DE102018221791A1 - Verfahren zur Bestimmung der Abrasivitätskennzahl von Materialien, Verwendung eines Bohrgeräts und eines Bohrwerkzeugs hierfür, Haltevorrichtung für ein Handbohrgerät und Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Abrasivitätskennzahl von Materialien, Verwendung eines Bohrgeräts und eines Bohrwerkzeugs hierfür, Haltevorrichtung für ein Handbohrgerät und Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials, das Verfahren umfassend eine Materialbearbeitung, bei welcher das Material mit einem Werkzeug bearbeitet wird, und eine Massenverlustbestimmung, bei welcher ein Massenverlust des Werkzeugs ermittelt wird, der bei der Materialbearbeitung auftritt, wobei das Verfahren weiterhin eine Bearbeitungsenergieermittlung umfasst, bei welcher eine Bearbeitungsenergie ermittelt wird, die für die Materialbearbeitung aufgewandt wird, und eine Abrasivitätskennzahlermittlung, bei welcher die Abrasivitätskennzahl des Materials erhalten wird als der Massenverlust des Werkzeugs, dividiert durch die Bearbeitungsenergie. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Bohrgeräts mit einem Motor und eines Bohrwerkzeugs, das mit dem Bohrgerät derart verbunden ist, dass das Bohrwerkzeug von dem Motor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, sowie einer Motorenergiebestimmungseinrichtung, die zum Bestimmen der vom Motor des Bohrgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ausgebildet ist, zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials, sowie eine Haltevorrichtung für ein Handbohrgerät und eine Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung mit einer derartigen Haltevorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials, insbesondere für den Bergbau, das Verfahren umfassend eine Materialbearbeitung, bei welcher das Material mit einem Werkzeug bearbeitet wird, und eine Massenverlustbestimmung, bei welcher ein Massenverlust des Werkzeugs ermittelt wird, der bei der Materialbearbeitung auftritt. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines Bohrgeräts und eines Bohrwerkzeugs zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials, eine Haltevorrichtung für ein Handbohrgerät sowie eine Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung umfassend ein Handbohrgerät mit einem Motor, ein Bohrwerkzeug und eine Motorenergiebestimmungseinrichtung.
  • Bei der Verwendung von Werkzeugvorrichtungen zur mechanischen Bearbeitung von Material kommt es typischerweise zum Werkzeugverschleiß, also einem Stoffverlust aus der Oberfläche der Werkzeugvorrichtung. Der Stoffverlust ist die Folge eines direkten Kontakts zwischen dem zu bearbeitenden Material und der Oberfläche der Werkzeugvorrichtung, gegebenenfalls zusammen mit einer Relativbewegung zueinander. Dabei kommt es zu einem Oberflächenabtrag an der Werkzeugvorrichtung infolge spanender oder reibender (einschließlich schleifender, rollender, oder kratzender), chemischer und/oder thermischer Beanspruchung. Dies resultiert in einer dauerhaften Änderung der Geometrie der Oberfläche der Werkzeugvorrichtung, so dass sich während der Bearbeitung des Materials die Funktionalität der Werkzeugvorrichtung ändert. Damit führt Verschleiß zu einer Schädigung der Werkzeugvorrichtung und langfristig zu deren Ausfall. Zur Planung von Bearbeitungsprozessen ist es daher wichtig, das Verschleißverhalten eines zu bearbeitenden Materials in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Werkzeugvorrichtung zuverlässig vorhersagen zu können; dies gilt insbesondere für den Verschleiß aufgrund mechanischer Abtragung (Abrasion) infolge spanender und reibender Beanspruchung.
  • Eine zuverlässige Verschleißvorhersage ist umso wichtiger, je größer und teurer die Werkzeugvorrichtung ist: Zum einen ist es wichtig, den Zeitpunkt des Ausfalls eines beanspruchten Teils der Werkzeugvorrichtung zuverlässig vorherzusagen, um rechtzeitig vor dem Ausfall einen Ersatz beschaffen zu können und so beim Wechsel den Zeitraum eines Stillstands (die Standzeit) zu minimieren. Zum anderen ist bereits vor der geplanten Bearbeitung eine zuverlässige Verschleißvorhersage für die Planung des Bearbeitungsvorgangs erforderlich, um eine Konfiguration der Werkzeugvorrichtung, die für die geplante Bearbeitung geeignet ist, bestimmen und die Werkzeugvorrichtung entsprechend auslegen zu können, so dass bereits vorab eine valide Kostenabschätzung möglich ist. Bei den Arbeitsorganen (Arbeitswerkzeugen) von kontinuierlichen Gewinnungsanlagen, Aufbereitungsanlagen und Umschlaganlagen für mineralische Rohstoffe kommt der Verschleißvorhersage eine wesentliche Rolle zu, so etwa bei Tagebaugeräten wie beispielsweise Eimerkettenbagger, Schaufelradbagger, Löffelbagger, Schürfkübelbagger oder Schürfraupen, oder bei Aggregaten zum Zerkleinern von Gestein, beispielsweise Brecher oder Mühlen. Diese unterliegen einem starken Verschleiß, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Werkzeugvorrichtungen im Bereich des Bergbaus signifikant beeinträchtigt werden kann.
  • Insgesamt hängt der Verschleiß von verschiedenen, sich gegenseitig beeinflussenden Faktoren ab. Hierzu gehören etwa die Art der Bearbeitung, der Werkstoff der Werkzeugvorrichtung und das zu bearbeitende Material. Der Verschleiß ist damit keine absolute Materialeigenschaft, welche lediglich dem Material selber innewohnt. Wie zahlreiche Untersuchungen auf dem Gebiet der Verschleißvorhersage für den Bergbau gezeigt haben, kommt den Abrasionseigenschaften des abzubauenden und zu bearbeitenden Materials hier eine wesentliche Bedeutung zu. Zur quantitativen Bestimmung der Abrasionswirkung wurden daher zahlreiche Verfahren zur Bestimmung der Abrasivität entwickelt. Bei der Abrasivität handelt es sich um eine Eigenschaft des zu bearbeitenden Materials, welche für das jeweilige Bearbeitungsverfahren spezifisch ist, nämlich um das Potenzial oder die Fähigkeit, einen Verschleiß an einem Werkzeug hervorzurufen. Somit ist es also wichtig, dass sich die jeweilige Bestimmungsmethode eng an dem konkreten Bearbeitungsschritt orientiert, damit das Ergebnis für das gewählte Bearbeitungsverfahren eine möglichst genaue Verschleißvorhersage gestattet.
  • Bei einem Material mineralischen Ursprung, beispielsweise auf dem Gebiet des Bergbaus oder in der Bauindustrie, wird die Abrasivität des zu betrachtenden Materials vor allem von drei strukturellen Parametern bestimmt, nämlich der Festigkeit der mineralischen Grundmatrix (beispielsweise Sand, Ton, Tonstein, Kreide, Mergel, Mörtel, Zement sowie deren Verdichtung), dem Anteil an Harteinschlüssen (beispielsweise Quarzsandkörner, Kies, Feldspate, Sandstein oder Flintsteine) sowie der Korngröße der Harteinschlüsse.
  • Ein verlässliches Verfahren zur Bestimmung der Abrasivität eines mineralischen Materials bietet die petrographisch-geotechnische Modalanalyse einer Materialprobe dar. Bei diesem Verfahren werden an einem Dünnschliff einer Materialprobe die darin enthaltenen Minerale mit Hilfe eines Polarisationsmikroskops sowie gegebenenfalls weiterer Geräte und Methoden (beispielsweise röntgenographisch) untersucht. Aus den hierbei gewonnenen Informationen zu Zusammensetzung und Morphologie der Materialprobe lässt sich unter Einbeziehung der (tabellierten) Gesteinshärten rechnerisch eine technische Kennzahl bestimmen, welche als quantitative Indexgröße für das Verschleißpotenzial eingesetzt wird.
  • Für eine verlässliche Bewertung eines gegebenen Materials ist es natürlich wichtig, dass diese auf der Grundlage von statistisch abgesicherten Angaben zu den obigen Größen vorgenommen werden kann. Dies ist bei geologischen Systemen umso kritischer, als dort - etwa im sedimentären Tagebau - die zu bestimmenden Werte in der Regel je nach der Stelle der Probenentnahme stark variieren, so dass eine Vielzahl an Stichproben erforderlich ist. Infolge des sehr hohen Aufwands, welcher für eine Modalanalyse erforderlich ist, wird dieses Verfahren in der Praxis daher nur in Ausnahmefällen eingesetzt.
  • Stattdessen wurden unterschiedliche Verfahren entwickelt, um unter halbwegs kontrollierten Bedingungen das Verschleißpotenzial eines Materials für eine Werkzeugvorrichtung zu quantifizieren. Dabei wird angestrebt, dass die jeweiligen Verfahren sich an konkreten Arbeitsvorgängen orientieren, weshalb im Rahmen dieser Verfahren das Material einer Materialbearbeitung als Ersatzmaterialbearbeitung unterzogen wird, welche im Idealfall derjenigen Materialbearbeitung vergleichbar ist, für die eine Verschleißvorhersage erstellt werden soll. Eines dieser Verfahren ist das Mitte der achtziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts für Festgesteine am französischen Centre d'Etudes et Recherches de Charbonnages de France entwickelte Untersuchungsverfahren, welches auch als „CERCHAR-Test“ bezeichnet wird und in der französischen Norm NF P94-430-1 beschrieben ist. Hierbei wird ein Stahlstift über den Materialprüfkörper über eine festgelegte Strecke bewegt, wobei der Stahlstift mit definierter Auflast gegen die Materialprobe angepresst wird. Aus der Abnutzung der Spitze des Stahlstiftes aufgrund abrasiven Gleitverschleißes wird eine technische Kennzahl als quantitative Vergleichsgröße ermittelt, der so genannte CERCHAR-Abrasivitätsindex („CAI“). Dieses Verfahren ist jedoch ungeeignet für die Untersuchung von Lockergesteinen und Halbfestgesteinen sowie von Festgesteinen aus verfestigten Lockergesteinen, beispielsweise verfestigten Sanden, Tone und Kohlen.
  • Für Lockergesteine wurde am französischen Laboratoire Central de Ponts et Chaussees ein weiteres Verfahren entwickelt, welches als „LCPC-Test“ bezeichnet wird und in der französischen Norm ANFROR N2 P-579 beschrieben ist. Hierbei wird eine festgelegte Menge eines gebrochenen Probenmaterials definierter Körnung unter definierten Bedingungen von einem Metallflügel definierter Geometrie durchmengt. Der auf die Probenmenge bezogene Massenverlust des Metallflügels dient hierbei als technische Kenngröße („ABRI-Index“) für das Verschleißpotenzial des Gesteins, welche üblicherweise in eine von fünf Abrasivitätsklassen eingeteilt wird. Neben Lockergesteinen wird dieses Verfahren auch für die Untersuchung von Festgesteinen eingesetzt.
  • Die bislang üblichen Verfahren zur Bestimmung einer technischen Kennzahl zur Quantifizierung der Abrasivität eines Materials sind dahingehend nachteilig, dass deren Durchführung relativ zeitaufwändig ist und diese einen hohen Arbeitsaufwand erfordert. Hierdurch ist es nicht mit vertretbarem Aufwand möglich, eine erforderliche Anzahl an Stichproben zu untersuchen oder Mehrfachbestimmungen an derselben Probe durchzuführen, so dass diese Verfahren nachteilig sind im Hinblick auf die Verlässlichkeit der Bestimmungsergebnisse.
    Die bekannten Verfahren bringen überdies den Nachteil mit sich, dass sich mit diesen Verfahren ein größeres Gebiet nicht mit vertretbarem Aufwand in hinreichender Ortsauflösung für den Bergbau untersuchen lässt. Daher ist es nicht möglich, ein verlässliches ortsaufgelöstes Verschleißprognoseprofil für ein Abbaugebiet zu erstellen, auf dessen Grundlage bereits im Vorfeld der Erschließung eines neuen Tagebau-Abbaugebiets eine genaue Planung der Aufschlussfigur und des Abbauschemas möglich wäre.
