ReProRa – Entwicklung eines nachrüstbaren Reifendruckreglers für mobile Arbeitsmaschinen auf Basis eines neuartigen Sensorsystems zur Ermittlung realer Prozess-Radlasten
Inhaltsverzeichnis
Ausgangssituation
In der modernen Pflanzenproduktion stehen leistungsstarke Traktoren und Großmaschinen zur Verfügung, deren Einsatz auf dem Feld jedoch zu sehr hohen Radlasten führt. Diese hohen Radlasten erhöhen zwar die Traktionseffizienz, verursachen jedoch eine erhebliche Bodenverdichtung, die sich negativ auf das Bodenleben, das Pflanzenwachstum und den Bodenwasserhaushalt auswirkt.
In stark verdichteten Böden wurzeln Pflanzen weniger tief, wodurch sie die Nährstoffe in tieferen Bodenschichten nicht erreichen können. Dies führt in trockenen Jahren zu Wassermangel und in regenreichen Jahren zu Staunässe. Verdichtete Böden begünstigen zudem Erosion und Hochwasser, da Niederschläge nicht ausreichend versickern können, sondern in großen Mengen oberflächlich abfließen und dabei Bodenmaterial mitreißen. Um die Bodenwasseraufnahmefähigkeit und die Feldkapazität zu steigern, müssen Bodenschadverdichtungen unbedingt vermieden werden.
Die Traktionseffizienz von Fahrzeugen auf Acker- und Grünlandflächen beeinflusst entscheidend deren Energieverbrauch und Flächenleistung. Niedrige Reifeninnendrücke steigern die maximale Zugkraft, reduzieren den Schlupf und verringern den Rollwiderstand auf losem Untergrund wie Ackerboden und Grünland. Dadurch lässt sich in der gleichen Zeit mehr Arbeit bei geringerem Kraftstoffverbrauch erledigen.
Auf festem Untergrund, etwa bei Straßenfahrten, führen jedoch niedrige Reifeninnendrücke zu einem höheren Rollwiderstand und Reifenverschleiß. Dies erhöht die Kosten und verringert die Fahrstabilität. Zudem wird die maximale Traglast eines Reifens durch den Reifeninnendruck bestimmt: Für höhere Tragfähigkeiten ist ein höherer Druck erforderlich. Ein zu niedriger Druck führt zur Überlastung und irreparablen Schädigung des Reifens. Da landwirtschaftliche Reifen aufgrund ihrer Größe, der geringen Produktionsstückzahlen und ihres komplexen Aufbaus kostenintensiv sind, ist eine lange Nutzungsdauer für Anwender essenziell.
Aus der Praxis heraus wird jedoch häufig ein zu hoher Reifeninnendruck eingestellt. Die Gründe dafür sind vielfältig: Die aktuelle Radlast ist dem Bediener meist nicht bekannt, ein Sicherheitspuffer wird einkalkuliert.
Zielsetzung
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Markteinführung von Reifendruckregelsystemen mit integrierten Sensoren, die die aus dem aktuellen Einsatzprozess resultierenden Radlasten ermitteln. Dies ermöglicht eine vollautomatische Regelung des Reifendrucks ohne Bedienereingriff.
Das System soll darüber hinaus die Bodenverdichtung im Oberboden – soweit technisch realisierbar – reduzieren und damit die negativen Umweltauswirkungen minimieren. Gleichzeitig wird die Sicherheit bei Straßenfahrten schwerer Landmaschinen gewährleistet, ohne Nachteile für die Reifen. Die Reifenlebensdauer kann durch den Verzicht auf einen „Kompromissdruck“ sogar verlängert werden. Der Energieverbrauch und damit der Kraftstoffverbrauch wird verringert.
Projektschwerpunkte an der TU Dresden
Die Professur für Agrarsystemtechnik an der TU Dresden (TUD) entwickelt im Rahmen des Projekts eine Kalibriermethodik zur Ermittlung der realen Prozesslasten an den Rädern mobiler Arbeitsmaschinen.
Geplant ist die Messung der Radlasten anhand der Verformung der Felge. Felgen sind per se keine Sensorelemente, sondern dienen als zentrales Bauteil des Rades der Übertragung der Fahrzeuglast über den Reifen auf den Boden. Gerade bei Landmaschinen müssen sie große Spitzenlasten aushalten und sind entsprechend dimensioniert und steif. Ihre Materialeigenschaften richten sich nach den Kosten, den ertragbaren Spannungen und den Fertigungstechnologien. Im Projektansatz werden Felgen zu einem zentralen Bestandteil des Messsystems, obwohl sie aus dieser Perspektive ein unbekanntes Element darstellen. Ein wesentliches Ziel des Projekts ist daher das Verständnis der lastabhängigen Verformung der Felge, das für den Erfolg des Vorhabens entscheidend ist.
Die erste Kernaufgabe der TUD ist die Entwicklung eines modularen Strukturmodells
(Finite-Elemente-Modell), das gängige Felgenbauformen und -größen abbildet. Mit diesem Modell sollen die Verformungen und insbesondere die lokalen Dehnungen der Felgen unter verschiedenen Lasten berechnet werden.
Für den Praxiseinsatz, insbesondere bei Nachrüstlösungen, ist eine fehlertolerante Methode erforderlich, um die Beziehung zwischen den Sensorrohwerten und den Radlasten zu kalibrieren. Da die reale Felge trotz aller Simulationen von der idealen theoretischen Kennlinie abweichen kann, muss die Methode robust gegenüber unbekannten Bedingungen vor Ort sein. Aufbauend auf den Erkenntnissen der Simulation werden daher Konzepte für die praktische Inbetriebnahme entwickelt.
Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt der TUD ist die Durchführung von Versuchen zur Verifikation der Einzelkomponenten und des Gesamtsystems. Die erste Versuchsreihe wird am Radlastprüfstand durchgeführt. Nach erfolgreicher Nachweisführung folgen Messfahrten an Traktoren. In der abschließenden Versuchsphase wird der praktische Betrieb im Feld nachgebildet, um die Funktion des Systems unter realen Bedingungen zu demonstrieren.
Projektförderung
Gefördert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM).
Förderkennzeichen 16KN111543
Projektlaufzeit
01.03.2026 - 28.02.2029
Partner
- Steuerungstechnik STG GmbH & Co. KG (Hilter am Teutoburger Wald)
- Angewandte Systemtechnik GmbH (Dresden)
Kontakt
© TUD
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Andi Günther
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