Gegenstand des Forschungsprojekts war die Erforschung des infolge pneumatischer Förderung entstehenden Abriebs in den transportierten Schüttgütern. Hierzu wurde zunächst eine systematische Betrachtungsweise von Abriebprozessen eingeführt, welche vier physikalische Ebenen umfaßt. Diese sind die Prozeßebene, die Einzelpartikelebene, die kontinuumsmechanische bzw. Materialebene und die molekulare Ebene. Zudem wurde strikt zwischen Prozeßparametern und Materialeigenschaften unterschieden. Dies erfolgte durch Definition einer Prozeßfunktion, in der die Beanspruchungsbedingungen zusammengefaßt sind sowie einer Materialfunktion, welche die materialspezifische Reaktion der Schüttgüter auf die Beanspruchungsbedingungen beinhaltet.
Die Prozeßfunktion wurde für die Dünnstromförderung mit Hilfe von Computational Fluid Dynamics (CFD) ermittelt. Dabei zeigte sich, daß die auftretenden Partikel-Wand Stöße in einem Krümmer unter deutlich kleineren Winkeln stattfinden als allgemein angenommen wird. Dies ist insbesondere bei der Bestimmung der Materialfunktion von Bedeutung, da die ermittelten Beanspruchungsbedingungen dort als Eingangsparameter für die Experimente dienen.
Für die Bestimmung der Materialfunktion wurden die drei Beanspruchungsarten senkrechter Stoß, Gleitreibung und schräger Stoß in einem Krümmer experimentell für verschiedene Polymere in Einzelpartikelexperimenten untersucht. Dabei konnte nachgewiesen werden, daß sich unter nahezu identischen Beanspruchungsbedingungen die dominierenden Abriebmechanismen in Abhängigkeit von den Schüttguteigenschaften deutlich voneinander unterscheiden. Als eine Schlüsselmaterialeigenschaft, welche die Abriebmechanismen bestimmt, wurde die Glasübergangstemperatur identifiziert. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde eine Modellvorstellung der zu Abrieb führenden Vorgänge bzw. Mechanismen entwickelt, welche die drei Ebenen Beanspruchungsart, materialspezifische Abriebmechanismen und mikroskopische Abriebmechanismen umfaßt. Mit Hilfe dieser konnte eine theoretische Erklärung für die in den Experimenten gefundenen Zusammenhänge gegeben werden.
Durch Abriebexperimente in einer Förderanlage im Technikumsmaßstab konnte für die Prozeßebene gezeigt werden, daß bei der Flugförderung für die jeweiligen Polymere dieselben Abriebmechanismen dominieren, wie in der Krümmeranlage. Somit lassen sich die Ergebnisse der Einzelpartikelexperimente und der kontinuumsmechanischen Ebene auf die Prozeßebene übertragen und es ist damit erstmals gelungen, eine Verbindung zwischen diesen drei Ebenen herzustellen. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde somit erreicht.
Forschungsstelle:
TU München, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik
Leiter des Projektes: Prof. Dr. W. Peukert
Laufzeit: 01.05.2002 – 30.04.2004
Betreut durch: AK 4
Das IGF-Vorhaben Nr. 13252 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.