  • Ferner ist nachteilig, dass die herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung des Verschleißpotenzials auf relativ speziellen Bearbeitungsverfahren beruhen wie dem Ritzen oder dem Flügelmischen, wobei diese Verfahren große Unterschiede zu den meisten realen Bearbeitungsverfahren aufweisen, für welche eine Verschleißprognose erstellt werden soll, also etwa für den Abbau oder das Aufbrechen von Gestein. Dies hat zur Folge, dass eine in einem derartigen Verfahren erhaltene technische Kennzahl nur bedingte Aussagekraft besitzt für die Prognostizierung eines tatsächlichen Verschleißes.
  • Schließlich sind die bislang bekannten Verfahren äußerst unvorteilhaft, da die dafür erforderlichen Messungen im Labor und somit ex-situ durchgeführt werden müssen. Beim Verbringen der Materialproben aus dem ursprünglichen Materialverband - etwa der Lagerstätte - in ein Labor treten Veränderungen am Probenmaterial auf, beispielsweise kann sich die Feuchtigkeit von Probenmaterial ändern. Gerade der Materialfeuchte kommt ein wesentlicher Einfluss auf die Abrasivität zu; ähnliches gilt auch für den Gefrierzustand. Eine geänderte Probe kann ein anderes Verschleißpotenzial aufweisen als das ursprüngliche Material, so dass sich die bestehenden Verfahren nur mit Vorbehalt bei einer Prognostizierung des Verschleißverhaltens einsetzen lassen. Überdies ist es extrem schwierig, die in den herkömmlichen Verfahren erhaltenen Abrasivitätskennzahlen zur Erstellung einer konkreten Verschleißprognose auf bestimmte Arbeitswerkzeuge zu beziehen und entsprechend umzurechnen, etwa auf einen Schaufelradbagger im Tagebau, da zur Zeit kein analytischer physikalischer Zusammenhang zwischen dem Gewichtsverlust eines Referenzkörpers in einem Ersatzbearbeitungsverfahren einerseits und dem tatsächlichen Arbeitswerkzeugverschleiß andererseits bekannt ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vermindert werden und welches überdies die Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials in einem einfachen Verfahren ermöglicht, welches vorzugsweise eine Bestimmung vor Ort (in situ) ebenso gestattet wie eine Bestimmung an einer Vielzahl an Proben mit vertretbarem Aufwand - idealerweise auch an unterschiedlichen Positionen, um so ein ortsaufgelöstes Verschleißprognoseprofil erhalten zu können. Die so erhaltene Abrasivitätskennzahl des Materials soll dabei für den konkreten Bearbeitungsvorgang durch die Arbeitswerkzeuge charakteristisch sein, wobei das Arbeitswerkzeug dasjenige Werkzeug darstellt, für dessen Einsatz zur Bearbeitung des Materials eine Verschleißprognose erstellt werden soll. Darüber hinaus war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verwendung eines Bohrgeräts und eines Bohrwerkzeugs zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials zur Verfügung zu stellen, wodurch die Bestimmung der Abrasivitätskennzahl besonders vereinfacht wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, eine Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung umfassend ein Handbohrgerät mit Motor und ein Bohrwerkzeug zur Verfügung zu stellen sowie eine Haltevorrichtung für das Handbohrgerät in der Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung, so dass die Materialbearbeitung besonders ergonomisch durchgeführt wird. Schließlich war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verschleißprognose einer Werkzeugvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass der bei der Bearbeitung eines Materials mittels eines Werkzeugs auftretende Massenverlust am Werkzeug dann als technische Kennzahl zur Charakterisierung der Abrasivität eingesetzt werden kann, wenn der Massenverlust auf die bei der Bearbeitung von Werkzeug aufgenommene Energie bezogen wird.
  • Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials, das Verfahren umfassend (i) eine Materialbearbeitung, bei welcher das Material mit einem Werkzeug bearbeitet wird, und (ii) eine Massenverlustbestimmung, bei welcher ein Massenverlust des Werkzeugs ermittelt wird, der bei der Materialbearbeitung auftritt, wobei das Verfahren weiterhin umfasst (iii) eine Bearbeitungsenergieermittlung, bei welcher eine Bearbeitungsenergie ermittelt wird, die für die Materialbearbeitung aufgewandt wird, und (iv) eine Abrasivitätskennzahlermittlung, bei welcher die Abrasivitätskennzahl des Materials erhalten wird als der Massenverlust des Werkzeugs, dividiert durch die Bearbeitungsenergie.
  • Vorliegend geht es um die Bearbeitung eines Materials. Als Material ist vorliegend jeglicher Werkstoff aufzufassen, für welchen eine Abrasivitätskennzahl bestimmt werden kann. Dies beinhaltet unter anderem ein Material natürlichen oder künstlichen Ursprungs, insbesondere mineralische Proben, wobei das Material beispielsweise ein Baumaterial, eine Gesteinsprobe oder eine anderweitige geologische Probe sein kann, etwa eine Gesteinsprobe, welche in mechanischen Zerkleinerungsprozessen zerkleinert werden soll, oder eine Probe aus Gesteinsformationen, welche im Tagebau abgebaut werden sollen. Letzteres kann im bereits erschlossenen Tagebau etwa in der Seitenböschung oder in den horizontalen Ebenen erfolgen. Neben der Möglichkeit, das Material im Berglagerungszustand zu testen (und daher mit unveränderter Bergfeuchte und innerer Verspannung sowie unverändertem Gefrierzustand) lässt sich so eine hohe statistische Sicherheit für Verschleißprognosen über einen gesamten Schaufelradbagger-Abbaubereich gewährleisten, wobei lokale Abweichungen ebenfalls erfasst werden können. Darüber hinaus könnte mit diesem Verfahren eine Untersuchung selbst an ex-situ-Material durchgeführt werden, etwa an Bohrkernen, an bereits gelöstem Material (Schuttgut einschließlich Sanden - hierfür ist die Verwendung eines Schüttgutverdichtungsbehälters sinnvoll, innerhalb dessen eine Materialbearbeitung vorgenommen wird). Natürlich kann es sich bei dem zu bearbeitenden Material auch um nichtmineralische Substanzen handeln, beispielsweise Metalle, Gläser, Polymere oder dergleichen. Dieses Material kann also insgesamt eine beliebige Mikrostruktur aufweisen, etwa ein homogenes oder heterogenes Gefüge und darüber hinaus alle dem Fachmann bekannten Zuschlagstoffen beinhalten.
  • Als Abrasivitätskennzahl eines Materials wird jegliche technische Kennzahl aufgefasst, welche aus Daten erhalten werden kann, die direkt oder indirekt in einer Messung zugänglich sind. Darüber hinaus muss die derartige technische Kennzahl eines Materials auch geeignet sein, als Vergleichsgröße für mechanische Verschleißprozesse zu dienen, die bei der Bearbeitung dieses Materials mit einem Werkzeug auftreten. Um eine solche Abrasivitätskennzahl zu ermitteln, wird das Material in situ oder ex situ (beispielsweise als entnommene Materialprobe) einer Materialbearbeitung unterzogen. Grundsätzlich ist hierbei jegliche mechanische Form der Materialbearbeitung möglich, welche einer realen Materialbearbeitung vergleichbar ist, für welche die entsprechende Abrasivitätskennzahl bestimmt werden soll, und die somit zur Bestimmung der Abrasivitätskennzahl geeignet ist. Die Materialbearbeitung umfasst insbesondere mechanische Fertigungsverfahren aus den Hauptgruppen „Trennen“ und „Umformen“ (gemäß DIN 8580). Ein Trennen umfasst beispielsweise eine spanende Abtragung oder eine reibende Abtragung. Bei einer spanenden Abtragung werden Teile des Materials in Form von Spänen entfernt, etwa beim Bohren, Fräsen, Sägen, Hobeln oder dergleichen. Bei einer reibenden Abtragung werden Teile des Materials formlos oder in Form von Staub entfernt, etwa beim Schleifen, Polieren, Mahlen, Aufbrechen oder dergleichen. Ein Umformen umfasst beispielsweise ein Walzen, Hämmern, Schmieden (einschließlich Gesenkschmieden), Pressen, Tiefziehen, Biegen und dergleichen.
    Die Materialbearbeitung erfolgt dabei mit einem Werkzeug, mittels dessen das Material bearbeitet wird. Als Werkzeug werden vorliegend alle Bearbeitungswerkzeuge verstanden, welche bei der mechanischen Bearbeitung des Materials in direktem Kontakt mit dem Material treten, welche relativ zu der Oberfläche dieses Materials bewegt werden, beispielsweise in einer geradlinigen Bewegung, einer Rotationsbewegung, einer ungeordneten Bewegung oder in einer beliebigen anderen Bewegung, und welche infolge einer Kraftübertragung am Werkstück eine Formänderung zur Folge haben. Aufgrund der Bearbeitung des Materials unterliegt dabei das Werkzeug einem mechanischen Verschleiß, welcher einen Materialabtrag am Werkzeug selbst zur Folge hat. Der Massenverlust des Werkzeugs beim Bearbeiten lässt sich als Materialabtrag quantifizieren. Der Massenverlust des Werkzeugs, welcher bei der Materialbearbeitung auftritt, kann mit allen gängigen Massenbestimmungsverfahren gemessen werden. In der Regel erfolgt die Bestimmung des Massenverlustes durch Wägen des Werkzeugs vor und nach der Bearbeitung, idealerweise in Mehrfachbestimmungen, als Wägen mit einer (horizontal ausgerichteten) mechanischen Waage (typischerweise eine Präzisionswaage mit einer Messgenauigkeit von ±0,01 g) einer elektrischen Waage einer elektromechanischen Waage, in Einzelfällen auch mit spezifischen Waagen, etwa piezoelektrisch oder mittels einer Quarz-Mikrowaage. Alternativ kann während des Bearbeitungsverfahrens die jeweils aktuelle Masse des Werkzeugs kontinuierlich bestimmt werden. Der Massenverlust kann hierbei etwa durch Differenzbildung von Anfangsmasse und Endmasse oder auch unter Verwendung einer Tara-Funktion der Waage direkt erhalten werden.
  • Zur Bearbeitungsenergieermittlung wird diejenige Energiemenge bestimmt, welche vom Werkzeug bei der Materialbearbeitung auf das Material übertragen wird. Hierfür sind grundsätzlich alle im Fachmann bekannten Verfahren einsetzbar. Typischerweise erfolgt eine derartige Bestimmung mit Hilfe von Vorrichtungen, mittels derer die Energie (geleistete Arbeit) gemessen wird, die für die Materialbearbeitung aufgewandt wird, also die jeweils vom Werkzeug aufgenommene, an das Werkzeug abgegebene oder von dem Werkzeug abgegebene Energie; die aufgenommene oder abgegebene Energie lässt sich mit allen bekannten Bestimmungseinrichtungen messen, beispielsweise über Energieaufnahmemessgeräte oder aber Drehmomentmesssensoren und Drehzahlmesssensoren zur Bestimmung der an das Werkzeug oder von dem Werkzeug abgegebenen Energie. Alternativ können auch Vorrichtungen zum Einsatz kommen, mittels derer die jeweils vom Werkzeug aufgenommene, an das Werkzeug abgegebene oder von dem Werkzeug abgegebene Leistung gemessen wird, wobei hierbei dann gleichzeitig auch die Zeit aufgenommen wird, innerhalb derer die Leistung abgegeben wird (in letzterem Fall wird die Energie durch Integration der Leistung über die Zeit erhalten, im einfachsten Fall - bei zumindest annähernd konstanter Leistungsabgabe - durch Multiplikation der konstanten Leistung mit der jeweiligen Dauer). Typischerweise hat sich eine Materialbearbeitungsdauer im Minutenbereich als ausreichend herausgestellt (von 15-20 min bei schwach abrasiven Materialien, bei extrem abrasiven Materialien entsprechend kürzer).
  • Bei der Abrasivitätskennzahlermittlung wird die technische Abrasivitätskennzahl des Materials erhalten, indem der bei der Bearbeitungsenergieermittlung ermittelte Massenverlust des Werkzeugs durch die bei der Bearbeitungsenergieermittlung ermittelte Bearbeitungsenergie geteilt wird. Die so erhaltene Abrasivitätskennzahl weist typischerweise die Einheit „g/kWh“ auf.
