BODENVERDICHTUNG BEI DEN SCHLEPPER·

BODENVERDICHTUNG BEI DEN SCHLEPPER·

UND BODENBEARBEITUNGSARBElIEN

von

G. SITKEI

Lehrstuhl für Lundmaschillenbau. Technische Universität. Budapest (Eingegangen um 14. ;\lai, 1971)

Vorgelegt von Prof. .\. Z . .\.LKA

Einleitung

Die Kraft- und Bodenbearbeitüiigsmaschinen ;.:tehen mit dem Boden in ständiger Wechselwirkung. Durch die Laufwerke der sich auf dem Boden fortbewegenden Kraftmaschinen wird drr Boden sowohl in senkrechter als auch in waagerechter Richtung verformt. Die auftretende Bodenformation ist von den spezifischen Kraftwirkungrn und den physikalischen Eigenschaften des Bodens abhängig.

Die Werkzeuge der Bodenbearbeitungsmaschinen dringen in den Boden ein und üben auf die BodenteiIe, mit denen sie in Berührung kommen, Kraft- wirkungen aus, durch die in einem gewissen Umfang der Boden vrrformt wird, u. U. auch seine Lage ändert.

Die Bodendeformation kann mannigfaltiger Art sein, und damit ist auch. ihre Wirktmg auf die Struktureigenschaften des Bodens unterschiedlich.

Bei der Verformung ändert sich vor allem der Porenanteil (das Raumgewicht ), doch kann auch in gewissen Fällen eine we~l'ntliche Änderung in der Krümelung erfolgen. Durch die Veränderung der StrukturkcnnwertA werden jedoch Luft- durchlässigkeit, Sauerstoffdiffusion im Boden sowie der Wasserhaushalt entscheidend beeinflußt, die für den Pflanzenhau wichtige Belange darstellen.

Die wichtigsten Eigenschaften des Bodens

Bei der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Landmaschinen und Boden sind die mechanischen Bodenkennwerte sowie die strukturellen Eigenschaften des Bodens zu berücksichtigen. Die mechanischen Eigen- schaften sind für die Konstruktion der Maschinen, die Strukturkennwerte für den Pflanzenhau wichtig. Sowohl die mechanischen als auch die Struktur- kennwerte sind von verschiedenen Einflußfaktoren, vor allem vom Feuchtig- keitsgehalt und von der Bodenzusammensetzung (Korngrößenverteilung und Humusgehalt) beeinflußt.

Die strukturellen und die mechanische Kennwerte sind voneinander nicht. u,nabhängig. Da jedoch die Wirkung der Einflußfaktoren entscheidend

484 ^{G. SITKEI}

1,1

30 50 60 % Porenantei!

Abb. 1. Zusammenhang zwischen Raumgewicht und Poren anteil D

Da

Q~ r---r---r---~~--~

Q3r---~----_+_7L-~----~

0'2r---~--~~----+_---- 0,1 r---~~~_+----~----~

o

^{0,2 0/1 0,6} % freier Porenonteil

Abb. 2. Xnderung der Sauerstoffdiffusion in Abhängigkeit "Vom freien Porenanteil

sein kann, ist die N atur d~r Beziehungen zwü:chen Struktur- und mechanischen Faktoren von lptzteren stark abhängig (yor allf'm vom Feuchtigkeit5gehalt).

Der Poren anteil stellt einen der wichtigstf'Il Bodenstrukturkennwerte dar, wobei f'8 sich um äußere und innerE' Poren handelt. Zwischell Porenanteil und Raumgewicht besteht ein eindeutiger Zusammenhang (Abh. 1), daher läßt sich auch letzteres als Strukturk~nnwert yerwel1den.

