Tribological analysis of the TBM tool wear in soil from the view of material science / Tribologische Analyse des Abbauwerkzeugverschleißes von Tunnelvortriebsmaschinen in Lockergestein aus werkstofftechnischer Sicht

Excessive wear to excavation tools leads to unplanned downtime, which results in additional costs. To predict tool wear during the planning phase of a project, an analysis of the acting tribological system is essential. The different influential factors and interactions have to be considered. The abrasive surface degradation of tools is investigated on a microstructural scale with nano-scratch experiments. Material-dependent variables like hard phase content and size are discussed in terms of the resulting wear-resistance. Using the RUB Tunnelling Device, abrasive surface degradation can be investigated on a more global scale and correlated with the acting tribological system, and the different tribological system components and influential factors can be considered.
Im maschinellen Tunnelbau kann Verschleiß von Abbauwerkzeugen zu unplanmäßigen Stillständen und damit zu hohen Mehrkosten führen. Um den Werkzeugverschleiß im Vorfeld eines Tunnelbauprojekts zielführend abzuschätzen, ist die Analyse des wirkenden tribologischen Systems unter Berücksichtigung der Boden-Werkzeug-Wechselwirkungen, des Belastungskollektivs (Penetration, Drehzahl) und etwaigen Zwischenmedien (Wasser, Bodenkonditionierung) in einem ganzheitlichen Ansatz notwendig. Die Wechselwirkungen zwischen dem Werkzeug und den angreifenden Abrasiven können auf mikrostruktureller Ebene durch Ritzversuche abgebildet werden. In der vorliegenden Arbeit werden Ritzversuche an den verschleißbeständigen Werkstoffen, die in Form von Auftragschweißungen oder als Inlays/Schneidkanten bei Werkzeugen für den maschinellen Tunnelbau Anwendung finden, durchgeführt. Die werkstofftechnischen Einflussgrößen, z. B. Hartphasengehalt und -größe, werden dabei in Bezug auf den Widerstand gegen Furchungsverschleiß diskutiert. Mithilfe des RUB-Tunnelling-Verschleißprüfstands können die auf mikrostruktureller Ebene ablaufenden Einzelritzereignisse zwischen Werkstoff und Ritzindenter und die damit verbundenen Schädigungsprozesse auf einer umfassenderen Größenskala abgebildet und in Bezug auf das wirkende tribologische System analysiert werden.