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Weniger Reibung, weniger Kraft, weniger Sprit: Sind Pflugschare mit diamantartigen Kohlenstoffschichten überzogen, gleiten sie durch den Ackerboden, beinah wie das heiße Messer durch die Butter. Für die Zugmaschinen vor den Pflügen bedeutet das, sie brauchen deutlich weniger Kraft und Kraftstoff.
Sie schützen Festplatten im Computer und sorgen dafür, dass Gleitlager geschmeidig bleiben: extrem harte, diamantartige Kohlenstoffschichten (diamond like carbon, DLC). In Zukunft könnten sie helfen, beim Pflügen Sprit zu sparen und die Arbeit in der Landwirtschaft zu erleichtern. Fast eine Milliarde Liter Kraftstoff verbrauchen Deutschlands Bauern jährlich, um ihr Land zu bestellen. Rund 50 Prozent der Energie, die beim Pflügen oder Eggen in den Boden eingebracht wird, geht durch Reibung zwischen Pflugschar und Erde verloren. Um das zu ändern, wollen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg und ihre Partner im Projekt »RemBob« Pflugschare mit einer DLC-Schicht versehen. Die Reibung als solche konnten sie so bereits um mehr als die Hälfte reduzieren. Der Kraftbedarf der Zugmaschine verringerte sich in einigen Versuchen um mehr als 30 Prozent.
Für Bauern bedeuten die leichtgängigen Pflugschare entweder einen Zeitgewinn, weil sie ihre Bearbeitungsgeräte verbreitern können, oder geringere Kosten für Kraftstoff, Maschinen und deren Unterhalt. Die Zugmaschinen können kleiner werden oder im Teillastbereich fahren, mit entsprechend verlängerten Reparatur- und Wartungsintervallen. »Aus ökologischer Sicht wäre es ein Fortschritt, wenn man die Zugmaschinen kleiner dimensionieren könnte«, sagt der Physiker und gelernte Obstbauer Martin Hörner vom IWM. Dann brauchten sie nicht nur weniger Sprit, sondern würden auch leichter: Je leichter die Maschine, desto geringer die Bodenverdichtung und je lockerer der Boden, desto weniger Kraft ist nötig, um ihn zu bearbeiten. Auch die Bodenqualität wäre besser. In stark verdichteten Böden gibt es kaum Regenwürmer und andere Klein- und Kleinstlebewesen, die den Boden umbauen und mit Nährstoffen anreichern. Verdichtete Böden können Wasser schlechter aufnehmen und trocknen schneller 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.
Ein weiterer Nebeneffekt von DLC-Schichten auf Bodenbearbeitungsgeräten ist der Schutz vor Korrosion und Verschleiß. Pflugschare sollen hart und stabil sein, gleichzeitig aber so elastisch, dass sie nicht zerbrechen, wenn sie etwa auf einen größeren Stein treffen. Stand der Technik sind lebensdaueroptimierte Stähle. Doch auch diese leiden sichtbar, wenn sie längere Zeit im Boden betrieben wurden. »Ein Zinken an einer Kreiselegge kann pro Saison 50 Prozent seiner Masse durch Verschleiß verlieren«, so Hörner. Doch Erde, Sand und Steine reiben konventionelle Beschichtungen innerhalb kürzester Zeit auf. Deshalb blieben Pflugschare bislang unbeschichtet. DLC-Schichten können jedoch auch solch extremen Belastungen widerstehen. Das Problem: Der zähe Stahl der Bodenbearbeitungsgeräte verformt sich zu leicht und ist daher als Träger für die wesentlich starrere DLC-Schicht ungeeignet. Die Schicht würde schnell abplatzen. Die Projektpartner testen darum unter anderem Pflugschare aus Nitrierstahl, glasfaserverstärktem Kunststoff und dem Hartmetall Wolframkarbid in ihren Feldversuchen. Das nächste Projektziel ist, 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.
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010-2011/19/sprit-sparen.js... Ansprechpartner
DLC-beschichtete Versuchswerkzeuge nach dem Einsatz, links oben erste Versuche – links unten sind di ...
© Felizitas Gemetz/Fraunhofer IWM; Martin Hörner/Fraunhofer IWM
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Journalisten
Energie, Maschinenbau, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie, Werkstoffwissenschaften
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