Durch den Porenallteil 'wird die Pflanzenentwicklung entscheidend beeinflußt. Vom freien (durch Wasser nicht ausgefüllten) Poren anteil ist die Luftdurchlässigkeit des Bodens und damit die Sauerstoffversorgung des Wurzelwerks abhängig. Die Sauerstoffdiffusion hängt vor allem von dem freien Gesamtporenvolumen ab, in geringerem Maße von der größenmäßi~en Porenverteilul1g. Dabei sind die Be'wegungen des Wassers (Anstieg, Wasser- durchlässigkeit, strukturelle Wasserkapazität) auch von der Größe der freien Poren abhängig. Nach den zur Verfügung stehenden Angaben ist ein freier Poren anteil von 10 bis 15

%

die untere Grenze, bei der noch eine befriedigende Pflanzenentwicklung möglich ist. Das erklärt sich vorwiegend dadurch, daß mit einer Verminderung des freien Porenanteils die Sauel'stoffdiffusion bedeutend abnimmt. Sind lediglich 10% des Gesamtpol'envolumens durch Luft ausgefüllt, ist die Sauerstoffdiffusion praktisch unterhunden (Abb. 2).

BOUEST'EHDICHTl':W; -l35

llnterschreitet die Sauerstoffdiffusion im Boden den Wert von 0,16 D_{o (wo} D_o die Sauerstoffdiffusion in der Luft bedeutet), so wird nach KOH"'KE [1]

dil' Entwicklung der Pflanzen zurückgehalten.

:VIit abnehmendem Poren anteil erhöht sich das Raumgcwicht und mit dil'seIO nimmt in der Regel auch die mechanischc Festigkeit zu. Durch Ver- suche [2] wurdl' nachgewiesen, daß ein dichter Boden in festem Zustand dem Wurzelwachstum auch einen mechanischen \Viderstand leistet. Durch das Wurzelwerk der Pflanzen kann ein um so größerer mechanischer Wider- stand überwunden werden, je mehr Sauerstoff zur Verfügung steht.

1,0

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0 0,2 O/t 0,6 1,0 Zel/endruck. kpfcm²

Abb. 3. Das relatiYc 'Vurzelwachstum in Abhängigkeit VOll der Bodcndichte

In Abb. 3 ist das relative Wurzelwachstum in Abhängigkeit von der Bodendichte dargestellt [3]. Die einzelnen Pflanzenarten sind gegen die Bodeudichte nicht in gleichem Maße empfindlich, über E = 20 kpjcm² ist jedoch das Wachstum der Wurzel in jedem Falle beeinträchtigt.

Der Porenanteil nimmt mit der Zusammendrücken des Bodens ab.

In Abb. 4 ist die Verminderung des Poren anteils in einem Lehmboden in Abhängigkeit vom Oberflächendruck bei zwei verschiedenen Zindriickungs- geschwindigkeiten zu sehen [4]. Wie zu erkennen ist, läßt sich der Boden mit höherem Feuchtigkeitsgehalt durch denselben Druck auf einen geringeren Porenanteil zusammendrücken. Sind diese Kurven für verschiedene Fcuchtig- keitsgehalte bekannt, läßt sich der höchste Oberflächendruck ermitteln, durch den der Pflanzenwuchs noch nicht beeinträchtigt wird.

Auch der Wasserhaushalt des Bodens (natürliche Wasserkapazität, Anstieg und Durchlässigkeit) ist in bedeutendem Maße von der Yerformung, der Dichte, d. h. von den Strukturkennwerten abhängig. Umgekehrt, hängt die natürliche Setzung (z. B. zufolge des Winterniederschlags), durch die das Wachstum der Pflanzen verschiedenartig beeinflußt wird, in bedeutendem Maße von der erzeugten Bodenstruktur ab. Leider harren letztere Probleme hinsichtlich der quantitativen Daten größtenteils noch der Lösung.

486 G. SITKEI

Bodenkriimelung und Außenporemnteil stehen miteinander in einem gewissen Zusammenhang. Eine Aufgabe der Bodenbearbeitungs'werkzeuge besteht darin, die größeren Schollen im gesetzten Boden zu zerkrümeln, u. zw. ohne höheren Stauhanfall. Durch eine entspreehende Krümelung werden gute Wasserhaushalt-Eigenschaften und ein geeigneter Gesamtporen- anteil gewährleistet.