  • Damit wird die in dem Abrasivitätsmeßverfahren erhaltene Bestimmungsgröße - der Massenverlust - auf die zur Erzielung dieses konkreten Massenverlusts erforderliche Energie bezogen und damit eine ansonsten auftretende Streuung der Bestimmungsgrößen vermieden, welche auf den unterschiedlichen Verdichtungsgrad des zu untersuchenden Materials sowie die natürliche Inhomogenität der verschleißbestimmenden Eigenschaften zurückzuführen ist (insbesondere dem Quarzmineralkorngehalt sowie der Größe, Form und Festigkeit dieses Mineralkorns). Darüber hinaus lassen sich individuelle Unterschiede bei den einzelnen Bestimmungen, die aufgrund der räumlichen Anordnung/Lage des zu untersuchenden Materials und der Person, welche die Materialbearbeitung durchführt, systemimmanent und unvermeidbar sind, sich durch die Normierung auf die jeweilige Bearbeitungsenergie minimieren und das Verfahren somit Standardisieren.
  • Werden bei der Ermittlung der Bearbeitungsenergie sorgfältig die Leerlaufenergie für jede Messung bestimmt und aus der Gesamtenergie herausgerechnet, so ist es unter Berücksichtigung eines multiplikativen Reibleistungsfaktors (welcher empirisch durch Kalibrieren ermittelt oder unter Berücksichtigung der für das jeweilige Verfahren relevanten mechanischen Grundprozesse theoretisch abgeschätzt werden kann) auch die Ergebnisse von unterschiedlichen Materialbearbeitungsverfahren valide und reproduzierbar miteinander in Bezug setzen. Beispielsweise lassen sich so für Schaufelradbagger im Tagebau auf der Grundlage von Abrasivitätskennzahlen, die mit einem Handbohrgerät ermittelt wurden, unter Berücksichtigung des Werkstoffs, aus welchem die Zähne des Schaufelradbaggers gefertigt sind, sowie des Abbauverfahrens überaus verlässliche Verschleißprognosen für die Zähne erstellen - die repräsentative Entnahme der Materialproben innerhalb des zu untersuchenden Abbaubereichs vorausgesetzt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei der Massenverlustbestimmung (a) vor der Materialbearbeitung die Masse des Werkzeugs als Anfangsmasse bestimmt, (b) nach der Materialbearbeitung die Masse des Werkzeugs als Endmasse bestimmt und (c) der Massenverlust ermittelt, indem die Endmasse von der Anfangsmasse abgezogen wird.
  • Demzufolge wird die Masse des Werkzeugs als Anfangsmasse vor der Materialbearbeitung sowie als Endmasse nach der Materialbearbeitung bestimmt. Die Massenbestimmungen können hier mittels aller dem Fachmann bekannten Verfahren zur Massenbestimmung durchgeführt werden, insbesondere den bereits erwähnten Verfahren. Zur Ermittlung des bei der Bearbeitung aufgetretenen Massenverlusts wird die Endmasse von der Anfangsmasse abgezogen (subtrahiert). Bei der Bestimmung der Massen ist es überdies grundsätzlich vorteilhaft, wenn das Werkzeug vor dem Bestimmen der Anfangsmasse und/oder vor dem Bestimmen der Endmasse (gründlich) gereinigt und dabei von anhaftenden Verunreinigungen befreit wird
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet die Materialbearbeitung eine spanende Abtragung und/oder eine reibende Abtragung. Dies beinhaltet sämtliche dem Fachmann bekannten Verfahren zum entsprechenden Abtragen des Materials. Unter dem Begriff „Abtrag“, „Abtragung“ oder „abtragen“ im Sinne dieser Anmeldung wird ein Entfernen von Teilen oder Teilchen auf mechanischem Weg verstanden, so dass sich dieser Begriff von der Definition aus DIN 8590 unterscheidet, gemäß welcher das Abtragen ein Entfernen von Teilen auf nicht-mechanischem Weg darstellt.
  • Bei einer spanenden Abtragung wird das Material spanend (zerspanend) bearbeitet, so dass Teile des Materials spanend abgetragen werden. Bei einer reibenden Abtragung wird das Material reibend (in gleitender Reibung) bearbeitet, so dass Teile des Materials reibend abgetragen werden. Die Bearbeitung von Material kann grundsätzlich auch komplexe Vorgänge beinhalten. Demzufolge kann also die Materialbearbeitung vorliegend außer einer rein spanenden und/oder rein reibenden Abtragung natürlich weitere Aspekte anderer Verfahren zur Materialbearbeitung beinhalten.
  • Die spanende Abtragung beinhaltet alle dem Fachmann bekannten Verfahren zum Spanen, beispielsweise ein Drehen (etwa unter Verwendung eines Drehmeißels an einer Drehmaschine), ein Bohren (etwa unter Verwendung eines Bohrers an einer Bohrmaschine), ein Bürstspanen (etwa unter Verwendung einer Bürste oder eines anderweitigen Bürstwerkzeugs), ein Feilen (etwa unter Verwendung einer Feile an einer Feilmaschine), ein Fräsen (etwa unter Verwendung eines Fräswerkzeugs an einer Fräsmaschine), ein Hobeln (etwa unter Verwendung eines Hobelmeißel an einer Hobelmaschine, zum Beispiel beim Wälzhobeln), ein Meißeln (etwa unter Verwendung eines Meißels), ein Räumen (etwa unter Verwendung eines Räumwerkzeugs an einer Räummaschine), ein Raspeln (etwa unter Verwendung einer Raspel), ein Sägen (etwa unter Verwendung einer Säge an einer Sägemaschine, zum Beispiel Bandsägen, Bügelsägen oder Kreissägen), ein Schaben (etwa unter Verwendung eines Schabers an einem Maschinenschaber), ein Senken (etwa unter Verwendung eines Senkbohrers an einer Bohrmaschine), ein Stoßen (etwa unter Verwendung einer Stoßmaschine, zum Beispiel beim Wälzstoßen) oder dergleichen; die im jeweiligen Anwendungsfall einzusetzenden geeigneten Verfahren sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
  • Stattdessen oder zusätzlich können Teile des Materials reibend abgetragen werden, was alle dem Fachmann bekannten Verfahren zum Reiben beinhaltet, beispielsweise ein Schleifen (etwa unter Verwendung einer Schleifscheibe an einer Schleifmaschine oder eines Schleifbands oder Bandschleifers an einer Bandschleifmaschine), ein Honen (etwa unter Verwendung einer Honahle in einer Honmaschine), ein Hubschleifen unter Verwendung eines Schleifsteins an einer Schleifmaschine) oder dergleichen; die im jeweiligen Anwendungsfall einzusetzenden geeigneten Verfahren sind auch hier dem Fachmann hinlänglich bekannt.
  • Darüber hinaus kann auch eine kombinierte Materialbearbeitung erfolgen, in welcher sowohl eine spanende als auch eine abtragende Teilbearbeitung vorgenommen wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Materialbearbeitung eine spanende Abtragung, wobei das Werkzeug ein Bohrwerkzeug ist, welches von dem Motor eines Bohrgeräts angetrieben wird, und die Bearbeitungsenergie aus der von dem Motor des Bohrgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ermittelt wird. Als Bohrwerkzeug kommt hierbei grundsätzlich jedes Bohrwerkzeug (Bohrer) in Frage, beispielsweise Bohrstangen, Fräsbohrer (insbesondere Flachfräsbohrer), Gewindebohrer, Schälbohrer, Spiralbohrer, Wendelbohrer, Wendelnutenbohrer Zentrierbohrer oder Senker (insbesondere etwa Kegelsenker oder Plan-Ansenker). Ein Bohrgerät ist jedes Gerät zum Bohren, Senken oder Reiben, welches - unter anderem - zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs eingerichtet ist. Ein Bohrgerät kann nahezu beliebig ausgebildet sein, etwa als Werkzeugmaschine oder als motorgetriebenes Handwerkzeug (Handbohrgerät, Handgerät). Werkzeugmaschinen sind fest installiert und kommen dabei in der Regel im Labor zum Einsatz, motorgetriebene Handwerkzeuge können nicht nur im Labor sondern auch vor Ort verwendet werden, etwa auf einer Baustelle oder im Tagebau. Dabei versetzt der Motor (Drehmomenterzeuger) das Bohrwerkzeug direkt oder über ein Getriebe in Rotation. Der Motor kann grundsätzlich mit jeder geeigneten Energieträgerform angetrieben werden, etwa mittels elektrischer Energie (als Elektromotor) oder mittels komprimierter Fluide, etwa pneumatisch (mittels eines komprimierten Gases wie etwa Druckluft, beispielsweise als Pneumatikmotor) oder hydraulisch. Aufgrund der Normierung auf die aufgenommene Energie ist es dabei unerheblich, ob das Bohrgerät über eine Drehzahlregelung verfügt oder nicht. Derartige Bohrgeräte beinhalten neben herkömmlichen Bohrmaschinen auch Schlagbohrmaschinen und Bohrhämmer. So können zu Durchführung des Verfahrens etwa kommerziell erhältliche Handbohrgeräte mit und ohne Schlagbohrfunktion eingesetzt werden, an welchen ein Handgriff (Zusatzhandgriff) zur besseren Handhabung angebracht ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird für die Bearbeitungsenergieermittlung (a) als Leerlaufleistung zusätzlich die vom Motor aufgenommene oder abgegebene Leistung ermittelt, während das angetriebene Bohrwerkzeug nicht im Kontakt mit dem Material steht, (b) zusätzlich bei der spanenden Abtragung die Zeitdauer bestimmt, innerhalb derer Teile des Materials spanend abgetragen werden, (c) bei der Bearbeitungsenergieermittlung die Leerlaufleistung mit der Zeitdauer multipliziert, innerhalb derer die Teile des Materials spanend abgetragen werden, und (d) das so erhaltene Produkt von der vom Motor aufgenommenen oder abgegebenen Energie abgezogen, wobei die Bearbeitungsenergie erhalten wird. Die Leerlaufleistung ist dabei die von dem Motor des Bohrgeräts aufgenommene Leistung, welche auch ohne Materialbearbeitung aufzubringen ist und damit lediglich auf interne Größen zurückzuführen ist, etwa auf Getriebewiderstände, kapazitive Effekte, beispielsweise als Blindleistung oder Scheinleistung und dergleichen. Die Leerlaufleistung wird dabei bestimmt, indem die diejenige vom Motor aufgenommene Leistung gemessen wird, bei welcher keine Materialbearbeitung erfolgt und das Bohrwerkzeug zwar in das Bohrgerät eingespannt ist, jedoch nicht in Kontakt zu der Oberfläche des Materials oder anderweitiger Stoffansammlungen tritt. Wird nun danach mit der Materialbearbeitung begonnen und die Dauer der Materialbearbeitung gemessen (etwa mit Hilfe einer Stoppuhr), so lässt sich aus der Leerlaufleistung und der gemessenen Dauer die Leerlaufenergie ermitteln (etwa durch Multiplikation der beiden Größen oder durch Integrieren der Leerlaufleistung über die Zeit), welche während der Materialbearbeitung eingesetzt wurde. Wird die Leerlaufenergie von der insgesamt vom Motor aufgenommenen Energie (Bruttoenergie entsprechend der Integration einer Wirkleistung) abgezogen, wird die Bearbeitungsenergie als Nettoenergie erhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass ebenfalls akzeptable Ergebnisse für die Abrasivitätskennzahl erhalten werden, wenn als Bearbeitungsenergie die Bruttoenergie angesetzt wird (typischerweise entspricht bei Elektromotoren die Leerlaufenergie etwa 20-50 % der Bruttoenergieaufnahme); wird hingegen die Nettoenergie als Bearbeitungsenergie verwendet, so verringert sich dadurch die Streuung der Messwerte noch mehr, und es wurde dadurch erheblich einfacher, die mit einem Bearbeitungswerkzeug erhaltenen Ergebnisse mit denen anderer Bearbeitungswerkzeuge - einschließlich der Arbeitswerkzeuge - zu vergleichen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird zu der spanenden Abtragung das Bohrwerkzeug durch den Motor des Bohrgeräts in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse versetzt und das Bohrwerkzeug in einer Bewegung quer zur Rotationsachse des Bohrwerkzeugs an einer Bearbeitungsoberfläche des Materials geführt. Typischerweise weist das Bohrwerkzeug eine zylinderähnliche Geometrie auf und besteht aus einem Schaftabschnitt an einem Endbereich des Bohrwerkzeugs, einem Kopfabschnitt an dem anderen Endbereich des Bohrwerkzeugs sowie einem Mittenabschnitt, welcher zwischen Schaftabschnitt und Kopfabschnitt angeordnet ist. Der im Wesentlichen zylinderförmige Schaftabschnitt kann gegebenenfalls Elemente aufweisen, welche von der idealen Zylinderform abweichend, beispielsweise die Nuten eines SDS-Systems. Der in der Regel ebenfalls zylinderähnliche Mittenabschnitt weist üblicherweise an der Mantelfläche eingearbeitete oder aufgearbeitete Spiralschneiden oder Spiralwendel zum Abtransport etwaiger Schneidspäne auf. Der Kopfabschnitt weist typischerweise die Bohrerschneiden auf, welche beim Bohren Teile des Materials aus dessen Oberfläche herauslösen und aus diesem Grund verschleißmindernd gehärtet ausgerüstet sind. Schaftabschnitt, Mittenabschnitt und Kopfabschnitt sind näherungsweise zylinderartig ausgebildet und weisen dieselbe Zylinderachse auf, um welche das Bohrwerkzeug bei der Rotationsbewegung rotiert.
