung. Nach der manuellen Umfahrung des Schlages zerlegt das System die Fahrroute automatisch in Segmente. Bevor das System in den normalen Bearbeitungsmodus wechselt, können am Vorgewende mit der automatischen Spurführung beliebig viele Parallelspuren angelegt werden. Die Auswahl des passenden Spursegmentes erfolgt voll automatisch.

Die elektronische Parallelführung des Frontladers sorgt für den stets gleichen Winkel des Werkzeugs zum Traktor. Befährt jedoch der Traktor einen Hang in der Falllinie kann Schüttgut herunterfallen. Mit einem Neigungsensor und Gyroskop sorgt das Effizienzpaket für Frontlader von John Deere für eine permanente horizontale Werkzeugausrichtung. Mit einem zusätzlichen Drucksensor in jedem Hydraulikzylinder lässt sich die Lademasse werkzeug- und positionsunabhängig auch während der Fahrt exakt ermitteln.

Smartphones und Netbooks bieten hohe Rechnerleistung, komfortable Nutzeroberflächen, große Funktionalität durch ein weites Angebot an Apps, kabellose Kommunikation z.B. mit Blue-Tooth und sind als Massenprodukt sehr preiswert. Neben der in den Traktor integrierten Gerätesteuerung auf dem Traktorterminal etablieren sich autarke Systeme, bei denen das Gerät direkt vom Smartphone oder Netbook aus gesteuert wird. So stellt Zuidberg z.B. den elektronisch geregelten Frontkraftheber komplett vom Netbook aus ein.

Bodenschonende und effiziente Fahrwerke

In den Traktor integrierte Systeme zur kontinuierlichen Anpassung des Reifenluftdruckes benötigen für eine Druckerhöhung um 1 bar ca. 7 bis 9 min. Diese Zeit ist z.B. bei der Bodenbearbeitung, wo das angebaute oder angehängte Gerät ohnehin auf den Straßentransport vorbereitet werden muss, meist kein Problem. Sollte der Wechsel vom Feld zur Straße jedoch ständig erfolgen, wie z.B. beim Gülleausbringen, ist diese lange Befüllzeit ein Hemmschuh für die Akzeptanz der bodenschonenden Technik. AGCO-Fendt löst dieses Problem mit einem neuartigen Reifen, in den ein zweiter Hochdruckreifen integriert ist. Dieser dient als Druckspeicher für die schnelle Reifendruckanpassung. So kann ohne Einfluss der Motordrehzahl durch den direkten Druckaustausch innerhalb von 30 s der Reifeninnendruck von 0,8 auf 1,8 bar erhöht werden. Zur Druckluftversorgung genügt eine einfache Drehdurchführung, über die der Innenreifen kontinuierlich versorgt wird. Sowohl die Schaltenergie der Ventile, die Energie für die Drucksensoren als auch die Steuerimpulse werden innerhalb der Achse induktiv übertragen. Auf zusätzliche Luftpresser, Druckbehälter und Druckluftsteuerleitungen kann verzichtet werden. Durch die schnelle Luftdruckanpassung reduziert sich die Fahrzeit, erhöht sich die Lebensdauer der Bereifung, und die Befahrung des Feldes mit bodenschonendem niedrigem Luftdruck wird möglich.

Traktoren müssen unter wechselnden Bodenverhältnissen und je nach Arbeitsgang extrem unterschiedlich hohe Zugkräfte aufbringen. Damit auch Arbeiten mit niedrigem Zugkraftbedarf effizient verrichtet werden können, versuchen die Hersteller den Traktor möglichst leicht zu bauen. Es werden niedrige Leistungsgewichte (kg/kW) angestrebt, jedoch muss der Traktor auch die Möglichkeit einer adäquaten Ballastierung bieten, damit sich bei schwerem Zug ein optimaler Schlupf einstellt. Die Anpassung der Traktormasse durch Montage oder Demontage der Hinterradgewichte bzw. Veränderung der Flüssigkeitsfüllung in den Reifen findet in der Praxis aufgrund des hohen Arbeitsaufwandes nahezu keine Anwendung. Nur um bei wenigen Schwerlasteinsätzen ausreichend Zugkraft zu haben, ist der Traktor die meiste Zeit überballastiert und verbraucht mehr Kraftstoff als notwendig. Schnell lässt sich Ballast mit dem Frontkraftheber aufnehmen, jedoch ist dann häufig die Vorderachse im Vergleich zur Hinterachse überballastiert. Abhilfe schafft hier das EZ Ballast System von John Deere. Es nimmt unterhalb des Traktors ein zusätzliches Gewicht (1,7 t) hydraulisch auf. So wird in kürzester Zeit eine zusätzliche Ballastierung mit ausgeglichener Achslastverteilung erreicht, was die Gesamteffizienz im praktischen Einsatz deutlich verbessert.