Unter den mechanischen Kennwerten spielt die Tragfähigkeit des Bodens eine wichtige Rolle. Die Räder ycn Landmaschinen und Fahrzeugen sind so

c.{2 -.:

'"

⁵⁰

c:

Cl

c:

III

<- Cl

"'-

40

0,3 0,5 3 5 10 30 50 100

Druck, kplcm² Abb. 4. Der Poren anteil im Boden ab Funktion des Druckes

zu bemessen, daß sie bei den yorhandenen Bodcnverhältnissen nicht über eine bestimmte Tiefe in den Boden einsinken. Dafür muß die Bodentrag- fähigkeit bekannt sein.

Die Tragfähigkeit des Bodens wird in der Regel mit Hilfe von kreis- oder reehteckförmigen Druckplatten gemeEsen und die Ergebnisse werden in dnr Form

p ^{k -}( ;: )11 D ausgewertet, wo

p den mittieren Druek unter dem Stempel, z die Einsinkung des Stemrels,

JJ den Durchmesser des Stcmpels,

J,. den Tragfähigkeitsbeiwert des Bodens hedeuten.

10 p, al

5 3 2 1,0

0,5 0,3 0,2

f

h

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Oft o,Ot

BODE;'i) "ERDICllTCSG

,

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^{g;; Fg--13,5 %}

I I

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0, 03 0,05 0, 1 0,.3 0,5 1,0 zlD

Abb. 5. Druck-Einsinkungskurven bei verschiedenen Feuchtigkeitsgehalten

.487

Für die Flugsandböden in Ungarn schwankt der Tragfähigkeitsbeiwert zwischen 3 und 5, während er in frisch gepf:ügten od( r gelockerten Lehmböden Werte um 1,0 haben kann. Der Wert des Exponenten n ändert sich zwischen 0,3 und 0,8, in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt.

Abb. 5 zeigt Druck-Einsinkungs-Kurven eines Tschernosem-Bodens bei verschiedenen Feuchtigkeitsgehalten. Dabei schwankt der k-Wert zwischen 1,1 und 10.

Unter dem Druck-Stempel (oder in ähnlicher Weise unter Rad-Auf- lagcflächen) entsteht eine Druckverteilung gemäß Ahh. 6. Demnach nimmt der Druck in der Achse des Stempels nach unten verhältnismäßig rasch ah, falls sich die Tragfähigkeit mit dcr Tiefe nicht ändert. In der Praxis befindet sich in der Furchensohlenchene eine halte Schicht, deren Tragfähigkcit um eine Größenordnung höher ist. In dicsem Falle ist die Druckverminderung mit der Ticfe geringer. Liegt z. B. die Furchensohle bei

z/r =

1 unter dem Stempel, so beträgt der Druck auf die Furchensohle 0,96 p, cl. h. die gesamte lockere Schicht verdichtet sich praktisch im gleichen Maße.

Der Boden ist ein visko-elastisches Matcrial und dementsprechend wird nach der Entlastung einc gewiße Rü<:kfederung des Bodens beohachtet, der Porenantcil nimmt um cinen geringen \Vert zu hzw. das Raumgewicht

ah (Ahh. 7) [5]. .

Unter 'wiedcrholter dynamischer Belastung wird der Bodeq stärker verdichtet als unter gleichwertiger statischer Last. Abb. 8 zeigt di~·Boden­

verdichtung unter wiederholt er dynamischer Belastung (von etwa Is Dauer) [6]. Die Belastung hetrug 1,9 atm. Wie aus der Abbildung zu ,ersehen ist,

488

'lfs 1,6 gjcm3

1,5

1,4 1,3 1,2 1,1 1,0

G. SITKEI

0,15

3 _0,25

0,1 I

4

10,¹⁹ 1 I q,15

!

0;12 5 I I

0,050,1

Abb. 6. Druckyerteilung unter dem Druckstempel

1,5

1,2 r-r,f----f-

o

0,5 1,0 1,5 2,0 p, al

Abb. 7. Belastungs-Entlastungskurven für den Boden

r---

Fg =20%

0 5 W

L a s / s p i e / z a h l Abb. 8. Bodenverdichtung unter wiederbolter, dynamischer Belastung

BODENVEIWICHTL:.';G 489

'werden 70 bis 80% des maximalen Raumgcwichts hcreits heim ersten Schlag erreicht, 'während sich hci den weiteren Schlägpn die zusätzliche V crdichtung allmählich vermindert. Nach 15 Schlägen erfolgt in der Regel keine vieitere Verdichtung.

