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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

atw Vol. 63 (2018) | Issue 3 ı March | | Abb. 6. Fräslamelle Beanspruchungsweg: 0 m | | Abb. 7. Fäslamelle Beanspruchungsweg: 540 m Fräslamellengewicht Die Betrachtung der allgemeinen Stoßgleichung: (wobei m die Masse der Stoßkörper bezeichnet und v bzw. v' die Geschwindigkeiten vor- bzw. nach dem Stoß) zeigt, dass die in den Stoß eingebrachte Energie neben den Geschwindigkeiten der Stoßpartner auch von deren Gewicht abhängt. Der Betonabtrag beim Fräsen mittels Hartmetalllamellen sollte also auch vom Fräslamellengewicht abhängen. Zur Klärung dieser Hypothese erfolgten Versuche mit einer Fräslamelle mit veränderlicher Masse. Mit den in Abbildung 8 und Abbildung 9 gezeigten Stahlscheiben lässt sich das Gewicht der Lamelle schrittweise erhöhen. Außengeometrie und Größe der verwendeten Hartmetallstifte Durch die Erhaltung der gegebenen Außendimensionen wurde gewährleistet, dass die modifizierten Lamellengeometrien auch weiterhin in konventionell erhältlichen Maschinen zum Einsatz kommen können. Im Rahmen der durchgeführten Versuche zur Variation der Geometrie sind Lamellen mit einem Spitzenwinkel von 30 und 60 Grad untersucht worden. Zusätzlich erfolgte die Untersuchung einer Oktaedergrundfläche (siehe Abbildung 10) sowie der | | Abb. 8. CAD Zeichnung: Hartmetalllamelle mit veränderlicher Masse Einfluss verschiedener Hart metallspitzen durchmesser bei gleicher Lamellengeometrie (siehe Abbildung 11). Um dabei eine gleichbleibende Gesamtmasse der veränderten Lamellen gewährleisten zu können, wurde der Grundkörper durch gewichtsreduzierende Bohrungen versehen. Je nach Geometrie ergeben sich unterschiedliche Bohungsdurchmesser. Die hierdurch geschaffene gleichbleibende Masse gewährleistet die Vergleich barkeit der verschiedenen Lamellengeometrien. Veränderungen des Gewichts würden ein verändertes kinetisches Verhalten verursachen und so die jeweilige Abtragsleistung, wie die Ergebnisse zur Änderung des Fräslamellengewichts zeigen, beeinflussen. | | Abb. 10. Untersuchte Fräslamellen: Variation der Außengeometrie | | Abb. 11. Variation des Hartmetallspitzendurchmessers | | Abb. 12. Abtrag in Abhängigkeit des Lamellenzusatzgewichtes | | Abb. 9. Hartmetalllamelle mit veränderlicher Masse Ergebnisse Die Versuche wurden mit den oben beschriebenen Variationen der Lamellen durchgeführt, im Einzelnen sind dies Variationen des Gewichts, der Außengeometrie und der Größe der verwendeten Hartmetallstifte. Dabei sind Beton (alle Probekörper stammen aus einer Betoncharge), Fräsenvorschub sowie Drehzahl und DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 165 Decommissioning and Waste Management Studies on the Geometric Influence on Hard Metal Shavers During Concrete Shaving ı Simone Müller and Sascha Gentes