  • Zur Materialbearbeitung wird das Bohrwerkzeug in einer Bewegung quer zur Rotationsachse des Bohrwerkzeugs an der Bearbeitungsoberfläche des Materials geführt. „Quer zur Rotationsachse“ bedeutet, dass das Bohrwerkzeug - anders als beim Bohren - nicht vor allem in axialer Richtung in die Oberfläche des zu bearbeitenden Materials vorgetrieben wird, sondern dass das Bohrwerkzeug bezogen auf die Rotationsachse in einem Winkel von mehr als 10 ° und weniger als 170 ° in Kontakt mit dem Anteil an der Oberfläche des Materials entlanggeführt wird. Beim Entlangführen soll das Bohrwerkzeug während der Materialbearbeitung das Material überwiegend in einem mittleren Bereich des Bohrwerkzeugs berühren und dort Teile des Materials abtragen oder aber auch in einem größeren Bereich berühren, etwa mit der Hälfte der frei liegenden Mantelfläche des Bohrwerkzeugs - je größer die Kontaktfläche hierbei ist, desto größer ist der zu erwartenden Massenverlust des Bohrwerkzeugs.
  • Infolge der Bearbeitung „quer zur Rotationsachse“ wird sichergestellt, dass die Abtragung vor allem im mittleren Bereich des Bohrwerkzeugs auftritt, weshalb daher der Massenverlust am Bohrwerkzeug besonders hoch ausfällt und die Kennzahl einem besonders kleinen Messfehler unterliegt. Dieses Vorgehen ist darin begründet, dass ein Bohrwerkzeug üblicherweise einen heterogenen Aufbau aufweist, indem der Kopfabschnitt mit den Bohrerschneiden mit Hartmaterialbereichen versehen ist, etwa als Beschichtung oder in Form von gesonderten Hartmaterialschneidelemente, so das ein Materialabtrag in diesem Bereich besonders gering ausfällt. Im Unterschied dazu ist der Rest des Bohrwerkzeugs aus einem etwas weniger abriebfesten - aber homogenen - Material gefertigt, zudem weist die Oberfläche an der Seite des Bohrwerkzeugs (etwa im Bereich der Winde) typischerweise keine gesonderten Maßnahmen zur Erhöhung von dessen Härte auf, sodass hier ein Materialabtrag höher ausfällt als im Kopfabschnitt des Bohrwerkzeugs.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist bei der spanenden Abtragung die Bearbeitungsoberfläche des Materials dabei eine Oberseitenfläche des Materials. Als Oberseitenfläche wird eine Oberfläche des Materials aufgefasst, welche an der äußeren Seite des Materials gelegen ist, vorzugsweise an der oberen Seitenfläche der Materialprobe oder zumindest nahe der oberen Seitenfläche, so dass zur Materialbearbeitung das Bohrwerkzeug flach gegen diese obere Seitenfläche gedrückt werden kann. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird bei der spanenden Abtragung das Bohrwerkzeug zumindest im Wesentlichen horizontal über die Oberseitenfläche des Materials geführt, indem das Material an dem Bohrwerkzeug vorbeigeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine bei unterschiedlichen Proben gleichmäßige Durchführung der Materialbearbeitung zu realisieren, indem ein festinstalliertes Bohrgerät verwendet wird, beispielsweise eine entsprechende Werkzeugmaschine, in welche das Bohrwerkzeug horizontal eingespannt ist. Auf einem Schlitten kann das Material dann unter dem Bohrwerkzeug bewegbar angeordnet sein und zur eigentlichen Materialbearbeitung in mechanischen Kontakt mit dem rotierenden Bohrwerkzeug an diesem derart entlanggeführt werden, dass der rotierende Mantelflächenbereich des Bohrwerkzeugs von der Oberseitenfläche des Materials Teile des Materials spanend abträgt, vorzugsweise mit definierter Auflast.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist bei der spanenden Abtragung die Bearbeitungsoberfläche des Materials eine Innenseitenfläche des Materials. Als Innenseitenfläche kommt jede Seitenfläche des Materials in Frage, welche sich nicht bloß an der äußeren Außenfläche des Materials sondern vielmehr im Material befindet, also beispielsweise in einer Aussparung in dem Material. Die Aussparung kann beliebig ausgebildet sein und etwa natürlichen Ursprungs oder in separaten Bearbeitungsschritten erzeugt worden sein. So ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens etwa die Innenseitenfläche des Materials eine Bohrung (Bohrloch) mit einem Innendurchmesser, welcher mindestens so groß wie der der maximale Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs ist. Damit kann das Bohrwerkzeug in die Bohrung eingeführt werden und in einer Richtung quer zur Rotationsachse des Bohrwerkzeugs an der oder in die Oberfläche des Materials geführt werden. Hierdurch wird der Anteil der Mantelfläche des Bohrwerkzeugs vergrößert, welcher bei der Materialbearbeitung im Kontakt mit dem Material steht. Eine Bohrung weist typischerweise eine zylinderähnliche Geometrie auf, wobei die Bohrungsachse der Rotationsachse des Bohrwerkzeugs beim Einbohren der Bohrung entspricht.
  • In dieser Variante wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die Bohrung in dem Material erzeugt, indem vor der spanenden Abtragung mit dem Bohrwerkzeug eine Bohrung in das Material eingebohrt wird. Kommt beispielsweise als Bohrgerät ein Schlagbohrgerät zum Einsatz, so kann das Einbohren der Bohrung beispielsweise mit zugeschalteter Schlagbohrfunktion durchgeführt werden, für die Materialbearbeitung wird anschließend die Schlagbohrfunktion wieder abgeschaltet, um die Leerlaufenergieaufnahme zu minimieren. (Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Bestimmung der Abrasivitätskennzahl mit zugeschalteter Schlagfunktionalität durchzuführen; hierbei sollte dann darauf geachtet werden, die Leerlaufenergie für das Schlagwerk zu erfassen und zur Bestimmung der Bearbeitungsenergie entsprechend abzuziehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vor der Materialbearbeitung ein Teil des Bohrwerkzeugs in die Bohrung eingeführt und bei der spanenden Abtragung dann in einer kreiselförmigen Bewegung über die Innenseitenfläche des Materials geführt. Bei der kreiselförmigen (spiralförmigen, kreisförmigen, kreisenden) Bewegung bleibt der Bohrkopf in etwa auf der Bohrungsachse, Infolge der kreiselförmigen Bewegung bei der spanenden Abtragung wird die Kontaktfläche zwischen der Mantelfläche des Bohrwerkzeugs und dem Material besonders groß. Ein Verschleiß des Bohrwerkzeugs tritt hauptsächlich an dessen Mittenabschnitt als demjenigen Seitenbereich (Mantelflächenbereich) des Bohrwerkzeugs auf, welcher keine Hartbeschichtung aufweist, wodurch dort auch ein besonders hoher Massenverlust zu erwarten ist. Dabei kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die kreiselförmige Bewegung zumindest im Wesentlichen entlang der Mantelfläche eines Kegels verlaufen, dessen Spitze in der Nähe eines Punktes in der Bohrung angeordnet ist, vorzugsweise nahe einem Punkt maximaler Tiefe. Gleichzeitig befindet sich die Spitze des Kegels in der Nähe sowie auf der Bohrungsachse. Damit wird also die ursprünglich zylinderähnliche Bohrung kegelförmig sich in die Tiefe des Materials verjüngend bohrend aufgeweitet. Auf diese Weise ist eine Bedienungsperson beim Schwenken des Bohrgeräts einem nur minimalen Bearbeitungsaufwand ausgesetzt, so dass die Materialbearbeitung besonders einfach wird, was vor allem bei vor Ort durchgeführten Untersuchungen in ergonomischer Hinsicht besondere Vorteile bietet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist der Motor des Bohrgeräts ein Elektromotor, und die Bearbeitungsenergieermittlung erfolgt auf der Grundlage der vom Motor aufgenommenen elektrischen Energie. Eine derartige Auslegung des Verfahrens hat zur Folge, dass die Bearbeitungsenergieermittlung besonders einfach durchgeführt werden kann, beispielsweise mit Hilfe von kommerziellen Messgeräten zur Energiemessung, etwa Energiekosten-Messgeräte für den Haushaltsbedarf (typischerweise mit einer Messgenauigkeit von ±0,01 kWh), welche etwa zwischen den Gerätestecker und die Steckdose der Stromversorgung gesteckt werden, etwa des Stromnetzes oder einer mobilen Spannungsversorgungseinheit, und bei welchen sich vorzugsweise der Energieverbrauch vor einer Messung auf null zurückzusetzen lässt.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird als Bohrwerkzeug ein Spiralbohrer (Wendelbohrer, Wendelnutenbohrer) mit einem Bohrkopf, einem Bohrerschaft und einer Spiralwinde (Wendel) aus hochlegiertem Werkzeugstahl verwendet, wobei die Wendel zwischen dem Bohrkopf und dem Bohrerschaft eingeprägt ist. In diesem Abschnitt weist das Bohrwerkzeug somit einen weitgehend homogenen Werkstoff mit bekannten Härteeigenschaften auf. Eine Abrasivitätskennzahl, die aus dem Materialabtrag in einem solchen Bereich ermittelt wurde, lässt sich unter Einsatz der den für den jeweiligen Werkstoff tabellierten Härtewerten auf eine werkstoffunabhängige Referenzhärte umrechnen. Bei einem derartigen Spiralbohrer stellt der Bohrerschaft den Schaftabschnitt dar, der Bohrkopf stellt den - in der Regel hartmetallbestückten - Kopfabschnitt dar und der Mittenabschnitt mit der Spiralwinde stellt den Seitenbereich (Mantelflächenbereich dar, an welchem ein besonders hoher Massenverlust zu erwarten ist. Grundsätzlich lassen sich alle Formen von Spiralbohrern einsetzen, etwa Wendelbohrer oder Wendelnutenbohrer; besonders günstig ist es dabei, wenn der Durchmesser größtmöglich gewählt wird, da hierdurch die Mantelfläche und damit auch die Verschleißfläche besonders groß wird. Die Bohrwerkzeugaufnahme der meisten Handbohrgeräte ist begrenzt, zumal diese Geräte ein begrenztes Drehmoment bieten. Daher gelangen in der Praxis typischerweise Bohrwerkzeuge mit Durchmessern von 20 mm mit einer Bohrwerkzeuglänge von 200 mm oder sogar 250 mm zum Einsatz. Gemäß einer spezifischen Ausgestaltung des Verfahrens ist der Bohrerschaft also ein SDS-Bohrerschaft mit einem Bohrerschaftdurchmesser von 20 mm.