Bei dynami8cher Belastung ist die Spannungsverteilung (und somit die Verformung) im Boden ungleichmäßig, da sich die Deformation von der Oberfläche ausgehend mit endlicher GCl'ch·windigktit fortpflanzt (ähnlich wie die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls), wobei die sich fortpflanzende Energie infolge der Dissipation fortwährend abnimmt. Je kleiner die Fort- pflanzungsgeschwindigkeit der Deformation, um so n1f'hr wird die mitgeteilte

0,6 c kp/cm²

0,'-1

0,2

o

I

I

1\ ~ I

~

"

30 40

I ^I

I !

I

I

^{Fg = 17%}

~I I

^I

I~ I ^I

50 60 % Porenanleil Abb. 9. Verlauf .der Kohäsion in Ahhängigkeit vom Poren anteil

Energie durch die unmittelbare Umgebung der einer Kraftwirkung ausge- setzten Oberfläche aufgencmmen, um so größer 'wird die Verformung sein.

In lockeren und feuchtm Böden ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Verformung 10m gerirgsicn, deEhalh sind derartige Bödcn gegen dynamische Belastung 2m meisten empfir:dlich.

Dcr Winkel der inneren Reibung sch·wankt in den Böden von normalem Feuchtigkeitsgehalt innelhalh velhältnismäßig enger Grenzen, er beträgt fl = tg (! = 0,7 bis 0,8. Mit einer Elhöhung des Feuchtigkeitsgehalts nimmt

,LL et'was zu; in leichtm (Flug-) Sandböden heträgt sein Wert in natürlich ahgesetzten Zustand p = 0,65. In aufgelockertem Zustand vermindert sich dieser Wert etwas, 'während er sich hei künstlieher Verdichtung erhöht.

Die Kohäsion stellt einen wichtigen Kennwert der Böden dar, der sowohl die Tragfähigkeit als auch dic UmfangEkraft, die sich durch die Trieb- räder auf den Boden übertragen läßt, wesentlich beeinflußt.

Die Kohä.ion ist glUr: dIe gen d yon Poren enteil und Feuchtigkeitsgehalt abhängig. In Abb. 9 ist die Kchäsion eine:' LEhmbodens mit 17prozentigem Feuchtigkeitsgehalt in AbhäI!gigkeit V0111 Porenanteil dargestellt [4]. Die Kohäsion wird auch durch eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts bedeutend herabgesetzt.

490 G. SITKEI

Eine Eigenschaft feuchter Böden besteht darin, daß sie durch Adhäsion an den Werkzeugoberf1äch~n h::tften, m:t den?n sie in Wechselwirkung sind, und sich von dort nur unter Knftein3atz entfern:n las3en. Die Neigung zur Adhäsion ist von der Rauhigkeit d~r Oberfläche, von Bodenart, Bodenstruktur, Feuchtigkeitsgehalt, vom Anpreßdruek und von der Temperatur abhängig.

Abb. 10 zeigt den Verlauf der spezifischen Adhäsion in Abhängigkeit von Anpreßdruck, hei drei verschiedenen Bodenfeuchtigkeiten [7J.

I : I I

I , I , ^' y

i , _{I ' / / ' I I}

! I I I _i v' / /. I I I

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Fg= 2Y121;~; /22,3%

I I

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I I ⁱ ,,'li i

Chron:sta,hl

kpjcm² 2 3 " 567810° 2 3 " 5 6 7 8 10¹ Anpreßdruck Abb. 10. Die spezifische Adhäsion in _-\.bliängigkeit vom Anpreßdruck

Wirkung des Laufwerks auf Struktur und mechanische Eigenschaften des Bodens

Ein Hauptzweck der Laufwerke besteht in der Beförderung eines ])estimmten Ge"wichts. Dabei wird das auf die Räder wirkende Gewicht durch die verteilte Kraftwirkung in der BerührungsfIäche zwischen Rad und Boden ausgeglichen. Durch die Kraftwirkupg "wird der Boden im allgemeinen Falle auf Druck und Schuh beansprucht, wodurch er sich verdichtet, der Poren anteil abnimmt. Zufolge der Bodenver(lichtllng (der Deformation) rollen die Räder immer mit einer gewissen Einsinkung und es vprhleihen auf dem Felde Fahr- spuren.

