Kurzfassung
Die Haftung von Feststoffpartikeln an technischen Oberflächen ist in vielen industriellen Prozessen
entweder ein gewollter verfahrensbestimmender Schritt, oder ein unerwünschter Nebeneffekt, der
mit Qualitätseinbußen verbunden sein kann.
Da die Ansätze zur Nutzung oder Vermeidung von Partikelhaftkräften in vielen Fällen hauptsächlich
auf Erfahrungswerten beruhen, bleibt bestehendes Potenzial zur gezielten Optimierung der Prozesse
vielfach ungenutzt. Ein erster Schritt in Richtung eines differenzierteren Ansatzes ist die Abschätzung
möglicher Partikelhaftkräfte auf Basis von vereinfachten Haftkraftmodellen. Sind die dafür erforderlichen
Materialparameter nicht verfügbar, oder liefern die Modelle keine ausreichend genauen Ergebnisse
sind Experimente mit unterschiedlichen Methoden zur Haftkraftmessung möglich.
In der vorliegenden Arbeit wird die Partikelhaftung an Feststoffoberflächen einer möglichst vollständigen
Betrachtung unterzogen. Dabei kommen werden vorhandene theoretische Ansätze analysiert
und mit experimentellen Ergebnissen auf Basis der Vibrationsmethode zur Haftkraftbestimmung von
Partikeln an Oberflächen verglichen.
Die vorhandenen theoretischen Berechnungsansätze werden, unter Verwendung numerischer Methoden,
weiterentwickelt, um Partikelhaftkräfte an nicht-idealen Oberflächen und unter feuchten
Umgebungsbedingungen erfassen zu können.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Kontakt zwischen einer Partikel und einer Wand in gasförmiger Umgebung. Die Partikel kann dabei glatt oder mit einer Rauheit ausgestattet sein. Um die Wechselwirkungen bei diesem Kontaktfall zu untersuchen, wurde eine Simulation erstellt. Sie berechnet zunächst die Haftkraft zwischen der Partikel und der Wand. Die Haftkraft beruht dabei auf den van der Waals-Wechselwirkungen der Atome der Kontaktpartner. Die berechneten Haftkraftwerte werden mit Werten aus der Literatur verglichen. Es ist möglich, die Partikel in der Simulation abzuflachen. Das dient dazu, die Auswirkung der Vergrößerung des Kontaktradius zu betrachten. Abflachungen können an Partikeln durch mechanische Beanspruchung oder durch die Kräfte im Kontaktfall auftreten. Mit der berechneten Haftkraft und dem Kontaktradius wird ein Moment berechnet. Dieses Moment wirkt einer angreifenden externen Kraft entgegen und wird Haftmoment genannt. Die Ausweichbewegung des Rollens erfordert in den meisten Fällen die geringste Kraft. Aus diesem Grund ist das Haftmoment von Interesse. Die simulierten Werte werden mit Werten aus der Literatur verglichen. Weiter wurde das Haftmoment von Partikeln mithilfe der Daten aus Versuchen in einem Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) berechnet. Hierzu wurde die Widerstandskraft des Kontaktes gegen seitliche Beanspruchung und die Kontaktfläche zwischen Partikel und Wand gemessen. Aus diesen Werten, Kraft und Hebelarm, lässt sich dann das Haftmoment für die Partikel berechnen. Der verwendete Aufbau, die Vorgehensweise und die Analysesoftware zur Kraftmessung werden vorgestellt. Die experimentellen Werte werden mit den simulierten Werten verglichen und ein Resümee gezogen.
Aktualisiert: 2019-12-12
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