  • Beispielsweise kann daher ein entsprechendes Verfahren das Bereitstellen eines Bohrwerkzeugs und eines Handbohrgeräts mit einem Motor und einem Aufnahmebereich zur Aufnahme des Bohrwerkzeugs beinhalten sowie das Bereitstellen einer Motorenergiebestimmungseinrichtung, die zum Bestimmen der vom Motor des Handbohrgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ausgebildet ist, wobei (a) die Anfangsmasse des Bohrwerkzeugs bestimmt wird, (b) das Bohrwerkzeug mit dem Handbohrgerät verbunden wird, so dass ein Endbereich des Bohrwerkzeugs aus dem Bohrwerkzeugaufnahmebereich herausragt, (c) das Bohrwerkzeug danach durch den Motor des Bohrwerkzeugs in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse versetzt wird, (d) der aus dem Bohrwerkzeugaufnahmebereich herausragende Endbereich des rotierenden Bohrwerkzeugs in einer Bewegung quer zur Rotationsachse des Bohrwerkzeugs derart an einer Oberfläche des Materials geführt wird, dass von der Oberfläche Teile des Materials spanend abgetragen werden, gleichzeitig wird mit Hilfe der Motorenergiebestimmungseinrichtung die dabei vom Motor aufgenommene oder abgegebene Energie bestimmt, (e) die Rotationsbewegung des Bohrwerkzeugs beendet und das Bohrwerkzeug vom Handbohrgerät gelöst wird, (f) die Endmasse des Bohrwerkzeugs bestimmt wird, und (g) eine Kennzahl bestimmt wird, indem die Endmasse des Bohrwerkzeugs von der Anfangsmasse des Bohrwerkzeugs abgezogen und der so erhaltene Massenverlust durch eine Effektivenergie geteilt wird, welche die vom Motor aufgenommene oder abgegebene Energie beinhaltet (und somit Anteile, die nicht zur spanenden Bearbeitung beitragen, nicht mehr enthält, beispielsweise einen Blindanteil).
  • Damit kann eine Materialbearbeitung durch das Ausbohren überwiegend mit der Spiralwinde des Bohrwerkzeugs in bereits vorher im Material gefertigten Bohrlöchern durchgeführt werden. Auch bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird das zuvor gründlich gereinigte und dann sorgfältig verwogene Bohrwerkzeug in das Bohrgerät eingesetzt. Dann wird das Bohrwerkzeug nacheinander in die vorbereiteten Bohrlöcher eingeführt und die Bohrungswände in langsam kreiselnder Bewegung des Bohrgerät überwiegend mit der Spiralwinde ausgebohrt (ohne Schlag). Das Verhältnis des Massenverlustes des Bohrwerkzeugs (welcher zum größten Teil auf Abtrag von Werkzeugstahl des Bohrwerkzeugs zurückzuführen ist) zum Nettoenergieverbrauch des Bohrgeräts beim seitlichen Ausbohren der Bohrlöcher mittels der Spiralwinde hat die Einheit „g/kWh“. Um daraus einen Nettoenergieverbrauch beim Ausbohren zu bestimmen, wird von dem gesamten elektrischen Energieverbrauchswert des Bohrgeräts das Produkt von Leerlaufleistung und Ausbohrzeit abgezogen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Materialbearbeitung eine reibende Abtragung, wobei das Werkzeug ein Schleifwerkzeug ist, insbesondere eine Schleifscheibe oder ein Schleifkegel, welches von einem Motor eines Schleifgeräts in einer Rotationsbewegung angetrieben wird, und dann die Bearbeitungsenergie aus der von dem Motor des Schleifgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ermittelt wird. Als Schleifwerkzeug kommt hierbei grundsätzlich jedes Schleifwerkzeug in Frage, beispielsweise eine Schleifscheibe an einer Schleifmaschine, ein Schleifband oder Bandschleifer an einer Bandschleifmaschine, ein eine Honahle in einer Honmaschine oder ein Schleifstein an einer Schleifmaschine, bevorzugt sind hier jedoch Schleifscheiben, Schleifzylinder und Schleifkegel, die dem Fachmann hinlänglich bekannt sind. Um eine Vergleichbarkeit mit der Abtragung an dem Arbeitsorgan zu schaffen, wird das Material der Reibefläche des Schleifwerkzeugs vorteilhafterweise so gewählt, dass es dem Material des Arbeitswerkzeugs ähnlich ist, dessen Abtragung quantifiziert werden soll, also beispielsweise aus einem Instrumentenstahl oder Werkzeugstahl ohne Hartmetallbestückung. Um etwaige Nichtlinearitäten beim Abriebverhalten ausschließen zu können, kann es sich dabei als sinnvoll herausstellen, die Bearbeitung mit einem Anpressdruck vorzunehmen, welcher für alle Messungen einer Messreihe zumindest im Wesentlichen konstant ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird für die Bearbeitungsenergieermittlung (a) zusätzlich als Leerlaufleistung die vom Motor aufgenommene oder abgegebene Leistung ermittelt, während das angetriebene Schleifwerkzeug nicht im Kontakt mit dem Material steht, (b) zusätzlich bei der reibenden Abtragung die Zeitdauer bestimmt, innerhalb derer Teile des Materials reibend abgetragen werden, (c) bei der Bearbeitungsenergieermittlung die Leerlaufleistung mit der Zeitdauer multipliziert, innerhalb derer die Teile des Materials reibend abgetragen werden, und das so erhaltene Produkt von der vom Motor aufgenommenen oder abgegebenen Energie abgezogen wird, wobei die Bearbeitungsenergie erhalten wird. Diese Maßnahmen entsprechen im Wesentlichen denen der spanenden Abtragung.
  • Die so in den vorgennannten Verfahren erhaltene Abrasivitätskennzahl ermöglicht eine Bewertung des Verschleißpotenzials von Arbeitswerkzeugen für einen weiten Bereich typischer Materialien - und damit auch eine Verschleißprognose, insbesondere auch im Tagebau. Aus den bislang vorgenommenen Untersuchungen stellte sich die nachfolgende Einteilung der erfindungsgemäß erhaltenen Abrasivitätskennzahlen für die praktische Arbeit als hilfreich heraus: (i) „nicht abrasive“ Materialien (etwa sandfreie Kreide, Kohle und Ton): Abrasivitätskennzahl < 1 g/kWh, (ii) „kaum abrasive“ Materialien: Abrasivitätskennzahl 1-2 g/kWh, (iii) „schwach abrasive“ Materialien: Abrasivitätskennzahl 2-5 g/kWh, (iv) „abrasive“ Materialien: Abrasivitätskennzahl 5-10 g/kWh, (v) „stark abrasive“ Materialien: Abrasivitätskennzahl 10-20 g/kWh und (vi) „extrem abrasive“ Materialien: Abrasivitätskennzahl > 20 g/kWh. Die so ermittelten Abrasivitätskennzahlen liegen damit in einen Bereich, welcher das Hundertfache der unteren Grenze dieses Bereichs in der Regel nicht überschreitet.
  • Demzufolge betrifft die Erfindung also auch ein Verfahren zum Erstellen einer Verschleißprognose für die Bearbeitung von Material mittels eines Arbeitswerkzeugs, wobei das Verfahren die Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 umfasst, und wobei die erhaltene Abrasivitätskennzahl mit der Reibleistung des Arbeitswerkzeugs (in kW) multipliziert wird, um eine Verschleißintensität zu erhalten, die auf die Dauer der Bearbeitung bezogen ist. Die so erhaltene Verschleißintensität wird als Verschleiß pro Zeit erhalten und weist daher die Einheit „g/h“ auf; diese lässt sich leicht in andere Prognosegrößen umrechnen: Bei einer Division dieser arbeitsdauerbezogenen Verschleißintensität durch eine stundenbezogene Fördermenge des Arbeitswerkzeugs (in t/h) kann diese in eine fördermengenbezogene Verschleißintensität (in g/t entsprechend dem Werkzeugverschleiß pro geförderter Tonne Gestein) umgerechnet werden. Wird für das Arbeitswerkzeug eine maximale Verschleißmenge (in g) vorgegeben, so kann aus dieser bei einer Division durch die arbeitsdauerbezogenen oder fördermengenbezogene Verschleißintensität für das Arbeitswerkzeug eine Lebensdauerprognose (in h Bearbeitungsstunden) oder Fördermengenprognose (in m3 geförderten Gesteins) errechnet werden.
  • Um etwa eine Verschleißprognose (Verschleißintensitätsprognose) für Grabelemente eines Schaufelradbaggers durchzuführen, kann die erfindungsgemäß erhaltene Abrasivitätskennzahl mit der Reibleistungsenergie als Reibleistungsfaktor multipliziert werden, welcher etwa die berechnete oder ermittelte Reibleistung des Schaufelradbaggers (in kW) oder auch - mit einen vorab ermittelten spezifischen Reibarbeitsanteil der Schneidkanten und der Stütz- und Gleitflächen an den Grabelementen des Schaufelradbaggers, bezogen auf das geförderte Materialvolumen [in kWh/m3] beinhalten kann. In der Multiplikation wird eine Verschleißintensität entsprechend dem Ausmaß eines zu erwartenden mechanischen Verschleißes erhalten (in g/h bzw. in g/m3), welche sich auf den Verschleiß des Werkzeugstahls der Spiralwinde des jeweils eingesetzten Bohrwerkzeugs bezieht und wie nachfolgend geschildert an die konkrete Werkstoffkombination von realen Grabelementen (Grundstoff und Beschichtung) angepasst werden kann.