Eine stärkere Radeinsinkung ist auch aus energetischer Sicht ungünstig:

wegen des erhöhten Rollwiden,tands wird entweder die erforderliche Zug- kraft groß sein (geschleppte Maschinen) oder die Nutzzugkraft ahnehmen (Kraftmaschin en).

Um die Verdichtung des Bodens zu berechnen, müssen die Kräfte- wirkungen hekannt sein. In früheren Arheiten [8, 9J wurde vom Verfasser eine verhältnismäßig einfache Methode angegeben, nach der für heliebige Verhältnisse die Reifeneinsinkung und der mittlere Druck in der Berührnngs- fläche ermittelt werden können. Im weiteren ist die Beziehung Porenanteil- Druck (siehe Abb. 4) notwendig und auf dieser Grundlage läßt sich die Ver- minderung des Porenanteils in der Spur errechnen.

BODES1ERDICHTl',"C 491 Die nach der obenan geführten Methode erhaltenen 'Werte sind al,.

Näherungswerte zu hetrachten. Durch diese Methode werden nämlich nur die Vertikalkräfte berücksichtigt, wohei genauere Versuche [8,10] zeigtelL daß die Bodenverdiehtung durch die Spannungen u und ^T gemeinsam hedingt ist. Das hedeutct, claß der Boden durch gezogene Räder weniger verdichtet wird als durch angetriebene Räder unter gleicher Belastung. Aus diesen Überlegungen folgt auch, daß die maximale Ver'dichtung nicht unmittelhar in der Berührungsfläche, i30ndcrn unterhalb dieser, in der Schnittlinie der Gleitflächen zustandekommt .

22

-::::=:t-

⁵⁰ % Schlupf

'"'

t: ^{2.0 --!-15%5}

- - : - gezogen

~ tJ 1,8 .,;

-c:: 1,6

,~ G= 900 kp

~ 1," Boden gewalzt

c::

'" 16,5% Feuchtigkeit

<::: ₀ 1,2

c:q 1,0

1. Spur 2,Spur 3. Spur ". Spur

Abb. 11. Bodenverdichtuug unter dem gezogenen bzw. unter dem angetriebenen Rad

In Abh. 11 ist die Anclerung der Bodenwichte beim mehrmaligen Üher- fahren einer Spur für gezogene und angetriehene Reifen mit verschiedenem Schlupf zu sehen. \Vie es zu erkennen ist, wird durch das angetriehene Rad eine stärkere Bodenvl'rdichtung erzeugt, 'wohei die Verdichtung mit dem Schlupf wciter zunimmt [11].

Die Druckverteilung ändert sich mit der Tiefe, ähnlich wie in Abb. 6.

und läßt sich durch die einfache Gleichung ausdrücken

wo u:o

eos" 7.)

den :l1ittleren Druck in der Berührungsfläche,

den halhen Öffnungswinkfl des betreffenden Punktes zur Auf- lagefläche ,

l' den GRIFFlTH- FRÖLIcHschcn Konzentrationsheiwert, dessen Wert zwischen 3 und 6 :3chwankt,

hedeuten.

Der )'. \V ert ist von der Bodenfeuchtigkeit und von der Radhreite ahhängig. Je feuchter der Boden und je schmaler das Rad ist, um so größer

492 G. STTF:1o'1

ist der Konzentrationsheiwert. Das hedeutet, daß durch ein hreiteres Rad der Boden his zu einer größeren Tiefe annähernd gleichmäßig \'erclichtet ·wird.

