TY - BOOK

T1 - Beitrag zur Optimierung von Zerkleinerungs- und Verschleißprozessen in der Holzaufbereitungstechnik

AU - Pichler, Philip

N1 - gesperrt bis 16-02-2023

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Hacktrommeln in Holzaufbereitungsmaschinen sind hohen zyklischen Betriebslasten und rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Ein wesentliches Ziel ist es das Holz wirtschaftlich und effizient aufzubereiten um den Durchsatz zu erhöhen und den Energieverbrauch zu reduzieren. Diese Arbeit liefert einen essentiellen Beitrag für die Optimierung des zugrundeliegenden Zerkleinerungsprozesses. Eine neuartige Messmethode zur Bestimmung der lokalen Belastungen an einer hochdynamischen Hacktrommel wird dargestellt. Validierungsversuche im Labor ermöglichen die Erstellung von Schnittkraftmodellen und Lastkollektiven für unterschiedliche Holzarten. Des Weiteren zeigt eine hypothese, wie sich mit stumpfem Hackmesser die Kraftwirkungsrichtung auf das Werkzeug ändert. Dies erklärt, warum sich das Einzugsverhalten mit zunehmendem Messerverschleiß ändert. Schnittkraftmessungen im Modellmaßstab dienen als Basis zur Charakterisierung des Einflusses von feuchtem Holz, aber sie werden auch für die Erstellung eines numerischen Materialmodells für die Simulation mittels Finite Elemente Methode herangezogen. Ein weiterer Punkt, welcher in dieser Arbeit behandelt wird, ist die Untersuchung von verschleißfesten Hartschichten, welche hoher Abrasivität ausgesetzt sind. Es zeigt sich, dass unter dem entwickelten Reibradverfahren mit Gummischeibe schädigungsäquivalente Verschleißerscheinungen erzeugt werden, welche an Komponenten in der Holzaufbereitung zu erkennen sind. Zusätzlich konnten Modelle für Verschleißmechanismen beschrieben werden. Die Beisetzung von harten, feinen Partikeln wie Wolframkarbid zeigt gegenüber herkömmlichen Hartschichten einen um 75% geringeren Materialverlust. Die Schwingfestigkeit wird durch aufgebrachte Hartschichten tendenziell verringert, gegenüber Baustahl kommt es zu einer Verminderung der Ermüdungsfestigkeit von bis zu 46 %. Werden zusätzlich noch grobe Hartstoffpartikel beigefügt, senkt sich die Schwingfestigkeit bis zu 78 %. Die erzielten Erkenntnisse aus dieser Arbeit ermöglichen in Zukunft schon in der Entwicklungsphase eine gezielte Optimierung von Hacktrommeln bezüglich der Haltbarkeit. Das Wissen einer ichtungsänderung der wirkenden Kraft kann genutzt werden, um verschlissene Werkzeuge frühzeitig zu erkennen und die Verbesserung von Störstoffsicherungen vorantreiben. Des Weiteren kann durch gezielten Einsatz numerischer Methoden der Materialfluss innerhalb der Hacktrommel abgebildet werden und die Strukturen schon bei der Auslegung dahingehend optimiert werden. Es zeigt sich das hohe Potential von beigefügten groben Wolframpartikeln in Hartschichten bezüglich der Verschleißbeständigkeit, jedoch sollte in Hinblick auf die Dichteverteilung der Partikel ein Kompromiss gefunden werden um den abrasiven Materialabtrag so gering wie möglich zu halten, ohne die Schwingfestigkeit maßgeblich zu reduzieren.

AB - Hacktrommeln in Holzaufbereitungsmaschinen sind hohen zyklischen Betriebslasten und rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Ein wesentliches Ziel ist es das Holz wirtschaftlich und effizient aufzubereiten um den Durchsatz zu erhöhen und den Energieverbrauch zu reduzieren. Diese Arbeit liefert einen essentiellen Beitrag für die Optimierung des zugrundeliegenden Zerkleinerungsprozesses. Eine neuartige Messmethode zur Bestimmung der lokalen Belastungen an einer hochdynamischen Hacktrommel wird dargestellt. Validierungsversuche im Labor ermöglichen die Erstellung von Schnittkraftmodellen und Lastkollektiven für unterschiedliche Holzarten. Des Weiteren zeigt eine hypothese, wie sich mit stumpfem Hackmesser die Kraftwirkungsrichtung auf das Werkzeug ändert. Dies erklärt, warum sich das Einzugsverhalten mit zunehmendem Messerverschleiß ändert. Schnittkraftmessungen im Modellmaßstab dienen als Basis zur Charakterisierung des Einflusses von feuchtem Holz, aber sie werden auch für die Erstellung eines numerischen Materialmodells für die Simulation mittels Finite Elemente Methode herangezogen. Ein weiterer Punkt, welcher in dieser Arbeit behandelt wird, ist die Untersuchung von verschleißfesten Hartschichten, welche hoher Abrasivität ausgesetzt sind. Es zeigt sich, dass unter dem entwickelten Reibradverfahren mit Gummischeibe schädigungsäquivalente Verschleißerscheinungen erzeugt werden, welche an Komponenten in der Holzaufbereitung zu erkennen sind. Zusätzlich konnten Modelle für Verschleißmechanismen beschrieben werden. Die Beisetzung von harten, feinen Partikeln wie Wolframkarbid zeigt gegenüber herkömmlichen Hartschichten einen um 75% geringeren Materialverlust. Die Schwingfestigkeit wird durch aufgebrachte Hartschichten tendenziell verringert, gegenüber Baustahl kommt es zu einer Verminderung der Ermüdungsfestigkeit von bis zu 46 %. Werden zusätzlich noch grobe Hartstoffpartikel beigefügt, senkt sich die Schwingfestigkeit bis zu 78 %. Die erzielten Erkenntnisse aus dieser Arbeit ermöglichen in Zukunft schon in der Entwicklungsphase eine gezielte Optimierung von Hacktrommeln bezüglich der Haltbarkeit. Das Wissen einer ichtungsänderung der wirkenden Kraft kann genutzt werden, um verschlissene Werkzeuge frühzeitig zu erkennen und die Verbesserung von Störstoffsicherungen vorantreiben. Des Weiteren kann durch gezielten Einsatz numerischer Methoden der Materialfluss innerhalb der Hacktrommel abgebildet werden und die Strukturen schon bei der Auslegung dahingehend optimiert werden. Es zeigt sich das hohe Potential von beigefügten groben Wolframpartikeln in Hartschichten bezüglich der Verschleißbeständigkeit, jedoch sollte in Hinblick auf die Dichteverteilung der Partikel ein Kompromiss gefunden werden um den abrasiven Materialabtrag so gering wie möglich zu halten, ohne die Schwingfestigkeit maßgeblich zu reduzieren.

KW - wood processing

KW - cutting forces

KW - tribology

KW - abrasive wear

KW - Holzaufbereitung

KW - Schnittkräfte

KW - Tribologie

KW - abrasiver Verschleiß

M3 - Dissertation

ER -