Verschleißfreie Pflugschare im Blick
Landwirtschaft
„Diamond Like Carbon“-Beschichtung auf dem Pflug
Wenden, lockern, aufreißen: Seit dem ersten Pflanzholz, mit dem die Bauern Saatrillen durch den Boden zogen, hat sich die Bodenbearbeitung dramatisch gewandelt. Pflüge, Eggen und Gruber werden durch die Böden gezogen. Zweck ist das herstellen einer günstigen Bodenstruktur, als Nebeneffekt findet eine mechanische Unkrautbekämpfung statt und Düngemittel werden eingearbeitet. Um bei jedem Arbeitsgang mehr Boden zu bearbeiten wurden im Gleichklang Geräte und Traktoren immer größer. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg leitet eine Wende ein, denn rund eine Milliarde Liter Kraftstoff verbrauchen die deutschen Landwirte jährlich, um ihr Land zu bestellen.
DLC
Diamantähnlicher Kohlenstoff wird als
Dünnschichtbeschichtung schon länger eingesetzt. Während der Herstellung der Schicht
werden je nach Verwendung andere Stoffe
eingearbeitet. Die Firmen, die DLC herstellen, können variieren, je nach dem
was der Kunde will: härter, elastischer, reibungsmindernder.
Die Schichten werden in einem Reaktor hergestellt, in
dem ein Vakuum herrscht. Zwischen zwei eingebauten Graphitelektroden wird ein
Lichtbogen gezündet, der das Graphit auf Grund der hohen Temperaturen in eine
Plasmaphase bringt. Diese Wolke legt sich auf die Gegenstände, die unterhalb
des Lichtbogens angebracht sind. Auf Metall, Kunststoff oder Glas, auf
Rasierklingen, CDs oder Pflugschare.
Vorteile der DLC-Pflüge
Die Rechnung des IWM ist einfach: weniger Reibung, weniger Kraftbedarf für den Traktor, weniger Sprit. Die ersten Tests hätten gezeigt, dass die DLC-Pflugschare „beinah wie das heiße Messer durch die Butter“ durch den Boden gezogen werden. Und die Rechnung stimmt, denn rund 50 Prozent der Energie geht bislang durch die Reibung zwischen Boden und Anbaugerät verloren. In einigen Versuchen verbrauchte der Traktor etwa schon 30 Prozent weniger Treibstoff.
DLC-beschichtete Versuchswerkzeuge nach dem Einsatz, links oben erste Versuche – links unten sind die verbesserten Schichten nach der gleichen Einsatzstrecke zu sehen. DLC-beschichtete Schar für Versuchszwecke (rechts)
Weniger Reibung ist der Schlüsselparameter für eine Vielzahl
an Vorteilen. Die Zugmaschinen können kleiner oder im Teillastbereich gefahren
werden, was Reparatur- und Wartungsintervalle verlängert. „Aus ökologischer
Sicht wäre es ein Fortschritt, wenn man die Zugmaschinen kleiner dimensionieren könnte“, sagt der Physiker und gelernte
Obstbauer Martin Hörner vom IWM. Wenn die Traktoren weniger PS bräuchten,
könnten sie kleiner gebaut werden. Leichtere Maschinen bedeuten weniger Bodenverdichtung
und mehr lockeren Boden. Dadurch steigt die Bodenqualität, so die Experten vom
IWM. In stark verdichteten Böden gibt es kaum Regenwürmer und andere Klein- und
Kleinstlebewesen, die den Boden umbauen und mit Nährstoffen anreichern. Lockere
Böden können mehr Wasser aufnehmen und trocknen langsamer aus. „In Deutschland
sind wir zwar relativ weit, was den Bodenschutz angeht, aber selbst bei uns
geht durch Verdichtung und Erosion netto mehr Boden verloren, als sich auf
natürlichem Weg neu bildet“, erklärt Hörner.
Und nicht zuletzt steht das Arbeitsgerät selbst im
Mittelpunkt. DLC-Schichten schützen Pflüge und Schare vor Korrosion und
Verschleiß. Die Geräte müssen einiges aushalten, werden sie durch den Boden
gezogen und stoßen gegen Steine. Die Technik arbeitet hier mit „lebensdaueroptimierten
Stählen“, doch pro Saison kann der Zinken einer Kreiselegge 50 Prozent seiner
Masse verlieren. Solche Belastungen haben bislang Beschichtungen nicht zum Einsatz
kommen lassen – auch sie werden in Kürze wieder abgerieben.
Dauerhafte Beschichtungen
Mir den DLC-Schichten hat das Fraunhofer IWM offenbar eine
Lösung gefunden. Sie können solch extremen Belastungen trotzen.
Allerdings gibt es noch ein Problem: Der zähe Stahl der
konventionellen Bodenbearbeitungsgeräte verformt sich leicht und ist daher als
Träger für die starrere DLC-Schicht ungeeignet. Die Schicht würde schnell
abplatzen. Daher testen Projektpartner neue Pflüge, die im Paket mit der
DLC-Schicht alle Vorteile umsetzen können. In Feldversuchen sind unter der abriebfesten
Schicht bereits Pflugschare aus Nitrierstahl, glasfaserverstärktem Kunststoff
und dem Hartmetall Wolframkarbid im Einsatz. Als Ziel haben sich die
Wissenschaftler gesetzt, mindestens 20 Kilometer Boden zu pflügen, bevor die
Schicht nachgibt. „Wenn wir das schaffen, ist es zur verschleißfreien
Pflugschar nur noch ein kleiner Schritt“, stellt Hörner fest.