Das ist in Abh. 12 gut zu t>rkennen, wo die Druckse;teilungen unter einem Normalreifen 13,6-38 und unter einem Terra-Reifen 46 >( 2,t - 16R dar- gestellt sind [12]. Die Druckspanl1ungswprte untpr dem 61 cm hreitt>n Terra-

13.6-38 L;6x24-16 R

G = 1150 kp Pi =1,27 at

--O·~~~~~==~~20~~~~-r~-i~~~~~~~~~

cm

30+,-4~~--~--~~~~~~~

g;

g

Abb. 12. Drucklinien unt.'r Rädern 1I1lter5chiedlieher Breite

1,3 r---... - - - , - - - . . . . ,

7,2 1---+----ozI'~---_l_---___l

1,1

11-28 Reifen sandiger Lehm Feuchtigkeit 9-11%

Abb. J 3. Bodenverdichtung in Abhängigkeit von der Radein5inkung

Reifen mit geringem Innendruck sind selbstverständlich 'I't~sentlich kleiner, da die Belastungen auf heiden Reifen die gleichen sind.

Unter Schlepperrädern wird der Boden im allgemeinen verdichtet und be- findet sieh in plastischem Flicßzustalld. Bei geringeren Verformungen tritt

\'01' allem die Verdichtung auf, wobei das Raumgewicht zunimmt. Bei größeren

Deformationen ist das plastische Fließen \'orherrschend, wobei das Raum- gewicht unverändert bleiht. Abb. 13 zeigt auf Ackerland erzielte Meßergeb- nisse, an denen die oben heschriehenen Erscheinungen gut zu beobachten sind* .

" Die 1Ies!'Ungen wurden vom Aspiranten des Verfassers, Anclras Fekete, durchgeführt

BODESVERDICHTCSG

Die Wirkung der Bodenbearbeitungsmaschinen auf die Struktur und die mechanischen Eigenschaften des Bodens

493

Die Aufgabe der Bodenbearbeitungsmaschinen besteht in der Auf- lockerung, Krümelung, im Wenden und Mischen des Bodens. Dazu muß der Boden verformt und transportiert werden. Energetisch sind die Werk- zeuge derart zu gestalten, daß die für die Verformung und elen Transport erforderliche Kraftwirkung möglichst klein sei. Eint· möglichst kleine Kraft- wirkung ist in der Regel auch für den Boden endinscht. Entsteht nämlich an der Werkzeugoberfläche eine große Kr'lftwirkung, so werden die sich mit dem Werkzeug herührenden Bodenschiehten zusammengedrückt, ver- tlichtet, ein Umstand, der unerwünscht ist. Beim Pflügen eines feuchten Bodens beobachtet man z. B., daß die Schicht in Berührung mit Streichhlech verdichtet und geglättet ist, wodurch nach Austrocknung harte Schollen entstehen.

Die Ursache t'incr unerwünschten Bodenverdichtung ist a) ^III einer unrichtigen Werkzeuggestaltung,

b) ^III der hohen Werkzeuggeschwindigkeit,

c) in der großen Bodenfeuchtigkeit, die den Boden gegen Verdichtung empfindlich macht, zu suchen.

Durch die Bodenhearbeitungs·werkzeuge werden in der Regel zusammen- gesetzte, komplexe Bodenformationen herheigeführt, die, sowie die Kraft- wirkungen, heute durch Berechnungen lediglich angenähert werden können.

Gleichzeitig gestatten die Versuchsergebnisse und theoretische Überlegungen 'fichtige Schlußfolgerungen.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß ',"or den Werkzeugen unter bestimm- ten Bedingungen eine dichte Zone entsteht. In diesem Falle wühlt das Werk- zeug den Boden auf und der Widerstand nimmt zu. Durch einschlägige Unter- suchungen wurde geklärt, "wie das Werkzeugprofil (Anstellwinkel, Schneide- winkel usw.) gestaltet sein soll, damit keine dichte Zone entsteht [13]. Die Bedingungen verschlechtern sich noch, ·wenn der Feuchtigkeitsgehalt im Boden so hoch ist, daß die Adhäsionskräfte eine wesentliche Rolle spielen.

