Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESfFALEN
Nr. 2817/Fachgruppe Hüttenwesen/Werkstoffkunde
Herausgegeben vom Minister für Wissenschaft und Forschung
Dr. -Ing. Helmut Huber
Ing. (grad.) Reiner Mucke
Verein zur Förderung von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten
in der Werkzeugindustrie e. V., Remscheid
Eigenspannungsmessungen an Kreissägeblättern
mit elektromagnetischen Verfahren
Westdeutscher Verlag 1979
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Huber, Helmut:
Eigenspannungsmessungen an Kreissägeblättern
mit 9lektromagnetischen Verfahren / Helmut
Huber; Reiner Mucke. - Opladen : Westdeutscher
Verlag, 1979.
(Forschungsberichte des Landes Nordrhein
Westfalen ; Nr. 2817 : Fachgruppe Hütten
wesen, Werkstoffkunde)
ISBN-13: 978-3-531-02817-0 e-ISBN-13: 978-3-322-88465-7
DOI: 10.1007/978-3-322-88465-7
NE: Mucke, Reiner:
© 1979 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
Inhalt
Zusammenstellung der verwendeten Abkürzungen 5
1. Zusammenfassung 7
2. Einleitung 11
2.1 Stand der Technik 12
2.2 Problemstellung 14
2.3 Wirtschaftliche Bedeutung 15
3. Theoretische Uberlegungen zur Eigenspannungs
messung mit magnetischen Verfahren 15
3. 1 Theoretische Uberlegungen zur
Restfeldmethode 17
3.1.1 Einfluß mechanischer Spannungen auf die
Magnetisierungskurve 17
3.1.2 Einfluß mechanischer Spannungen auf die
Hysteresekurve 18
3.1.3 Funktionsprinzip der Restfeldmethode 19
3.2 Theoretische Uberlegungen zur magnet
induktiven Methode 20
3.2.1 Einfluß mechanischer Spannungen auf die
Permeabilität 20
3.2.2 Einfluß mechanischer Spannungen auf die
elektrische Leitfähigkeit 21
3.2.3 Einfluß des Tasters auf einen magnetischen
Kreis 21
3.2.4 Funktionsprinzip der magnetinduktiven
Methode 22
4. Versuchsdurchführung 24
4.1 Herstellung der Proben 24
4.2 Erzeugung unterschiedlicher Vorspannungs--
zustände 25
4.3 Ermittlung der Spannungen in der Walzspur
mit der Röntgen-Feinstruktur-Anlage 26
4.4 Erstellen der Meßeinrichtung
27
4.5 Ermittlung des Eigenspannungszustandes
der Proben 28
4.5.1 Eigenspannungsmessung mit Hilfe der
Restfeldmethode 28
4.5.2 Eigenspannungsmessung mit Hilfe der
magnetinduktiven Methode 30
- 4 -
5. Versuchsergebnisse 32
5.1 Versuchsergebnisse der Restfeldmethode 32
5.2 Versuchsergebnisse der magnetinduktiven
Methode 34
6. Vergleich der Ergebnisse 36
7. Folgerungen für die Praxis 37
8. Empfehlungen für weiterführende Arbeiten 39
9. Literaturnachweis 41
Abbildungen 46
- 5 -
ao' a1, a2 Koeffizienten
B magnetische Induktion
Br Remanenzinduktion
oB Remanenzinduktionsänderung (lab 100 mAl
r (100)
Bs ' Bm ax Sättigungsinduktion
D Durchmesser
d Abstand von der Werkstückoberfläche
do Werkstückdicke
f Frequenz
F Walzkraft
w
H magnetische Feldstärke
Hab Abmagnetisierungsfeldstärke
H. . äußere Feldstärke
au
H Koerzitivfeldstärke
c
Abmagnetisierungsstromstärke
lab
oind induktive Meßwertänderung
RmL magnetischer Lufwiderstand
Rmo magnetischer Oberflächenwiderstand
Rmp magnetischer Probenwiderstand
RmR magnetischer Reihenwiderstand
S Stromdichteverteilung
t Eindringtiefe
e
Vm magnetische Durchflutung
y elektrische Leitfähigkeit
Il Permeabilität
Ilr relative Permeabilität
IlO Permeabilität in Luft
0 w Walzspannung
magnetischer Fluß
~
magnetischer Fluß durch Luft
~mL
-7-
1. Zusammenfassung
Kreissägeblätter müssen einen bestimmten Eigenspannungszu
stand besitzen, wenn ihre Arbeitseigenschaften den Anfor
derungen des praktischen Einsatzes genügen sollen.
