atw 2018-03v6

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atw Vol. 63 (2018) | Issue 3 ı March

DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 164

| | Abb. 5.

Laserscan des Betonabtrags

| | Abb. 4.

Aufbau der Frästrommel

der Lamellen ist rund. Durch diese

Form ist eine Positionierung der Hartmetallspitzen

zur Betonoberfläche

nicht gegeben und im Normalgebrauch

nicht vorgesehen.

Im Betrieb drücken die durch die

Trommelrotation induzierten Fliehkräfte

die Fräslamellen radial von

der Trommelmittelachse weg. Durch

die Zustellung der Fräse zum Boden

schlagen die Fräslamellen bei

Trommel rotation auf die zu bearbeitende

Betonoberfläche. Durch das

spröde Werkstoffverhalten des Betons

fragmentiert die Betonoberfläche infolge

des Stoßes. Die Hartmetalllamelle

wird von der Betonoberfläche

in Richtung der Trommelachse gedrückt

und rollt auf der Oberfläche

ab. Nach dem Überwinden der Oberfläche

legt sich die Lamelle wieder an

der Achseninnenseite an. Dieser Vorgang

wiederholt sich für alle Trommelachsen

zyklisch bei jeder Umdrehung

der Werkzeugtrommel. Eine ausführliche

und weiterführende Erläuterung

des Fräsvorgangs ist in [2] dargestellt

Beton und Versagensmechanik

Nach DIN 1045 ist Beton ein künstlicher

Stein. Hergestellt wird dieser

aus einem Gemisch von Zement,

Betonzuschlag (Gesteinskörnung),

Wasser und je nach Anwendungsfall

speziellen Zusatzstoffen. Es ergibt

sich ein zweiphasiges System aus

Zementmatrix und Zuschlagsstoff [5].

Aufgrund der unterschiedlichen

mechanischen Eigenschaften der

Zuschlagskörnung und des Zements

sind die Versagensmechanismen von

Beton körpern sehr komplex. Die

unter schiedlichen mechanischen Eigen

schaften der einzelnen Bestandteile

des Betons führen zu deutlichen

lokal-ungleichmäßigen Werkstoffkennwerten.

Das Auftreffen einer Lamelle auf

der Zementmatrix bzw. auf einem

Zuschlagskorn oder im Randgebiet

zwischen Zuschlagskorn und Zementmatrix

führt aufgrund verschiedener

Festigkeiten der Komponenten zu

unterschiedlichem Abtrag. Um eine

möglichst gleichbleibende Reproduzierbarkeit

der Abtragsmechanik der

Lamellen erreichen zu können, wurde

darauf geachtet, dass der Beton im

Rahmen des Versuchsprogramms

möglichst gleichmäßige Eigenschaften

besitzt. Durchgeführte Voruntersuchungen

zeigten, dass die Wahl

eines geringen Durchmessers des

Zuschlaggrößtkorns ein homogeneres

Abtragsergebnis erzielt. Für die durchgeführten

Versuchsreihen wurde aufgrund

dieser Ergebnisse ein Durchmesser

von 8 mm gewählt, der dem

geringsten Größtkorndurchmesser

nach DIN 1045-2 [6] entspricht.

Nach Manns [7] sind in Kernkraftwerken

vorwiegend Normalbetone

verbaut. Alle Versuche im Rahmen der

Untersuchung erfolgten auf Basis

eines Normalbetons in der Mitte der

Bandbreite mit einer Festigkeitskasse

von C30/37.

Messtechnik

Zur Auswertung der Versuche kommen

zwei Verfahren zum Einsatz.

Einerseits wird durch Wiegen der

Fräslamellen vor und nach Versuchseinsatz

der Massenabtrag an der

Fräslamelle bestimmt. Aus dem

Massenverlust ergibt sich ein Maß

des Lamellenverschleißes.

Andererseits wird mit Hilfe eines

Laserscanners der durch die Fräslamelle

verursachte Materialabtrag

bestimmt. Der Laserscanner vermisst

genau die Oberfläche der Betonprobe.

Mit diesen Daten können geometrische

Größen der Fräsrille wie

Abtragstiefe und -fläche berechnet

werden. Abbildung 5 zeigt einen

solchen Scan.

Der verwendete Laserscanner

arbeitet nach dem Lichtschnittverfahren,

das das Prinzip der optischen

aktiven Triangulation nutzt [1]. Bei

diesem Messprinzip strahlt ein Laser

im eindimensionalen Fall auf das zu

untersuchende Testobjekt und wird

von dessen Oberfläche in diffuser

Streuung abgelenkt. Optisch ist dies

als Lichtfleck auf dem zu messenden

Punkt zu erkennen. Ein Teil des

diffus gestreuten Lichts wird über ein

Objektiv auf einen photoelektrischen

Detektor geworfen. Durch die Anordnung

mehrerer einzelner Detektoren

in einer Reihe (Zeilensensor) kann die

Koordinate des auftreffenden Lichts

entlang der Detektorachse bestimmt

werden. Mit dem bekannten Abstand

des Detektors zur Lichtquelle ergibt

sich ein Dreieck, mit dem der Abstand

des untersuchten Objekts zur

Lichtquelle errechnet werden kann

[2, 1, 3].

Beim Lichtschnittverfahren wird

der Laserstrahl mit einer vorgesetzten

Linse zusätzlich ausgeweitet, sodass

eine Linie auf das Testobjekt projiziert

wird. Der benötigte Sensor wird dafür

um eine Dimension erweitert (Matrixsensor).

So können alle Punkte auf

der projizierten Linie simultan und

ohne relative Verschiebung des Messgerätes

zum Testobjekt gemessen

werden. Um ein dreidimensionales

Abbild zu bekommen, muss lediglich

eine Relativbewegung orthogonal

zur Laser linie durchgeführt werden

[2, 3, 4].

Variationen der Fräslamelle

Neben der Änderung der Betriebsparameter

der Betonfräse, die im

Rahmen von [2] betrachtet wurden,

bietet die Variation der Fräs lamellengeo

metrie eine Möglichkeit zur Einflussnahme

auf den Betonabtrag.

Abbildung 6 und Abbildung 7

zeigen eine handelsübliche Fräslamelle

im unbenutzten Zustand und

mit einem Beanspruchungsweg von

ca. 540 m.

Mögliche Stellgrößen der Variation

der Lamelle sind das Fräslamellengewicht

und die Außengeometrie der

Fräslamelle so wie die Größe der

verwendeten Hartmetallstifte.

Decommissioning and Waste Management

Studies on the Geometric Influence on Hard Metal Shavers During Concrete Shaving ı Simone Müller and Sascha Gentes

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