Eine andere ,dchtige Erkenntnis betmf die Wirkung der offenen Wand auf die Entwicklung einer Verformungszone. Wie aus Ahb. 1,1 zu erkennen ist, wirken auf ein neben einer offenen Vi and (z. B. Furchen·wand) vordrin- gendes Werkzeug eine geringere Kraft bzw. ein geringerrr Druck, ·wobei sich der Boden in Richtung der offenen Wand (des kleineren Widerstands) yer- schiebt. Daraus folgt, daß der Pflugwiderstand und auch der Druck in der Streichblechebenc ^VOll der Furchenbreite abhängig sind. Aus ähnlichen Gründen ändert sich der Pflugwiderstand in Abhängigkeit von der Furchen- tiefe. Als Beispiel ist in Abb. 15 die Veränderung des spezifischen Pflug- widerstandes in Abhängigkeit von der Furchenbreite dargestellt. Dem Wider-

404 G. SITKEI

stand proportional yerändert sich auch der Druck auf die Bodenteile, die mit dem Streichblech in Berührung sind. Wird durch das Werkzeug auch in der der offenen Wanel entgegengesetzten Richtung auf den Boden ein Druck ausgeüht, kann dadurch eine bedeutende Bodenverdichtung herheigeführt werden (Pflugsohlenkrallkheit).

I

1 I I

1/=5 5 1=25 S

.Abb. 14. Einfluß der offenen Wand auf die Druckverteilung vor dem Werkzeug

D,60r---,---.---,---,

k.

kplcm²

0,551----;...

0,50

D,ltS

O,ltO~~~----~----~--~

20 25 30 35 cm

Furch .. nbreite

h cm

12 11

10

9

Abb. 15. Der spezifische Pflugwiderstand (1) und die Schwerpunktverlegullg des Erdbalkens

(~) in Abhängigkeit von der Furchenbreite

1Iit zunehmender \verkzcuggeschwindigkeit nimmt der Druck in der Werkzeugoberfläche, und damit auch die Verdichtung der Bodenteile in Berührung mit dem \Verkzeug zu. In Abh. 16 ist der Verlauf des Flächen- druckes an einem ehenen Werkzeugprofil mit einem Anstellwinkel von 30^c in Abhängigkeit yon der Werkzeuglänge bei verschiedenen Fahrgeschwindig-

BODE:'II·ERDICHTU."'G 49:J

keiten veranschaulicht. Aus der Abbildung ist zu erkennen, daß innerhalb von Geschwindigkeitsgrenzen, die in der Praxis yorkommen, der maximale Druck selbst den dreifachen Wert erreichen kann. Durch Verklcinerung des Scharschneidenwinkels (zwischen Werkzeugoherfläche und Fahrtrichtung) kann der Flächendruck vermindert "werden.

Die Auflockerwirkung der Bodenbearheitungswerkzeuge hängt vom Feuchtigkeitsgehalt im Boden, von der Viierkzeuggeschwindigkeit und von der Art der Deformation ab. Auch durch die ursprüngliche Auflockerung des Bodens wird die Lockerwirknng wesentlich heeinflußt. Yersuche zeigten,

p kp/crn²

0,6

Z=40 cm 0,5

0/1 0,3 0,2 0,1 0

0 50 100 150 200 250 300 350 1(00 L, rnm

Abb. 16. Druckverteilung auf der Oberfläche eines ebenen Werkzeugs bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten 1 ~, 0; 2 - 0,47; 3 - 1,9: 4 3,3; 5

-=

5.0 mjsec

daß es für alle Werkzeuge eine maximale Auflockerung gibt, die sieh mit dem gegebenen Werkzeug praktisch weiter nicht erhöhen läßt. Nach Untersuchun- gen von KEGL [14] läßt sich z. B. mit aem Pflug ein äußerer Poren anteil von höchstens 36 his 40% erzielen. Beträgt der äußere Porcnanteil dcm Pflügen vorangehend 20~~, so kann er sieh heim Pflügen etwa verdoppeln.

