Granulare Medien und Feste Formen

Arbeitsgruppenleiter: Dr. rer. nat Jan Henrik Finke

Als Schüttgut wird eine lockere Matrix aus dispersen Feststoffelementen bezeichnet, die von einer kontinuierlichen, fluiden Phase umgeben ist. Dabei ist die Oberfläche (insbesondere Kontaktstellen) der Feststoffelemente oftmals mit einer weiteren flüssigen Phase benetzt. Das Verhalten des Schüttgutes wird erstens von den physikalischen und chemischen Materialeigenschaften des Feststoffes, zweitens durch die Geometrie (z.B. Größe, Form und Oberfläche) der einzelnen Elemente und drittens durch die Eigenschaften der umgebenen Phase(n) bestimmt. Diese vielfältigen Einflussfaktoren und deren komplexe Wechselwirkungen machen die Vorhersage des mechanischen Verhaltens von Schüttgütern zu einer großen Herausforderung.

Am Institut für Partikeltechnik umfasst der Forschungsschwerpunkt „Granulare Medien und Feste Formen“ die Messung und Beschreibung von

  • Festigkeit und Fließverhalten von Schüttgütern
  • Verformungsverhalten von Schüttgut und Einzelpartikeln
  • Mischungs- und Entmischungsverhalten in dynamischen Prozessen
  • Struktur und Kontaktnetzwerk partikulärer Systeme
  • Agglomeration und Desagglomeration.
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    Durch ein übergreifendes Verständnis von mikroskopischen und makroskopischen Effekten sollen verfahrenstechnische Prozesse in Zukunft effizienter und sicherer gestaltet werden. So werden zum Beispiel auf makroskopischer Ebene die Fließeigenschaften mit Standard-Schergeräten (z.B. Jenike-Schergerät) und selbst entwickelten, einzigartigen Geräten, wie der Zweiaxialbox, dem Anisotropie-Tester und dem neu entwickelten Mikro-Schertester bestimmt.
     
    Forschung_SGM_Ausstattung_Ringschergerät
    Auf der anderen Seite liefern Haftkraftmessungen mittels Rasterkraftmikroskopie und die Messung des Verformungsverhaltens mit dem Nanoindenter sowie elektronenmikroskopische Aufnahmen wichtige Erkenntnisse auf mikroskopischer Ebene. Um Zusammenhänge auf mesoskopischer Ebene zu identifizieren wird die innere Struktur von Schüttgütern mit Hilfe der Röntgenmikrotomographie (XMT) analysiert und das dynamische Verhalten mit Simulationen nach der Diskrete Elemente Methode (DEM), der Theorie Pöröser Medien (TPM) und der Finite Elemente Methode (FEM) modelliert.

    Die Erkenntnisse werden vielseitig zur Produktgestaltung und Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse eingesetzt, so zum Beispiel zur Siloauslegung von stark kohäsiven, schlecht fließenden und zeitverfestigenden Schüttgütern.


    AG – Mitarbeiter

    Aktuelle Projekte

    T-MAPPP – Simulation des Bruchs und Abriebs von Granulaten und Tabletten hier

    Entwicklung und Charakterisierung der Struktur gescherter kohäsiver Schüttgüter hier

     

     

    Abgeschlossene Projekte

    Mischverhalten in Mischern mit bewegten Werkzeugen hier

    Entmischung von Schüttgütern in Haufen und Silos hier