Untersuchung von Verschleißvorgängen bei der Bodenbearbeitung

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Florian Schramm

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Werkzeuge in der Bodenbearbeitung unterliegen stetigem Verschleiß. Neben der Werkzeugform und den Bodeneigenschaften beeinflussen vor allem die Prozessparameter Geschwindigkeit und Arbeitstiefe die erforderliche Zugkraft und damit die hauptsächliche Belastung auf die Werkzeuge. Die Belastung in Kombination mit der Relativgeschwindigkeit der Bodenbestandteile entlang der Werkzeuge resultiert in Verschleiß. Die Durchführung von Messungen zur Bestimmung der Belastungen und der Beanspruchungen sind zeitintensiv und unterliegen im Feld meist einer hohen Streuung durch die unterschiedliche Beschaffenheit der Böden. Es wird ein Vorgehen zur Abbildung der Beanspruchung mit der Diskreten Elemente Methode (DEM) vorgestellt. Dazu wird über Versuchsaufbauten das Gesamtverhalten eines Bodens betrachtet. Die Beanspruchung wird anhand verschiedener Materialien über Dauerversuche unter kontrollierbaren Bedingungen untersucht. Die DEM zeigt eine gute Eignung zur Umsetzung des Verschleißmodells nach Archard. Die versuchstypische Verschleißkonstante kann aus diesen Experimenten bestimmt werden. Die bisherige Limitierung der Simulation den Volumenverlust zwar zu bestimmen, aber nicht abbilden zu können, wurde über eine automatisierte Berechnung behoben. Dies ermöglicht die Verschiebung der Elemente des Geometrienetzes auf Grundlage des bestimmten Volumens aus beliebigen Verschleißmodellen. Der Abgleich der Belastungen an verschiedenen Werkzeugen und Materialien konnte in der Simulation in großer Übereinstimmung getroffen werden. Die daraus abgeleitete Beanspruchung über das Verschleißmodell entspricht den Versuchswerten und ist auf verschiedene Materialien übertragbar. Anhand des Kratztests wird die Übereinstimmung der Geometrieverformung zu den Modellberechnungen nachgewiesen.