Der Fendt Grip Assistant unterstützt den Fahrer bei der Auswahl der optimalen Ballastierung und des passenden Reifeninnendruckes, wenn der Fahrer eine bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit anstrebt. Steht die Ballastierung des Traktors fest, schlägt das System dem Fahrer die optimale Fahrgeschwindigkeit und den passenden Reifeninnendruck vor. Der Fahrer muss lediglich die Art der Geräteanhängung, die Art des Gerätes und die Bodenbeschaffenheit am Varioterminal auswählen. In Verbindung mit der Reifendrucksteuerung stellt sich der passende Reifeninnendruck für das Feld und für die Straße automatisch ein. Bodenschonung und optimale Einstellung für die effiziente Zugkraftübertragung werden automatisch erzielt.

Gute Zugkraftübertragung bei wenig Bodendruck ermöglichen Zwillingsräder, deren Akzeptanz in Mitteleuropa meist an der Reglementierung der Fahrzeugbreite scheitert. Peecon aus Holland stellt ein Klappsystem vor, dass erstmals einen einfachen Transport mit einem zeitsparenden An- und Abbau an der Hinterachse von Traktoren ermöglicht. Zum Transport auf öffentlichen Straßen verbleiben die Zwillingsräder am Traktor und werden hinter die Traktorkabine geklappt. Das Ein- und Ausschwenken wird aus der Kabine gesteuert und erfolgt durch ein hydraulisches Klappsystem. Die Zwillingsräder können einfach und schnell durch ein Kopplungssystem an die Hinterräder montiert werden und sind nach kurzer Zeit einsatzbereit.

Bisherige Systeme zur Schlupfregelung begrenzen den Radschlupf, indem sie die von außen vorgegebene Zugkraft ändern, z.B. reduzieren sie etwas die Arbeitstiefe des Pfluges. AGCO-Valtra begrenzt den Schlupf auch durch einen Eingriff in die Motorsteuerung, ähnlich wie vom PKW mit dem ASR-System. Das hält den Traktor beim Winterdienst stabil in der Spur.

Mehr Nutzlast durch leichtere Transport- und Zugfahrzeuge

Mit der Novellierung der Düngeverordnung wird die Bedeutung von Selbstfahrern zur Gülleausbringung zunehmen. Das Transportvolumen der Zubringfahrzeuge sollte auf das der Ausbringfahrzeuge abgestimmt sein. Kostengünstige Zweiachsanhänger mit Drehschemellenkung in Ganzstahlbauweise dürfen nur gut 12 t zuladen, so dass die Kapazität der Ausbringfahrzeuge (oft 15 t) nicht ausgelastet wird. Zweiachsige Starrdeichselanhänger können aufgrund der Stützlast von bis zu 4 t zwar passende Volumen transportieren, benötigen jedoch entsprechend tragfähige Traktoren. Auch ist das An- und Abhängen aufwendig. Mit dem Ultra-Light UL-T18 realisiert Zunhammer einen auf Nutzlast optimierten zweiachsigen Gülletankwagen. Der GFK-(Glasfaserverstärkter Kunststoff) Tank ist selbsttragend und direkt mit zwei luftgefederten Achsen ausgestattet, ohne ein separates Chassis zu benötigen. Dadurch verringert sich das Leergewicht gegenüber vergleichbaren Gülletankwagen mit Stahltanks um 40 % bei gleichzeitiger Erhöhung der Nutzlast auf 14,5 t. Beim Annaburger Güllewagen übernimmt das GFK-Fass ebenfalls tragende Funktion, wodurch das Leergewicht um 1 t gesenkt und die Nutzlast entsprechend erhöht wurden.

Elektrische und hydraulische Triebachsen

Hydraulische Triebachsen ermöglichen es mit kleinen Traktoren schwere Anhänger auf schwierigem Feld zu fahren. Solche hydraulischen Zusatzantriebe werden von HAWE jetzt auch zusammen mit Bandlaufwerken angeboten. Das Hydraulikaggregat auf dem Anhänger bedingt einen Antrieb mit der Zapfwelle. Die Regelung dieses Antriebs durch den Fahrer ist jedoch sehr anspruchsvoll und unter Umständen kann der Anhänger den Traktor schieben, was eine gefährliche Fahrsituation auslösen kann. John Deere entwickelte mit Fliegl eine elektrisch angetriebene Anhängerachse (Fliegl sDrive), mit der dieses Schieben sicher verhindert wird. Der Traktor steuert die Antriebsleistung der Triebachse nach seinem eigenen Lastzustand. Ausreichend elektrische Leistung erhält das System von einem 100 kW Frontzapfwellengenerator. Die Antriebsleistung des Zapfwellengenerators belastet nicht den Fahrantrieb des Traktors, weshalb der Motor geschwindigkeitsunabhängig die volle Boostleistung zur Verfügung stellt. Diese erhöht die Fahrleistung nicht nur auf dem Feld, sondern auch bei Straßenfahrt.

Für Fahrzeuge zugelassene digitale Kraftsensoren an der Achsaufhängung und in der Deichsel lassen sich bei Fliegl auch nachrüsten, so dass eine genaue Gewichtserfassung bei Transportanhängern in der ganzen Bandbreite möglich wird.