Numerische und experimentelle Untersuchungen zum Bruchverhalten keramisch gebundener Schleifscheiben

Schleifkörper müssen aus sicherheitstechnischer und ökonomischer Sicht eine hohe Bruchsicherheit aufweisen. Die Berechnung der Bruchumfangsgeschwindigkeit anhand mechanischer Kennwerte ist ein wichtiges Werkzeug für die Auslegung von Schleifscheiben. Untersuchungen zeigen jedoch, dass die auf Basis der Biegezugfestigkeit des Materials berechneten Geschwindigkeiten signifikant höher ausfallen als experimentell bestimmte Werte. Dieser Umstand erschwert die Abschätzung der Bruchgeschwindigkeit, sodass bei der Entwicklung neuer Schleifscheiben in der Regel ein „Trial and Error“-Verfahren anzuwenden ist, um sowohl sicherheitstechnische als auch anwendungsspezifische Anforderungen zu erfüllen. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, auf Basis der Bruchmechanik ein Versagenskriterium für die Bestimmung der tatsächlichen Bruchspannung keramisch gebundener Schleifmittel und darüber hinaus eine Methodik für die Berechnung der Bruchumfangsgeschwindigkeit einseitig ausgesparter Schleifscheiben zu entwickeln. Basierend auf der Modellvorstellung, dass die in gebundenen Schleifmitteln enthaltenen Poren als Initialrisse zu betrachten sind, konnte ein mathematischer Zusammenhang zwischen der verwendeten Schleifkorngröße und der Initialrissgröße abgeleitet werden. Dem zu Folge werden signifikant große Poren am Innenradius rotierender Schleifscheiben als versagensauslösend angesehen. In Verbindung mit einem Modell für oberflächennahe, elliptische Innenrisse und der Bruchzähigkeit des Materials bildet diese Beziehung die Grundlage für das verwendete Bruchkriterium. Zur Berechnung der Bruchumfangsgeschwindigkeit einseitig ausgesparter Schleifscheiben wurde mit Hilfe der FEM eine Parameterstudie durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchung konnte eine Geometriefunktion entwickelt werden, die in Verbindung mit dem entwickelten Bruchkriterium die realitätsnahe Berechnung der Bruchumfangsgeschwindigkeit ausgesparter Schleifscheiben erlaubt. Die Validierung der entwickelten Methoden erfolgte in Form von Fliehkraftsprengversuchen. Die Ergebnisse zeigen für alle geprüften Schleifscheibentypen eine sehr gute Übereinstimmung von berechneter und gemessener Bruchgeschwindigkeit.