Der Sägeprozess aus bruchmechanischer Sicht

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den bruchmechanischen Grundlagen des Zerspanungsprozesses und gliedert sich in 3 Teile. Es wurden jeweils zwei Holzarten aus der Gruppe der Nadel-, Laub- und Tropenhölzer untersucht. Der erste Teil befasst sich mit der Ermittlung bruchmechanischer und physikalischer Parameter verschiedener Holzarten. Dazu wurden Holzproben mit zwei unterschiedlichen Orientierungen (TR, LR) für die Keilspaltmethode erstellt. Diese wurden dann in einer Spindeltestmaschine untersucht und die Bruchenergie, die Kerbzugfestigkeit sowie die Bruchzähigkeit der Probe bestimmt. Zur Ermittlung des Elastizitäts- und Schermoduls wurde die Resonanzbiegetechnik verwendet. Bei diesem Resonanzverfahren wird eine in eine Schlaufen hängende Probe in Schwingung versetzt. Aufgrund der Eigenschwingungen kann dann aus dem erhaltenen Frequenzspektrum Elastizitätsmodul und Schermodul bestimmt werden. Ebenfalls bestimmt wurden Rohdichte und Feuchtegehalt der Proben sowie die Energiefreisetzungsrate.<br />Im zweiten Teil werden die beim Sägeprozess auftretenden Kräfte untersucht. Es wurden Sägezähne von Dünnschnittgattersägen verwendet, welche sich nur in der Zahnbreite unterscheiden sollten. Die verwendeten Sägen wurden vermessen und in ein Mikrotom eingespannt. Mit jeder Säge wurden dann je Holzart mehrere Schnitt unterschiedlicher Spandicke durchgeführt und die Schnitt- bzw. Normalkraft gemessen.<br />Im dritten Teil werden dann, aufbauend auf theoretischen Modellvorstellungen, Parameter aus den Schnittversuchen Teil 2 ermittelt und den bruchmechanischen Versuchen aus Teil 1 gegenübergestellt. Die Modellvorstellung wird hier kritisch hinterfragt. Die prinzipiellen Abhängigkeiten der Schnittkräfte von Spandicke und Zahnbreite werden dabei korrekt wiedergegeben aber die verwendeten Parameter stimmen, zumindest was die Bruchenergie betrifft, nicht mit den unabhängig gemessenen Parametern aus den Bruchversuchen überein.