  • Bei Verwendung verschleißschützender Beschichtungen wie beispielsweise solchen enthaltend Wolframkarbide und/oder Titankarbide lässt sich durch entsprechende Maßnahmen die Verschleißintensität der Arbeitswerkzeuge deutlich verringern, was mit einem verschleißbeschichtungsabhängigen Korrekturfaktor berücksichtigt werden kann; so kann sich etwa die Verschleißintensität für ein Arbeitswerkzeug mit verschleißschützender Beschichtung errechnen zu 30 % des Wertes für die Verschleißintensität eines Arbeitswerkzeugs, welches keine gesonderte eine verschleißschützende Beschichtung aufweist. Aus dem Verhältnis von maximal zulässiger Verschleißmenge der Arbeitsorgane (in g) zu der korrigierten Verschleißintensität (in g/h) lässt sich so als Verschleißprognose eine Lebensdauerbewertung des Arbeitswerkzeugs mit verschleißschützender Beschichtung in Form einer Lebensdauerprognose (in g/(g/h) = h Arbeitsstunden) oder einer Fördermengenprognose (in g/(g/m3) = m3 geförderten Gesteins) ermitteln.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Bohrgeräts mit einem Motor, insbesondere eines Handbohrgeräts mit einem Motor, und eines Bohrwerkzeugs, das mit dem Bohrgerät derart verbunden ist, dass das Bohrwerkzeug von dem Motor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, sowie einer Motorenergiebestimmungseinrichtung, die zum Bestimmen der vom Motor des Bohrgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ausgebildet ist, zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials, insbesondere in einem der vorgenannten Verfahren. Wie bereits ausgeführt kommt ein Bohrgerät nahezu beliebiger Ausgestaltung zum Einsatz, etwa ein Bohrgerät in Form einer Werkzeugmaschine oder eines motorgetriebenen Handwerkzeugs. Der Motor versetzt als Drehmomenterzeuger ein mit dem Bohrgerät wirkverbundenes Bohrwerkzeug - direkt oder über ein Getriebe - in Rotation. Für den Motor kommen grundsätzlich alle geeigneten Antriebsformen in Frage, die für eine Bestimmung der vom Motor aufgenommenen Energie oder eine Bestimmung der vom Motor an das Bohrwerkzeug abgegebenen Energie geeignet sind. So kann der Motor etwa als Elektromotor, als Pneumatikmotor oder als Hydraulikmotor ausgebildet sein. Beispielsweise können zu Durchführung des Verfahrens sogar kommerziell erhältliche Handbohrgeräte mit und ohne Schlagbohrfunktion eingesetzt werden. Vorzugsweise ist an diesen ein Zusatzhandgriff zur besseren Handhabung angebracht, wodurch das Handbohrgerät vom Bediener mit beiden Händen geführt werden kann, was die Materialbearbeitung insgesamt erleichtert. Als Bohrwerkzeug kommt grundsätzlich alle bekannten Bohrwerkzeuge in Frage, beispielsweise Bohrstangen, Fräsbohrer (insbesondere Flachfräsbohrer), Gewindebohrer, Schälbohrer, Spiralbohrer, Wendelbohrer, Zentrierbohrer oder Senker (insbesondere etwa Kegelsenker oder Plan-Ansenker). Als Motorenergiebestimmungseinrichtung können alle Messgeräte eingesetzt werden, die zur Energiemessung und/oder Leistungsaufnahmemessung geeignet sind. Für elektrische Motoren können dies etwa kommerzielle Energiemessgeräte sein, welche zwischen den Gerätestecker des Bohrgeräts und die Steckdose der Stromversorgung zwischengeschaltet werden, selbst Energiekosten-Messgeräte für den Haushaltsbedarf sind geeignet. Vorzugsweise weisen derartige Messgeräte mindestens eine Messgenauigkeit von ±0,01 kWh auf. Zur Bestimmung der abgegebenen Energie wird der Erfassungsspeicher eines derartigen Messgeräts in der Regel auf null gesetzt, so dass sich die insgesamt verbrauchte Energie aus dem Ablesewert ergibt. Für pneumatische Motoren oder für hydraulische Motoren, in welchen Leistungsübertragung, Energieübertragung oder Kraft-/Momentenübertragung über Druckdifferenzen in Fluidmedium erfolgt, können Motorenergieermittlungsgeräte beispielsweise den lokal wirkenden Druck sowie den Strom des Fluid ermitteln.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Haltevorrichtung für ein Handbohrgerät, welches insbesondere zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens geeignet ist, die Haltevorrichtung umfassend (a) einen Griffbügel mit zwei einander gegenüber angeordneten Handgriffbereichen, (b) einen ersten Haltebügel mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt, von welchen der erste Endabschnitt mit dem Griffbügel lösbar verbunden ist und von welchen der zweite Endabschnitt zur Aufnahme eines Griffbereichs eines Handbohrgeräts eingerichtet ist, und (c) einen zweiten Haltebügel mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt, von welchen der erste Endabschnitt mit dem Griffbügel lösbar verbunden ist und von welchen der zweite Endabschnitt zur Aufnahme eines Zusatzhandgriffs eines Handbohrgeräts eingerichtet ist. Damit wird in dem ersten Haltebügel am zweiten Endabschnitt der Griffbereich eines Handbohrgerät befestigt, etwa indem der pistolengriffartige Handgriff eines Handbohrgeräts in einer Aufnahme am zweiten Endabschnitt des ersten Haltebügels eingeklemmt wird. Ebenso wird der Zusatzhandgriff am vorderen Teil des Handbohrgeräts am zweiten Endabschnitt des zweiten Haltebügels befestigt, beispielsweise in einer Aufnahme am zweiten Endabschnitt des zweiten Haltebügels eingeklemmt. Vorher oder nachher werden jeweils die ersten Endabschnitte des ersten Haltebügels und des zweiten Haltebügel an einem Griffbügel befestigt. Durch Halten des Bügels an den beiden Hauptbereichen, die an den beiden Abschnitten des Griffbügels angeordnet sind und als ergonomische Handgriffe ausgeführt sein können, ist es dem Bedienungspersonal möglich, die Materialbearbeitung während der Bearbeitungsdauer ergonomisch ressourcensparend auszuführen, sodass das Personal dabei weniger schnell ermüdet. Infolge der lösbaren Befestigung der beiden Haltebügel an dem Griffbügel lässt sich die Haltevorrichtung überdies einfach zerlegen und platzsparend verstauen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung umfasst diese (a) ein Handbohrgerät mit einem Motor, (b) ein Bohrwerkzeug, das mit dem Handbohrgerät derart verbunden ist, dass das Bohrwerkzeug von dem Motor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, sowie (c) eine Motorenergiebestimmungseinrichtung, die zum Bestimmen der vom Motor des Handbohrgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ausgebildet ist, wobei die Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung weiterhin die zuvor beschriebene Haltevorrichtung aufweist. Als Handbohrgerät mit Motor, Bohrwerkzeug und Motorenergiebestimmungseinrichtung können alle dem Fachmann bekannten geeigneten Einrichtungen verwendet werden, insbesondere auch die zuvor exemplarisch beschriebenen Ausführungen.
  • Dabei ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung der Motor ein Elektromotor, und die Motorenergiebestimmungseinrichtung ist zum Bestimmen der vom Elektromotor aufgenommenen elektrischen Energie eingerichtet. Ist der Motor des Handbohrgeräts ein Elektromotor, dann ist es möglich, als Motorenergiebestimmungseinrichtung das zuvor beschriebene Energie- und/oder Leistungsmessgerät einzusetzen, welches zwischen den Gerätestecker des Handbohrgeräts und die Steckdose der Stromversorgung zwischengeschaltet wird. Vorzugsweise weisen derartige Messgeräte eine Messgenauigkeit von ±0,01 kWh oder mehr auf.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Set zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials, der Set umfassend (i) ein Handbohrgerät mit einem Motor, (ii) ein Bohrwerkzeug, das mit dem Handbohrgerät derart verbindbar ist, dass das Bohrwerkzeug von dem Motor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, (iii) eine Motorenergiebestimmungseinrichtung, die zum Bestimmen der vom Motor des Handbohrgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ausgebildet ist, und (iv) eine Waage zur Bestimmung der Masse des Bohrwerkzeuges vor und nach einer Materialbearbeitung.
  • Die Erfindung soll im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen von besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des diesen Ausführungsbeispielen zugrunde liegenden allgemeinen Erfindungsgedankens näher beschrieben werden, woraus sich zudem auch weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Es zeigen jeweils schematisch
    • 1 einen schematischen Ablauf eines allgemeinen Verfahrens zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials,
    • 2 einen schematischen Ablauf eines ersten Verfahrens zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials,
    • 3 einen schematischen Ablauf eines zweiten Verfahrens zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials,
    • 4 eine schematische Darstellung eines Bohrwerkzeugs,
    • 5 eine schematische Darstellung eines Handbohrgeräts,
    • 6 eine schematische Darstellung eines Handbohrgeräts in einer Haltevorrichtung,
    • 7 eine schematische Darstellung des Erstellens einer Bohrung im Material,
    • 8 eine schematische Darstellung der Materialbearbeitung in einer kreiselförmigen Bewegung
    • 9 eine schematische Darstellung der Materialbearbeitung mit einem Handbohrgerät als stationärem Bohrgerät und
    • 10 eine schematische Seitenansicht der in 9 dargestellten Materialbearbeitung.
  • In 1 ist ein schematische Ablauf eines allgemeinen Verfahrens zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials gezeigt. Dabei wird ein Werkzeug bereitgestellt, welches zur Bearbeitung des Materials vorgesehen ist. Zunächst erfolgt die Bestimmung 1a der Anfangsmasse des Werkzeugs. Anschließend wird das Werkzeug eingesetzt, um das Material für eine bestimmte Zeit einer Materialbearbeitung 2 zu unterziehen. Nach Beendigung der Materialbearbeitung 2 erfolgt die Bestimmung 1b der Endmasse des Werkzeugs. Während der Materialbearbeitung 2 wird die vom Werkzeug bei der Materialbearbeitung aufgenommene Energie registriert. Nach der Materialbearbeitung 2 wird bei der Bearbeitungsenergieermittlung 3 die vom Werkzeug bei der Materialbearbeitung aufgenommene Energie ermittelt. Gegebenenfalls können in diesem Schritt auch Energieanteile abgezogen werden, welche nicht unmittelbar zur Materialbearbeitung genutzt wurden, beispielsweise Blindenergie oder Leerlaufenergie, so dass eine Nettoenergie erhalten wird. Nach der Bearbeitungsenergieermittlung 3 erfolgt die Abrasivitätskennzahlermittlung 4. hierbei wird die Differenz von Anfangsmasse und Endmasse des Werkzeugs durch die bei der Bearbeitungsenergieermittlung 3 erhaltene Bearbeitungsenergie geteilt.
  • In 2 ist ein schematischer Ablauf eines ersten Verfahrens zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials gezeigt. Die jeweils mit den gleichen Bezugszeichen belegten Schritte sind hierbei mit den in 1 dargestellten Schritten identisch. Abweichend zu dem in 1 gezeigten Verfahren wird im ersten Verfahren als Werkzeug ein Bohrwerkzeug eingesetzt, welches zur spanenden Bearbeitung des Materials vorgesehen ist. Zunächst erfolgt hier die Bestimmung 11a der Anfangsmasse des Bohrwerkzeugs. Anschließend wird das Bohrwerkzeug eingesetzt, um das Material für eine bestimmte Zeit einer spanenden Abtragung 21 als Materialbearbeitung zu unterziehen. Nach Beendigung der spanenden Abtragung 21 erfolgt die Bestimmung 11b der Endmasse des Bohrwerkzeugs. Die Schritte der Bearbeitungsenergieermittlung 3 und der Abrasivitätskennzahlermittlung 4 sind mit den in 1 dargestellten Schritten zumindest im Wesentlichen identisch.
  • In 3 ist ein schematischer Ablauf eines zweiten Verfahrens zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials gezeigt. Die jeweils mit den gleichen Bezugszeichen belegten Schritte sind hierbei mit den in 1 dargestellten Schritten identisch. Abweichend zu dem in 1 gezeigten Verfahren wird im zweiten Verfahren als Werkzeug ein Schleifwerkzeug eingesetzt, welches zur reibenden Bearbeitung des Materials vorgesehen ist. Zunächst wird hier die Bestimmung 12a der Anfangsmasse des Schleifwerkzeugs durchgeführt. Anschließend wird das Schleifwerkzeug eingesetzt, um das Material für eine bestimmte Zeit einer reibenden Abtragung 22 als Materialbearbeitung zu unterziehen. Nach Beendigung der reibenden Abtragung 22 erfolgt die Bestimmung 12b der Endmasse des Schleifwerkzeugs. Die Schritte der Bearbeitungsenergieermittlung 3 und der Abrasivitätskennzahlermittlung 4 sind mit den in 1 dargestellten Schritten ebenfalls zumindest im Wesentlichen identisch.
  • In 4 ist exemplarisch Bohrwerkzeug 5 dargestellt, welches zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann. Bohrwerkzeug 5 ist als Spiralbohrer ausgeführt und weist Bohrerschaft 51, Spiralwinde 52 und Bohrkopf 53 auf. Bohrwerkzeug 5 besitzt eine zylindrische Grundstruktur, wobei die Rotationsachse von Bohrwerkzeug 5 der Achse der Zylindergrundform entspricht. Das eine Ende des Zylinderkörpers bildet Bohrerschaft 51, welcher zur Aufnahme in einem Bohrgerät vorgesehen ist und gegebenenfalls SDS-Nuten aufweist. Das andere Ende des Zylinderkörpers bildet Bohrkopf 53, welcher üblicherweise gehärtet ausgerüstet und daher mit einem Hartmaterial beschichtet ist oder sogar Teilbereiche aus einem Hartmaterial aufweist. Zwischen Bohrerschaft 51 und Bohrkopf 53 ist Spiralwinde 52 an der Mantelfläche der Zylindergrundform angeordnet; dieser Abschnitt besteht typischerweise - ebenso wie Bohrerschaft 51 - aus einem Werkzeugstahl.
