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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