Schnittqualität durch Laserschnitt

In Anbetracht der globalen Erwärmung und der globalen Temperaturveränderungen müssen wir in unserem täglichen Leben Veränderungen vornehmen. Weniger Mineralien und Ressourcen durch effizientere Mittel zu verschwenden, ist ein Schlüsselfaktor, um dem Klimawandel entgegenzuwirken.

Problemstellung

Pflegemaßnahmen bei Rasenflächen sind für die Verbesserung der Qualität und der allgemeinen Vitalität des Rasens von wesentlicher Bedeutung. Eine der wichtigsten Pflegemaßnahmen ist das richtige Mähen, das sich erheblich auf das Aussehen und den Zustand des Rasens auswirkt. Laut Pirchio et al. (2019) führt eine schlechte Mähqualität zu einer unansehnlichen bräunlichen Färbung des Rasens und kann auch zu Rasenkrankheiten führen, was verdeutlicht, wie die Qualität des Schnitts die Gesundheit der Rasengräser selbst beeinflussen kann. Unzureichende Schnittqualität kann zu ausgefranzten und größeren Schnittwunden bei den Rasengräsern führen, welche nicht nur das optische Erscheinungsbild beeinträchtigen, sondern auch die Anfälligkeit des Rasens für Krankheiten erhöhen.

Dieser Stresskreislauf durch schlechte Schnittqualität wirft die Frage auf, ob Laserschnitt einen positiven Einfluss auf die Schnittqualität verschiedener Rasengräser haben. Dies zu untersuchen, ist ein interessantes Gebiet, auf dem bisher nicht viel geforscht wurde. Eine Verbesserung der Schnittqualität kann den Wasserverbrauch und die Nährstoffeinsparung verbessern und so zu einer nachhaltigeren Bewirtschaftung des Rasens beitragen.

Zielsetzung

Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen des Einsatzes von Lasern als Schnittwerkzeug auf verschiedene Rasengräser zu untersuchen und festzustellen, wie sich dies auf deren Gesundheit auswirkt. Es soll festgestellt werden, ob der Einsatz dieser Technik die Qualität des Schnitts bei zwei verschiedenen Gräsern verbessern kann. Durch diese Untersuchung wird die Beziehung zwischen dem Laserschneiden und verschiedenen Grasarten ermittelt.

Grundlagen

Eines der getesteten Gräser, Cynodon dactylon, auch bekannt als Bermudagras, ist ein weit verbreitetes Gras, das in den tropischen und subtropischen Teilen der Welt verbreitet ist (Burton, 1948). Das Gras hat zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten und wird für spezielle Zwecke wie Sportplätze, Golfplätze, Tennisplätze und Gebrauchsrasenflächen genutzt (De, 2017). Bermuda-Gras ist ein robuster, niedrigwüchsiger Rasenbestand mit hoher Dichte und tolerant gegenüber Nutzung und Trockenheit (De, 2017). Bermudagras zeichnet sich durch seine Vielseitigkeit und Widerstandsfähigkeit aus und zählt zu den Warm-season Gräsern.

Das andere getestete Rasengras, Lolium perenne, das im Allgemeinen als mehrjähriges Weidelgras bezeichnet wird, ist ein Cool-season Gras, das hauptsächlich in Europa, dem gemäßigten Asien und Nordafrika beheimatet ist, aber auch weltweit vorkommen kann (Hannaway et al., 1999). Es ist ein ausdauernder, dunkelgrünes Rasengars, das für Hausrasen, Parks und Sportplätze verwendet wird (Akdeniz et al., 2016).

Frühere Studien über den Einsatz von Lasern bei der Rasenpflege haben ergeben, dass ein Laser-Rasenmäher leise ist und kaum Umweltverschmutzung verursacht, da der Laser-Rasenmäher kein rotierendes Messer und keinen lauten Motor hat (Kim, 2012). Es wurde auch festgestellt, dass die Wellenlänge von 355 Nm am effektivsten für die Energieübertragung auf das Grasgewebe ist und im Vergleich zu den Wellenlängen von 532 Nm und 1064 Nm weniger Schäden verursacht (Kim, 2012).

Materialien und Methode

Zur Ermittlung der Messdaten wurden die Rasengräser auf eine Metallplatte geklebt und anschließend in den CO2-Laser BRM-Laser 4060 mit 80 W mit 10 600 Nm gelegt (s. Abb. 1 und 2). Um die Unterschiede in der Schnittqualität zu ermitteln, wurden zwei Parameter geändert. Zum einen werden Schnitte mit variierter Laserenergie, welche proportional zur Maximalenergie des CO2-Laser verlaufen durchgeführt. Zum anderen variiert die Brennpunktdistanz von Laser und Grashalm. In den folgenden Abbildung 3 und 4 sind die verschiedenen Aufnahmen dargestellt, die zeigen welche Auswirkungen eine Veränderte Energie und Brennpunktdistanz auf die Schnittqualität haben. Die Geschwindigkeit war konstant (20 mm/s), da frühere Untersuchungen innerhalb des Projektes gezeigt hatten, dass kleine Änderungen der Geschwindigkeit nur geringe Auswirkungen hatten. Der Test wurde zweimal durchgeführt, einmal mit Cynodon dactylon und einmal mit Lolium perenne.

