Die große kinetische Energie einer Refinerscheibe macht sie zu einem der kritischsten Bauteile eines Refiners. Dadurch kommt dem Design, der Berechnung und der Prüfung besonderes Augenmerk zu. Eine Scheibe muss vor allem die Festigkeitsanforderungen erfüllen, aber auch Verschleiß und chemische Beständigkeit sind ein Auslegungskriterium.<br />Um diesen Anforderungen zu genügen, werden vorwiegend hochfeste Stähle eingesetzt.<br />Diese besitzen jedoch manchmal nur eine geringe Zähigkeit, was zu einer erhöhten Bruchanfälligkeit führt. Der Bruch einer Läuferscheibe ist der schlimmst mögliche Schadensfall bei Refinern, daher werden alle Refinerscheiben auch hinsichtlich bruchmechanischer Aspekte ausgelegt.<br />Bis jetzt wurden diese Berechnungen mit Formeln aus Tabellenwerken durchgeführt. Diese berücksichtigen jedoch die genaue Geometrie der Refinerscheibe kaum bzw. gar nicht, und die Scheiben liegen teils auch außerhalb des Gültigkeitsbereiches dieser Formeln. In der Vergangenheit war es sehr schwer genaue Berechnungen für Läuferscheiben durchzuführen.<br />Daher begnügte man sich mit konservativen Abschätzungen.<br />In den letzten Jahren hat es große Fortschritte in der numerischen Berechnung, vor allem mit Finiten Elemente Methoden, gegeben.<br />Bruchmechanische Berechnungen sind nun bereits in kommerziellen FE-Programmen implementiert und bieten eine zuvor nicht dagewesene Genauigkeit für die Berechnung von Refinerscheiben.<br />Diese neue Möglichkeit soll nun verwendet werden um die bisherigen Berechnungsmethoden zu überprüfen. Hierzu wurden in der vorliegenden Arbeit die Grundlagen der Bruchmechanik und die Berechnungsmöglichkeiten in ANSYS erarbeitet. Anschließend wurden einfache Modelle mit den bisherigen Berechnungsmethoden und den in ANSYS implementierten berechnet. Der Vergleich der mit den unterschiedlichen Methoden erzielten Ergebnisse zeigt den Anwendungsbereich aber auch die Grenzen der verschiedenen Methoden auf. Mit der gesammelten Erfahrung wurden nun zwei Refinerscheiben nach den bestehenden Auslegungskriterien berechnet. Es zeigte sich, dass der Unterschied zwischen den Methoden stark von der Geometrie der Scheibe und vom Riss abhängt.
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Due to the huge amount of stored energy the refiner disc is one of the most critical parts of a refiner. Therefore, special attention has to attend to design, calculation and inspection.<br />The disc does not only have to fulfill the strength requirement, which is the main design criterion, but also requirements in wear and chemical resistance. Only high strength steel can handle all these requirements, but high strength steel sometimes has restricted ductility. For brittle material behavior, fracture is always a case of damage one should look at. The fracture of a rotor disc is the worst possible event of damage of refiners. Thus, all rotor discs were calculated in respect of fracture mechanics.<br />Until now, these calculations have been based on formulas from textbooks which only approximate or may not account for the geometric shape of the disc. The disc dimensions go beyond the limited range of application of these formulas. In the past, an accurate fracture mechanics calculation of a rotor disc was extremely difficult and therefore conservative estimations were used for material requirements.<br />In the last years the numerical calculation using finite element methods has been established. Also fracture mechanics is implemented in FE-codes and so the fracture mechanics calculation of refiner discs in a previously unattainable accuracy is possible.<br />This new possibility should now be used to evaluate the former calculation methods. Therefore, fundamental knowledge of fracture mechanics and the calculation in ANSYS were combined. Then simple examples were calculated with former methods and the implemented functions of ANSYS for fracture mechanics. The comparison of this simple examples shows the range of application and the weak points of the different calculation methods. With this experience, two refiner discs were calculated in respect to existing design criteria. It shows that the difference between the FEM and the former approach strongly depends on the shape of the disc and the crack.
