Thermisches Spritzen in der Landwirtschaft

Das thermische Spritzen ist ein etabliertes Verfahren zum Schutz von Bauteilen vor Korrosion und Verschleiß. Entstanden aus dem Korrosions- und Verschleißschutz beispielsweise im Schiff- und Schienenbau, stehen heutzutage auch die funktionellen Schichteigenschaften wie z.B. Wärmdämmung, elektrische Leitfähigkeit sowie chemische Beständigkeit im Vordergrund der Verfahrensanwendung und -entwicklung. Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt liegt beim Frauenhofer Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik (IGP) auf der individuell angepassten Beschichtung. Diese soll die Beanspruchbarkeit und Lebensdauer von Bauteilen und Werkzeugen erhöhen. 

Herausforderungen

Beim Einsatz von Bodenbearbeitungswerkzeugen in der Landwirtschaft spielt die Widerstandsfähigkeit gegen Abrasionsverschleiß eine wesentliche Rolle. Da dieser je nach lokaler Bodenbeschaffenheit ungleichmäßig ist, ist der Verschleißfortschritt und somit der Zeitpunkt für den Werkzeugwechsel nur schwer zu identifizieren. Mögliche Folgen sind Bauteilversagen und -abbrüche sowie der unbekannte Bauteilverbleib im Feld mit potenzieller Schadensfolge für nachfolgende landwirtschaftliche Arbeitsgeräte. Daraus ergibt sich neben einer verschleißfestigkeitssteigernden Beschichtung auch die Forderung nach einer Verschleißgrenzenanzeige, um so den Zeitpunkt für den Werkzeugwechsel genau bestimmen zu können. Darüber hinaus soll die Haftschicht, der sogenannte Bondcoat, die Anbindung der verschleißbeständigen Deckschicht an das Bauteil verbessern.

Zielsetzung und Lösungsweg 

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Applikation eines Schichtsystems mit erhöhter Verschleißbeständigkeit und integrierter optischer Verschleißanzeige. Zur Visualisierung der Verschleißgrenze soll eine Haftschicht auf Kupferbasis eingesetzt werden. Diese soll dem Anwender durch ihren Farbunterschied zur Deckschicht das Erreichen der Verschleißgrenze anzeigen. Durch die Flächenwirkung des Verfahren soll zudem die Wirtschaftlichkeit der Beschichtung von Bodenbearbeitungswerkzeugen erhöht werden. 

Zu Beginn des Forschungsprojektes wurden zunächst die in der Praxis eingesetzten Bauteile als Referenz im Verschleißprüfstand nach ASTM-G65 (Rubber-Wheel-Test) untersucht. Dieser Versuch ermöglicht die Quantifizierung und den Vergleich der Widerstandsfähigkeit von Bauteilen gegen Abrasion. Anschließend wurden geeignete Spritzverfahren sowie passende Zusatzwerkstoffkombinationen untersucht. Für den betrachteten Anwendungsfall erwies sich das Lichtbogendrahtspritzen mit einem verschleißbeständigem Fülldraht als geeignete Lösungsvariante. Der eingesetzte Zusatzwerkstoff ermöglicht die Einlagerung von Karbid-Hartphasen in das Schichtinterface. Zudem bietet die hohe Auftragsrage des Verfahren wirtschaftliche Vorteile. 

Die beschichteten Bauteile wurden anschließend im Verschleißprüfstand sowie in Feldversuchen unter realen Einsatzbedingungen gemeinsam mit den Projektpartner untersucht und vergleichend gegenübergestellt. 

Nutzen 

Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse aus den zuvor erwähnten Untersuchungen, stellt das Lichtbogenspritzen im Vergleich zu etablierten Pulverbeschichtungen eine wirtschaftliche und verschleißsteigernde Alternative für die Anwendung an  Bodenbearbeitungswerkzeuge in der Landwirtschaft dar. Darüber hinaus lassen sich durch die Flexibilität des Verfahrens komplexe Geometrien mit geringerem Zeitaufwand beschichten. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei großflächigen Bauteilen mit komplexen Bauformen zum Tragen. 

Die thermisch gespritzten Bauteile bieten die Möglichkeit verschlissene Werkzeuge aufzuarbeiten und dadurch Kosten zu reduzieren und ressourcenschonend zu arbeiten. Die integrierte Verschleißanzeige soll den Zeitpunkt für den Werkzeugwechsel signalisieren und so einen erhöhten Kraftstoffverbrauch der Zugmaschine beziehungsweise ein vollständiges Versagen des Werkzeuges vermeiden. 

(Quelle: Fraunhofer IGP)