Die mit dem Werkzeug erreichbare Auflockerung steht mit der Krümel- wirkung in einem gewissen Zusallnnenhang. Eine Scheibenegge oder Boden- fräse mit guter Krümelungswirkung hat in der Regel auch einen stärkeren Auflockerungseffekt. Die so erzielte stärkere Auflockerung nimmt jedoch auch rascher ab. besonders unter Witterungseinflüssen (winterliche Nieder- schläge).

Die Krümelwirkung der \Yi erkzeuge steht in einen ge'wissen Zusammen- hang mit der Energieaufnahme. Die beträchtliche Krümelwirkung der Boden- fräse mit großem Energiehedarf ist allgemein bekannt, ebenso, wie die \Virkung der Werkzeuggeschwindigkeit auf die Krümelul1g. Ein Vorteil des Schnell- pflügens besteht vielfach in der besseren Krümehmg.

406 ^G. SITKEI

Die für die Krümelung günstige Wirkung der Geschwindigkeit macht

~ich jedoch lediglich his zn einer gewissen Grenze geltend. In Ahh. 17 ist die gesch"windigkeitsahhängige Krümelwirkung eines Grubbers dargestellt, wo sich diese über einer Gpsehwindigkeit yon 11 kmih nur unwesentlich "weiter yerbcssert.

ther die Arheit yon Walzen ist zu hemerken, daß durch dieSe die BodenoherfläC'he lediglich bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten gleichmäßig nrclichtet wird. Der Grund dafür ist wieder in der er.d.ichen Fortpflanzungs- geselnrindigkeit der Deformation zu suchen.

60

c: ~~ 40

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'"

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0 5 10 15 v, km/t.

AbI>. 17. Krümelwirkung eine,; Grubber~ in Ahhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit

Schlußfolgerungen

Durch Kraft- und Bodenbearbeitungsmascbinen wird bei der dcrzcitig"n Technologie u. U. eine starke Verdichtung der Böden herheigeführt, die den Pflanzenwuchs hceinträchtigt und nicht gestattet, eine glatte Bodenober- fläche zu erzielen. TIm dies('m Übel abzuhelfen, steheJl folgende Verfahren zur Verfügung:

a) Der Boden darf nur hei einem Feuchtigkeitsgehalt bearbeitet werden, bei dem er noch nicht yerclichtungsempfindJich ist.

b) Lockere Böden sind mit großyolumigen Reifen mit geringem Innen- (lrnek zu befahren.

e) Bodenhearbeitungs"werkzeuge sind derart zu gestalten, daß sie die erforderliche Verformung des Bodens mit möglichst geringem Kraftaufwand erreichen. Die durch eine offeue Wand gewährten :Möglichkeiten sind mit besonderer Sorgfalt auszunützen.

d) Es darf nicht in jedem Jahre bis zu der selhen Tiefe gepflügt werden;

damit läßt sieh die Verdichtung der Furchensohle yermindern.

(') Durch die Anwendung des lVIinimum-Tillage Bearheitungssystems läßt sich die Bodenyenlichtung entscheidend herabsetzen.

JIODE;YFERDICHTF;YG 497 Zusammenfassung

Es ist wohlbekannt, daß das Pflanzenwachstum mit den physikalischen, chemischen und biologischen Verhältuisseu des Bodens eng verbunden ist. "Gm optimale Verhältnisse sicher- zustelleu, werden zur Erzielung einer optimalen Bodenstruktur verschiedene Bodenbearbei- tungsarbeiten durchgeführt. Durch die Bodenbearbeitungswerkzeuge und die Schlepperreifen wird dabei der Boden verformt, wodurch eine Auflockerung, Krümelung, :Mischung oder Verdichtung des Bodens zustandekommt. Im vorliegenden Aufsatz werden diese Vorgänge auf bodenmechanischer Grundlage behandelt und die Zusammenhänge zwischen Bodenstruk- tur und mechanischen Eigenschaften des Bodens erörtert.

Literatur

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Dr. György SITKEI, Budapest XI., Bertalan Lajos u. 1, Ungarn

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