Auftretende Kräfte und physikalisch-mechanische Auswirkungen bei Kontakt zwischen Fahrwerken/Reifen landwirtschaftlicher Maschinen und ausgewählten Ackerflächen-Bodengefügen

In der Landwirtschaft ist der Boden neben Pflanzenstandort auch Fahrbahn für landwirtschaftliche Fahrzeuge. Durch die intensive Mechanisierung der pflanzlichen Produktion im 20. Jahrhundert sind zunehmend mechanische Belastungen als Folge stark gestiegener Fahrzeuggesamtmassen bedeutend. Das Zusammenwirken von Fahrwerk und Boden während der Befahrung beeinflusst das Bodengefüge im Kontaktbereich in Form von Verdichtungen. Verdichtungen, die nachhaltigen negativen Auswirkungen auf die natürliche Bodenfruchtbarkeit nach sich ziehen, werden als Bodenschadverdichtungen bezeichnet und stehen im Widerspruch zu den Zielen des Bundesbodenschutzgesetzes. Disziplinübergreifend gelten dabei vor allem die tiefreichenden Unterbodenschadverdichtungen als besonders problematisch. Diese werden durch jährlich wiederkehrende Bodenbearbeitungsmaßnahmen nicht und auch durch natürliche biotische und abiotische Umweltfaktoren nur über längere Zeiträume gelockert. Die Aktualität der Problematik Unterbodenschadverdichtung basiert zudem auf einem fortwährenden Wissenschaftsstreit bezüglich der Entstehungsmechanismen sowie der daraus abgeleiteten Strategien zu deren Vermeidung. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit ist deshalb eine intensive Auseinandersetzung mit den grundlegenden bodenphysikalisch-mechanischen Wechselwirkungen von Belastung, Beanspruchung, Gefügestabilität und Verformungsverhalten. Durch die detaillierte, im Literaturteil durchgeführte Darstellung der mechanischen Wechselwirkungen von bodenexogenen und bodenendogenen Belastungsfaktoren wird zu einem naturwissenschaftlich basierten Verständnis für die Entstehungsmechanismen von Bodenschadverdichtungen beigetragen. Dabei wird die Komplexität der Interdependenz der Belastungsfaktoren bei der Entstehung von Bodenschadverdichtungen hervorgehoben, nicht zuletzt wegen der Vielzahl der Faktoren und deren Interaktion. Ausgehend von diesen grundlegenden Erkenntnissen ist ein weiteres Ziel die rechnerische Quantifizierung der mechanischen Belastung beim Fruchtartenanbau unter deutschen Pflanzenproduktionsverhältnissen. Zur Abbildung der Pflanzenbaupraxis in der BRD werden Fruchtarten entsprechend ihrer Anbaubedeutungen ausgewählt, fruchtartenspezifische Produktionsprozesse in Abhängigkeit der drei bedeutenden Bodenbearbeitungssysteme geplant und drei beispielhafte Mechanisierungsvarianten unterschiedlichen Leistungsvermögens zusammengestellt. Die Beschreibung der mechanischen Belastung des Ackerbodens durch die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion erfolgt anhand der Belastungsfaktoren Überrollhäufigkeit, Spurflächensumme, Radlast und Kontaktflächendruck, indem ihre flächige Verteilung auf der Ackerfläche ermittelt wird. Durchgeführt wird dabei die Differenzierung zwischen Kernfläche und Vorgewende. Dies gelingt durch die Erstellung eines Berechnungsmodells zur Simulation der Fahrzeugbewegung während der Bewirtschaftungsmaß256 nahmen und Wendevorgänge auf dem Vorgewende, sowie durch die exakte Bestimmung der Radspurlagen in Abhängigkeit technischer Fahrzeugparameter. Durch die Berücksichtigung von Rollwiderstand, Stützkraft, Zugkraftbedarf, Zugpunktlage und Bunkerfüllung können reale Radlasten und mittlere Kontaktflächendrücke fahrzeug- und maßnahmenspezifisch ermittelt und den Fahrspuren zugeordnet werden. Die Auswertung zeigt das fruchtartenspezifische Reduktionspotential der mechanischen Bodenbelastung über die gesamte Ackerfläche durch die Minderung der Bodenbearbeitungsintensität und der Verwendung leistungsfähigerer Verfahrenstechnik mit größeren Arbeitsbreiten. Bedingt durch den Fahrwerksaufbau und die Arbeitsbreiten beim Einsatz leitungsfähigerer Mechanisierungsvarianten (Verfahrenstechnik) nimmt