Der Eigenspannungszustand des Sägeblattes wird während
seiner Herstellung im Arbeitsgang "Spannen" durch das
Walzen ringförmiger Zonen erzeugt. Ziel des Arbeitsganges
"Spannen" ist es in jedem Fall, in der Zahn zone des
Kreissägeblattes im Ruhezustand tangentiale Zugspannungen
zu erzeugen, die später die beim Schneiden infolge
Erwärmung der Zähne im Blatt auftretenden tangentialen
Druckspannungen ausgleichen und dadurch einen stabilen
Lauf des Werkzeuges gewährleisten. Die erforderliche Größe
und Lage der Vorspannung ist weitgehend von den Einsatz
bedingungen des Sägeblattes abhängig.
Die beim Walzen entstehenden Eigenspannungen können nach
Betrag, Lage und Vorzeichen bisher entweder nach Zerstörung
der Probe mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen (DMS) oder
zerstörungsfrei mit Hilfe der röntgenografischen Methode
ermittelt werden. Die für die Messung an einsatzfertigen
Werkzeugen ausschließlich anwendbare röntgenografische
Methode ist jedoch zeitlich und finanziell sehr aufwendig.
In der vorliegenden Forschungsaufgabe wird versucht, Eigen
spannungen von Kreissägeblättern mit zwei verschiedenen
elektromagnetischen Verfahren in ihrer Größe, ihrem Vor
zeichen und in ihrer Lage im Werkzeug zu bestimmen und mit
Ergebnissen von röntgenografischen Messungen zu vergleichen.
Die magnetischen Kenngrößen werden von einer Vielzahl ver
schiedener Faktoren beeinflußt. Das Werkzeug "Kreissägeblatt"
ist für diese Versuche besonders geeignet, da stets der
gleiche Werkstoff und mit gleicher Wärmebehandlung gleiche
Materialeigenschaften vorliegen, so daß ausschließlich
-8-
die Eigenspannungen als Variable auftreten. Zur Messung
der Eigenspannungen werden zwei Methoden verwendet:
Erstens die Restfeldmethode, zweitens die magnetinduktive
Methode. Zum Vergleich der Verfahren wird als dritte
Methode das in der Praxis verwendete röntgenografische
Verfahren herangezogen.
Restfeldmethode
Grundlage der Restfeldmethode bildet der zurückbleibende
Magnetismus in einem ferromagnetischen Werkstoff, der vorher
von einem magnetischen Feld durchsetzt wurde. Dieses Rest
feld hängt von verschiedenen Materialeigenschaften ab. Der
Remanenzmagnetismus ruft ein permanentes magnetisches
Gleichfeld hervor, das an der Oberfläche der Proben meßbar ist.
Grundprinzip bildet die Aufmagnetisierung des Werkstoffes
mit einem Permanentmagnet bis in die Sättigung. Damit stellt
sich die größte Remanenzinduktion einer Probe ein. Der
meßbare Restmagnetismus in der Walzspur kann als Maß für
die Eigenspannung benutzt ,,/erden. Eine Modifizierung der
Restfeldmethode bietet die partielle Abmagnetisierung mit
einem Wechselfeld, wobei das Meßwertverhältnis verbessert
wird. Das danach verbleibende Restfeld wird mit einer Mikro
feldsonde in Verbindung mit einem Magnetoscop-Gerät F 1.067
der Fa. Institut Dr. Förster, Reutlingen, gemessen und mit
einem X-Y-Schreiber aufgezeichnet. Die X-Koordinate des
Schreibers dient zur Aufzeichnung des zurückgelegten
Weges des Tasters über der Probe.
Die auf diese Weise ermittelten Ergebnisse zeigen deutlich
einen Anstieg der Remanenzinduktion in der Walzspur der
Proben (Bild 14), die je nach Höhe der Walzkraft in ihrer
Amplitude steigt. Gleichzeitig ist mit dem Maximum die Lage
der Walzspur auf der Probe eindeutig bestimmt.
-9-
Die Ermittlung der Funktion des Meßwerteverlaufes mit einem
Rechner ergibt, daß die röntgenografisch ermittelte Walz
spannung 0w linear zur Änderung des Restfeldes ÖBr (100)
(Bild 23) verläuft, mit der Beziehung
34,34 + 0,267 . ÖBr (100) (1 kN < Fw < 16 kN)
Damit ist es möglich, eine quantitative Walzspannungs
aussage mittels der Restfeldmethode zu machen.
Magnetinduktive Methode
Grundlage der magnet induktiven Methode bildet die Erzeugung
elektrischer Wirbelströme in einem elektrisch leitenden
Werkstoff, wenn dieser von einem magnetischen Wechselfeld
durchdrungen wird. Diese Ströme erzeugen ihrerseits
ein Magnetfeld, das dem erzeugenden Magnetfeld entgegen
gerichtet ist und somit einen schwächenden Einfluß auf
das primäre Feld ausübt. Hierdurch wird der induktive
Widerstand der Prüfspule verkleinert und zwar um so mehr,
je größer der Wirbelstrom ist.
