Use of cement concrete as a homogenous material and as a composite material in the machine tool design
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Kooperationsprojektes wurde der Einsatz von Zementbeton im Werkzeugmaschinenbau als eigenständiger Werkstoff und als Verbundwerkstoff untersucht. Innerhalb der ersten Förderperiode wurden erste wissenschaftliche Grundlagen für einen gezielten Einsatz von Zementbetonen im Werkzeugmaschinenbau geschaffen. Neben der Anforderungsidentifikation wurden Werkstoffuntersuchungen hinsichtlich der Feststoffeigenschaften und der dynamischen Dauerfestigkeit durchgeführt. Auch Koppelstellen mit Zugankern wurden intensiv auf ihr Festigkeitsverhalten hin untersucht. Es wurde eine leistungsfähige Baugruppe aus Zementbeton, bestehend aus Bett und Fahrständer, aufgebaut und mit einer Stahlschweißkonstruktion verglichen. In der zweiten Förderperiode lag der Fokus auf der Validierung der wissenschaftlichen Grundlagen insbesondere im Bereich des Ermüdungswiderstands, des Zugtragverhaltens und der Koppelstellenausbildung. Darüber hinaus wurden weitere Maschinenbauteile konstruiert, hergestellt und untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass insbesondere der Einsatz von mikrostahlfaserverstärktem UHPC grundsätzlich für den Werkzeugmaschinenbau geeignet ist. Durch die Stahlfasern kann der Entstehung von Rissen entgegengewirkt werden. Zusätzlich verstärken die Stahlfasern den Verbund zwischen Beton und Koppelstelle, wodurch die Kraftübertragung zwischen Beton und Werkzeugmaschine verbessert wird. Im Rahmen der Ermüdungsuntersuchungen im Wechselbereich konnte gezeigt werden, dass UHPC bei einer Belastung von ca. 40 % der zentrischen Zugfestigkeit mit 100 Mio. Lastwechseln beaufschlagt werden kann. Es gilt jedoch aufgrund natürlicher Streuungen der Materialeigenschaften einen ausreichenden Sicherheitsfaktor bei der Auslegung auf dynamische Belastungen zu berücksichtigen. Bezüglich der Nachbehandlung konnte gezeigt werden, dass besonders die Autoklavierung einen positiven Einfluss auf die Maßhaltigkeit als auch auf die Erhöhung der Zugfestigkeit hat. Im Hinblick auf die Konstruktion von Betonbauteilen in Werkzeugmaschinen haben sich im Verlauf des Projektes bislang bekannte empirische Konstruktionsregeln für Betonbauteile als ausreichend erwiesen, um verwendbare Bauteile aus Zementbeton herzustellen. Zudem konnte bestätigt werden, dass Maschinenbauteile aus Zementbeton das dynamische Verhalten am TCP positiv beeinflussen können.
Publications
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