  • In 5 ist exemplarisch Handbohrgerät 6 zusammen mit Bohrwerkzeug 5 dargestellt. Handbohrgerät 6 weist hier Griffbereich 61, Zusatzhandgriff 62, Werkzeugaufnahme 63, Betätigungsschalter 64, Fixierungsschalter 65 und Betriebsmoduswahlschalter 66 auf. Werkzeugaufnahme 63 ist drehfest und zur nur gegen ein Lösemoment wiederlösbaren Aufnahme von Bohrwerkzeug 5 derart ausgebildet, dass ein von einem Elektromotor innerhalb von Handbohrgerät 6 ausgeübtes Drehmoment auf Bohrwerkzeug 5 übertragbar ist. Am Handbohrgerät 6 ist Griffbereich 61 zur einfacheren Handhabung in Pistolenform ausgestaltet und weist an einer Seitenfläche Betätigungsschalter 64 auf, mittels welchem das Bohrwerkzeug 5 in eine Rotationsbewegung versetzt werden kann. Betätigungsschalter 64 kann über den einrastbaren Fixierungsschalter 65 für einen Dauerbetrieb in Auslöseposition fixiert werden, welcher an einer Grundfläche von Griffbereich 61 angeordnet ist. Bei Auslösen von Betätigungsschalter 64 wird Bohrwerkzeug 5 über den im Gehäuse des Handbohrgeräts 6 angeordneten (und somit nicht dargestellten) Elektromotor in eine Rotationsbewegung versetzt. Ebenfalls nicht dargestellt ist eine Energieversorgungsleitung, über welche Handbohrgerät 6 an eine Spannungsversorgung angeschlossen ist. Mit Hilfe von Zusatzhandgriff 62 ist es möglich, dass eine Bedienungsperson Handbohrgerät 6 mit zwei Händen und somit richtungsstabil zu führen vermag. Bei dem hier dargestellten Handbohrgerät handelt es sich um einen Schlagbohrgerät, wobei die Schlagfunktion mit Hilfe von Betriebsmoduswahlschalter 66 der Rotation des Bohrwerkzeugs wahlweise hinzugeschaltet werden kann.
  • In 6 ist exemplarisch das in 6 dargestellte Handbohrgerät 6 mit dem eingespannten Bohrwerkzeug 5 in Haltevorrichtung 7 gezeigt. Haltevorrichtung 7 weist Griffbügel 71 mit den beiden Handgriffbereichen 72 auf und ferner ersten Haltebügel 73 und zweiten Haltebügel 74. Erster Haltebügel 73 und zweiter Haltebügel 74 weisen jeweils einen Endabschnitt auf, um den jeweiligen Haltebügel mit je einem Griff von Handbohrgerät 6 lösbar zu verbinden. An dem jeweils anderen Endabschnitt sind erster Haltebügel 73 und zweiter Haltebügel 74 mit Griffbügel 71 lösbar verbunden. Dadurch ist Haltevorrichtung 7 insgesamt zusammenlegbar ausgebildet ist und lässt sich somit einfach transportieren. Griffbügel 71 weist an seinen beiden einander gegenüber liegenden Endabschnitten jeweils einen Handgriffbereich 72 auf, welchen das Bedienungspersonal mit den beiden Händen ergreifen kann und so Haltevorrichtung 7 sicher zu halten vermag. Die Verbindung von Handbohrgerät 6 mit Haltevorrichtung 7 über zwei Verbindungspunkte ermöglicht zudem ein stabiles Führen von Handbohrgerät 6 in Haltevorrichtung 7, wobei es den bedienenden Personal ermöglicht ist, eine Kraft quer zur Rotationsachse von Bohrwerkzeug 5 auszuüben.
  • In 7 ist schematisch das Erstellen einer Bohrung 81 in Material 8 mit Hilfe von Bohrwerkzeug 5 in Handbohrgerät 6 gezeigt, welches mit Haltevorrichtung 7 verbunden ist. Zum Erstellen einer Bohrung wird Bohrwerkzeug 5 nahezu senkrecht über der äußeren Oberfläche vom Material 8 angesetzt. Unter Rotation von Bohrwerkzeug 5 wird dieses dann in Material 8 hineingedrückt und dort wieder hinausgezogen (durch den Doppelpfeil angedeutet), wodurch Bohrung 81 erzeugt wird. Diese Abfolge wird mehrfach wiederholt, bis die erforderliche Anzahl an Bohrungen 81 in Material 8 erzeugt ist.
  • In 8 ist schematisch das Aufweiten einer Bohrung 81 in Material 8 mit Hilfe von Bohrwerkzeug 5 in Handbohrgerät 6 zu einer kegelförmigen Vertiefung 82 gezeigt. Auch hier ist Bohrwerkzeug mit Haltevorrichtung 7 verbunden. Bohrung 81 wurde entsprechend dem in 7 dargestellten Vorgehen als eine Vielzahl an Bohrungen 81 erzeugt, von denen jede sukzessive zu einer Kegelform erweitert wird, indem als Materialbearbeitung (spanende Abtragung) Bohrwerkzeug 5 zuerst in Bohrung 81 eingeführt wird und danach in einer kreiselförmigen Bewegung (durch den Pfeil angedeutet) über die Innenseite von Bohrung 81 geführt wird. Der Bohrkopf verbleibt dabei nahe einem Punkt maximaler Tiefe in der Bohrung, so dass die Spiralwinde von Bohrwerkzeug 5 an der Innenwand von Bohrung 81 zumindest im Wesentlichen entlang der Innenseite der Mantelfläche eines Kegels bewegt wird. Aufgrund des Kontakts zwischen Material 8 und der Spiralwinde von Bohrwerkzeug 5 an der Innenwand von Bohrung 81 wird die Bohrung 81 zu einer kegelförmigen Vertiefung 82 aufgeweitet, die sich in das Material 8 hinein verjüngt; dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt, bis alle vorbereiteten Bohrungen 81 in Material 8 kegelförmig aufgeweitet sind.
  • In 9 ist exemplarisch eine Materialbearbeitung mit Bohrwerkzeug 5 dargestellt, wobei hier Handbohrgerät 6 als stationäres Bohrgerät eingesetzt wird, ähnlich einer oder als Ersatz für eine Werkzeugmaschine. Dazu ist Handbohrgerät 6 derart in Halterahmen 95 eingespannt, dass die Rotationsachse von Bohrwerkzeug 5 im Wesentlichen horizontal verläuft. Das zu bearbeitenden Material liegt in Form von zylindrischen Bohrkernen 91 vor, welche parallel zueinander in Bohrkernhalterung 93 gegen unerwünschtes Drehen und Verrutschen sicher gelagert und auf Bohrkernschlitten 92 angeordnet sind. Bohrkernschlitten 92 ist über Gleitschienen 92 auf Halterahmen 95 gelagert und gegenüber Halterahmen 95 derart verschiebbar ausgebildet, dass die Zylinderachse der Bohrkerne 91 queraxial unter der Rotationsachse von Bohrwerkzeug 8 durchgeführt werden kann, indem die Oberseite der Bohrkerne 91 in Kontakt mit unteren Teil vom zylinderähnlichen Bohrwerkzeug 5 steht. Auf diese Weise kann bei der Materialbearbeitung an der Oberseite der Bohrkerne 91 Material spanend durch die Spiralwinde von Bohrwerkzeug 5 abgetragen werden. Die Position von Handbohrgerät 6 lässt sich hierbei in vertikaler Richtung ändern (durch einen Doppelpfeil angedeutet), so dass die Bearbeitung bei unterschiedlicher Auflast erfolgen kann.
  • In 10 eine schematische Seitenansicht der in 9 dargestellten Materialbearbeitung gezeigt, wobei in 9 die Beobachtungsrichtung durch einen Pfeil den Bezugszeichen „A“ angedeutet ist. Die in 10 dargestellten Elemente sind mit den in 9 dargestellten Elementen zumindest im Wesentlichen identisch. Die Bewegungsrichtung von Bohrkernschlitten 92 entlang von Gleitschiene 94 ist hierbei durch einen Pfeil angedeutet, welcher gleichzeitig den Materialvortrieb von Bohrkern 91 relativ zu Halterahmen 95 und somit zu Handbohrgerät 6 mit Bohrwerkzeug 5 wiedergibt. Dieser Darstellung lässt sich die bereits in die Oberseite von Bohrkern 91 durch Bohrwerkzeug 5 durch spanende Abtragung eingefräste Vertiefung erkennen.
  • Nachfolgend ist rein exemplarisch die Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials beschrieben, welches an einer Tagebauböschung durchgeführt wird, ohne sich durch die Auswahl, Abfolge oder Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte oder durch das Weglassen von anderen Schritten inhaltlich zu beschränken.
  • Im Rahmen der Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl werden zur Vorbereitung zunächst mit Hilfe eines Schlagbohrgeräts mit SDS-Bohrwerkzeug (Durchmesser: 20 mm; Länge: 200 mm) über eine repräsentative Flächenerstreckung einhundert voneinander beanstandete Bohrungen in eine Tagebauböschung eingebracht
  • Nach Abschluss der Bohrmaßnahmen wird zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl die Oberfläche des für die Bohrmaßnahmen verwendeten SDS-Bohrwerkzeugs (oder eines anderen - neuen - SDS-Bohrwerkzeugs) mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Länge von 200 mm zunächst sorgfältig von anhaftenden Verunreinigungen befreit. Mit Hilfe einer Präzisionswaage mit einer Messgenauigkeit von ±0,01 g, welche zuvor auf dem Untergrund in zwei Raumrichtungen waagerecht ausgerichtet wurde, wird die anfängliche Masse des Bohrwerkzeugs bestimmt. Anschließend wird das Bohrwerkzeug in der Werkzeugaufnahme eines elektrischen Schlagbohrgeräts als Handbohrgerät mit SDS-Aufnahme befestigt, welches an eine Spannungsversorgung mit geeigneter Leistungsabgabe (Netzversorgung, Speicher oder Generator) derart angeschlossen ist, dass zwischen dem Schlagbohrgerät in der Spannungsversorgung ein Energie/Leistung-Messgerät mit einer Messgenauigkeit von 0,01 kWh zwischengeschaltet ist.
  • Anschließend wird das Bohrwerkzeug in eine der zuvor erstellten Bohrungen eingeführt. Mit leichtem, nach Möglichkeit konstantem, Druck des Bohrwerkzeugs gegen die innere Wandung der Bohrung wird diese Bohrung nun in einer kreiselnden (spiralförmigen oder kreisförmigen) Bewegung aufgeweitet, wobei die Spitze des Bohrwerkzeugs im Wesentlichen an demselben Ort nahe der Bohrungsachse verbleibt. Dieses Aufweiten wird in jeder Bohrung nacheinander wiederholt, mit Hilfe des Energie/Leistung-Messgeräts wird die insgesamt dafür vom Schlagbohrgerät aufgenommene Energie bestimmt und mit Hilfe einer Stoppuhr die Gesamtdauer der Bearbeitung gemessen.
  • Nach Abschluss der Bohrmaßnahmen wird das Bohrwerkzeug der Aufnahme des Schlagbohrgeräts entnommen, erneut sorgfältig von anhaftenden Verunreinigungen befreit und dessen Masse als Endmasse mit Hilfe der Präzisionswaage bestimmt. Der Massenverlust des Bohrwerkzeugs wird errechnet, indem von der Endmasse die Anfangsmasse abgezogen wird.
  • Die Leerlaufenergie wird bestimmt, indem die Schlagbohrmaschine vor oder nach der eigentlichen Materialbearbeitung für eine gewisse Zeit - etwa für eine Dauer von 10 min - im Leerlauf betrieben wird, wobei das Bohrwerkzeug in der Schlagbohrmaschine frei rotiert und dabei nicht im Kontakt mit anderen Körpern steht. Hierfür wird mit dem Energie/Leistung-Messgerät die vom Schlagbohrgerät aufgenommene Leistung erfasst und deren Mittelwert festgehalten. Durch Multiplikation dieses Mittelwerts mit der tatsächlichen Bearbeitungsdauer wird eine Leerlaufenergie erhalten, welche von der vom Schlagbohrgerät insgesamt aufgenommenen Energie abgezogen wird, um eine Nettoenergie für die bohrende Bearbeitung der Tagebauwand zu erhalten. Eine Abrasivitätskennzahl mit der Einheit g/kWh wird errechnet, indem der Massenverlust durch die vom Schlagbohrgerät aufgenommene elektrische Nettoenergie geteilt wird.
  • Die so ermittelten Abrasivitätskennzahlen zeigten sich als hervorragend geeignet für sämtliche vergleichenden Anwendungen und insbesondere auch bei der Verschleißprognose.