Grundprinzip dieser Meßmethode bildet ein Wechselfeld,
mit dessen Hilfe die Eindringtiefe des Meßfeldes in Abhängig
keit der Frequenz sehr gering gehalten werden kann, um dem
röntgenografischen Verfahren in der Eindringtiefe möglichst
nahe zu kommen. Bei der verwendeten Meßfrequenz von 30 kHz
kann von einem "Wirbelstromverfahren" gesprochen werden,
da Permeabilitätsänderungen kaum in das Meßergebnis ein
gehen. Alle anderen Einflüsse, die den komplexen Wider-
stand der Spule ändern, werden konstant gehalten. Zur Anwen
dung kommt eine Tastspule in Verbindung mit einem Magnatest I
Gerät 3.610 der Fa. Institut Dr. Förster, Reutlingen. Mit
diesem Gerät kann das komplexe Signal auf einem Bildschirm
verfolgt und mittels einem eingebauten Meßgerät der reale
oder imaginäre Wert in Skalenteilen abgelesen werden. Um
geringfügige Luftspaltänderungen nicht in das Meßergebnis
aufzunehmen, wird dieser Einfluß der X-Koordinate zugeordnet
-10-
und nur die Y-Koordinate ausgewertet bzw. auf einem X-Y
Schreiber aufgezeichnet. Die X-Koordinate des Schreibers
dient zur Aufzeichnung des zurückgelegten Weges des
Tasters über der Probe.
Die Ergebnisse zeigen deutlich einen Anstieg der Kurve
Im Bereich der Walzspur der Proben. Da eine Gesamtkurve
aufgrund ausgeprägter Randeffekte nur schwer auszuwerten
ist, wird der interessierende Mittelteil der Proben ohne
Randzonen verstärkt aufgezeichnet (Bild 18).
In Abhängigkeit der Walzkraft ist die Amplitude unter
schiedlich in ihrer Höhe, wobei ihr Maximum die Lage der
Walzspur eindeutig bestimmt. Die Amplitude wird zur
Walzkraftbestimmung verwendet und mit röntgenografisch
ermittelten Ergebnissen verglichen.
Aufgrund rechnerunterstützter Vergleiche verläuft die
röntgenografisch ermittelte Walzspannung 0w linear
zur Änderung des induktiven Meßwertes 6ind (Bild 22)
mit der Beziehung
35,473 + 0,883 . 6ind (1 kN < Fw < 16 kN)
Damit ist es möglich, eine quantitative Walzspannungs
aussage mittels der magnetinduktiven Methode zu machen.
-11-
2. Einleitung
Vollholz, beschichtete und unbeschichtete Spanplatten
sowie Marmor- und Steinblöcke werden wirtschaftlich mittels
Kreissägen geteilt. Um durch die Schnitt fuge möglichst
wenig Materialverluste zu erhalten, weisen diese Werkzeuge
eine im Verhältnis zu ihrem Durchmesser geringe Dicke
auf: Ein als typisch anzusehendes Holzkreissägeblatt nach
DIN 8809 besitzt bei einem Durchmesser von 400 mm beispiels
weise eine Dicke von 2,5 mm.
Bei den hohen Arbeitsdrehzahlen (z.B. 2800 rmin-1) sind
die Werkzeuge einer Gesamtbelastung unterworfen, die sich
aus einer Reihe verschiedener Kräfte zusammensetzt:
Den Schnittkräften, den Fliehkräften, den Biegekräften und
den Kräften, die durch Wärmespannungen hervorgerufen werden.
Damit das scheibenförmige dünne Blatt unter diesen oft
wechselnden Beanspruchungen noch ein stabiles Laufverhalten
aufweist, wird es mit einem Vorspannungszustand versehen,
der so ausgebildet sein muß, daß alle während des Einsatzes
auftretenden Kräfte vom Werkzeug aufgenommen und ausge
glichen werden können.
Die geeignete Vorspannung, die von den jeweiligen Einsatz
bedingungen abhängig ist, bestimmt daher das Arbeitsver
halten des Blattes während des Zerspanvorganges.
Dieses Laufverhalten des Werkzeuges beeinflußt wiederum u.a.
die Güte der erzeugten Schnittfläche, die Standzeit der
Säge und deren Geräuschemission.
Dem Vorspannungszustand eines Kreissägeblattes kommt also
eine außerordentlich wichtige Bedeutung zu.
