Die kryogene Strahlentgratung ist seit Beginn der 1960er Jahre Stand der Technik für die Entgratung von Formteilen aus Elastomeren. Kryogene Strahlentgratungsmaschinen werden entweder als Trommeln oder als Korbstrahlentgratungsmaschinen konzipiert. Die Formteile werden chargenweise als Schüttgut entgratet. Der Prozess läuft im Wesentlichen in drei Phasen ab: 1. Umwälzen und Vermischen der Formteile in der Trommel oder im (üblicherweise) zylinderförmigen Korb, 2. Abkühlung der Formteile durch das Einspritzen von Flüssigstickstoff, um die Formteile zu verspröden und 3. Bestrahlen der Formteile mit einem Polycarbonat-Strahlmittel um die spröden Grate abzutrennen.
Aufgrund fehlender wissenschaftlicher Untersuchungen dieses Verfahrens hat sich in der Praxis sowohl bei Herstellern von kryogenen Strahlanlagen als auch bei Anwendern die Methode von Versuch und Irrtum zur Einstellung passender Prozesspara-meter durchgesetzt. Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass sie kostenintensiv und energetisch unzweckmäßig ist. Versuche haben gezeigt, dass der thermische Wirkungsgrad beim kryogenen Strahlentgraten bei rund 15 % liegt.
In dieser Arbeit wird das Bewegungs- und Mischverhalten von (sphärischen) Partikeln in einer marktüblichen Korbstrahlentgratungsmaschine mithilfe der Diskreten-Elemente-Methode (DEM) numerisch simuliert. Der Fokus liegt auf der Parametervariation der Drehzahl und des Füllgrads. In Experimenten konnten die Simulationsergebnisse qualitativ und für einige Parameterkombinationen auch quantitativ bestätigt werden. Ferner haben Computersimulationen gezeigt, dass die Verweilzeiten diskreter Partikeln auf der Bettoberfläche bei niedrigen Drehzahlen am höchsten sind.
Aktualisiert: 2022-06-30
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Simulative Methoden ermöglichen Zugang zu Informationen, auf die durch experimentelle oder analytische Untersuchungen nur schwer zugegriffen werden kann. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse und Methoden dienen dazu, das Verständnis der grundlegenden Prozesse bei der Zerkleinerung und Dispergierung von partikulären Systemen zu verbessern.
Für die Simulationen kann ein nasser Zerkleinerungs- bzw. Dispergierprozess auf örtlicher und zeitlicher Ebene in vier Skalen unterteilt werden:
• Mikroskala: es wird beschrieben, wie Partikel (sowie Agglomerate und Aggregate) aufgebaut sind und durch (hydrodynamische) Beanspruchungen aufgebrochen werden.
• Mesoskala: die Interaktion der Mahlkörper, welche bei der Dispergierung und Zerkleinerung in Mühlen oft eingesetzt werden, wird hier betrachtet.
• Makroskala: auf dieser Skala wird der gesamte Kanal bzw. die gesamte Mühle berechnet.
• Prozessskala: hier wird die zeitliche Auflösung oder die Verkettung von mehreren Prozessen beschrieben.
Neben der Berechnung ist die Weitergabe der Informationen von großer Bedeutung, da nicht alle Skalen zeitgleich berechnet werden. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung der für die einzelnen Skalen benötigten Methoden und Modelle. Für jede Skala wird gezeigt, welche Informationen zu berechnen sind und wie der Austausch mit den anderen Skalen erfolgen kann.
Aktualisiert: 2019-08-12
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