  • Auf diese Weise wurden an einer Tagebauböschung mit einem Kreidekalksteinhorizont mit geringem Flintknollenanteil unter Berücksichtigung der jeweiligen Nettoenergien einhundert Abrasivitätskennzahlen bestimmt, welche im Mittel 1,0 g/kWh bei mäßiger Streuung betrug. Im Tagebau baut ein Schaufelradbagger Kreide mit einer durchschnittlichen Fördermenge von ungefähr 500 t/h ab. Für den Reibarbeitsanteil beträgt die Reibleistung der Baggerzähne in etwa 50 kW. Bei der Erstellung einer Verschleißprognose errechnet sich aus einer mittleren Abrasivitätskennzahl von 1,0 g/kWh für eine Reibleistung von 50 kW die prognostizierte arbeitsdauerbezogene Verschleißintensität zu 1,0 g/kWh x 50 kW = 50 g/h. Unter Berücksichtigung der mittleren Stundenfördermenge von 500 t/h entspricht dies einer prognostizierten fördermengenbezogenen Verschleißintensität von 50 g/h / 500 t/h = 0,01 g/t, also einem Werkzeugverschleiß von 10 mg des Werkzeugmaterials für jede geförderte Tonne Gestein.
  • Diese aus der Abrasivitätskennzahl errechnete Werkzeugverschleißintensität lässt sich mit dem realen Verschleiß von Baggerzähnen vergleichen, welcher für derartige Systeme bekannt ist: Ein Satz Baggerzähne aus einem Werkstoff, welcher dem des eingesetzten Bohrers vergleichbar ist, weist ein Verschleißmasse von etwa 66 kg und ist beim Kreidetagebau typischerweise nach etwa drei Monaten auszuwechseln. Ein Arbeitsmonat beinhaltet etwa 25 Arbeitstage, wobei jeder Arbeitstag einer Betriebsdauer von 16 h entspricht, so dass der dreimonatige Zeitraum 16 Arbeitsstunden/Arbeitstag x 25 Arbeitstage/Monat x 3 Monate = 1.200 Arbeitsstunden entspricht. Aus der Verschleißmasse von 66 kg, welche im Kreidetagebau innerhalb von 1.200 h abgetragen wird, errechnet sich eine tatsächliche arbeitsdauerbezogene Verschleißintensität von 66 kg/1.200 h = 55 g/h entsprechend bei einer mittleren Stundenfördermenge von 500 t/h einer tatsächlichen fördermengenbezogenen Verschleißintensität von 11 mg/t.
  • Aus dem Vergleich der aus der Abrasivitätskennzahl ermittelten Verschleißintensitäten mit den tatsächlichen Verschleißintensitäten ist ersichtlich, dass beide Verschleißintensitäten sehr gut einander entsprechen. Dies belegt die hervorragende Eignung der in dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Abrasivitätskennzahl zur Verschleißprognose tatsächlicher Arbeitsorgane.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a
    Bestimmung der Anfangsmasse des Werkzeugs
    1b
    Bestimmung der Endmasse des Werkzeugs
    11a
    Bestimmung der Anfangsmasse des Bohrwerkzeugs
    11b
    Bestimmung der Endmasse des Bohrwerkzeugs
    12a
    Bestimmung der Anfangsmasse des Schleifwerkzeugs
    12b
    Bestimmung der Endmasse des Schleifwerkzeugs
    2
    Materialbearbeitung
    21
    spanende Abtragung
    22
    reibende Abtragung
    3
    Bearbeitungsenergieermittlung
    4
    Abrasivitätskennzahlermittlung
    5
    Bohrwerkzeug
    51
    Bohrerschaft
    52
    Spiralwinde
    53
    Bohrkopf
    6
    Handbohrgerät
    61
    Griffbereich des Handbohrgeräts
    62
    Zusatzhandgriff des Handbohrgeräts
    63
    Werkzeugaufnahme
    64
    Betätigungsschalter
    65
    Fixierungsschalter
    66
    Betriebsmoduswahlschalter
    7
    Haltevorrichtung
    71
    Griffbügel
    72
    Handgriffbereich
    73
    erster Haltebügel
    74
    zweiter Haltebügel
    8
    Material
    81
    Bohrung
    82
    Kegel (kegelförmige Vertiefung)
    91
    Bohrkern
    92
    Bohrkernschlitten
    93
    Bohrkernhalterung
    94
    Gleitschiene
    95
    Halterahmen

Claims (21)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials (8), das Verfahren umfassend - eine Materialbearbeitung (2), bei welcher das Material (8) mit einem Werkzeug bearbeitet wird, und - eine Massenverlustbestimmung, bei welcher ein Massenverlust des Werkzeugs ermittelt wird, der bei der Materialbearbeitung (2) auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin umfasst - eine Bearbeitungsenergieermittlung (3), bei welcher eine Bearbeitungsenergie ermittelt wird, die für die Materialbearbeitung (2) aufgewandt wird, und - eine Abrasivitätskennzahlermittlung (4), bei welcher die Abrasivitätskennzahl des Materials (8) erhalten wird als der Massenverlust des Werkzeugs, dividiert durch die Bearbeitungsenergie.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Massenverlustbestim m ung - vor der Materialbearbeitung (2) die Masse des Werkzeugs als Anfangsmasse bestimmt wird, - nach der Materialbearbeitung (2) die Masse des Werkzeugs als Endmasse bestimmt wird, und - der Massenverlust ermittelt wird, indem die Endmasse von der Anfangsmasse abgezogen wird.
  3. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbearbeitung eine spanende Abtragung (21) und/oder eine reibende Abtragung (22) beinhaltet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Materialbearbeitung eine spanende Abtragung (21) ist, - das Werkzeug ein Bohrwerkzeug (5) ist, welches von einem Motor eines Bohrgeräts angetrieben wird, und - die Bearbeitungsenergie aus der von dem Motor des Bohrgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bearbeitungsenergieermittlung (3) - zusätzlich als Leerlaufleistung die vom Motor aufgenommene oder abgegebene Leistung ermittelt wird, während das angetriebene Bohrwerkzeug (5) nicht im Kontakt mit dem Material (8) steht, - zusätzlich bei der spanenden Abtragung (21) die Zeitdauer bestimmt wird, innerhalb derer Teile des Materials spanend abgetragen werden, - die Leerlaufleistung mit der Zeitdauer multipliziert wird, innerhalb derer die Teile des Materials (8) spanend abgetragen werden, und das so erhaltene Produkt von der vom Motor aufgenommenen oder abgegebenen Energie abgezogen wird, wobei die Bearbeitungsenergie erhalten wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu der spanenden Abtragung (21) - das Bohrwerkzeug (5) durch den Motor des Bohrgeräts in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse versetzt wird und - das Bohrwerkzeug (5) in einer Bewegung quer zur Rotationsachse des Bohrwerkzeugs (5) an einer Bearbeitungsoberfläche des Materials (8) geführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der spanenden Abtragung (21) die Bearbeitungsoberfläche des Materials (8) eine Oberseitenfläche des Materials (8) ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der spanenden Abtragung (21) das Bohrwerkzeug (5) zumindest im Wesentlichen horizontal über die Oberseitenfläche des Materials (8) geführt wird, indem das Material (8) an dem Bohrwerkzeug (5) vorbeigeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der spanenden Abtragung (21) die Bearbeitungsoberfläche des Materials (8) eine Innenseitenfläche des Materials (8) ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseitenfläche des Materials (8) eine Bohrung (81) mit einem Innendurchmesser ist, welcher mindestens so groß wie der der maximale Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs (5) ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (81) in dem Material (8) erzeugt wird, indem vor der spanenden Abtragung (21) mit dem Bohrwerkzeug (5) eine Bohrung (81) in das Material (8) eingebohrt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor der spanenden Abtragung (21) ein Teil des Bohrwerkzeugs (5) in die Bohrung (81) eingeführt wird und dieser ein Teil des Bohrwerkzeugs (5) bei der spanenden Abtragung (21) in einer kreiselförmigen Bewegung über die Innenseitenfläche des Materials (8) geführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kreiselförmige Bewegung zumindest im Wesentlichen entlang der Mantelfläche eines Kegels (82) verläuft, dessen Spitze in der Nähe eines Punktes in der Bohrung (81) angeordnet ist, vorzugsweise nahe einem Punkt maximaler Tiefe.
  14. Verfahren einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor des Bohrgeräts ein Elektromotor ist und die Bearbeitungsenergieermittlung (3) auf der Grundlage der vom Motor aufgenommenen elektrischen Energie erfolgt.
  15. Verfahren einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Bohrwerkzeug (5) ein Spiralbohrer mit einem Bohrkopf (53), einem Bohrerschaft (51) und einer Spiralwinde (52) aus hochlegiertem Werkzeugstahl verwendet wird, die zwischen dem Bohrkopf (53) und dem Bohrerschaft (51) eingeprägt ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Materialbearbeitung eine reibende Abtragung (22) ist, - das Werkzeug ein Schleifwerkzeug ist, insbesondere eine Schleifscheibe oder ein Schleifkegel, welches von einem Motor eines Schleifgeräts angetrieben wird, und - die Bearbeitungsenergie aus der von dem Motor des Schleifgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ermittelt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bearbeitungsenergieermittlung (3) - als Leerlaufleistung zusätzlich die vom Motor aufgenommene oder abgegebene Leistung ermittelt wird, während das angetriebene Schleifwerkzeug nicht im Kontakt mit dem Material (8) steht, - zusätzlich bei der reibenden Abtragung (22) die Zeitdauer bestimmt wird, innerhalb derer Teile des Materials (8) reibend abgetragen werden, - die Leerlaufleistung mit der Zeitdauer multipliziert wird, innerhalb derer die Teile des Materials (8) reibend abgetragen werden, und das so erhaltene Produkt von der vom Motor aufgenommenen oder abgegebenen Energie abgezogen wird, wobei die Bearbeitungsenergie erhalten wird.
  18. Verwendung eines Bohrgeräts mit einem Motor, insbesondere eines Handbohrgeräts (6) mit einem Motor, und eines Bohrwerkzeugs (5), das mit dem Bohrgerät derart verbunden ist, dass das Bohrwerkzeug (5) von dem Motor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, sowie einer Motorenergiebestimmungseinrichtung, die zum Bestimmen der vom Motor des Bohrgeräts aufgenommenen oder abgegebenen Energie ausgebildet ist, zur Bestimmung einer Abrasivitätskennzahl eines Materials (8), insbesondere in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 15.
  19. Haltevorrichtung (7) für ein Handbohrgerät (6), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 15, die Haltevorrichtung (7) umfassend - einen Griffbügel (71) mit zwei einander gegenüber angeordneten Handgriffbereichen (72), - einen ersten Haltebügel (73) mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt, von welchen der erste Endabschnitt mit dem Griffbügel (71) lösbar verbunden ist und von welchen der zweite Endabschnitt zur Aufnahme eines Griffbereichs (61) eines Handbohrgeräts (6) eingerichtet ist, und - einen zweiten Haltebügel (74) mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt, von welchen der erste Endabschnitt mit dem Griffbügel (71) lösbar verbunden ist und von welchen der zweite Endabschnitt zur Aufnahme eines Zusatzhandgriffs (62) eines Handbohrgeräts (6) eingerichtet ist.
  20. Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung umfassend - ein Handbohrgerät (6) mit einem Motor, - ein Bohrwerkzeug (5), das mit dem Handbohrgerät (6) derart verbunden ist, dass das Bohrwerkzeug (5) von dem Motor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, sowie - eine Motorenergiebestimmungseinrichtung, die zum Bestimmen der vom Motor des Handbohrgeräts (6) aufgenommenen oder abgegebenen Energie ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung weiterhin eine Haltevorrichtung (7) gemäß Anspruch 19 aufweist.
  21. Abrasivitätskennzahlbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Elektromotor ist und die Motorenergiebestimmungseinrichtung zum Bestimmen der vom Elektromotor aufgenommenen elektrischen Energie eingerichtet ist.
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Norm DIN 8580 2003-09-00. Fertigungsverfahren - Begriffe, Einteilung. S. 1-13. *
PLINNINGER, Ralf J.: Abrasivitätsuntersuchung von Boden und Fels auf Basis der neuen VOB/C. In: Tagungsbeiträge der 11. Österreichischen Geotechniktagung, 02./03. Februar 2017, Wien, 2017, S. 293-304. URL: http://www.plinninger.de/images/pdfs/2017_oegt_plinninger.pdf [abgerufen am 2019-02-13]. *

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115255819A (zh) * 2022-07-13 2022-11-01 西安远方航空技术发展有限公司 测量耙成型加工方法
CN115255819B (zh) * 2022-07-13 2024-04-16 西安远方航空技术发展有限公司 测量耙成型加工方法

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