Ergebnisse

Bei dem Warm-season Gras, Cynodon dactylon, gibt es ein gemeinsames Muster. Bei einer Leistung von weniger als 7,5 Prozent wird das Gras nicht geschnitten und nur beschädigt. Bei einer Leistung von 5 Prozent traten Bräunung und Verfärbung auf. Es scheint, dass bei einer Brennweite von 6 mm und einer Leistung von 5 Prozent das Gras am meisten geschädigt wurde. Die mit dem Laser geschnittenen Cynodon dactylon Gräser sind alle in einer geraden und gleichmäßigen Linie geschnitten. Auf einigen Abbildungen sind jedoch schwarze verbrannte Stellen zu erkennen. Bei einem Brennweitendistanz von 3 mm und einer Leistung von 7,5 Prozent sind einige mm oberhalb des Schnitts schwarze Verbrennungen zu erkennen. Bei einer Leistung von 10 Prozent und einem Brennweitendistanz von 6 mm hingegen ist eine schwarze Verbrennung direkt über dem Schnitt zu erkennen. Dies gilt auch für die 10-prozentige Leistung bei einer Brennweitendistanz von 12 mm. Insgesamt ist die höchste Schnittqualität bei Cynodon dactylon bei einer Leistung von 10 Prozent und einem Brennweitenabstand von 3 mm zu verzeichnen (s. Abb. 3).

Bei dem Cool-season Gras, Lolium perenne, spielt die Brennweitendistanz eine größere Rolle für die Schnittqualität als beim Warm-season Gras. Wie aus der Schnittmatrix (Abb. 4) hervorgeht, war die Schnittqualität bei einer kürzeren Brennweitendistanz besser. Einen sauberen Schnitt durch den Grashalm gab es nur bei einer Leistung von 5 Prozent und einem Brennweitenabstand von 3 mm. Mit zunehmender Brennweitendistanz nahm die Beschädigung des Grases ab, beispielsweise durch Teilschnitte, verbranntes Gras oder einfache Verfärbungen. Insgesamt scheint es, dass der beste Schnitt bei einer Leistung von 5 Prozent und einer Brennweitendistanz von 3 mm erzielt wird.

Fazit und Ausblick

Das Gras Cynodon dactylon ist bei gleichen Parametern anfälliger für das Schneiden mit dem Laser als das Gras Lolium perenne. Diese Studie liefert Erkenntnisse über die Optimierung der Laserschneidparameter für verschiedene Grasarten. Einige mögliche Richtungen für zukünftige Forschung, die die Methodik verbessern können, sind die Verfeinerung der Laserparameter und die Ausweitung auf andere Rasengräser. Weitere Untersuchungen könnten ein breiteres Spektrum an Leistungseinstellungen und Brennweitendistanz zur Feinabstimmung des Laserschneidprozesses für verschiedene Grasarten untersuchen. Außerdem könnte die Ausweitung der Forschung auf andere Pflanzenarten die Anwendbarkeit der Laserschneidtechnologie erweitern. Indem diese Bereiche untersucht werden, kann die zukünftige Forschung auf den Ergebnissen der aktuellen Studie aufbauen, um die Präzision und Effizienz des Laserschneidens für verschiedene Anwendungen in der Rasenpflege zu verbessern.

Literatur

Akdeniz, H. and Hosaflıog˘lu , I., 2016. Effects of nitrogen fertilization on some turfgrass characteristics of perennial ryegrass (Lolium perenne L.). J. Agric. Sci. Technol. B, 6, pp.226-237.

Burton, G.W., 1948. Coastal bermuda grass.

De, L., 2017. Lawn grasses-a review. International Journal of Horticulture, 7.

Hannaway, D.B., Fransen, S., Cropper, J.B., Teel, M., Chaney, M., Griggs, T.D., Halse, R.R., Hart, J.M., Cheeke, P.R., Hansen, D.E. and Klinger, R., 1999. Perennial ryegrass (Lolium perenne L.).

Kim, J., 2012. Laser Interaction with Grass Tissues (Master's thesis, Graduate School of UNIST).

Pirchio, M., Fontanelli, M., Labanca, F., Sportelli, M., Frasconi, C., Martelloni, L., Raffaelli, M., Peruzzi, A., Gaetani, M., Magni, S. and Caturegli, L., 2019. Energetic aspects of turfgrass mowing: Comparison of different rotary mowing systems. Agriculture, 9(8), p.178.