Untersuchung der Abrasionsbeanspruchung durch Schüttgüter in Experiment und Simulation#

© Fraunhofer IWM
Abb. 1: Reibradversuch zur Abrasionsprüfung (nach ASTM G65). Von oben wird dem vertikal angeordneten Reibkontakt eine definierte Sandmenge zugeführt.

Dr. Andreas Kailer, Dr. Claas Bierwisch

Abrasionsbeständigkeit ist in vielen Bereichen eine grundlegende Anforderung an Komponenten und deren Oberflächen. In der Industrie sind Prozesse, in denen Pulver oder partikelhaltige Medien befördert oder verarbeitet werden, allgegenwärtig. Hier müssen Werkstoffe und Oberflächen verglichen und optimiert werden, die gegen Abrasion und Abrasionsbeanspruchung möglichst beständig sind. Häufig sind jedoch auch korrosive Einflüsse mit zu betrachten, z.B. wenn die Partikel oder die flüssigen Medien, in denen diese befördert werden, chemisch sehr reaktiv sind.

Experimentelle Methoden, wie der genormte Abrasionsversuch (ASTM G65), werden eingesetzt, um das Abrasionsverhalten zu quantifizieren. Je nach Zielanwendung werden allerdings Abweichungen von dieser Norm relevant, um möglichst anwendungsnahe Abrasionsbeanspruchungen zu simulieren – z.B. durch Nutzung von Wasser-Sand-Gemischen als Abrasionsmedium, Verwendung von Abrasiven mit hoher Härte (Korund) oder Reibrädern aus Stahl.

© Fraunhofer IWM
Abb. 2: Partikelmodell zur Simulation von Abrasionsvorgängen in einem Rohrkrümmer.

Äußerst harte und gleichzeitig korrosionsbeständige Werkstoffe sind am besten im Falle harter und korrosiv wirkender Medien geeignet. Allerdings bergen sie auch das Risiko, dass anstatt einer plastischen Verformung durch harte Abrasivkörner eine Oberflächenzerrüttung verursacht wird, die dann wiederum zu starker Schädigung und hohem Verschleiß führt.

Partikelbasierte Simulationen, begleitend zu den experimentellen Untersuchungen, sind ein flexibles Werkzeug, um Abrasionsbeanspruchungen zu bewerten. Die Simulationen sind in der Lage, den partikulären Massenfluss zu beschreiben und einzelne Aufprallereignisse zu erfassen. Mittels experimentell parametrisierter Gleichungen kann aus den kinetischen Details der einzelnen Stöße auf den jeweiligen Materialabtrag geschlossen werden. Die gewonnenen Erkenntnisse können genutzt werden, um den abrasiven Verschleiß durch konstruktive Änderungen oder gezielte Materialsubstitutionen zu minimieren.

nach oben

Letzte Änderung: