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Dokument_1. - OPUS

1. 179 Anhang Eintauchtiefe 5 mm Temperatur C 21 relative Feuchte 59 u erer Luftdruck hPa 1022 Position 180 Anhang Eintauchtiefe 6 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 62 u erer Luftdruck hPa 1020 Position 181 Anhang Eintauchtiefe 7 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 47 u erer Luftdruck hPa 1019 Position 182 Anhang Eintauchtiefe 8 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 50 u erer Luftdruck hPa 1010 Position 183 Anhang Eintauchtiefe 9 mm Temperatur C 22 relative Feuchte 52 u erer Luftdruck hPa 1020 Position
2. 165 Anhang Eintauchtiefe 4 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 40 u erer Luftdruck hPa 1022 Position 166 Anhang Eintauchtiefe 5 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 47 u erer Luftdruck hPa 1017 Position 167 Anhang Eintauchtiefe 6 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 32 u erer Luftdruck hPa 1026 Position 168 Anhang Eintauchtiefe 7 mm Temperatur C 21 relative Feuchte 33 u erer Luftdruck hPa 1024 Position 169 Anhang Eintauchtiefe 8 mm Temperatur C 20 relative Feuchte 32 u erer Luftdruck hPa 1022 Position
3. 153 Anhang 22 Temperatur C Eintauchtiefe 6 mm 20 1031 relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position Ialxw lt NIMJON PIRU yor yee ojoje je e 154 Anhang 19 21 1026 Temperatur C Eintauchtiefe 7 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position alxw x s NIJA Da a yor yor ols lolo 155 Anhang 22 Temperatur C Eintauchtiefe 8 mm 17 1022 relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position kloe Nonn giffe loi ele EI Anhang 156 9 8 4 Radius 11 0 mm Eintauchtiefe 3 mm Temperatur C 21 relative Feuchte 20 u erer Luftdruck hPa 1041 Position CO co CA Wi N wo N CO oa O 1 gt 1 CH TIS SO S 0 0 IT TIT SO ELELEE LELT 0 0 S S LAL LEL OT S O S o d O 10 10 S 0 Z D 1 a gt i N 1 w 1 a gt
4. 184 Anhang Eintauchtiefe 10 mm Temperatur C 25 relative Feuchte 36 u erer Luftdruck hPa 1021 Position 185 Anhang Eintauchtiefe 11 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 51 u erer Luftdruck hPa 1022 Position 186 Anhang Eintauchtiefe 12 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 42 u erer Luftdruck hPa 1024 Position 187 Anhang Eintauchtiefe 13 mm Temperatur C 20 relative Feuchte 41 u erer Luftdruck hPa 1022 Position Anhang 188 Eintauchtiefe 14 mm Temperatur C 22 relative Feuchte 36 u erer Luftdruck hPa 1023 Position e co GG co oa oO e gt SQ N CO gt N CH 3 3 3
5. Anhang 195 Eintauchtiefe 8 mm Temperatur C 21 relative Feuchte 64 u erer Luftdruck hPa 1017 Position N o LS N 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 s 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 gt N N gt Wi gt GA N Anhang 196 Eintauchtiefe 9 mm Temperatur C 22 relative Feuchte 61 u erer Luftdruck hPa 1013 Position 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 S 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 313 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 313 3 3 3 3 gt CO CH gt gt co
6. 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 313 313 3 J3 1 13 3 3 3 3 3 313 313 3 3 1 3 3 3 3 3 313 313 3 3 1 3 3 3 3 3 313 313 3 3 13 3 3 3 3 313 313 3 3 1 1 3 3 3 3 3 313 313 3 3 1 1 3 13 3 3 3 313 313 3 J3 1 13 3 3 3 3 313 313 3 3 1 13 13 3 3 3 313 313 3 3 1 13 3 3 3 3 313 313 3 3 1 13 3 3 3 3 3 313 313 3 3 1 13 3 13 3 3 3 HI HI Anhang 189 Eintauchtiefe 15 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 44 u erer Luftdruck hPa 1022 Position S CH S O N wo 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 13 3 3 3 373 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 3 313 313 3 3 3 13 1 3 3 3 3 373 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 3 313 313 3 3 3 3 1 3 3 3 3 313 313 3 3 3 3 1 3 3 3 3 373 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 3 313 313 3 3 3 3 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 13 3 3 3 313 313 3 3 3 3 1 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 23 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 lala le Ka gt wo N wo oo HI
7. gt N oa gt a Anhang 197 Eintauchtiefe 10 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 59 u erer Luftdruck hPa 1010 Position N S N N 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 373 313 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 313 3 3 3 3 gt 3313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 gt 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 gt N gt N A Oo Anhang 198 Eintauchtiefe 11 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 60 u erer Luftdruck hPa 1016 Position N S N S N CO 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3
8. gt GA CO Anhang 193 Eintauchtiefe 6 mm Temperatur C 20 relative Feuchte 62 u erer Luftdruck hPa 1017 Position 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 313 313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 313 313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 313 313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ja 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 gt 3531313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 gt N Anhang 194 Eintauchtiefe 7 mm Temperatur C 20 relative Feuchte 61 u erer Luftdruck hPa 1021 Position 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 gt N gt N gt wo CH gt CH
9. stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C Anhang 203 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s ke tats Radius mm Temp C Radius Auswertungsebene Anstr mwinkel E E E E tats Radius mm abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C abs ETT mm TT 4 TT 4 TT tats Radius mm 4 abs ETT mm 9 TT 4 4 Radius Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C 9 9 4 Ebene 4 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s
10. Material und Methode 49 In weiteren Messungen soll der Einfluss von erh htem Mahldruck auf den Gesamtdruck und somit die Geschwindigkeit in der Mahlkammer quantifiziert werden In einer abschlie enden Versuchsreihe erfolgt die Gesamtdruckmessung mit Feststoffbeladung an der Position an der zuvor im Leerbetrieb maximale Druckwerte aufgezeichnet wurden Zun chst gilt es jedoch sicherzustellen dass sich das Pitot Rohr nicht mit Pulver zusetzt und hohe Druckschwankungen auftreten In diesem Fall ist eine Berechnung der Geschwindigkeit nicht m glich 4 2 3 Auswertung der aufgenommenen Druckwerte und Berechnung der Str mungsgeschwindigkeit Abbildung 4 15 zeigt die Messpunkte an denen sowohl der Druckaufnehmer f r den statischen Druck als auch das Pitot Rohr mit Druckaufnehmer f r den Gesamtdruck in den Mahlkammerdeckel eingebaut werden Da die Kopfl nge des Rohres 13 mm betr gt und an jeder Position um einen Winkel von 360 gedreht wird befindet sich der tats chliche Messpunkt an dem das Rohr optimal angestr mt wird nicht mehr auf dem selben Radius sondern an einer anderen Position vgl Abbildung 4 14 Daher wird der fehlende statische Druck mit Hilfe von Funktionsgleichungen interpoliert Zur Auswertung der Gesamtdruckmessungen wird jeweils der Mittelwert aus den einzelnen Versuchen herangezogen und auf ganze Zahlen gerundet Die Rohdaten zu den einzelnen Messungen sind nach Radius und Eintauchtiefe geordnet Anhang 9 8
11. Position 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m 12 wrea e Hu ear sO wa va Hw ee ES Tabelle 5 6 Mittelwerte und Streuung des statischen Drucks in Abhangigkeit von der Position des Druckaufnehmers bei Feststoffbeladung gemessen auf dem Radius 35 5 mm ber 10 Minuten n 3 140 0 120 0 100 0 80 0 60 0 A ed A 4 A Wf A AX 4 20 0 on 0123 45 67 8 9 1011 12 13 Position Statischer Druck hPa Abbildung 5 6 Verlauf des statischen Drucks in Abhangigkeit von der Position des Druckaufnehmers bei Feststoffbeladung gemessen auf dem Radius 35 5 mm Abbildung 5 6 zeigt Mittelwerte des statischen Drucks bei Feststoffbeladung der Strahlm hle in Abh ngigkeit von der Position des Druckaufnehmers Die zahlreichen Pulverpartikel bremsen die Spiralstr mung derartig ab dass der statische Druck sinkt Im Vergleich zu Messungen im Leerbetrieb der M hle sind die Druckwerte um ca 250 hPa erniedrigt Dieser analoge Druckabfall l sst sich bereits in den von Rief 66 durchgef hrten Zerkleinerungsuntersuchungen der Modellsubstanz Criscarb bei gleicher Einstellung der operativen Parameter beobachten Zur genaueren Betrachtung eines m glichen Einflusses der Messposition auf den statischen Druck dient eine Projektion der Lage der einzelnen Positionen in Bezug zu den Treibstrahld sen Tabelle 5 7 gibt dazu die Lage der einzelnen Messpositionen an Position 4 1 6 11 9 217 1215 aaa nach base
12. Temp C Anhang 204 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C Anhang 205 9 9 1 Ebene 2 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Fi Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s 6 Temp C ETT tats Radius mm abs ETT mm Radius Auswertun
13. Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s 8 ETT 9 Temp C ETT tats Radius mm abs ETT mm Radius Auswertungsebene 26 5 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Bin Temp C tats Radius mm m 4 4 abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s N o Temp C Anhang 209 9 9 5 Ebene 3 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Fi Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s 10 Temp C ETT tats Radius mm abs ETT mm Radius Auswertungsebene 26 5 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Bee Temp C tats Radius mm m 4 abs ETT mm
14. 170 Anhang Eintauchtiefe 9 mm Temperatur C 20 relative Feuchte 29 u erer Luftdruck hPa 1032 Position 171 Anhang Eintauchtiefe 10 mm Temperatur C 20 relative Feuchte 27 u erer Luftdruck hPa 1028 Position 172 Anhang Eintauchtiefe 11 mm Temperatur C 20 relative Feuchte 26 u erer Luftdruck hPa 1008 Position 173 Anhang Eintauchtiefe 12 mm Temperatur C 21 relative Feuchte 26 u erer Luftdruck hPa 999 Position 174 Anhang Eintauchtiefe 13 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 25 u erer Luftdruck hPa 1014 Position 175 Anhang Eintauchtiefe 14 mm Temperatur C 22 r
15. innerer Kreis plot inradius circ_y inradius circ_x k Fuenfeck Duesen t 0 1 5 1 2 pi laenge 49 Laenge der Striche ausprobieren abstand 10 Drehungswinkel der ersten Duesenoeffnung drehung 54 Drehwinkel der Duesen zur Tangente an Kreis start_x sin t start_y cos t alle fuenf Linien malen for ii 1 5 h ii line O laenge gesradius gesradius Color 0 5 0 5 0 5 LineStyle rotate h ii 0 0 1 drehung O gesradius 0 rotate h ii 0 O 1 abstand 0 0 OI rotate h ii 0 O 1 ii 1 72 0 O 0J Anhang 143 end Und die Pfeilchen jeder Pfeil wird einzeln gezeichnet die Farbe von Hand berechnet for ii 1 length x_ort for jj 1 farbzahl if geschwindigkeit ii gt min geschwindigkeit jj max geschwindigkeit min geschwindigkeit farbzahl if geschwindigkeit ii gt 20 jj 250 20 farbzahl index jj end end quiver x_ort ii x_richtung ii 100 3 33 1 5 deltax ii y_ort ii y_richtung ii 100 3 33 1 5 deltay ii x_richtung ii 100 3 33 1 5 y_richtung ii 100 3 33 1 5 0 Color mappe index LineWidth 4 MaxHeadSize 5 end quadratischen Plot ohne Achsen axis equal axis tight axis off Farbwerte auf Minimum und Maximum skalieren caxis min geschwindigkeit max geschwindigkeit caxis 20 250 h colorbar YDir reverse Iocation SouthOutside set get h XLabel String Geschwindigkeit m s FontSize 14 Bild als emf Datei ausgeben for
16. Abbildung 5 23 Stromungsverlauf in Ebene 3 Ergebnisse und Diskussion 89 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 24 Stromungsverlauf in Ebene 4 Ergebnisse und Diskussion 90 5 3 5 3 Stromungsverlauf in den Ebenen 5 6 7 und 8 5 3 5 3 1 Str mungsverlauf in den oberen Ebenen 5 und 6 der Mahlkammer In diesem Kapitel werden die beiden oberen Ebenen der Mahlkammer beschrieben Auf Grund der L f rmigen Kr mmung des Pitot Rohres sowie der W lbung des Mahlkammerdeckels ist es nicht m glich Gesamtdruckwerte in den Ebenen 7 und 8 aufzunehmen Die Geschwindigkeitsvektoren der Ebene 5 weisen in ihrem gleichartigen Str mungsverlauf stark in Richtung des Abscheiderohres Auf dem Radius von r 26 5 mm treten zus tzlich noch Vektoren auf die Geschwindigkeiten von ca 80 bis 100 m s und Richtung der zirkulierenden Grundstr mung anzeigen Das Profil der nachfolgenden Ebene 6 stellt Str mungsvektoren in der Mitte der Mahlkammer mit Geschwindigkeiten von 30 bis 142 m s dar Fast alle diese Vektoren treten innerhalb der Sichtzone auf und weisen in ihrer Richtung deutlich nach innen zum Tauchrohr Eine Str mung entlang des Umfangs der Mahlkammer kann auf Grund der Messanordnung nicht mehr beobachtet werden Ferner f llt auf dass vermehrte Str mungspfeile in der oberen H lfte des Ebenenbildes auftreten Die Erkl rung hierf r ist in der nicht exakt gleichm igen Ausformung der Deckelw lbung z
17. Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s N Temp C Anhang 210 9 9 6 Ebene 4 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s gt Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s 11 Temp C ETT tats Radius mm abs ETT mm Radius Auswertungsebene 26 5 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C tats Radius mm m 4 N abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s am S Temp C Anhang 211 9 9 7 Ebene 5 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C tats Radius mm 12 abs ETT mm
18. measurements of the total pressure depending on the position of the tube in the nozzle plane contribute valuable information The further the probe is removed from the jet nozzle the lower are the monitored total pressure and the resultant velocity Projecting the measuring points spread over the milling chamber between two jet nozzles illustrates this effect quite clearly With the help of the program MATLAB the calculated velocity data are visualised graphically as stream profiles Thus direction and velocity of the local flow can be illustrated particularly clearly subject to the radius of the milling chamber as well as to the position of the pitot tube Considering also the arched covering of the jet mill at each measuring point the absolute instead of the measured immersion depth of the probe in the milling chamber is specified in relation to the plane spanned by the middle of the jet nozzles Thus the flow in the jet mill can be subdivided in layers into separate planes Appearing of symmetric flow properties the nozzle plane itself as well as following planes above and below this plane respectively demand great importance Because of the classification tube this symmetric flow behaviour cannot further be detected in adjacent planes Summary 125 Due to the geometric dimensions of both the jet mill and the pitot tube monitoring the total pressure at some positions such as inside the classification tube does not succeed Nevertheless
19. 13 14 15 16 17 18 19 20 Literaturverzeichnis Abramowitsch G Angewandte Gasdynamik VEB Verlag Technik Berlin 1958 Ahlbus F E Fluid energy grinding or jet mill grinding Advanced Powder Technology 3 1992 273 284 Bauer B Auslegung von Strahlapparaturen f r beliebige Medien Dissertation TH Stuttgart 1965 Bauer V Experimentelle und theoretische Betrachtungen der Str mungsverl ufe in Bezug auf die Sichtwirkung und Zerkleinerungs vorg nge in der Spiralstrahlm hle VDI Fortschritt Bericht Reihe 3 Nr 589 VDI Verlag D sseldorf 1999 Benz M et al Performance of a fluidized bed jet mill as a function of operating parameters Int J Min Process 44 45 1960 507 519 Bohl W Technische Str mungslehre 11 Auflage Vogel Buchverlag W rzburg 1993 Busmann F Str mungsmessungen bei eben und r umlich gekr mmten Strombahnen ATM Blatt V 116 1 1933 DIN 66145 RRSB Netz zur Darstellung von Korn Teilchen gr en verteilungen 1976 04 Escher H Flow Measurement with the Pitot Tube Commonwealth Engineer 28 Nr 2 1940 54 60 Eskin D Voropayev S Vasilkov O Simulation of jet milling Powder Technology 105 1999 257 265 Firma Coulter Electronics Inc Referenzhandbuch Coulter LS 230 Miami USA 1997 Firma Esco Labor AG Produktinformation Luftstrahlm hle JMRS 80 SQ Riehen Schweiz Firma Grainsoft GmbH PMPcompact Software
20. 5 400 0 380 0 360 0 340 0 me 320 0 mE 5 5 ae ae ne 300 0 280 0 260 0 240 0 220 0 200 0 T T T T 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Zeit sec Druckaufnehmer XT 190 M Fa Kulite g Druckaufnehmer D 10 Fa WIKA Statischer Druck hPa Abbildung 5 1 Vergleich der Messdauer fur den statischen Druck in Abhangigkeit vom Druckaufnehmer Messpunkt auf dem Radius r 35 5 mm Abbildung 5 1 kann entnommen werden dass eine langere Messdauer keinen signifikanten Einfluss auf die statischen Druckwerte nimmt Schon eine Messung im Sekundenbereich liefert ausreichend genaue Werte Haben sich einmal stabile Druck und damit Str mungsverh ltnisse in der Mahlkammer aufgebaut erfolgt auch bei l ngerer Messwerterfassung keine nderung mehr Die Werte des Druckaufnehmers D 10 mit Druckkanal liegen grunds tzlich ca 15 hPa unter denen des Sensors XT 190 M mit frontb ndiger Membran Bei der Betrachtung dieses Unterschiedes d rfen jedoch die Messungenauigkeiten der genutzten Sensoren nicht au er Acht gelassen werden Der Messfehler des Druckaufnehmers der Firma Kulite XT 190 M liegt im Bereich von 25 hPa f r den D 10 der Firma WIKA werden Ungenauigkeiten von 6 hPa angegeben 16 19 Die aufgezeichneten statischen Druckwerte liegen folglich alle innerhalb dieses Schwankungsbereiches In einer Ergebnisse und Diskussion 55 Fehlerrechnung siehe Kapitel 5 3 7 wird genau beschrieben
21. Beurteilung der Str mungsverl ufe in der Spiralstrahlm hle 103 Bestimmung der Treibstrahll nge RR nn 106 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit in Abh ngigkeit vom later eege eege 108 E le e E 112 Gesamtdruck in Abh ngigkeit von der Feststoffbeladung 55111000 119 Zusammenfassung AE 118 HEEN 123 Eiteraturfverzeichns sa ana 127 PANNE a aaa ROC a ea RODEO a a a a na Haie 132 Konstruktionszeichnungen der Spiralstrahlm hle JMRS 80 132 Mahlkammerdeckel mit Messbohrungen auf den Radien 35 5 26 5 17 0 13 011 029 0 O MT a ee EEE a 132 Mahlkammerdeckel mit Messbohrung auf dem Radius 4 0 mm 133 Programm zur Ansteuerung des Druckaufnehmers f r den statischen Druck und des Freiblasventils HH teense 134 Konstruktionszeichnung des Druckaufnehmers f r den statischen Druck a ENEE 136 Einstellung der Forderraten ccccccecceecceeeeeceeneeeeeeeeeeeeeeeneeeeeeereeeeeeees 136 Konstruktionszeichnungen des Pitot Rohres Distanzrohres und Mahlkammerdeckels nn esse een 137 Pitot Rohr Ansicht Lund NEE 137 EE E LEE 139 Eingebautes Pitot Rohr in den Mablkammerdeckel AAA 140 Konstruktionszeichnung des Gesamtdruckaufnehmers D 10 141 Programm zur graphischen Darstellung der Stromungsprofile 142 Rohdaten der Messungen des Gesamtdrucks nennen 144 E BO MN At ee ER 144 Radius AO MMe a arte 145 Radar ee ee een 150 Inhaltsverzeichn
22. Winkelmessungen Ferner f llt sofort auf dass bei einem Winkel von 5 der h chste Gesamtdruckwert von 898 hPa aufgezeichnet wird Bei dieser Einstellung wird das Pitot Rohr also optimal in der Str mung positioniert und direkt angestr mt Auf Grund der Kr mmung des Pitot Rohres von R 40 mm tritt der maximale Druckwert nicht bei direkten Anstr mwinkeln von 0 auf F r die Bestimmung des dynamischen Drucks wird daher dieser f r jede einzelne Messpositionen experimentell zu ermittelnde maximale Gesamtdruckwert herangezogen S mtliche anderen Werte fallen in den Bereich des statischen Drucks und sind nicht weiter von Relevanz Die Ursache dieser niedrigen Messwerte ist in einer Queranstr mung des Rohres zu suchen 5 3 2 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit in Abh ngigkeit von der Eintauchtiefe des Pitot Rohres Neben dem Anstr mwinkel soll auch die Ausrichtung des Pitot Rohres in unterschiedlichen Eintauchtiefen der Mahlkammer untersucht werden Dazu wird jeweils die Eindringtiefe der Rohrspitze vom Mahlkammerdeckel aus gemessen Auf Grund der W lbung der Mahlkammer lassen sich abh ngig vom Radius der Messbohrung in u eren Bereichen Eintauchtiefen von 4 bis 11 mm bzw auf den Radien 26 5 mm und 17 0 mm nur Eintauchtiefen bis 15 mm und in der Mitte der Mahlkammer von 3 bis 4 mm erfassen Der eingestellte Mahlspalt verhindert weitere Messungen oberhalb des Tauchrohres ber 5 mm hinaus Abbildung 5 12 zeigt beispielhaft d
23. ckseite des Treibstrahls a D senanstellwinkel Unter einem bestimmten Anstellwinkel a treten am Umfang der Mahlkammer Treibstrahlen aus f nf D sen aus und quer in die zirkulierende Grundstr mung 3 ein Dadurch l sst sich deutlich eine periphere Zerkleinerungszone 1 von einer inneren Sichtzone 2 abgrenzen In Str mungsrichtung ist zwischen Vorder und R ckseite des Treibstrahls 4 5 zu unterscheiden Die Zerkleinerung der Partikel tritt bevorzugt auf der Treibstrahlr ckseite auf was sich folgenderma en erkl rt Durch den Eintritt der Treibstrahlen in die mahlgutbeladene Str mung wird diese abgebremst und es bildet sich auf der Strahlvorderseite eine Stauzone aus Die Partikel k nnen nicht bis zum Strahlkern vordringen Statt dessen werden die Teilchen von der Querstr mung zur R ckseite des Treibstrahls transportiert wo die Wahrscheinlichkeit f r gegenseitige Zusammenst e besonders hoch ist Theoretische Grundlagen 12 Abbildung 2 8 zeigt vereinfacht eine spiralige Grundstromung in die ein Treibstrahl quer eintritt Abbildung 2 8 Strahlablenkung nach Abramowitsch 1 1 R ckseite des Treibstrahls 2 Vorderseite des Treibstrahls 3 zirkulierende Str mung Durch das Eintreten des Treibstrahls 1 2 in die zirkulierende Grundstr mung 3 wird diese in ihrer Geschwindigkeit abgebremst An der Strahlvorderseite 2 kommt es daher zur Bildung einer Stauzone mit dem Auftreten eines lokalen Uberdruckgebiete
24. die Abbildung 5 15 zu entnehmen sind ermittelt sich fur diese Ebene ein Abstand von 95mm zur Tangente an den h chsten Punkt der Mahlkammer Die Auswertungsebenen erstrecken sich ber einen Bereich von 1 mm Dicke oberhalb bzw unterhalb der Bezugsebene 0 Um ein m gliches symmetrisches Str mungsverhalten genauer zu betrachten werden die sich weiter anschlie enden Ebenen mit f r oberhalb und f r unterhalb der Bezugsebene unter fortlaufender Nummerierung gekennzeichnet Abbildung 5 15 Skizze der Mahlkammer mit Bezugsebene 0 und den ersten sich anschlie enden Auswertungs ebenen Ergebnisse und Diskussion 77 Der Anstr mwinkel von 5 gibt den gemessenen Winkel der Spitze des Pitot Rohres zur Bohrung bei maximaler Anstr mung an Abbildung 5 16 dient zur Darstellung der absoluten Richtung 190 in die das Pitot Rohr bei optimaler Anstr mung zeigt Die Null Linie wird dabei als Parallele zur vertikalen Symmetrieachse der Mahlkammer festgelegt Abbildung 5 16 Darstellung der absoluten Richtung eines Geschwindigkeitsvektors in der Mahlkammer Der statische Druck wird ber die Funktionsgleichungen aus Tabelle 5 4 berechnet die f r den Messpunkt auf dem tats chlichen Radius gelten Die f r den Definitionsbereich von 40 0 13 0 mm angegebene Gleichung y 10 025 x 23 874 liefert mit x gleich dem tats chlichen Winkel einen statischen Druck von 350 4 hPa Die Berechnung der Geschwindigkeit von 248 m s
25. hPa Geschwindigkeit m s ki Temp C Anhang 207 9 9 3 Ebene 1 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Fi Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s BER Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s 7 Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s o o pih Temp C tats Radius mm m 4 4 abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s ki Temp C Anhang 208 9 9 4 Ebene 2 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s
26. mung auf dem Radius 26 5 mm l sst sich jedoch in Abh ngigkeit vom Anstr mwinkel der in Abbildung 5 32 wiedergegebene Druckverlauf beobachten 400 350 300 250 200 150 100 Gesamtdruck hPa 0 T T T T T T T T 1 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 Anstr mwinkel Abbildung 5 32 Einfluss des Anstr mwinkels auf den Gesamtdruck gemessen auf dem Radius 26 5 mm Position 1 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm Im Vergleich zu den Messungen die auf dem Radius 35 5 mm durchgef hrt wurden vgl Abbildung 5 11 zeigt sich ein deutlich anderer Verlauf der Gesamtdruckkurve da ein Peak auf diesem Radius nicht beobachtet werden kann Die Druckwerte steigen je nach Ausrichtung in der Str mung zwar an erfahren aber ber einen weiten Winkelbereich kein hervorstechendes Maximum Abbildung 5 33 stellt die Messbedingungen auf dem Radius 26 5 mm dar 101 Ergebnisse und Diskussion SCH Grundstr mung Treibstrahl Abbildung 5 33 Skizze zur Erkl rung der Messbedingungen auf dem Radius 26 5 mm Auf diesem Radius wird das Pitot Rohr bei der Bestimmung des Anstr mwinkels genau zwischen der umlaufenden Grundstr mung und einem in diese Str mung eintretenden Treibstrahl ausgerichtet Dies hat zur Folge dass der Gesamtdruck bei Winkel nderung nicht wie erwartet merklich absinkt sondern auf gleichem Niveau bleibt Daher werden jeweils die beiden h chsten weit auseinander liegenden Gesamtdruckwert
27. wie sich diese Messfehler auf die ermittelten Geschwindigkeitswerte auswirken In den weiteren Versuchen wird fur die Messungen des statischen Drucks trotz leicht erh hter Streuung der Sensor XT 190 M mit frontb ndiger Membran verwendet So soll ein sp terer Vergleich der Druckwerte mit den Messdaten von Rief m glich sein die f r ihre Arbeit auch diesen Druckaufnehmer nutzte 5 1 2 Statischer Druck in Abh ngigkeit von der Position des Druckaufnehmers Durch Drehen des Mahlkammerdeckels um jeweils 30 im Uhrzeigersinn wird der statische Druck auf dem u eren Radius von 35 5 mm an zw lf verschiedenen Positionen vgl Tabelle 4 4 aufgenommen Auch andere Autoren stellen fest dass sich der Messpunkt auf diesem Radius der Mahlkammer besonders eignet um den Betriebszustand in der M hle genau zu charakterisieren 4 49 66 Wenn sich der Sensor wie hier oberhalb der vermuteten Zerkleinerungszone befindet k nnen Druckschwankungen mit hoher Genauigkeit erfasst werden Tabelle 5 2 gibt Mittelwerte der aufgezeichneten Druckwerte bei ver nderter Position des Druckaufnehmers auf dem Radius von 35 5 mm an KEIIEREHFZEBEIEBEZEIFEEIEREZ mw ra 3209 9208 102 azro ar00 2201 ar80 0 s192 asa 2x68 3100 Tabelle 5 2 Mittelwerte und Streuung des statischen Drucks in Abhangigkeit von der Position des Druckaufnehmers auf dem Radius 35 5 mm n 5 Ergebnisse und Diskussion 56 400 0 375 0 350 0 SEN eee S kA AE SS 3
28. 1 erl utert wurden 2 4 3 Messung des Gesamtdrucks mittels Pitot Rohr Betrachtet man eine gleichf rmige Fluidstr mung die ein Hindernis umflie t bildet sich direkt vor dem Hindernis ein Staupunkt aus In diesem Zustand wird die kinetische Energie in Druck umgewandelt und die Geschwindigkeit nimmt den Wert Null an Zur Erkl rung dieser Str mungsvorg nge dient Abbildung 2 14 Abbildung 2 14 Str mung um ein Hindernis Als ein derartiges Hindernis kann ebenso ein Stau oder Pitot Rohr angesehen werden das in einer Fluidstr mung von vorn angestr mt wird Dadurch bildet das Pitot Rohr in seinem Sondenkopf einen Staupunkt aus wie Abbildung 2 15 veranschaulicht Doss lt Mahlkammerdeckel Pitot Rohr Vo Abbildung 2 15 Messung des Gesamtdrucks in der Spiralstrahlm hle mittels Pitot Rohr Theoretische Grundlagen 20 Der Druck im Staupunkt entspricht dabei dem Gesamtdruck der direkt durch das Rohr an einen Druckaufnehmer geleitet wird 21 Entsprechend der Bernoulli Gleichung 2 4 kann der Staudruck oder dynamische Druck zur Berechnung von Stromungsgeschwindigkeiten herangezogen werden Eine direkte Erfassung ist jedoch nicht m glich Nur ber Differenzmessungen von Gesamt und statischem Druck l sst sich der Staudruck korrekt bestimmen 2 4 3 1 Eigenschaften der Str mung in der Spiralstrahlm hle Bei der Betrachtung der Fluidstr mung in der Spiralstrahlm hle wird angenommen dass die Str mun
29. 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 gt co gt CH gt gt gt N Anhang 199 9 9 Rohdaten zur Berechnung der Stromungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Ebenen der Spiralstrahlm hle 9 9 1 Stirnfl che der Mahlkammer tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C ETT tats Radius mm 3 abs ETT mm Radius Auswertungsebene 4 ETT 3 N D o Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C tats Radius mm abs ETT mm Radius Auswertungsebene m 4 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C ki Die absolute Eintauchtiefe wird mit abs ETT abgek rzt Die Angaben von Eintauchtiefe und Radius erfolgen in mm Anhang 200 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Gesc
30. 5 gt 4 k amp Q E t A 10 8 3 Ge a J N D 2 L05 9 a is 0 l l 0 0 3 5 4 4 5 5 5 5 6 6 5 Mahldruck 10 Pa Abbildung 5 9 Einfluss des Mahldrucks auf den Lageparameter d und Gleichm igkeitskoeffizienten n Die Ergebnisse zeigen deutlich dass bei ansteigendem Mahldruck sowohl Median als auch Lageparameter geringer werden der Gleichm igkeitskoeffizient jedoch zunimmt Es entstehen also feinere Mahlprodukte mit engerer Korngr enverteilung Bei weiterer Ergebnisse und Diskussion 66 Erh hung des Mahldrucks ist dennoch keine gr ere Feinheit des Produktes zu erzielen Wie schon in Kapitel 2 2 1 erl utert lassen sich Pulverpartikel nur bis zu einer Grenzkorngr e zerkleinern Auf Grund des abnehmenden Partikeldurchmessers werden keine ausreichend hohen Geschwindigkeiten mehr f r einen Zusammensto erreicht Um feinere Mahlprodukte zu erhalten m sste der Mahlspalt vergr ert oder der Feststoffdurchsatz vermindert werden Dies steht in der vorliegenden Arbeit jedoch nicht im Vordergrund der Untersuchungen Diese Ergebnisse sind in guter bereinstimmung mit den Messdaten von Marquardt 43 und Rief 66 anzusehen die sowohl an Hand der Mediane als auch der RRSB Verteilungen R ckschl sse auf die Zerkleinerungsleistung der Strahlm hle gezogen haben und ebenfalls feststellten dass bei erh htem Energieeintrag feinere Mahlprodukte mit engeren Partikelgr enverteilungen entstehen Ergebnisse und
31. ENEE T TE 160 Anhang 23 19 1018 Temperatur C Eintauchtiefe 7 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position n olol ln Nonn por yor yor mjn 9 161 Anhang 22 Temperatur C Eintauchtiefe 8 mm 19 1024 relative Feuchte u erer Luftdruck hPa 44 12 24 29 30 29 24 16 13 29 17 27 32 32 23 21 13 11 29 19 30 33 33 25 20 13 6 6 29 18 30 35 35 27 21 14 9 7 44 14 27 33 34 30 25 19 10 6 56 11 22 29 35 32 28 21 12 7 82 17 18 26 33 32 30 24 14 8 100 24 14 23 33 36 32 25 15 8 114 33 11 19 32 36 35 27 17 11 113 36 12 20 34 37 35 26 18 16 14 22 34 36 31 23 14 10 2 a OD a 19 N x S N O SEH N NOLO N ejej Da a a yor torpor fo Anhang 162 9 8 5
32. Energieausnutzung der Einzelkornzerkleinerung Aufbereitungstechnik Nr 2 1973 59 71 Rumpf H Prinzipien der Prallzerkleinerung und ihre Anwendung bei der Strahlmahlung Chem Ing Technik 32 Nr 3 1969 129 137 Salman A D et al Particle Impact Breakage in Particulate Processing KONA No 21 2003 88 98 Sch del G Eine neue M glichkeit f r die Ma stabsvergr erung von Spiralstrahlm hlen Bericht 182 0272 0 Technische Entwicklung Verfahrenstechnik D DET SZ BASF AG 1982 Schafer W Sommer K Influences of dispersion and convection during grinding on the solid distribution in a spiral type jet mill 1st World Congress Particle Technology Nurnberg Part Il Comminution 1986 325 341 Schlag H P Experimentelle und theoretische Untersuchungen der Kennlinien von gasbetriebenen Einphaseninjektoren und Gutaufgabeinjektoren Reihe 3 Nr 313 VDI Verlag D sseldorf 1992 Sch nert K Steier K Die Grenze der Zerkleinerung bei kleinen Korngr en Chem Ing Technik 43 Nr 13 1971 773 777 Sch nert K Die Partikelzerst rung als Elementarprozess des Zerkleinerns Acta Pharmaceutica Technologica APV Informationsdienst Supplement 6 DAV Verlag Stuttgart 1978 5 23 Siekmann H E Str mungslehre Springer Verlag Berlin 2000 Stiess M Mechanische Verfahrenstechnik 2 Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 1994 Tuunilla R Nystr m L Effects of grinding parameters on pr
33. Radius 13 0 mm Eintauchtiefe 3 mm Temperatur C 21 relative Feuchte 18 u erer Luftdruck hPa 1020 Position 163 Anhang Eintauchtiefe 4mm Temperatur C 21 relative Feuchte 26 u erer Luftdruck hPa 1011 Position Anhang 164 9 8 6 Radius 17 0 mm Eintauchtiefe 3 mm Temperatur C 24 relative Feuchte 45 u erer Luftdruck hPa 1021 Position D jo D D O JO ST 10 oo 0O O O O O S 10 oo 0O O O O O 10 0 0 0O O O T T O O TO S oo D O D O JO SH O O JO Djo oo d D 0 O 0 0 0 0 0 0 0 O D S 0 0 O D O O O O D 0 0 0O O D O O O O TO S S B O IT D O JO ITH B T T S 0 0 0 0 O0 D O JO SH B D oo DD O O ne ne ne me ne me o ne ne ne ne ne a d
34. Spiralstrahlm hle 36 Mahlkammerdeckel ease Steet 37 PIIOEFRONE ee nennen 37 Druckaufnehmer fur den Gesamtdruck nn nn 41 Versuchsplanung und Durchf hrung 44H 44 Messung des statischen Drucks nn nn 45 Messung des Gesamtdrucks 44H 47 Inhaltsverzeichnis IV 4 2 3 4 2 4 4 2 5 4 2 6 5 5 1 5 1 1 5 1 2 5 1 3 5 1 4 5 1 5 5 1 6 5 1 7 5 2 5 3 5 3 1 5 3 2 5 3 3 5 3 4 5 3 5 5 3 5 1 5 3 5 2 5 3 5 2 1 5 3 5 2 2 5 3 5 3 5 3 5 3 1 Auswertung der aufgenommenen Druckwerte und Berechnung der Str mungsgeschwindigkeit cece eeee cece cece cteeeeeeeteneeeesteneeeees 49 Fehlerbetrachtun EE 50 Partikelgr enanalyse 42 44 44 HER 50 RRSB Verlellung are seele 52 Ergebnisse und DISKUSSION 2 2 cccccececeeecececececececeeedeneceeeteceteeeteeeteeeteees 53 Messungen des statischen Drucks nn nennen nenn 53 Vergleich derDr ck ufnehmer e sesas ass es ee 53 Statischer Druck in Abh ngigkeit von der Position des Druckaufnehmers 55 Statischer Druck in Abh ngigkeit vom Radius 56 Statischer Druck in Abh ngigkeit vom Mahldruck rn gt 58 Statischer Druck in Abh ngigkeit von der Feststoffkonzentration 59 Statischer Druck in Abh ngigkeit von der Position des Druckaufnehmers bei Feststoffbeladung e ee ee dee Bue ee ee ete ienien eieaa 61 Statischer Druck in Abh ngigkeit vom Mahldruck bei Feststoffbeladung 6
35. an bei der die aktuellen Druck und Temperaturwerte angezeigt und ausgew hlt werden k nnen Material und Methode 44 Mstart ef ES EasyCom SJEasyCom gw 10 58 EasyCom Zugangsebene lt Instandhalter gt Datei Bearbeiten Ansicht Extras Hilfe A Ole Je ie el aa LG D 1x lt COM2 gt HI Anzeige Schreiber Parametrierung der Kommunikation Tabelle Chart Drucken Druck mbar Temperatur C Zeit Einstellungen gt 10 57 25 230 SC hen d 10 57 25 450 08 1308 13 10 57 25 670 10 57 25 890 Stop em me 10 57 26 330 20 13 08 10 57 26 550 Druckeinheit mbar z 10 57 26 770 10 57 26 990 Zeitbasis keine H 10 57 27 210 Con E z 10 57 27 430 10 57 27 650 bernahmeintervall ms jo 10 57 27 870 10 57 28 090 Start Sigs 10 57 28 530 10 57 28 750 Monitor ausgeschaltet Speichen Drucken L schen Abbildung 4 13 Benutzeroberfl che des Messprogramms EasyCom w hrend einer Messung 1 mbar 1 hPa 4 2 2 Versuchsplanung und Durchf hrung Die Str mungszust nde in der Spiralstrahlm hle w hrend eines Mahlprozesses resultieren aus dem Zusammenspiel von geometrischen sowie operativen Parametern Zu den geometrischen Parametern z hlen Durchmesser von Mahlkammer Tauchrohr und D sen sowie H he der Mahlkammer und D senanzahl Die operativen oder Betriebsparameter wie z B Mahl und Injektordruck Mahlspalt sowie zugef hrte Pulverm
36. bei dem kritischen Druckverh ltnis erreicht Erst hier str mt das Gas mit Schallgeschwindigkeit Im weiteren Kurvenverlauf zeigt sich dass trotz weiterer Drucksenkung der Gasmassenstrom im Treibstrahl konstant maximal bleibt und damit unabh ngig vom Druck in der Mahlkammer ist Der Strahl str mt Uberkritisch aus der D se aus und platzt hinter der D senm ndung weit auf vgl Abbildung 2 12 4 2 4 3 2 Kompressible Bernoulli Gleichung Die einfache Bernoulli Gleichung 2 4 gilt f r die Beschreibung von Druck und Geschwindigkeitsverh ltnissen inkompressibler Str mungen F r die Berechnung der in der Spiralstrahlm hle vorherrschenden Geschwindigkeiten ist es jedoch notwendig Dichte nderungen des Fluids zu ber cksichtigen Dazu werden zwei energetische Zust nde Indices 1 und 2 eines idealen Gases in einer Str mung betrachtet f r die nach der Energiegleichung der folgende Zusammenhang gilt 1 Vi K D vz K P2 2 Kk 1p 2 Kk 1p 2 15 V1 2 Geschwindigkeit m s K Isentropenkoeffizient P1 2 Druck des Gases Pa P 2 Dichte des Gases kg m Theoretische Grundlagen 26 F r die auftretenden Geschwindigkeiten l sst sich mit Hilfe der Isentropengleichung 2 8 folgende Beziehung formulieren y2 y2 2K P _P2 _ 2K Pily P2 2 16 S K 1 D P2 K 19 D V1 2 Geschwindigkeit m s K Isentropenkoeffizient P1 2 Druck des Gases Pa P12 Dichte des Gases kg m Unter Ber cksichtigung der Definition
37. besser der spiraligen Str mung anpasst ist die Kopfspitze mit einem Radius von R 40 mm gebogen Es soll gezeigt werden welchen Einfluss derartige Ver nderungen auf den Gesamtdruck nehmen Dazu wird das jeweilige Pitot Rohr auf dem Radius 35 5 mm mit Distanzrohr in den Mahlkammerdeckel eingebaut Ausgehend von Vorversuchen und theoretischen berlegungen wird vermutet dass auf diesem Radius direkt vor einer D se an Position 4 der h chste Gesamtdruckwert auftritt Die Aufzeichnung des Gesamtdrucks erfolgt mittels Drucksensor D 10 siehe Kapitel 5 1 1 Ergebnisse und Diskussion 68 rowne Te fs Taste Tabelle 5 11 Mittelwerte und Streuung des Gesamtdrucks aufgenommen mit sechs verschiedenen Pitot Rohren auf dem Radius 35 5 mm Eintauchtiefe 6 mm Position 4 Anstr mwinkel 5 n 5 1000 900 T 800 Rohr Nr 1 e 700 7 E Rohr Nr 2 x 600 e S s00 e e Rohr Nr 3 ge g 400 m Rohr Nr 4 S 390 ARohr Nr 5 200 Rohr Nr 6 100 0 T T T T T T T 1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Kopflange d Abbildung 5 10 Mittelwerte des Gesamtdrucks in Abh ngigkeit von der Kopfl nge angegeben als Vielfaches des Innendurchmessers d gemessen auf dem Radius 35 5 mm jeweils bei optimaler Anstr mung Abbildung 5 10 stellt die Mittelwerte des Gesamtdrucks dar welche mit sechs verschiedenen Pitot Rohren aufgezeichnet werden Rohr Nr 1 erzielt die h chsten Druckwerte bei geringster Streuung Der Graphik ist wei
38. circumferential radii also increases linearly Hereby the determination of particle size distributions and analysis by the use of a RRBS Netz serves as a check for successful grinding processes Comparing as well location and dispersion parameters as medians of the ground material indicates that the higher the adjusted milling gas pressure is the finer and tighter distributed is the received comminution product In contrast to these static pressure measurements it is not possible to monitor total pressure profiles without difficulties Aligning the pitot tube directly into the gas solid stream causes fast blocking of the probe s tip with fine particles In spite of pulsating air blasts the pitot tube cannot be freed from this clogging Neither an increase of the milling gas pressure nor the purgation gas pulsing for shortened time intervals have cleaning effects on the probe The appearance of enormous pressure fluctuations and high flow instabilities do not enable reproducible measurements of the total pressure even over a short length of time nor of correct calculations of local velocities All in all the pitot tube represents an appropriate method of evaluating total pressure values without particle load The measured data render stream profiles for every plane of the jet mill each corresponding exactly to a spiral stream profile Literaturverzeichnis 127 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
39. den Ebenen 2 3 und 4 5 3 5 2 1 Str mungsverlauf in den Ebenen 2 3 und 4 oberhalb der Treibstrahlen In den Bereichen oberhalb der Treibstrahlen l sst sich die Str mung auf Grund ihres gleichartigen Verlaufs f r die Ebenen 2 bis 4 zusammenfassen Hier kann der Gesamtdruck auf Positionen bis zu Radien von 17 0 mm gemessen werden Auf Grund der Begrenzung durch das nahe Tauchrohr lassen sich nur Geschwindigkeiten bei Anstr mwinkeln des Pitot Rohres um 320 berechnen In den Str mungsprofilen der nachfolgenden drei Ebenen 2 3 und 4 oberhalb der Treibstrahlen vgl Abbildungen 5 19 bis 5 21 zeigen die Vektoren ab dem Radius 26 5 mm mit gro er Radialkomponente nach innen resultierend aus dem steileren Anstr mwinkel des Pitot Rohres Die Geschwindigkeit betr gt in diesem Bereich 50 bis 87 m s Eine genauere Betrachtung der Besonderheit der Str mungsverl ufe auf dem Radius r 26 5 mm folgt in Kapitel 5 3 5 5 In der Sichtzone treten in den betrachteten Ebenen 2 3 und 4 erh hte Geschwindigkeiten auf die von 107 bis 133 m s reichen Der Str mungsverlauf der Ebene 2 zeigt deutlich dass die Str mung auf dem peripheren Radius von 35 5 mm entlang des Umfangs der Mahlkammer verl uft Dabei werden Geschwindigkeiten bis zu 129 m s erreicht In der h hergelegenen Ebene 3 fallen die ermittelten Geschwindigkeiten auf diesem Radius bis auf 111 m s Bedingt durch die W lbung des Mahlkammerdeckels ist eine Me
40. f r die Beschleunigung der Teilchen und wird durch den aus der Druckluftleitung in die Mahlkammer austretenden Gasmassenstrom vorgegeben Daher ist eine n here Betrachtung dieser Ausstr mungsvorg nge f r die Treibstrahlen erforderlich F r die Ausstr mgeschwindigkeit gilt die Gleichung nach Saint Venant und Wanizel 6 kK p DI Ma el SS 14 JI 2 11 K 1 Po Po Vi Ausstr mgeschwindigkeit m s K Isentropenkoeffizient Po Druck des Gases in der Zuluftleitung Pa Di Druck des Gases in der Mahlkammer Pa Po Dichte des Gases in der Zuluftleitung kg m Entsprechend den Kontinuit tsbedingungen vgl Gleichung 2 10 ist der aus den Treibstrahld sen theoretisch austretende Massenstrom nicht nur von der Ausstr mgeschwindigkeit der Dichte des Mahlgases sowie der D senfl che abh ngig sondern wird entscheidend vom Druckverh ltnis in Zuluftleitung und Mahlkammer beeinflusst Unter Ber cksichtigung dieses Druckverh ltnisses p po kann f r den theoretischen Gasmassenstrom die folgende Gleichung 2 12 formuliert werden Theoretische Grundlagen 24 K 1 2 a K K K Mn A A 2 Po Po H H 2 12 K 1 po Po m theoretischer Gasmassenstrom kg s A D senquerschnittsfl che m Po Dichte des Gases in der Zuluftleitung kg m Po Druck des Gases in der Zuluftleitung Pa K Isentropenkoeffizient Di Druck des Gases in der Mahlkammer Pa Der zweite Wurzelausdruck l sst sich durch die Ausflussfunk
41. f r die Machzahl vgl Gleichung 2 9 kann f r die Druckverh ltnisse dann angegeben werden 2 K 1 Peo va 2 2 17 D 2 vi P1 2 Druck des Gases Pa K Isentropenkoeffizient Ma Machzahl V1 2 Geschwindigkeit m s Im Staupunkt wird die Str mung auf die Geschwindigkeit v2 0 abgebremst Der dort herrschende Druck p2 l sst sich durch den Gesamtdruck und p durch den statischen Druck ersetzen um die kompressible Bernoulli Gleichung aufzustellen 1 56 58 K Ze 14 Stat 2 18 P stat 2 Gesamtdruck Pa Pges Pstat Statischer Druck Pa Ma Machzahl K Isentropenkoeffizient In diese fur die vorliegende Arbeit relevante Gleichung 2 18 sind Messwerte fur Gesamt und statischen Druck einzusetzen um anschlie end mit Hilfe von Gleichung 2 9 die lokale Geschwindigkeit f r eine kompressible Str mung in der Strahlm hle zu berechnen Arbeitshypothese 27 3 Arbeitshypothese In der Spiralstrahlm hle Uberlagern sich w hrend des Mahlprozesses Zerkleinerungs und Sichtungsvorgange Daher besteht seit der Entwicklung der Spiralstrahlmuhlen gro es Interesse den Einfluss dieser berlagerung auf die vorherrschenden Str mungsverh ltnisse n her zu betrachten K rten und Rumpf 36 entwickelten in den 60er Jahren das Drei Ebenen Modell welches den Str mungsverlauf in verschiedenen Ebenen der M hle beschreibt Eine weitere Entwicklung in diese Richtung stellen die 2001 durchgef hrten Un
42. f r die mechanische Verfahrenstechnik Version 3 1 Benutzerhandbuch Freiberg 1998 Firma Isel Electronic Schrittmotore und Schrittmotorantriebe Systembeschreibung Elektronik Mechanik Galvanik Eiterfeld 1986 Firma Kobold Bedienungsanleitung Digital Manometer Typ MAN SF 26 Hofheim 1997 Firma Kulite Datenblatt Druckaufnehmer XT 190 M Hofheim 2005 Firma E Merkle GmbH Technisches Sicherheitsdatenblatt Criscarb V 130 Blaubeuren 2005 Firma WIKA Betriebsanleitung P 1X D 1X Klingenberg 2002 Firma WIKA Datenblatt PE 81 33 Elektronische Druckmesstechnik D 1X Klingenberg 2004 Folsom R G Review of the pitot tube Transactions of the American Society of Mechanical Engineers 78 1956 1447 1458 Literaturverzeichnis 128 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Gersten K Einf hrung in die Str mungsmechanik Shaker Verlag Aachen 2003 Giersiepen G Maschinen und Apparate f r die Feinstzerkleinerung Aufbereitungstechnik 1973 277 284 Gommeren H J C et al Dynamic modelling of a closed loop jet mill plant Int J Miner Process 44 45 1996 497 506 Gommeren H J C et al Modelling and control of a jet mill plant Powder Technology 108 2000 147 154 Gracey W Wind tunnel investigation of a number of total pressure tubes at high angles of attack subsonic tr
43. ii 1 length dateiname 3 dateiname_aus ii dateiname ii end dateiname_aus dateiname_aus emf print dateiname_aus dmeta Anhang 144 9 8 Rohdaten der Messungen des Gesamtdrucks 9 8 1 Radius 0 0 mm Eintauchtiefe 4 mm Temperatur C 23 relative Feuchte 38 u erer Luftdruck hPa 1022 Position Winkel Die aufgelisteten Gesamtdruckwerte sind in hPa angegeben Anhang 145 9 8 2 Radius 4 0 mm Eintauchtiefe 4mm Temperatur C 22 relative Feuchte 30 u erer Luftdruck hPa 1021 Position Winkel 146 Anhang 24 40 1030 Temperatur C Eintauchtiefe 5 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position OLD TI ON OR Oo NEN OO OOOO OLN N Da na a yor por yor yor poe yor 147 Anhang 24 41 1033 Temperatur C Eintauchtiefe 6 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position olgil o
44. in die Mahlkammer weit aufplatzt und seine urspr ngliche Geschwindigkeit verliert Aus diesem Grund kann auf dem Radius r 26 5 mm nur noch die Geschwindigkeit der zirkulierenden Grundstr mung gemessen werden Dies ist in guter bereinstimmung mit dem Verlauf des Treibstrahls nach Abramowitsch 1 anzusehen siehe auch Kapitel 2 3 1 Auf Grund ihrer gleichartigen Str mungseigenschaften ist es sinnvoll die weiteren Ebenen ober bzw unterhalb der Treibstrahlebenen zusammenzufassen und vergleichend zu betrachten In der Mahlkammerperipherie der Ebenen 2 bis 4 oberhalb der Symmetrieachse als auch in den Ebenen 2 bis 4 unterhalb dieser k nnen Geschwindigkeitswerte von 90 bis 100 m s berechnet werden was auf ein weites Aufplatzen des eintretenden Strahls ber mehrere Ebenen hindeutet Die Geschwindigkeit der zirkulierenden Str mung betr gt wie in den Ebenen 1 und 1 ungef hr 70 bis 90 m s Die weitere Betrachtung des Stromungsverlaufs ber der Mahlkammerh he zeigt dass die Anordnung des Tauchrohres in der Mahlkammer ein weiteres symmetrisches Verhalten nicht erlaubt In den Ebenen 2 bis 4 oberhalb der Treibstrahlebenen zeigen die Vektoren auf dem u eren Rand des Tauchrohres r 13 0 mm erh hte Werte von bis zu 120 m s an was den notwendigen Abscheidungssog andeutet Dieser Effekt kann in den Ebenen 2 bis 4 jedoch nicht beobachtet werden Die Geschwindigkeiten in der Sichtzone nehmen hier auf ungefahr 90 m
45. ist zu erwarten dass die aufgezeichnete Gesamtdruckkurve analog zu den statischen Druckkurven verl uft Durch die nach 30 Sekunden einsetzende Feststoffzufuhr sinkt der Druck bis auf einen konstanten Wert ab Um ein Verstopfen des Pitot Rohres zu verhindern wird zwischen Druckaufnehmer D 10 und Messrohr eine Freiblasvorrichtung siehe Abbildung 4 6 eingebaut Durch einen Luftsto von 1 75 10 Pa Intervall 20 s soll das Rohr von feinen Partikeln freigehalten werden Abbildung 5 38 gibt den Verlauf einer beispielhaft ausgew hlten Gesamtdruckkurve wieder die ber eine Messdauer von 15 Minuten aufgenommen wird Ergebnisse und Diskussion 116 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 T T T T T T T T T T T T T T 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Zeit min Gesamtdruck hPa Abbildung 5 38 zeitlicher Verlauf des Gesamtdrucks bei einer F rderrate von 3 49 g min der Modellsubstanz Criscarb Mahldruck 4 0 10 Pa Injektordruck 4 5 10 Pa Mahlspalt 5 mm Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm Anstr mwinkel 5 Ebene 1 Sp lgasdruck 1 75 10 Pa 15 min Durch die Mahlgutzufuhr wird die Geschwindigkeit der Str mung vermindert mit der Folge dass der gemessene Gesamtdruck von ungef hr 900 hPa auf ca 150 hPa absinkt Besonders auff llig sind jedoch die auftretenden Str mungsinstabilit ten Immer wieder verstopft das Pitot Rohr so dass keine gleichm
46. nach fioo x Messwerten Schnittstelle com iz Intervall o z x Sekunden O Schreiber ein Abbruch der Messung mit beliebiger Taste 250 0 Gr enachse Y 200 0 150 0 Druck bar 100 0 0 000 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 Hr E i Summe 214499 812 INF ISCRL A Start Fa Microsoft Excel p21 I 08 42 Abbildung 4 7 Bedienoberfl che des Programms zur Messung des statischen Drucks 1 mbar 1 hPa 34 Auf der linken Seite kann die Erfassung der Druckwerte pro Zeiteinheit w hrend der Messung verfolgt werden Im oberen Bereich des Bedienpanels lassen sich Parameter wie Messdauer oder Intervallaufzeichnung pro Sekunde variieren Bei Beendigung der Messung erfolgen eine Auflistung der Messdaten sowie zus tzliche graphische Darstellungen 4 2 1 5 Zus tzliche Ausstattung der Spiralstrahlm hle Der dieser Arbeit zugrunde liegende Gedanke das Str mungsverhalten in der Spiralstrahlm hle weiter zu untersuchen f hrt zu einer intensiven Recherche nach einer geeigneten Messmethode Aufgrund des geringen Durchmessers der Mahlkammer von nur 80 mm scheiden jedoch eine Vielzahl an g ngigen Geschwindigkeitsmesstechniken aus F r die Hitzdrahtanemometrie ein thermoelektrisches Verfahren sind Sonden im gr eren Millimeter Bereich erforderlich 56 Ferner wird durch den Einbau dieser Dr hte in die Mahlkammer die rotierende Str mung gest rt Optische
47. nach 30 Sekunden Durch hohe Reibungseffekte und Zerkleinerung der Partikel wird die Spiralstr mung abgebremst mit der Folge dass der Druck in der Mahlkammer sinkt Der periodische Verlauf der roten Druckkurve deutet auf instabile Mahlbedingungen hin die sich auf eine unzureichende Feststoffmenge bei gleichzeitig hohem Energieeintrag zur ckf hren lassen Eine F rderrate von 1 78 g min reicht bei dem gew hlten Mahldruck nicht aus um stabile Str mungszust nde zu gew hrleisten Die starken Druckschwankungen lassen vermuten dass das Pulver nicht gleichm ig von der Ergebnisse und Diskussion 61 Str mung erfasst und effektiv zerkleinert wird 4 49 Um bei gegebenem Mahldruck und spalt stabile Str mungsbedingungen zu erzielen muss die F rderrate erh ht werden wie die folgenden Kurven veranschaulichen Erfolgt ein ausreichender Feststoffdurchsatz in diesem Fall von 3 49 g min stellt sich nach einer Messdauer von ca 3 5 Minuten 23 73 ein station rer Zustand ein wie in der blauen Kurve erkennbar ist Der statische Druck pendelt sich auf einen konstanten Wert ein Entsprechend den Untersuchungen von Marquardt 43 M ller 49 Muschelknautz 52 und Rief 66 resultieren aus einem erh hten Feststoffdurchsatz niedrigere statische Druckwerte Zu hohe Pulverkonzentrationen f hren jedoch zu _ instabilen Str mungszust nden wie die untere Druckkurve veranschaulicht Bei einer F rderrate von 6 65 g min treten kurzzeitige D
48. oO 2 0 d S 0 0 O ale 1 oa H Kei 1 N O 1 gt N a wo wo N Ka a a gt E E D a a N W A fer E N a GA a CO CO gt N bei CH CO CH N N O N CO CO CH CO CO N eg GA N N N N ow wo S CO N wo O a 3 a w N w N N a N OH gt gt w CO gt R oa o O E gt a fey N N N N CO Wi N O 157 Anhang Eintauchtiefe 4 mm Temperatur C 20 relative Feuchte 20 u erer Luftdruck hPa 1023 Position 158 Anhang 23 19 1023 Temperatur C Eintauchtiefe 5 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position o O N y o NYO OO N Njej rye yor torpor 159 Anhang 21 Temperatur C Eintauchtiefe 6 mm 21 1016 relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position OoOo ojt o CEFE OE ep EA
49. zu entnehmen Die Berechnung der Str mungsgeschwindigkeit erfolgt mit Hilfe der Gleichungen 2 9 und 2 18 Bei Kenntnis der Temperatur und des statischen Druckwertes l sst sich auf diese Weise die lokale Geschwindigkeit ermitteln Eine Beispielrechnung ist in Kapitel 5 3 4 aufgef hrt Die erhaltenen Werte werden dann graphisch mit Hilfe des Visualisierungsprogramms MATLAB 45 dargestellt um deutlich Richtung und Geschwindigkeit der Str mung in verschiedenen Bereichen unter besonderer Ber cksichtigung der Geometrie der M hle aufzuzeigen Bei den Untersuchungen mit Gutzufuhr werden die Druckwerte zwischen 3 5 und 10 Minuten gemittelt um sicherzustellen dass der station re Betriebszustand der Strahlm hle erreicht ist 23 73 Material und Methode 50 4 2 4 Fehlerbetrachtung W hrend der zahlreichen Versuchsreihen zur Druckerfassung sind konstante u ere Bedingungen ber einen langen Zeitraum nicht gegeben Daher ist von Schwankungen der Raumtemperatur relativer Feuchte sowie des Luftdrucks auszugehen Um starke Abweichungen in den aufgezeichneten Druckwerten zu vermeiden wird vor Beginn einer Messung ein Nullabgleich des jeweiligen Druckaufnehmers durchgef hrt um jeweils nur den berdruck zum Atmosph renluftdruck aufzuzeichnen Mit einem Labor Hygrometer werden Raumtemperatur und relative Feuchte bestimmt Der aktuelle u ere Luftdruck wird t glich von der Wetterstation W rzburg abgerufen und ist den Rohdaten in Anha
50. 00 0 275 0 250 0 Statischer Druck hPa 225 0 200 0 T T T T T T T T T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Position 1 12 13 Abbildung 5 2 Verlauf des statischen Drucks ohne Feststoffbeladung in Abh ngigkeit von der Position des Druckaufnehmers auf dem Radius 35 5 mm Abbildung 5 2 zeigt dass die statischen Druckwerte unabh ngig von der Position ber der Wandschicht praktisch konstant sind und nur um 8 hPa um den mittleren Wert schwanken Ein Einfluss der D sen auf die statischen Druckwerte ist nicht erkennbar Position 8 befindet sich direkt Uber einer Treibstrahld se ein erh hter Messwert kann jedoch nicht aufgenommen werden F r das weitere Vorgehen werden die folgenden statischen Messungen immer an der Position 4 durchgef hrt da hier der h chste statische Druckwert auftritt Damit wird garantiert dass der Fehler bei der nachfolgenden Geschwindigkeitsberechnung m glichst gering ist 5 1 3 Statischer Druck in Abh ngigkeit vom Radius F r weitere Versuche im Leerbetrieb der M hle ist die Aufnahme von statischen radialen Druckverh ltnissen notwendig Die folgende Tabelle 5 3 listet die Mittelwerte der Messwerte auf aaiue mmi 358 285 170 1130 oro 80 40 0 Fw Pay bessa 1049 edu safro Tabelle 5 3 Mittelwerte und Streuung des statischen Drucks in Abhangigkeit vom Radius der Mahlkammer n 5 Ergebnisse und Diskussion 57 Die Lage der einzelnen Bohrungen auf den Radien wurde bereits in Ta
51. 28 8 6 65 0 33 3 Anhang 137 9 5 Konstruktionszeichnungen des Pitot Rohres Distanzrohres und Mahlkammerdeckels 9 5 1 Pitot Rohr Ansicht I und Il Verwendungsbereich Zul Abw Oberil Ma stab 10 1 Technologie DIN ISO Rz 3 5 wee stop Halbzeug Rohteil N Luftstrahlm hle 2768 f Roh a ND BEER Datum Name Bearb 06 02 06 G Walter geet Gepr 08 02 06 G Walter Me Pitot Rohr 1 Norm DIN ISO ka Annika 2006H001Zi Hagendorf Ursprung Anhang 138 0 8x0 15 100 S Ver endungsber ich Zul Abw Oberit Ma stab 1 1 10 1 Gewicht Technologie DIN ISO Rz 3 5 wer stoff Halbzeug Rohteil Ni Luftstrahlm hle 2768 f Roh ee valle EH 1 4305 Datum Name Bearb 06 02 06 G Walter Gep 08 02 06 G Walter Nori DIN ISO R Blatt Annika 2006H001Zi Hagendorf Bl tter Zust Anderung Datum Name Ursprung Ersatz f r Ersatz durch Anhang 139 9 5 2 Distanzrohr DIN 509 E1x0 2 Ver endungsbercich Technologie Luftstrahlmiihle Zul Abw DIN ISO 2768 f Oberil 1 1 Gewicht Rz 3 5 Roh Modell oder Gese
52. 3 Konstruktion eines geeigneten Pitot Rohres He gt 67 Messungen des Gesamtdrucks und resultierende sir mungsgeschwindigkeiten ui seele 69 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit in Abh ngigkeit vom Anstr mwinkel des Pitot RONres nn nennen nennen 69 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit in Abh ngigkeit von der Eintauchtiefe des Pitot Rohres nennen 70 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit in Abh ngigkeit von der Position des Pitot Rohres AA 71 Auswertung der gemessenen Druck und Temperaturwerte 000 73 elle Dette UE 78 Str mungsverlauf in den Treibstrahlebenen 1 und 1 79 Str mungsverlauf in den Ebenen 2 3 und A 82 Str mungsverlauf in den Ebenen 2 3 und 4 oberhalb der Treibstranlen a RE 82 Str mungsverlauf in den Ebenen 2 3 und 4 unterhalb der Treibstranlen vater 86 Str mungsverlauf in den Ebenen 5 6 7 und 8 90 Str mungsverlauf in den oberen Ebenen 5 und 6 der Mahlkammer 90 Inhaltsverzeichnis V 5 3 5 3 2 5 3 5 4 5 3 5 5 5 3 5 6 5 3 5 7 5 3 6 5 3 7 5 3 8 6 7 8 9 9 1 9 1 1 9 1 2 9 2 9 3 9 4 9 5 9 5 1 9 5 2 9 5 3 9 6 9 7 9 8 9 8 1 9 8 2 9 8 3 Str mungsverlauf in den Ebenen 5 6 7 und 8 ber der Bodenflache der Mablkammmer 93 Str mungsverlauf unterhalb des Mahlkammerdeckels 98 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit auf dem Radius 26 5 mm 100
53. 51 Probe Fourier Linsen Abbildung 4 16 Schematische Darstellung der Messanordnung des Coulter Counters 11 Ein Laserstrahl mit einer Wellenl nge von 750 nm wird durch optische Linsen aufgeweitet und trifft auf die partikelbeladene Probe In Abh ngigkeit von verschiedenen Partikelgr en wird nun das Laserlicht gebeugt und durch Fourier Linsen auf zahlreichen Fotodetektoren abgebildet Es entstehen Beugungsmuster mit unterschiedlicher Intensit t resultierend aus den verschiedenen Ablenkwinkeln Unabh ngig von Position und Geschwindigkeit des Teilchens in der Probe sondern nur bezogen auf die Partikelgr e kann jeweils f r gro e g mittlere m und kleine k Winkel ein Beugungsbild erfasst werden F r den Teilchengr enbereich von 0 04 um bis 0 4 um ist durch Ber cksichtigung der PIDS Anordnung Polarisation Intensity Differential Scattering eine exaktere Bestimmung des Feinanteils m glich Die graphische sowie rechnerische Auswertung erfolgt mittels zugeh riger Software Version 2 11 03 1997 Das in der Spiralstrahlm hle zerkleinerte Pulver wird in Isopropanol dispergiert und 10 Minuten im Ultraschallbad entgast So wird eine Verf lschung der Messung durch Luftblasen vermieden da diese irrt mlich als Teilchen miterfasst werden k nnten Zu Beginn einer Messung ist daher automatisch das Entfernen von st renden Luftblasen vorgesehen bevor ein Nullabgleich durchgef hrt wird 11 Erst dann ist die suspendierte
54. 68 ist allein die Beanspruchungsart II fur die Zerkleinerung in der Spiralstrahlm hle von gro er Bedeutung die durch Prall der Partikel gegen eine Fl che erfolgt Entsprechend den Abbildungen 2 3 und 2 4 kann dies durch Prall gegen die Wand oder durch gegenseitigen Prall stattfinden Abbildung 2 3 links Beanspruchung durch Prall gegen die Wand 68 Abbildung 2 4 rechts Beanspruchung durch gegenseitigen Prall von zwei Partikeln In Prallm hlen werden die Partikel durch Impulsaustausch mit den Treibstrahlen auf Geschwindigkeiten von 50 bis zu mehreren 100 m s beschleunigt Die gegenseitige Beanspruchung erfolgt dabei nicht nur zwischen im Treibstrahl beschleunigten Teilchen unterschiedlicher Geschwindigkeit sondern auch mit radial in die Str mung eindringenden Partikeln 52 Aufgrund der berwiegend hohen Prallgeschwindigkeiten gen gen schon kurze Sto zeiten f r eine effektive Zerkleinerung 40 Die H ufigkeit des Pralls wird dabei durch eine ausreichende Beladung der M hle mit Feststoff sichergestellt Die Prallbeanspruchung erfolgt gem den mechanischen Sto gesetzen Entsprechend der Theorie der Prallzerkleinerung 70 kann die Wahrscheinlichkeit f r den gegenseitigen Sto kugelf rmiger Partikel mit gleicher Korngr e angegeben werden Bei einer im Mittel gleichm ig r umlichen Verteilung ist dabei eine Boltzmann Maxwell sche Geschwindigkeitsverteilung anzunehmen sofern die Bewegungen der Teilchen keine Vorzugsri
55. Diskussion 67 5 2 Konstruktion eines geeigneten Pitot Rohres Das Pitot Rohr stellt eine einfache Methode zur Erfassung des Gesamtdrucks in der Spiralstrahlm hle dar F r diese Druckmessungen muss zun chst ein geeignetes Pitot Rohr angefertigt werden um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten Erste Rohre werden nach groben Richtwerten und Konstruktionshinweisen in der Literatur 46 56 81 gefertigt und liefern zun chst keine sinnvollen Messergebnisse Probleme treten zudem bei der Anfertigung besonders bei der Biegung des Rohres um 90 zur L Form auf Knickstellen und Besch digungen sind zu vermeiden Durch weitere Anpassungen an das in der Literatur 20 57 vorgegebene d D Verh ltnis von ungef hr 0 7 und kleine Ver nderungen der Kopfl nge steht eine Auswahl an Pitot Rohren zu Vergleichsmessungen zur Verf gung Tabelle 5 10 gibt eine bersicht ber die angefertigten Pitot Rohre die bei optimaler Anstr mung die besten Ergebnisse liefern onr nr aim wanderte oni emi aE Kate lm am Lu om l omea Fre oe a or emmena e Ae Lu or ormsa a fo 02 a om ormmrora e os os i or semma e e o e fom someone _ Tabelle 5 10 bersicht ber die angefertigten Pitot Rohre d Innendurchmesser D Au endurchmesser d D Innendurchmesser zu Au endurchmesserverh ltnis Die sechs Rohre variieren in ihren Verh ltnissen von Innendurchmesser zu Au endurchmesser sowie der Kopfl nge Damit sich das Rohr
56. Eiterfeld dessen Umdrehungs geschwindigkeit sich durch Ver nderung des Schrittmodus Halb oder Ganzschritt betrieb sowie von Kondensator und Potentiometerwiderst nden einstellen l sst 14 Material und Methode 33 Auf diese Weise kann die pro Zeiteinheit in den Injektor eingebrachte Feststoffmenge variiert werden Diese ausflie ende Pulvermasse wird mit einer Waage Mettler ME 33783 Mettler Toledo GmbH Gie en bestimmt Der Gutaufgabeinjektor gliedert sich vgl Abbildung 4 4 in die Bereiche Injektord se 1 Fangd se 2 Mischstrecke 3 und Diffusor 4 74 Aus der Injektord se str mt das Mahlgas in die Fangd se ein Dadurch wird Pulver aus dem Trichter angesaugt und beschleunigt Aufgrund des hier vorherrschenden Unterdrucks muss zus tzlich Luft aus der Umgebung angesaugt werden was durch die seitlichen Luftschlitze im Trichter erm glicht wird Im Mischrohr mindert die Partikelbeladung die Geschwindigkeit des Luftstromes Im nachfolgenden Bereich dem Diffusor erweitert sich der Querschnitt auf 8 mm was ein weiteres Absinken der Str mungsgeschwindigkeit nach sich zieht Eine gewisse Geschwindigkeit der Injektorstr mung muss erreicht werden um berhaupt Pulver in die Mahlkammer einzubringen 82 Daher sollte w hrend des Mahlbetriebs der Druck des Injektorgases immer oberhalb des Mahlgasdrucks liegen um ein Zur ckschlagen in den Injektor zu vermeiden Auf diese Weise l sst sich sicherstellen dass das Gut vol
57. Gutbeladung der Strahlm hle findet Zerkleinerung nicht nur an der Peripherie sondern in der gesamten Zerkleinerungszone statt Besonders hervorzuheben ist der Eintritt der Treibstrahlen in die rotierende Grundstr mung Die Zunahme der Leuchtintensit t l sst vermuten dass die Partikel auch auf der Treibstrahlvorderseite gegeneinander sto en Theoretische Grundlagen 14 Weitere Aufnahmen von tribolumineszierenden Substanzen zeigen den Einfluss des D senanstellwinkels auf die Str mungsvorg nge 49 53 Bei kleinem Anstellwinkel erfolgt deutliche Zerkleinerung fast nur an peripheren Radien und die Wahrscheinlichkeit f r einen Aufprall der Partikel gegen die Mahlkammerwand steigt Je gr er der Anstellwinkel gew hlt wird desto mehr verlagert sich die Zerkleinerung in Richtung der inneren Sichtzone Wird der Anstellwinkel f r die Strahlm hle jedoch zu gro gew hlt gelangen zahlreiche unzerkleinerte Teilchen mit der abflie enden Str mung in das Tauchrohr vgl Kapitel 2 2 3 Die Aufnahme von weiteren Tribolumineszenzph nomenen gelingt bei der Vergr erung des D sendurchmessers von 1 mm auf A mm wie Abbildung 2 11 bei geringer Gutbeladung zeigt Abbildung 2 11 Aufnahme mit tribolumineszierenden Substanzen Spiralstrahlm hle mit 4 mm D sendurchmesser geringe Gutbeladung 36 Die Treibstrahlen lassen sich demnach eindeutig in Vorder und R ckseite einteilen siehe auch Abbildung 2 7 Vermehrte Zerkleinerung erfolgt unt
58. Pos 2 200 4 amp Pos 3 9 Pos 4 5 Pos 5 K e Pos 6 3 euere EE Pos 7 5 150 4 E E See Pos 8 Di Pos 9 a P Pos 10 4 Pos 11 100 Pos 12 50 T T T T T 1 3 5 4 4 5 5 5 5 6 6 5 Mahldruck 10 Pa Abbildung 5 37 Str mungsgeschwindigkeiten in Abh ngigkeit vom Mahldruck Ebene 1 gemessen auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 7 mm Eine weitere Erh hung des Mahldrucks auf 6 0 10 Pa f hrt zu keiner weiteren Steigerung der Str mungsgeschwindigkeiten Es werden jedoch h here Endgeschwindigkeiten als in der h her gelegenen Ebene 1 erreicht Dies l sst den Schluss zu dass das Pitot Rohr hier maximal belastet wird W hrend der Messungen f llt zudem auf dass das Rohr bei steigendem Druck nicht mehr stabil fixiert ist und leichte Vibrationen auftreten Es zeigt sich also in den Treibstrahlbereichen der Ebenen 1 und 1 auf dem Radius 35 5 mm ein analoges Verhalten der gemessenen Geschwindigkeiten Best tigt wird noch einmal dass die Entfernung des Pitot Rohres von einer Treibstrahld se einen wesentlichen Einfluss auf die Gesamtdruckwerte nimmt wie bereits in Kapitel 5 3 3 beschrieben Ergebnisse und Diskussion 112 5 3 7 Fehlerbetrachtung Zur Berechnung der Str mungsgeschwindigkeit nach der kompressiblen Bernoulli Gleichung m ssen Gesamtdruck statischer Druck sowie Temperatur empirisch ermittelt werden Jeder dieser Messwerte ist dabei mit Fehle
59. Probe mit Hilfe einer Pipette als d nner Fl ssigkeitsfilm der Messzelle zuzufuhren Zur berpr fung eines erfolgreichen Zerkleinerungsvorgangs erfolgt eine f nffache Analyse der Partikelgr en Der Mittelwert des Medians wird zur weiteren Auswertung herangezogen Material und Methode 52 4 2 6 RRSB Verteilung Zur genauen Beschreibung der Korngr enverteilung von Zerkleinerungsprodukten findet h ufig die RRSB Verteilung Anwendung 43 86 Die bei der Partikelgr enanalyse aufgezeichnete Summenverteilung l sst sich n herungsweise nach Rosin Rammler Sperling und Benett durch folgende Funktionsgleichung angeben D d 1 e R 4 1 Durchgangssumme Partikeldurchmesser m charakteristische Korngr e m Gleichm igkeitskoeffizient Saag An Hand der beiden charakteristischen Parameter d und n kann die erhaltene Partikelgr enverteilung approximiert werden Durch doppeltes Logarithmieren wird die Funktion 4 1 in eine Gerade umgeformt Unter Verwendung eines RRSB Netzes 8 lasst sich dann der Gleichm igkeitskoeffizient n der Steigung der Geraden entnehmen Daher wird die Gleichm igkeitszahl auch als Streuungsparameter bezeichnet da sie die Breite einer Verteilung angibt Je gr er dieser Parameter desto enger verteilt ist das untersuchte Zerkleinerungsprodukt Mit Hilfe des RRSB K rnungsnetzes wird weiterhin die charakteristische Korngr e d direkt bei einem Durchgang von 63 20 bestimmt Die
60. R C The Measurement of Air Flow 5th Edition Pergamon Press Oxford 1977 Pahl M Zerkleinerungstechnik T V Rheinland Fachbuchverlag Leipzig 2 Auflage 1993 Papula L Mathematik f r Ingenieure Vieweg Verlag Wiesbaden 6 Auflage 1991 Literaturverzeichnis 130 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 Prandtl L Oswatitsch K Wieghardt K F hrer durch die Str mungslehre 9 Auflage Vieweg Verlag Braunschweig 1990 Priemer J Untersuchungen zur Prallzerkleinerung von Einzelteilchen Dissertation TH Karlsruhe 1964 Rajendran Nair P B Ramanujam M Fluid energy grinding Advanced Powder Technology Vol 3 Nr 4 1992 273 284 Ramanujam M Venkateswarlu D Studies in fluid energy grinding Powder Technology 3 1969 70 92 101 Richard H A Bruchvorhersagen bei berlagerter Normal und Schubbeanspruchung von Rissen VDI Forschungsheft Nr 631 1985 1 60 Rief F Untersuchungen zum Betriebszustand einer Spiralstrahlm hle Dissertation Universit t W rzburg 2001 Rink N Giersiepen G Feinzerkleinern in der chemischen Industrie Aufbereitungstechnik Nr 9 1971 562 572 Rumpf H Beanspruchungstheorie der Prallzerkleinerung Chem Ing Technik 31 Nr 5 1959 323 337 Rumpf H Physikalische Aspekte des Zerkleinerns hnlichkeitsgesetz der Bruchmechanik und die
61. Radius Auswertungsebene 26 5 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C ETT tats Radius mm 13 abs ETT mm Radius Auswertungsebene 17 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C 9 9 8 Ebene 6 ETT tats Radius mm 13 abs ETT mm Radius Auswertungsebene 26 5 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C Anhang 212 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C 9 9 9 Ebene 7 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung st
62. S IT od D TD JT 0 TST JOIN TO S IT d S D JT JOIN D IT S S 0 JOIN D S IT T T T IT 1S JT O T mn 0 ST JO TO S IT od D IT JT V wo ox oa N GA N ol N op O O CO Om SQ oO ei gt R Ra N O CO CH N SI bei Wi CA CO wo wo wo co co CO CA a CO w a Bd a gt gt wo wo wo co oO oo N CO wo Eat N Eat a a wo N a wo CO N O N CO CO CH wo a N CO N wo N CH wo wo CO gt oO CA O wo oa wo wo gt Ku o oa Ru a a a a E a E xi CH S CO D a bet O D a O Ke CO CH CO wo CO O CO CA CO Ka CO Ke 151 Anhang Eintauchtiefe 4mm Temperatur C 21 relative Feuchte 28 u erer Luftdruck hPa 1023 Position 152 Anhang 22 Temperatur C Eintauchtiefe 5 mm 19 1024 relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position x x nlolojlo x ee NYO COOLANT AN plore yor por yor WON
63. Untersuchungen zum Stromungsverhalten in einer Spiralstrahlm hle mittels Druckmessungen Dissertation zur Erlangung des naturwissenschaftlichen Doktorgrades der Bayerischen Julius Maximilians Universitat Wurzburg vorgelegt von Annika Hagendorf aus Moers Wurzburg 2006 Eingereicht EE bei der Fakultat fur Chemie und Pharmazie 1 GUt achler 2 serie ner a noe eo ae ped rae Soe aes ee NA De URACIL EEN der Dissertation E GE 2 Prutem are ee Ee Deele KEE EE des Offentlichen Promotionskolloquiums Tag des ffentlichen Promotionskolloquiums cccccccessessesceesteseesseseceecseescenseseeeneaeeees Doktorurkunde ausgeh ndigt am 2 222 2 ececeeeeeeteeeeeceseeceeedeeeseneseneceneceeeceeseeseeeeeeeeese Meinen Eltern und meiner Gro mutter Ich Uberlegte mir vielerlei Endlich beschloss ich die Sache durch Experimente aufzukl ren Johann Jakob Wepfer 1620 1695 Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand auf Anregung von Herrn Prof Dr Ingfried Zimmermann am Lehrstuhl fur Pharmazeutische Technologie des Instituts fur Pharmazie und Lebensmittelchemie der Bayerischen Julius Maximilians Universitat Wurzburg Ich danke allen die mich wahrend meiner Promotionszeit durch ihre tatkraftige Hilfe und wertvollen Ratschlage unterstutzt haben Besonderer Dank gilt vor allem Professor Ingfried Zimmermann meinem Doktorvater fur die Auswahl des Themas sowie hilfreiche Gesprache mit viel
64. Verfahren zur Str mungsanalyse setzen eine lichtdurchl ssige Mahlkammer z B aus Plexiglas voraus um Bilder aufnehmen zu k nnen 4 32 38 Jedoch ist die Gefahr einer elektrostatischen Aufladung der Oberfl che durch Pulver gegeben so dass der Material und Methode 37 beobachtete Verlauf verf lscht wird Daher arbeiten die heutzutage blicherweise eingesetzten und sehr kostspieligen Verfahren mit Hilfe von Lasern wie z B LDA Laser Doppler Anemometry und PIV Particle Image Velocimetry oder in Kombination mit einer Videokamera bei der HSSV High Shutter Speed Video 24 44 56 71 Diese Methoden sind jedoch nicht f r den Mikroma stab geeignet und erfordern ebenfalls laserdurchl ssiges Material Als weitere M glichkeit der Geschwindigkeitsbestimmung ergibt sich die Anwendung von Staurohren 7 42 die in den folgenden Abschnitten genauer beschrieben wird Zur Geschwindigkeitsberechnung ist neben der Gesamtdruckaufnahme mittels Pitot Rohr die Kenntnis des statischen Drucks essentielle Voraussetzung Es bietet sich daher an diese bereits f r die Spiralstrahlm hle etablierte Messmethodik aufzugreifen Um das Pitot Rohr und den erforderlichen Druckaufnehmer zweckentsprechend in die Spiralstrahlm hle zu integrieren sind nur wenige apparative Ver nderungen notwendig 4 2 1 5 1 Mahlkammerdeckel Eine weitere Bohrung bzw Halterung f r das Pitot Rohr sowie Druckaufnehmer in den bereits vorhandenen Mahlkammerdeckel mit inte
65. a P40 oale 426 417 lor 243 610 1201207 aor P45 493 586 514 014 472 260 577 403 ers 500 477 540 a sss 651 574 1060 533 519 645 554 760 573 540 602 aa 200 707 e20 1200 ses sr2 712 6081831020 508 659 so Jess 767 687 1915 637 23 776 664 200 686 647 714 Tabelle 5 18 Mittelwerte des Gesamtdrucks in hPa in Abhangigkeit vom Mahldruck Ebene 1 gemessen auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 7 mm n 5 Der Gesamtdruck nimmt mit steigendem Mahldruck proportional zu wie auch schon die Messergebnisse in Ebene 1 zeigten Betrachtet man nun die in der nachfolgenden Tabelle 5 19 dargestellten Str mungsgeschwindigkeiten und deren graphische Darstellung siehe Abbildung 5 37 dann nimmt die Str mungsgeschwindigkeit an allen Positionen bei Einstellung des Mahldrucks von 4 0 bis 5 5 10 Pa wiederum zu en Manidruck ro Pal 2 3 4 s 6 7 o w ula 05 52 8215410 musr ar as 195 150 196 245 127 96 161 127 186 196 106 147 so 18161 199 259191 100 165 120 104 99174 150 ss 125 66 144 274 197 107 173 196 200 144 147 155 eo 25166 146 200 98 105 175 38 202 46 117 156 Tabelle 5 19 Str mungsgeschwindigkeiten in m s in Abh ngigkeit vom Mahldruck Ebene 1 gemessen auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 7 mm Ergebnisse und Diskussion 111 300 250 Pos 1 e
66. a wo wo CO 190 Anhang Radius 35 5 mm 9 8 8 18 61 1016 Temperatur C Eintauchtiefe 3 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position Nj V E mn E E E E EJE 191 Anhang 19 54 1015 Temperatur C Eintauchtiefe 4 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position NIN aj al al al a Q al N O NIN klex olm E Im E E E ae EJE Anhang 192 Eintauchtiefe 5 mm Temperatur C 19 relative Feuchte 53 u erer Luftdruck hPa 1014 Position N O N CO 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 313 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 13 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 313 3 3 3 3 gt z gt 33 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 gt GA
67. adius der Spiralstrahlm hle klar erkennen Ohne Feststoffzusatz nimmt der statische Druck vom u eren Mahlkammerradius ra bis zum Tauchrohrradius ri ab die Umfangsgeschwindigkeit jedoch zu Der maximale Geschwindigkeitswert wird direkt ber dem Tauchrohrradius gemessen Innerhalb des Tauchrohres kann die zur Austragung der Pulverteilchen notwendige Drucksenke beobachtet werden so dass sowohl die statischen Druckwerte als auch die dort gemessenen Umfangsgeschwindigkeiten wieder abfallen Mit steigender Feststoffbeladung ndert sich der Kurvenverlauf nur wenig ber den Radius hinweg ist der statische Druck fast konstant Die Werte des statischen Drucks sind jedoch insgesamt niedriger als im Leerbetrieb da die Grundstr mung durch vermehrte Reibungseffekte und Impulsaustausch der Partikel abgebremst wird Ferner darf der Einfluss des D senanstellwinkels a nicht unber cksichtigt bleiben Durch einen kleinen Anstellwinkel werden hohe Umfangsgeschwindigkeiten erzielt Die Teilchen werden nur ber kurze Wege radial beschleunigt und verbleiben daher Theoretische Grundlagen 19 vermehrt an der Mahlkammerperipherie Dementsprechend ist der dort gemessene statische Druck auch h her Bei gr eren Anstellwinkeln treten in der Zerkleinerungszone l ngere radiale Beschleunigungsstrecken auf die dortige Umfangsgeschwindigkeit nimmt ab Diese mit Zucker durchgef hrten Messungen stehen mit den Bildaufnahmen im Einklang die bereits in Abschnitt 2 3
68. ansonic and supersonic speeds NACA Technical Note 3641 Report 1303 1956 495 504 Grassmann P Physikalische Grundlagen der Verfahrenstechnik Salle und Sauerl nder Verlag Frankfurt Aarau 1983 Grosser W I Factors influencing pitot probe centerline displacement in a turbulent supersonic boundary layer NASA Technical Memorandum 107341 Cleveland Ohio 1997 Haese U Bedeutung der Strahlm hlen f r die Lebensmittelindustrie steigt fortlaufend Zeitschrift Maschinenmarkt 88 1982 866 869 Hearing E A Airdata Measurement and Calibration NASA Technical Memorandum 104316 Edwards California 1995 Herwig H Str mungsmechanik A Z Vieweg Verlag Wiesbaden 2004 Kaiser F Nied R Moderne Strahlm hlen Aufbereitungstechnik Nr 10 1980 507 514 Kalman H et al Fatigue behaviour of impact comminution and attriction units Powder Technology 146 2004 1 9 Klopfenstein R Air velocity and flow measurement using a Pitot Tube ISA Transactions Volume 37 Issue 4 1998 Kretzler K Programm zur Messwerterfassung an der Luftstrahlm hle W rzburg 2000 K rten H Rink N Rumpf H Str mung und Zerkleinerung beim Sto zweier Gas Feststoff Strahlen Powder Technology Band 4 1970 71 221 231 K rten H Rumpf H Str mungsverlauf und Zerkleinerungsbedingungen in der Spiralstrahlm hle Chem Ing Technik 38 Nr 11 1966 1187 1192 K rten H Rumpf H Zerkleinerungsuntersuchung
69. ass die Anzahl der Str mungsvektoren drastisch abnimmt Eine Platzierung des Pitot Rohres in der Peripherie sowie in der Sichtzone der Mahlkammer ist nicht mehr m glich Auch die Geschwindigkeitswerte der Grundstr mung werden auf ungef hr 75 m s gemindert Ergebnisse und Diskussion 94 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 27 Stromungsverlauf in Ebene 5 Ergebnisse und Diskussion 95 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 28 Str mungsverlauf in Ebene 6 Ergebnisse und Diskussion 96 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 29 Stromungsverlauf in Ebene 7 Ergebnisse und Diskussion 97 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 30 Stromungsverlauf in Ebene 8 Ergebnisse und Diskussion 98 5 3 5 4 Str mungsverlauf unterhalb des Mahlkammerdeckels F r die Erfassung des Str mungsverlaufs entlang der Mahlkammerw lbung wird das Pitot Rohr mit einer Eindringtiefe von 3 bzw 4 mm auf dem jeweiligen Radius im Mahlkammerdeckel fixiert Derartige Messungen l sst der gew hlte Mahlspalt von 5 mm gerade noch zu Innerhalb des Tauchrohres k nnen Gesamtdruckwerte nur bis zu einem Radius von 9 0 mm aufgenommen und zur Berechnung der Geschwindigkeit herangezogen werden Bei einer Positionierung des Pitot Rohres auf Messpunkten die sich fast am bzw genau im Mittelpunkt der Mahlkammer befinden sind die gemessenen Gesamtdruckwerte deutlich ni
70. at Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C Anhang 213 9 9 10 Ebene 8 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C ETT tats Radius mm abs ETT mm 15 Radius Auswertungsebene 17 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C Lebenslauf 214 Pers nliche Daten Schulbildung 1982 1986 1986 1995 Auslandsaufenthalt 1992 1993 Ausbildung 1995 1997 Studium April 1998 April 2002 M rz 2000 April 2002 Juni 2003 Praktikum Okt 1997 M rz 1998 Mai 2002 Okt 2002 Nov 2002 April 2003 Berufst tigkeit Juli 2003 Juni 2006 Annika Hagendorf Geburtsort Moers Geburtstag 20 05 1976 Familienstand ledig GGS Kippekausen Bergisch Gladbach Dietrich Bonhoeffer Gymnasium Bergisch Gladbach Lyc e A Artaud Marseille Frankreich PTA Lehranstalt K ln Pharmaziestudium Rheinische Friedrich Wilhelms Universitat Bonn 1 Abschnitt der Pharmazeutischen Pr fung 2 Abschnitt der Pharmazeutischen Pr fung 3 Abschnitt der Pharmazeutischen Pr fung und Approbation als Apothekerin PTA Praktikum St Johannis Apothek
71. auchrohrposition sowie Feststoffkonzentration untersucht Die erhaltenen Druckkennlinien dienten zur Inprozess Kontrolle w hrend einer Mahlung Auf diese Weise lie en sich stabile Druckverl ufe von instabilen Zust nden mit hoher Genauigkeit abgrenzen 1732 stellte Henri de Pitot 48 erstmals die von ihm entwickelte Staudrucksonde zur Messung der Geschwindigkeit von Fluiden vor Diese einfache Messtechnik findet noch heute sowohl im Bereich der Luftfahrt an der Au enseite von Flugzeugen als auch zur Einleitung 2 Windgeschwindigkeitsmessung in der Meteorologie vielseitige Anwendung 29 Im Bereich der Str mungsmechanik ist diese Methode zur Bestimmung von Geschwindigkeiten ebenfalls nicht mehr wegzudenken Mittels Pitot Rohr wird der Gesamtdruck aufgenommen und bei Kenntnis des statischen Drucks in eine lokale Geschwindigkeit umgerechnet Die vorliegende Arbeit soll dazu beitragen weitere Erkenntnisse ber die Str mungsvorg nge in der Spiralstrahlm hle zu gewinnen Es ist zu pr fen ob sich mit Hilfe eines Pitot Rohres korrekte Gesamtdruckwerte aufzeichnen lassen um Str mungsgeschwindigkeiten und richtungen in der Spiralstrahlm hle zu ermitteln Dazu muss zun chst eine Messvorrichtung entwickelt werden mit der Versuche durchf hrbar und reproduzierbare Ergebnisse erzielbar sind Bei intensivem Studium der Literatur f llt auf dass die Darstellung der zu Forschungszwecken eingesetzten Strahlm hlen gro e Unterschiede und teilwe
72. belle 4 5 aufgef hrt Abbildung 5 3 zeigt die gemittelten Ergebnisse die aus Druckmessungen an acht uber den Radius verteilten Messpunkten resultieren 400 0 350 0 300 0 250 0 200 0 150 0 100 0 50 0 0 0 50 0 100 0 Statischer Druck hPa ri 15 20 25 30 35 40 Radius mm Abbildung 5 3 Verlauf des statischen Drucks in Abh ngigkeit vom Mahlkammerradius gemessen an Position 4 r Tauchrohrradius Der statische Wanddruck f llt kontinuierlich von u eren Radien der Mahlkammer in Richtung ihres Mittelpunktes ab Die Standardabweichungen werden ebenfalls mit abnehmendem Radius geringer nur im Mahlkammermittelpunkt ist wie zu erwarten die gr te Schwankung zu beobachten da hier im Mittelpunkt des Sogs unbest ndige Bewegungen herrschen Auf Grund der ber das Abscheiderohr abflie enden Str mung entsteht ein st rkerer Druckabfall unterhalb des Tauchrohrradius von 12 5 mm Der dargestellte Druckverlauf steht in Einklang mit den Untersuchungen von Muschelknautz 52 welche ebenfalls radiale Kennlinien f r den Leerbetrieb einer M hle zeigen Der hier auftretende gr ere Druckunterschied l sst sich auf andere geometrische Abmessungen der Messeinrichtung Mahlkammerdurchmesser und D senanstellwinkel sowie h here Mahl und Injektordr cke zur ckf hren Die in dieser Versuchsreihe gemessenen statischen Druckwerte werden der sp teren Berechnung des dynamischen Drucks zugrunde gelegt Im H
73. bene 1 bezeichnet nach K rten und Rumpf die Str mung unterhalb des Mahlkammerdeckels In der Aufsicht zeigt sich deutlich ein radial zum Tauchrohr gerichteter Verlauf In der D senebene Ebene 3 bestimmen haupts chlich die Treibstrahlen den Verlauf der Str mung Wie bereits in Kapitel 2 3 1 erl utert werden die Treibstrahlen beim Auftreffen auf die rotierende Grundstr mung in Str mungsrichtung abgelenkt und nierenf rmig verformt Auf der Strahlr ckseite bilden sich starke Wirbel und Turbulenzen Zur Kompensation des entstehenden Unterdrucks wird aus dem umgebenden Raum Str mungsmedium angesaugt Aus Kontinuit tsgr nden str mt deshalb Fluid zur ck zur Mahlkammerperipherie wie die Darstellung der Ebene 2 zeigt In diesem Bereich also direkt ober bzw unterhalb des Treibstrahls ist daher eine Ruckstromung in das Unterdruckgebiet der Zerkleinerungszone an u eren Mahlkammerradien zu beobachten In der Sichtzone dagegen auf kleinen Radien flie t die Fluidstr mung in Richtung des Tauchrohres Theoretische Grundlagen 16 2 4 Theoretische Betrachtung der Str mung in der Spiralstrahlm hle Im folgenden Kapitel erfolgt eine Beschreibung der Str mungsverh ltnisse in der Strahlmuhle Es wird zudem darauf eingegangen wie sich aus Druckmessungen Informationen ber das vorliegende Str mungsfeld gewinnen lassen Die zur Berechnung von Geschwindigkeiten notwendigen Gleichungen werden im Anschluss vorgestellt Eine genaue Darstel
74. ch umgekehrt proportional zum zugeh rigen Querschnitt Die Durchflussgeschwindigkeit erh ht sich wenn der Querschnitt verengt wird bzw verlangsamt sich wenn der Querschnitt aufgeweitet wird Bei gleichem Querschnitt bleibt auch die Geschwindigkeit konstant Die Kontinuit tsgleichung gilt sowohl im Unterschall als auch im berschallbereich jedoch verh lt sich die Str mung unterschiedlich in Abh ngigkeit von der Querschnitts nderung wie die nachfolgende Tabelle 2 2 zeigt Tabelle 2 2 Vergleich von Unterschall und berschallstr mungen 21 Im Unterschallbereich str mt das Gas zun chst durch einen konvergenten Einlaufteil Der D senquerschnitt verengt sich die Geschwindigkeit steigt und gem der Bernoulli Gleichung sinken Druck und Dichte Bei zunehmendem Querschnitt sinkt dagegen die Geschwindigkeit Druck und Dichte steigen an Ein gegens tzliches Verhalten tritt bei Str mungen im berschallbereich auf Theoretische Grundlagen 23 Tabelle 2 3 fasst die notwendigen Voraussetzungen fur die Betrachtung der Str mung in der Spiralstrahlm hle noch einmal zusammen 26 ER E Tabelle 2 3 Annahmen bei der Betrachtung der Str mung in der Spiralstrahlm hle 26 In die Spiralstrahlm hle muss ein hoher Energieeintrag erfolgen damit die Wahrscheinlichkeit f r h ufigen Aufprall der Partikel steigt und dadurch effektive Zerkleinerung erm glicht wird siehe Kapitel 2 2 1 Das Mahlgas liefert die kinetische Energie
75. chen einwirkenden Zentrifugalkr ften und Widerstandskr ften kann mit Hilfe des Stokes schen Gesetzes der Grenzkorndurchmesser d wie folgt definiert werden 5 2 3 dg Grenzkorndurchmesser m Ui Umfangsgeschwindigkeit m s Vii Radialgeschwindigkeit m s n Viskosit t des Gases Pa s ri Tauchrohrradius m Ps Feststoffdichte kg m Dg Gasdichte kg m Partikel dieser Korngr e d werden jeweils zu 50 ber das Tauchrohr abgeschieden bzw in der Mahlkammer zur ckgehalten und somit erneuter Beanspruchung unterworfen Nach Gleichung 2 3 l sst sich ein feineres Mahlprodukt erreichen indem der Tauchrohrradius hinreichend klein gew hlt wird Ein st rungsfreies Abflie en der Str mung muss aber gew hrleistet bleiben Ferner kann ein geringer Theoretische Grundlagen 9 Grenzkorndurchmesser durch eine verminderte Radialgeschwindigkeit va auf dem Radius r oder ber h here Umfangsgeschwindigkeiten auf demselben Radius erzielt werden Eine Erh hung der Umfangsgeschwindigkeit wird durch kleinere D senanstellwinkel bewirkt wie die durchgef hrten Versuche von Muschelknautz 52 mit ver ndertem D senwinkel zeigen Dadurch rotiert das Pulver auf u eren Mahlkammerradien Jedoch steigt die M glichkeit dass die Partikel vermehrt gegen die Wand sto en so dass die eingebrachte Energie nicht effektiv zur Zerkleinerung genutzt wird und verloren geht Gr ere Anstellwinkel sind f r einen erfolgreichen Sichtungspr
76. chtung besitzen Ausgehend von dem Modell der kinetischen Gastheorie l sst sich die mittlere freie Wegl nge A zwischen zwei Partikeln nach Gleichung 2 1 n herungsweise absch tzen Theoretische Grundlagen 5 d hee 2 1 N ee on mittlere freie Weglange m Partikeldurchmesser m Hohlraumvolumenanteil mas Es zeigt sich dass die mittlere freie Weglange umgekehrt proportional zur Feststoffkonzentration ist also zu dem von den Teilchen eingenommenen Volumenanteil 1 Bei hoher Konzentration ist A klein wodurch eine hohe Wahrscheinlichkeit f r gegenseitigen Aufprall besteht Als Folge verringert sich der Partikeldurchmesser und die mittlere freie Wegl nge A nimmt ebenso ab Als Ma f r die Beweglichkeit der Teilchen dient der maximale Flugweg so der sich unter Ber cksichtigung des Stokes schen Gesetzes nach Gleichung 2 2 angeben l sst 2 S 0 Be No 2 2 18 n So maximaler Flugweg m d Partikeldurchmesser m Ps Feststoffdichte kg m Vo Anfangsgeschwindigkeit des Partikels relativ zur Luft m s NL Viskosit t der Luft Pa s Der maximale Flugweg entspricht der Abbremsung der Partikel w hrend des freien Fluges auf die Geschwindigkeit Null hervorgerufen durch die Widerstandskr fte der Luft Gleichung 2 2 ist zu entnehmen dass der Flugweg proportional von Durchmesser und Geschwindigkeit der Teilchen abh ngt Zudem l sst sich der freie Flugweg durch Auswahl eines Str mungsfluids von geringer Viskos
77. ckaufnehmer ausgew hlt werden f r den bestimmte Anforderungen gelten Dieser Drucksensor soll einen ausreichenden Messbereich aufweisen um die erwarteten hohen Dr cke resultierend aus den hohen Geschwindigkeiten in der Spiralstrahlm hle aufzunehmen Au erdem soll der Messfehler des Druckaufnehmers so gering wie m glich sein Zudem ist eine serielle Schnittstelle f r Datenaufzeichnung Material und Methode 42 und Auswertung mittels Computer erforderlich Das neue Druckmessger t soll mit einem Computer verbunden werden um Messdaten zu speichern und nicht nur Momentanwerte aufzuzeichnen F r den Anschluss des Sensors ist wichtig dass er m glichst direkt mit dem Pitot Rohr verbunden werden kann und in den Mahlkammerdeckel integrierbar ist Die Entscheidung f r den Druckaufnehmer D 10 der Firma WIKA Klingenberg erfolgt aufgrund einer Reihe von Eigenschaften die nachfolgend dargelegt werden Abbildung 4 11 Druckaufnehmer D 10 rechts mit Stecker links Das Foto in Abbildung 4 11 zeigt den Druckaufnehmer D 10 aus CrNi Stahl Deutlich erkennbar ist der Druckanschluss der nicht ber eine frontb ndige Membran erfolgt sondern mittels Druckkanal und Gewinde 1 8 B an der Unterseite des Transmitters Der Messbereich f r den Druck liegt mit 0 bis 6 10 Pa berdruck im gleichen Bereich wie der Drucksensor der Firma Kulite Der Messfehler wird mit 0 1 vom Endwert angegeben und ist mit 6 hPa deutlich niedriger als bei Ger te
78. d dreifach durchgef hrt und der Mittelwert zur weiteren Auswertung herangezogen Material und Methode 47 4 2 2 2 Messung des Gesamtdrucks Zunachst soll ein Vergleich der Messwerte der Druckaufnehmer ermitteln welcher der beiden Sensoren fur die Messungen des Gesamtdrucks verwendet wird In nachfolgenden Versuchen werden verschiedene Pitot Rohre gepruft ob sie zur Erfassung des Gesamtdrucks in der Spiralstrahlm hle geeignet sind Das Rohr welches die h chsten Gesamtdruckwerte liefert wird dann auf einem Radius von 35 5 mm ber ein Distanzrohr siehe Anhang 9 5 2 und 9 5 3 in den Mahlkammerdeckel eingebaut Durch Drehen des Deckels um 30 im Uhrzeigersinn kann der Gesamtdruck an zw lf Positionen bestimmt werden Zus tzlich wird das Rohr an dieser Position um jeweils 10 durch die Str mung gedreht um ber einen Bereich von 0 bis 360 einen maximalen Druckwert zu ermitteln vgl Abbildung 4 14 Abbildung 4 14 bersicht ber die Variation des Anstr mwinkels von 0 bis 360 beispielhaft dargestellt f r einen Messpunkt auf dem Radius 35 5 mm Die Ausrichtung des Pitot Rohres erfolgt an einem Messpunkt jedes Mal anders in Bezug zu einer D se Ein Druckmaximum zeigt an dass das Rohr direkt von vorn also optimal angestr mt wird Nur in diesem Fall l sst sich die Richtung der Str mung bestimmen und die lokale Geschwindigkeit mit Hilfe des Gesamtdrucks berechnen Daher wird im Bereich des maximalen Druckwertes auf 5
79. dabei in einem Intervall von 0 2 Sekunden 4 2 2 1 Messung des statischen Drucks Die Aufzeichnung des statischen Drucks w hrend des Mahlprozesses hat sich als Kontrollmodul stabiler Arbeitsbedingungen etabliert 4 43 49 Daher werden die ersten Versuchsreihen f r den Leerbetrieb mit der Messung des statischen Drucks begonnen Entsprechend den Ergebnissen von Rief 66 eignet sich der Radius 35 5 mm gut zur berwachung der Druckverh ltnisse Jedoch muss auch untersucht werden ob die N he zu einer Treibstrahld se einen Einfluss auf die Druckwerte aus bt 10 63 Dieser Aspekt blieb bei vorangehenden Arbeiten fast immer unber cksichtigt Daher soll zun chst durch Drehen des Mahlkammerdeckels um jeweils 30 im Uhrzeigersinn der Druck auf dem u eren Radius an zw lf verschiedenen Positionen erfasst werden Der Winkel 0 wird willk rlich festgelegt Zum besseren Verst ndnis veranschaulicht Tabelle 4 4 die Lage der Positionen in Abh ngigkeit vom absoluten Winkel in der Spiralstrahlm hle Position absoluter Winkel 1 15 45 75 105 135 165 195 225 255 285 315 345 2 3 4 5 6 7 8 9 CH N Tabelle 4 4 bersicht ber die zw lf Positionen f r die Messung des statischen Drucks Material und Methode 46 Nachfolgend wird der statische Druck an weiteren Messpunkten die Uber den Mahlkammerradius verteilt liegen aufgezeichnet um Druckkennlinie
80. dardized probe design To this end pitot tubes varying in their dimensions are made for reasons of comparison Even minimal changes in geometry lead to significant differences in the recorded pressure values The pitot tube with a tip length of 13 mm and a ratio of inner to outer diameter of 0 73 provides the highest total pressure data in comparative tests Hence it will be used in the following research setting the operational parameters at a constant level These experiments are first run without feeding material in order to obtain initial data for pressure and velocity Evaluating the total pressure in inner planes of the jet mill as completely as possible essential parameters such as position and immersion depth of the pitot tube as well as defined radii of the milling chamber are varied step by step At each measuring point the optimal direction angle of the probe has to be explored carefully Only in this case is the pitot tube perfectly aligned into the flow and can meet the stream frontally creating maximum total pressure data The influence of those varied parameters is detailed exemplified by the highest occurring total pressure value of 898 hPa and thus a calculated velocity of 248 m s Experiments run with different immersion depths of the pitot tube in the milling chamber also show pressure data increasing when the probe is aligned near the jet nozzles Only at circumferential radii of 35 5 mm can be this influence properly detected Moreover
81. das Pitot Rohr nicht berlastet und Druckschwankungen vermieden werden Die H he des Mahlspaltes betr gt 5 mm Alle angegebenen Druckwerte werden in hPa ber Umgebungsdruck angegeben 5 1 1 Vergleich der Druckaufnehmer Um den von Rief und Marquardt 43 66 genutzten Druckaufnehmer XT 190 M Firma Kulite und den Druckaufnehmer D 10 Firma WIKA zur Messung des statischen Drucks zu vergleichen werden diese nacheinander in dieselbe Bohrung des Mahlkammerdeckels auf dem Radius 35 5 mm eingebaut Die Messdauer wird bei beiden Sensoren von 5 Sekunden bis 15 Minuten variiert und der statische Druck aufgezeichnet Es ist zu erwarten dass eine unterschiedliche Messdauer im Leerbetrieb der M hle keinen Einfluss auf die statischen Druckwerte nimmt Tabelle 5 1 gibt die Mittelwerte und Abweichungen der aufgenommenen Druckwerte in Abh ngigkeit von der Messdauer an Ergebnisse und Diskussion 54 Zeit sec 5 10 15 20 30 60 120 180 300 500 900 Druck MW hPa 328 1 327 9 328 3 328 0 327 9 327 8 327 9 327 4 327 9 327 8 327 4 aufnehmer sr ow 50v mean 08 048 06s as 0 oss a ose oa osr oa Druck MW hPa 313 0 312 9 313 1 313 2 313 1 313 8 313 1 313 7 313 6 313 5 313 5 aufnehmer 510 spv mPa 025 020 ass oar oar 036 os ase oar oss oas Tabelle 5 1 Mittelwerte MW und Streuung SDV des statischen Drucks in Abhangigkeit vom eingesetzten Druckaufnehmer n
82. der Seite b gegen berliegenden Winkel ermittelt man demnach 129 Die Seite x stellt die gesuchte L nge des Treibstrahls dar In einem beliebigen Dreieck gilt nach dem Sinussatz folgende Beziehung zwischen Winkeln und Seitenl ngen a b X Ze a 5 3 sina sin siny a b Seitenl ngen m x gesuchte Seitenl nge m a B Winkel gegen berliegend zu a bzw b y Winkel gegen berliegend zu x Mit 129 und y 15 kann f r die Seitenl nge x ein Wert von 13 3 mm berechnet werden Daraus folgt dass der Treibstrahl nach einer maximalen Einstr mweite von 13 mm die Geschwindigkeit der umlaufenden Grundstr mung von 75 m s erreicht hat Ergebnisse und Diskussion 108 Mit der genutzten Messvorrichtung lasst sich jedoch nicht erfassen ob der Treibstrahl eine k rzere Reichweite in die Mahlkammer hinein besitzt Dennoch steht dieses ausgew hlte Beispiel im Einklang mit den von Rumpf postulierten L ngenangaben f r den eintretenden Treibstrahl 5 3 6 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit in Abh ngigkeit vom Mahldruck In dieser Versuchsreihe soll der Einfluss von erh hten Mahl und Injektordr cken auf den Gesamtdruck sowie die Geschwindigkeit in der Spiralstrahlm hle untersucht werden Dazu wird der Mahldruck ausgehend von 4 0 10 Pa schrittweise um 0 5 10 Pa erh ht Eine weitere Druckerh hung ber 6 0 10 Pa hinaus ist nicht sinnvoll um eine berlastung des Pitot Rohres zu vermeiden Der Injek
83. der Werte bei zunehmendem Mahldruck Ein linearer Zusammenhang besteht jedoch nicht Wie die graphische Darstellung der Geschwindigkeitswerte in Abbildung 5 36 zeigt nimmt die Geschwindigkeit an allen Positionen bei Einstellung des Mahldrucks von 4 0 bis 5 5 10 Pa stetig zu Bei der weiteren Erh hung auf 6 0 10 Pa stagniert jedoch der Kurvenverlauf bei fast allen Positionen Das Auftreten von hohen Geschwindigkeiten an Position 4 ist auf die unmittelbare N he zu einer Treibstrahld se zur ckzuf hren Wie schon die Untersuchungen bei ver nderter Position des Pitot Rohres gezeigt haben vgl Kapitel 5 3 3 sinkt die Geschwindigkeit der Str mung mit zunehmender Entfernung des Rohres von der D se 300 250 mon Pos 1 v Pos 2 E Pos3 5 200 ePos 4 SS EES E Pos 6 E Pos 7 5 150 SSS a Pos 8 H m Pos 9 O Pos 10 rn a d 8 amp Pos 11 100 Pos 12 50 T T T T T 1 3 5 4 4 5 5 5 5 6 6 5 Mahldruck 10 Pa Abbildung 5 36 Str mungsgeschwindigkeiten in Abh ngigkeit von Mahldruck und Position Ebene 1 gemessen auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm Da der Treibstrahl beim Eintritt in die Mahlkammer aufplatzt und sich daher ber zwei Ebenen erstreckt muss auch in der nachfolgenden Ebene 1 gemessen werden Tabelle 5 13 gibt die dort aufgezeichneten Gesamtdruckwerte in hPa an Ergebnisse und Diskussion 110 a Manara Pa 1 2 3 4 s 6 7 e 9 w nl
84. e Bergisch Gladbach Pharmaziepraktikum Viktoria Apotheke K ln Pharmaziepraktikum Bayer AG Leverkusen Wissenschaftliche Mitarbeiterin Lehrstuhl f r Pharmazeutische Technologie Bayerische Julius Maximilians Universit t W rzburg Thema der Dissertation Untersuchungen zum Str mungsverhalten in Spiralstrahlm hle mittels Druckmessungen einer Betreuung Herr Prof Dr Zimmermann
85. e D1 Select ix ActiveCell Value Dauer ThisWorkbook Sheets Blatt Cells 1 ix 15 Value 60 1000 Range D2 Select ix ActiveCell Value Intervall ThisWorkbook Sheets Blatt Cells 1 ix 16 Value 1000 Range D7 Select ix ActiveCell Value Inter2 ThisWorkbook Sheets Blatt Cells 1 ix 17 Value Range D8 Select ix ActiveCell Value Dau2 ThisWorkbook Sheets Blatt Cells 1 ix 19 Value Call Druck Dauer Intervall Inter2 Dau2 End Sub MUHLE Declare Sub IX_OPENCOM Lib RSAPI DLL ByVal ix ByVal A Declare Sub IX_CLOSECOM Lib RSAPI DLL ByVal ix Declare Sub IX_TIMEOUT Lib RSAPI DLL ByVal ix ByVal ms Declare Sub IX_STRREAD Lib RSAPI DLL ByVal ix ByVal A Declare Sub IX_STRLENGTH Lib RSAPI DLL ByVal ix ByVal L Declare Sub TIMEINIT Lib RSAPI DLL Declare Function TIMEREAD Lib RSAPI DLL As Long Declare Sub IX_SENDSTRING Lib RSAPI DLL ByVal ix ByVal B Declare Sub DELAY Lib RSAPI DLL ByVal ms Declare Function KBHIT Lib RSAPI DLL As Boolean Declare Sub IX_DTR Lib RSAPI DLL ByVal ix ByVal anaus Declare Sub IX_RTS Lib RSAPI DLL ByVal ix ByVal anaus Option Explicit Dim Zeile Rate Tara cyc Schreiber Schnittstelle neu t t1 Zeit Display dummy Blatt Sub Druck Dauer Intervall Inter2 Dau2 Blatt M hle ThisWorkbook Sheets Blatt Activate Columns A B Select Selection ClearContents Range A1 Select ActiveCell Select Activ
86. e Einstellung der operativen Parameter Mahldruck 4 0 10 Pa Injektordruck 4 5 10 Pa Mahlspalt 5 mm wird beibehalten um Ergebnisse und Diskussion 60 Vergleiche der Druckwerte mit und ohne Gutbeladung der Strahlmuhle zu erm glichen Da durch den Mahldruck ein konstanter Gasmassenstrom vorgegeben ist muss nun ein geeigneter Pulverdurchsatz mittels trial and error Verfahrens ermittelt werden Dazu wird der Druckaufnehmer zur Messung des statischen Drucks auf dem Radius 35 5 mm an Position 4 in den Mahlkammerdeckel eingebaut und Messwerte ber einen Zeitraum von 10 Minuten aufgenommen Abbildung 5 5 zeigt die erhaltenen Druckkurven in Abh ngigkeit von der Messdauer bei verschiedenen F rderraten FR vgl auch Anhang 9 4 der eingesetzten Substanz Criscarb 350 0 300 0 4 X 250 0 200 0 150 0 100 0 Statischer Druck hPa 50 0 4 Geen 0 0 T T T T T T T T T T 1 Zeit min FR 0 0 g min FR 1 78 g min FR 3 49 g min FR 6 65 g min Abbildung 5 5 zeitlicher Verlauf des statischen Drucks bei instabilen und stabilen Mahlbedingungen sowie verschiedenen Forderraten der Modellsubstanz Criscarb Mahldruck 4 0 10 Pa Injektordruck 4 5 10 Pa Mahlspalt 5 mm Radius 35 5 mm Position 4 10 min Zun chst baut sich in der Mahlkammer ein gleichm iger Druck auf der dem statischen Druck bei Leerbetrieb der Muhle entspricht wie der obere Graph veranschaulicht Die Feststoffzufuhr erfolgt
87. e ist somit ausreichend genau um mit Hilfe der aufgenommenen Druckwerte ein Str mungsprofil der Strahlm hle zu erstellen Weiterhin wird die Frage gekl rt wie weit der Treibstrahl in die Mahlkammer eindringt Unter Zuhilfenahme von Seitenl ngen und Winkelbeziehungen in einem Dreieck zeigt ein beispielhaft ausgew hlter Str mungsvektor auf dem Radius 26 5 mm dass der Treibstrahl bereits nach einer maximalen Eindringweite von 13 mm seine urspr ngliche Geschwindigkeit verloren und die Geschwindigkeit der Grundstr mung in diesem Fall von 75 m s angenommen hat Ferner wird der Einfluss erh hter Mahlenergie auf die Druck sowie Geschwindigkeitswerte untersucht Bei schrittweiser Erh hung des vorgegebenen Mahldrucks von 4 0 10 Pa auf 5 5 10 Pa steigt sowohl der statische als auch der Gesamtdruck nahezu linear an Die weitere Erh hung des Mahlgasvordrucks auf 6 0 10 Pa f hrt jedoch nicht mehr zu einem deutlichen Anstieg des Gesamtdrucks was sich auf die maximale Belastung des Pitot Rohres bei dem gew hlten Mahldruck zur ckf hren l sst F r die Versuche mit Pulverbeladung der M hle ist es notwendig zun chst einen konstanten Feststoffdurchsatz zu bestimmen bei dem stabile Betriebsbedingungen der Strahlm hle gew hrleistet sind Dazu werden Mahlvorg nge mit ver nderter F rderrate des Gutes durchgef hrt Es zeigt sich dass bei einer F rderrate von 3 49 g min die statischen Druck und damit Str mungsverh ltnisse ber eine Mes
88. e zur Berechnung und der graphischen Darstellung der Str mungsgeschwindigkeiten auf diesem Radius hernagezogen Es resultieren daraus pro Messposition zwei Geschwindigkeitsvektoren mit unterschiedlicher Richtung Zur besseren bersicht werden diese Vektoren eingekreist wie das nachfolgende Str mungsprofil der Ebene 1 vgl auch Abbildung 5 18 zeigt Ergebnisse und Diskussion 102 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 34 Stromungsverlauf in Ebene 1 eingekreist sind die auf dem Radius 26 5 mm ermittelten Werte Ergebnisse und Diskussion 103 5 3 5 6 Beurteilung der Stromungsverlaufe in der Spiralstrahlm hle Die durchgefuhrten Messungen zeigen dass das angefertigte Pitot Rohr geeignet ist an verschiedenen Radien der Spiralstrahlm hle Gesamtdruckwerte reproduzierbar aufzunehmen Auf Grund der geometrischen Begrenzung durch den gew hlten Mahlspalt von 5 mm lassen sich an einigen Positionen in der Sichtzone sowie innerhalb des Tauchrohres nur begrenzt Messwerte aufzeichnen Der nach unten gerichtete Str mungssog im Tauchrohr welcher f r die Abscheidungsvorg nge verantwortlich ist flie t Uber das Pitot Rohr hinweg so dass das Rohr nicht direkt angestr mt wird Dadurch tritt kein maximaler Gesamtdruckwert auf der der Berechnung der lokalen Geschwindigkeit zugrunde gelegt werden kann Innerhalb des Tauchrohres lie en sich demnach geeignete Werte nur mit Hilfe eines an der Spitze st rker gekr mmten Pi
89. eCell FormulaR1C1 Zeit min ActiveCell Offset 0 1 Range A1 Select ActiveCell FormulaR1C1 Druck mbar IX_OPENCOM 4 COM4 9600 N 8 1 IX_OPENCOM 1 COM1 9600 N 8 1 IX_TIMEOUT 1 50 IX_STRLENGTH 1 8 Display aaaabbbbb dummy aaaabbbbb IX_STRREAD 1 dummy Anhang 135 Zeile 2 t 0 t1 0 TIMEINIT While t1 lt Dauer Do t1 TIMEREAD Loop Until t1 gt t IX_STRREAD 1 Display Application Calculation xIManual ThisWorkbook Sheets Blatt Cells Zeile 2 Value Left Display 7 ThisWorkbook Sheets Blatt Cells Zeile 1 Value t1 60 1000 Range D6 Select Schreiber ActiveCell Value If Schreiber True Then Application Calculation xlAutomatic End If Zeile Zeile 1 t t Intervall If KBHIT True Then Dauer 0 End If If Zeile Inter2 Int Zeile Inter Then IX_RTS 4 1 DELAY 100 IX_RTS 4 0 DELAY 500 t t 600 Do t1 TIMEREAD Loop Until t1 gt t IX_STRREAD 1 dummy Do t1 TIMEREAD Loop Until t1 gt t IX_STRREAD 1 dummy Do t1 TIMEREAD Loop Until t1 gt t IX_STRREAD 1 dummy End If Wend Application Calculation xlAutomatic IX_SENDSTRING 1 M Chr 13 Chr 10 IX_CLOSECOM 1 IX_CLOSECOM 4 neu MsgBox Neue Arbeitsmappe mit Daten und Diagramm anlegen 36 Speichern der Daten If neu vbYes Then Call NeueMappe Zeile Blatt End If End Sub Sub NeueMappe Zeile Blatt Sheets Blatt Select Columns A B Select Sel
90. ection Copy Workbooks Add Anhang 136 Sheets Tabelle1 Select Sheets Tabelle1 Name Daten ActiveCell Columns A B EntireColumn Select ActiveSheet Paste Charts Add ActiveChart ChartWizard Source Sheets Daten Range Sheets Daten Cells 257 _ Sheets Daten Cells Zeile 256 2 Gallery xIXYScatter Format 2 PlotBy xIColumns _ CategoryLabels 1 SeriesLabels 1 HasLegend 1 Title Kammerdruck _ CategoryTitle Zeit min ValueTitle Druck mbar _ ExtraTitle Application Calculation xlAutomatic End Sub 9 3 Konstruktionszeichnung des Druckaufnehmers fur den statischen Druck XT 190 M CABLE STRAIN RELIEF 190 4 8 PRESSURE REFERENCE TUBE 016 X 1 LONG 4 X 25 4 FOR PSIG amp PSID UNITS lt 40 10 2 72 3 8 HEX 9 5 gt 17143 ES THREAD T O RING 1761 D X 040 C S ES HEX RONIE AG 4 5 LD X 1 0 C S B SCREEN STANDARD TEMP COMP MODULE M SCREEN OPTIONAL ZAK 4 COND 30 AWG Af SEED CABLE EST PIN ER 10 32 UNE 28 437 11 1 mm NF INPUT INPUT 190 10 32 UNF 2A 760 19 8 mm CONSULT FACTORY FOR SPECS ON SEALED GAGE WHITE OUTPUT 9 4 Einstellung der Forderraten Die folgende Tabelle gibt die Einstellungen des Schrittmotors wieder mit denen die mittleren Forderraten der Mahlsubstanz pro Minute im Halbschrittmodus erzielt werden n 10 Forderrate g min Kondensator pF Stufe 1 78 0 27 10 3 49 0
91. edriger als der zuvor aufgezeichnete statische Druck Daher k nnen diese Messdaten nicht ber cksichtigt werden Das dargestellte Profil in Abbildung 5 31 zeigt den erhaltenen Str mungsverlauf unterhalb des Mahlkammerdeckels Wie schon in den vorangegangen Kapiteln beschrieben bildet sich deutlich eine Spiralstr mung im Uhrzeigersinn aus die zum Mittelpunkt der Mahlkammer in Richtung des Tauchrohres gerichtet ist An der Stirnfl che der Mahlkammer verl uft demnach die untersuchte Str mung analog der Ebene 1 des Drei Ebenen Modells 36 Unabh ngig von Radius und der Position des Pitot Rohres in der Spiralstrahlm hle lassen sich Str mungsgeschwindigkeiten ber einen Bereich von 50 bis 140 m s erfassen wobei die h heren Str mungsgeschwindigkeiten am u eren Rand des Tauchrohres r 13 0 mm auftreten Ergebnisse und Diskussion 99 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 31 Str mungsverlauf unterhalb des Mahlkammerdeckels entlang der W lbung Ergebnisse und Diskussion 100 5 3 5 5 Gesamtdruck und Stromungsgeschwindigkeit auf dem Radius 26 5 mm Wie bereits in Kapitel 5 3 1 beschrieben muss zun chst f r jede Messposition der Anstr mwinkel des Pitot Rohres in der Str mung ermittelt und der zugeh rige Gesamtdruckwert erfasst werden Sowohl auf dem Radius 35 5 mm als auch auf dem Radius 17 0 mm kann ein merklicher Gesamtdruckanstieg beobachtet werden Bei der Ausrichtung des Pitot Rohres in der Str
92. eichem Radius bis auf ungef hr 95 m s ab In der Ebene 1 treten ebenfalls hohe Stromungsgeschwindigkeiten von teilweise 217 m s auf die je nach Messposition auf diesem Radius bis auf 90 m s absinken Die ermittelten Geschwindigkeiten der Ebenen 1 und 1 wurden bereits in Abh ngigkeit von der Position des Pitot Rohres auf dem Radius 35 5 mm in Kapitel 5 3 3 ausf hrlich erl utert Zur weiteren Erkl rung des Str mungsverlaufs ist es notwendig die bereits in Kapitel 2 3 1 erl uterte Differenzierung zwischen Zerkleinerungs und Sichtzone mit in die Betrachtung einzubeziehen In der Zerkleinerungszone an der Mahlkammerperipherie sind in beiden Ebenen hohe Geschwindigkeiten zu erkennen Durch Messungen auf dem Radius 26 5 mm lassen sich f r die zirkulierende Grundstr mung Geschwindigkeiten zwischen 50 und 95 m s ermitteln In der Sichtzone dagegen treten erh hte Werte um 115 m s auf Bedingt durch den zur Abscheidung erforderlichen Sog in das Tauchrohr hinein nimmt die Geschwindigkeit in diesem Bereich wieder zu Die radiale Komponente des Str mungsvektors vergr ert sich wie es typisch f r eine Spiralstr mung ist Ergebnisse und Diskussion 80 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 17 Str mungsverlauf in Ebene 1 Ergebnisse und Diskussion 81 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 18 Stromungsverlauf in Ebene 1 Ergebnisse und Diskussion 82 5 3 5 2 Stromungsverlauf in
93. elative Feuchte 23 u erer Luftdruck hPa 1014 Position 176 Anhang Eintauchtiefe 15 mm Temperatur C 18 relative Feuchte 41 u erer Luftdruck hPa 1001 Position 177 Anhang Radius 26 5 mm 9 8 7 23 62 1017 Temperatur C Eintauchtiefe 3 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position oa mI n OO xr wo O o nmi tio NINININI N IN Anhang 178 Eintauchtiefe 4 mm Temperatur C 21 relative Feuchte 55 u erer Luftdruck hPa 1021 Position D o o d O O D o o d O O O TT S o o d O O O Djojo o d O O O O TO S S o d O O D o o d IT O D 0 0 O O O O O D o o d 0 0 0 0 O IT O O O TO ST oo 0 D D O O TT S oo O0 D D O O Oo Oo me ne ne ne ne N o o D O IT O
94. en mit tribolumines zierenden Stoffen Chem Ing Technik 38 Nr 11 1966 331 342 K rten H ber die Tribolumineszenz als Mittel zur quantitativen und qualitativen Analyse von Zerkleinerungsvorg ngen und ihre Anwendung zur Untersuchung der Strahlmahlung Dissertation TH Karlsruhe 1965 Leschonski K Prallmahlung in einer Sichterm hle unter Nutzung des gegenseitgen Teilchensto es Chem Ing Technik 42 Nr 6 1970 264 269 Lieberman H A Lachman L Pharmaceutical Dosage Forms Tablets Vol 2 M Decker Verlag New York 1981 Literaturverzeichnis 129 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 L ffler F Raasch J Grundlagen der mechanischen Verfahrenstechnik Vieweg Verlag Braunschweig Wiesbaden 1992 Mahrenholtz J Online Messungen der Partikelgr e in der pneumatischen F rderung hinter einer Luftstrahlm hle Diplomarbeit TU Clausthal 1996 Marquardt K Untersuchungen zum Zerkleinerungsverhalten kristalliner Stoffe in einer Spiralstrahlm hle Dissertation Universit t W rzburg 2004 Mebtoul M et al High velocity impact of particles on a target an experimental study Int Journ Mineral Process 44 45 1996 77 91 Meier M Programm zur graphischen Darstellung der Str mungsprofile mittels MATLAB The MathWorks USA Zentrum f r Angewandte Energieforschung W rzb
95. enge pro Zeiteinheit lassen sich zu Untersuchungszwecken innerhalb gewisser Grenzen variieren 5 47 79 88 An Hand der aufgezeichneten Druckwerte lassen sich dann Aussagen ber die Stabilit t der Str mung treffen F r die Versuche in dieser Arbeit soll an der Geometrie der M hle keine weitere Ver nderung vorgenommen und die operativen Parameter durchg ngig auf einer mittleren Einstellung Mahldruck 4 0 10 Pa Injektordruck 4 5 10 Pa Mahlspalt 5 mm gehalten werden Nur auf diese Weise sind extrem hohe Dr cke und damit auch hohe Geschwindigkeiten bewusst zu vermeiden Das Pitot Rohr w rde sonst von der Str mung mitgerissen Der Injektordruck wird 0 5 10 Pa h her als der Druck des Mahlgases gew hlt um auch im Leerbetrieb der M hle ein Zur ckschlagen des einstr menden Injektorgases zu verhindern Material und Methode 45 F r die Versuchsreihen soll in einem ersten Schritt die reine Luftstr mung untersucht werden weshalb auf Feststoffbeladung verzichtet wird Dazu wird das notwendige Mahlgas aus der Druckluftleitung Vordruck 6 10 Pa gespeist und mittels Druckminderer konstant gehalten Ein Vorlauf von 30 Sekunden bei jeder Messung soll sicherstellen dass sich stabile Druckverh ltnisse in der M hle aufbauen und Schwankungen vermieden werden Alle Versuche werden f nffach ber eine Messdauer von f nf Minuten durchgef hrt und jeweils der Mittelwert zur weiteren Auswertung herangezogen Die Messwerterfassung erfolgt
96. er Teilchen stattfindet zeigt sich eine starke Leuchtemission Die ausgesandte Lichtmenge ist proportional zur neugeschaffenen Oberfl che so dass neben qualitativen auch quantitative Aussagen ber die Zerkleinerung m glich sind Effektive Zerkleinerungsbedingungen lassen sich erzielen wenn die Teilchen wie Untersuchungen mit Gas Feststoff Strahlen zeigen unter einem Sto winkel von 180 aufeinanderprallen Dieser Zustand wird jedoch in der Spiralstrahlm hle kaum erreicht Die Abbildungen 2 9 und 2 10 zeigen Bilder von tribolumineszierenden Substanzen die bei unterschiedlicher Feststoffbeladung der M hle aufgenommen wurden Abbildung 2 9 links Aufnahme mit tribolumineszierenden Substanzen Spiralstrahlm hle mit 1 mm D sendurchmesser geringe Gutbeladung 36 Abbildung 2 10 rechts Aufnahme mit tribolumineszierenden Substanzen Spiralstrahlm hle mit 1 mm D sendurchmesser hohe Gutbeladung Bei geringer Gutbeladung l sst sich verst rkte Leuchtaktivit t in einem geschlossenen Ring an der Mahlkammerperipherie ausmachen Hier zirkulieren die Partikel entlang des Umfangs und prallen aufeinander Zudem f llt auf dass Zerkleinerung in den aus sechs D sen austretenden Treibstrahlen stattfindet In der Mitte der Mahlkammer hingegen l sst sich kein Leuchten beobachten So kann eindeutig zwischen einer Zerkleinerungszone am u eren Umfang und einer Sichtzone auf kleinen Radien der Mahlkammer unterschieden werden Bei erh hter
97. er diesen Bedingungen auf der Vorderseite im Strahlkern dagegen kann kein Leuchten beobachtet werden Aufgrund des vergr erten D sendurchmessers besitzen die Treibstrahlen einen gr eren Massenfluss und werden beim Auftreffen auf die Grundstr mung in Richtung dieser zirkulierenden Str mung abgelenkt 2 3 3 Drei Ebenen Modell In ihren Arbeiten beschreiben K rten und Rumpf 36 38 verschiedene optische Verfahren zur Sichtbarmachung der Spiralstr mung Dazu wird die M hle mit Glas bzw Plexiglasdeckeln ausgestattet um mit einer Kamera visuell den Str mungsverlauf zu verfolgen Neben den Aufnahmen mit tribolumineszierenden Substanzen werden erste Theoretische Grundlagen 15 Versuche mit Tusche und Tinte in Wasser durchgefuhrt in spateren Untersuchungen auch Aufschlammungen von Ru in Petrolether verwendet Im Folgenden soll das aus diesen Experimenten hervorgegangene Drei Ebenen Modell mit seinen einzelnen Ebenen genauer betrachtet werden Ebene 1 Ebene 2 Ebene 3 U A Abbildung 2 12 Str mungsverl ufe nach dem von K rten und Rumpf aufgestellten Drei Ebenen Modell 36 Das Str mungsmedium tritt Uber die Treibstrahld sen am Umfang tangential in die Mahlkammer ein Wie noch genauer in Kapitel 2 4 3 1 erl utert wird weitet sich dieser Treibstrahl auf hier durch die mit Punkten gekennzeichnete Linie dargestellt ber das Tauchrohr kann die Str mung aus jeder Ebene der Kammer abflie en E
98. erleichterten bersicht wird der Durchmesser der Mahlkammer von 80 mm im Ma stab 2 1 abgebildet Die gestrichelten Linien stellen zum einen die Symmetrieachsen der Mahlkammer dar zum anderen auch die Richtung der aus den D sen unter einem Winkel von 54 austretenden Treibstrahlen Um die W lbung des Mahlkammerdeckels an jedem Messpunkt bei der Geschwindigkeitsberechnung zu ber cksichtigen erfolgt die Auswertung der Gesamtdruckwerte nicht nach der gemessenen Eintauchtiefe des Pitot Rohres sondern geordnet nach einzelnen Auswertungsebenen vgl Tabelle und Abbildung 5 15 Die durch die Mittelpunkte der D sen aufgespannte Ebene dient dazu als Symmetrieachse Ergebnisse und Diskussion 79 5 3 5 1 Stromungsverlauf in den Treibstrahlebenen 1 und 1 Wird das Pitot Rohr auf dem Radius 35 5 mm 6 bzw 7 mm tief in der Mahlkammer positioniert lassen sich deutlich erh hte Gesamtdruckwerte feststellen Dieser Effekt ist auf das Erreichen der Treibstrahlebenen 1 und 1 zuruckzufuhren da hier der Einfluss der D sen dominierend ist Durch diese werden Messungen nur auf dem u eren Radius der Mahlkammer stark beeinflusst wie die Str mungsprofile in den Abbildungen 5 17 sowie 5 18 erkennen lassen Abh ngig von der Messposition betr gt die Str mungsgeschwindigkeit in der Ebene 1 am peripheren Umfang der Mahlkammer bis zu 248 m s Mit zunehmender Entfernung der Messposition von der Treibstrahld se f llt die Geschwindigkeit auf gl
99. es von 898 hPa der Einfluss dieser variierten Parameter beschrieben Die aufgenommenen Gesamtdruckwerte jeweils nach Radius und Eintauchtiefe geordnet sind in Anhang 9 8 aufgef hrt 5 3 1 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit in Abh ngigkeit vom Anstr mwinkel des Pitot Rohres Wie in Kapitel 4 2 1 5 2 beschrieben ist die genaue Positionierung des Pitot Rohres in der Str mung von au erordentlicher Bedeutung 33 Nur in diesem Fall bildet sich ein Staupunkt aus und der Gesamtdruck kann exakt gemessen werden Um diese Richtungsabh ngigkeit genauer zu untersuchen wird das Pitot Rohr an jedem Messpunkt um Winkelabst nde von 10 in der Str mung ausgerichtet Nur im Bereich des maximalen Wertes wird nochmals um 5 variiert Stellvertretend f r die erhaltenen Ergebnisse ist in Abbildung 5 11 beispielhaft der Verlauf des Gesamtdrucks in Abh ngigkeit des Anstr mwinkels bei einer Eintauchtiefe des Pitot Rohres von 6 mm dargestellt 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 20 Anstromwinkel Gesamtdruck hPa Abbildung 5 11 Einfluss des Anstr mwinkels auf den Gesamtdruck gemessen auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm Ergebnisse und Diskussion 70 Es ist deutlich zu erkennen dass nur Anstr mwinkel von 190 bis 10 auf dem Radius von 35 5 mm erfassbar sind Die Mahlkammerwand begrenzt weitergehende
100. fachen Anregungen und konstruktiven Hinweisen Hervorheben m chte ich besonders die F rderung einer selbst ndigen wissenschaftlichen Arbeit f r die auf Grund der Arbeitsbedingungen gute Voraussetzungen gegeben waren Andreas Scholz und Markus Diener Firma WIKA Klingenberg die mir den Druckaufnehmer D 10 sowie die zugeh rige Software freundlicherweise zur Verf gung gestellt haben Georg Walter und seinen Mitarbeitern in der institutseigenen Werkstatt f r die Anfertigung der Pitot Rohre sowie ihre kompetente Beratung und Unterst tzung bei zahlreichen Problemen Dr Bernd Reyer Lehrstuhl f r Pharmazeutische Chemie f r die Unterst tzung bei allen Schwierigkeiten die w hrend der Anfertigung dieser Arbeit mit dem Computer auftraten Markus Meier Zentrum f r Angewandte Energieforschung der Universit t W rzburg f r die graphische Erstellung der Str mungsprofile mittels MATLAB meinen Kollegen am Lehrstuhl f r Pharmazeutische Technologie f r gute Zusammenarbeit und zahlreiche Diskussionen meiner Familie meinen Freunden und ganz besonders Sven f r ihr Verst ndnis sowie Motivation und Unterst tzung im privaten Bereich die mir damit das Anfertigen dieser Dissertation sehr erleichterten Publikation II Ein Teil der Ergebnisse die aus dieser Arbeit hervorgingen wurde bereits ver ffentlicht Hagendorf A Zimmermann l Pressure measurements in a jet mill 5th Worldmeeting on Pharmaceu
101. g station r verl uft d h Kenngr en wie Druck Dichte Geschwindigkeit und Temperatur sich in Abh ngigkeit von der Zeit nicht ndern Ferner ist davon auszugehen dass keine Energieverluste durch Reibung oder W rme auftreten Zudem verh lt sich die Str mung wie ein ideales Gas mit konstanten spezifischen W rmekapazit ten so dass der Isentropenkoeffizient 1 405 f r Luft betr gt Ep K 2 7 SS 2 7 K Isentropenkoeffizient Cp spezifische W rmekapazit t bei konstantem Druck m s Ki Cy spezifische W rmekapazit t bei konstantem Volumen m s Ki Dichte und Druck eines idealen Gases sind isentrop ber die folgende Gleichung miteinander verbunden K P const 2 8 p Druck des Gases Pa Dichte des Gases kg m Isentropenkoeffizient A OO Bei den hohen vorherrschenden Geschwindigkeiten ist au erdem von gr eren Dichte nderungen des Gases auszugehen so dass auch Kompressibilit tseffekte ber cksichtigt werden m ssen 6 30 61 77 Eng verkn pft mit diesen Einfl ssen ist auch die Machzahl die als Verh ltnis der Geschwindigkeit zur Schallgeschwindigkeit definiert wird Theoretische Grundlagen 21 a Machzahl Str mungsgeschwindigkeit m s Schallgeschwindigkeit m s Isentropenkoeffizient spezifische Gaskonstante Luft 287 22 J kg K Temperatur K Druck des Gases Pa Dichte des Gases kg m VDOAWAWM lt a ag Die Schallgeschwindigkeit f r Luft betr gt e
102. genau gemessen Die Versuche werden mit verschiedenen Eintauchtiefen des Pitot Rohres in die Mahlkammer durchgef hrt Durch die konische Form der Mahlkammer sind Messbereiche von 3 mm bis 15 mm m glich Zuletzt werden die Messungen auf die Material und Methode 48 anderen Radien vgl Tabelle 4 2 ausgedehnt um den Innenraum der Mahlkammer so vollst ndig wie m glich zu erfassen Abbildung 4 15 gibt eine bersicht stellt die Lage der Messpunkte f r den Gesamtdruck dar an denen das Pitot Rohr in den Mahlkammerdeckel eingebaut wird Pos 12 Pos 1 Pos 7 i Pos 6 Abbildung 4 15 Lage der Messpunkte an denen das Pitot Rohr in den Mahlkammerdeckel eingebaut wird Tabelle 4 6 gibt eine Ubersicht Uber die bei jeder Messung systematisch variierten Parameter Die Eintauchtiefe des Pitot Rohres wird jeweils ausgehend vom Mahlkammerdeckel gemessen Da ein spiraliger Verlauf der Grundstr mung zu erwarten ist wird das Pitot Rohr entgegen dem Uhrzeigersinn durch die Str mung gedreht Position 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Anstromwinkel 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 Eintauchtiefe mm 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Radius mm 0 0 4 0 9 0 11 0 13 0 17 0 26 5 35 5 Tabelle 4 6 untersuchte Parameter in den Versuchsreihen
103. grierter statischer Wandbohrung einzubauen ist aufgrund des geringen Durchmessers von nur 80 mm nicht m glich Daher muss f r die Messung des Gesamtdrucks ein neuer Deckel mit gleichem Wolbungsradius R 230 mm angefertigt werden Die entsprechenden Konstruktionszeichnungen sind Anhang 9 1 und 9 5 zu entnehmen 4 2 1 5 2 Pitot Rohr Seit ber 250 Jahren werden Staurohre in Verbindung mit Druckaufnehmern zur Messung von Druck und Geschwindigkeit in str menden Fluiden eingesetzt Diese Technik erweist sich als einfache direkte Messmethode mit hoher Genauigkeit 33 blicherweise werden Pitot Rohre aus Edelstahl hergestellt da dieses Material korrosionsfrei und sehr druckbest ndig ist Abbildung 4 8 zeigt eine Aufnahme des f r diese Arbeit angefertigten d nnwandigen Edelstahlrohres Material und Methode 38 e Abbildung 4 8 Pitot Rohr aus Edelstahl Das L f rmige Rohr wird direkt in die zu untersuchende Str mung gehalten und nimmt an seiner Spitze den in Str mungsrichtung wirkenden Gesamtdruck auf Am anderen Ende erfolgt der Anschluss an einen Druckaufnehmer Durch Gesamtdruckmessung in Verbindung mit einer statischen Druckmessung und anschlie ender Differenzbildung kann der dynamische Druck und daraus die Str mungsgeschwindigkeit berechnet werden vgl Kapitel 2 4 3 2 Dazu soll sich die Spitze des Pitot Rohres genau unterhalb der ffnung zur Messung des statischen Drucks befinden Nur auf diese Weise k nnen exakt die Diffe
104. gsebene 26 5 Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Fi Temp C tats Radius mm m 4 4 abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s keh Temp C Anhang 206 9 9 2 Ebene 1 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Fi Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Bun Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s 7 Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s BER Temp C tats Radius mm m 4 4 abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck
105. h sind Es wird deutlich dass an zahlreichen Messpositionen eine Druckwertaufnahme nicht m glich ist Die Buchstaben w p t und m geben an aus welchem Grund w W lbung der Mahlkammer p L f rmige Kr mmung Ergebnisse und Diskussion 74 des Pitot Rohres t Tauchrohr m Mahlkammerwand eine Gesamtdruckmessung nicht erfolgen kann Die grau unterlegten Messwerte geben den h chsten aufgezeichneten Gesamtdruckwert an und werden zur Berechnung der Geschwindigkeit herangezogen Tabelle 5 14 listet die notwendigen Kenngr en f r den maximal auftretenden Druckwert auf um an diesem Beispiel die einzelnen Parameter zu erl utern Som TI tats chlicher Radius mm 37 3 absolute Eintauchtiefe mm 9 1 Auswertungsebene 1 Anstr mwinkel 5 Tabelle 5 14 zur Berechnung der Geschwindigkeit notwendige Parameter gemessen auf dem Radius 35 5 mm Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm Anstr mwinkel 5 Der tats chliche Radius gibt die Entfernung der Spitze des Pitot Rohres vom Mahlkammermittelpunkt an Die absolute Eintauchtiefe bezeichnet den senkrechten Abstand der Tangente an den h chsten Punkt der Mahlkammer zur Ebene durch den jeweiligen Messpunkt bei einer bestimmten Eintauchtiefe des Pitot Rohres Um den W lbungsradius der Mahlkammer von R 230 mm an dieser Messposition zu ber cksichtigen wird die allgemeine Kreisgleichung 5 1 herangezogen f x R x 5 1 f x Funktionswert von x mm R W lbungsrad
106. harmaceutics and Biopharmaceutics 62 2006 194 201 Z gner S Untersuchungen zum elastisch plastischen Verhalten von Kristalloberfl chen mittels Kraft Eindringtiefen Verfahren Dissertation Universit t W rzburg 2002 Anhang 132 Anhang Konstruktionszeichnungen der Spiralstrahlm hle JMRS 80 Mahlkammerdeckel mit Messbohrungen auf den Radien 35 5 26 5 17 0 13 0 11 0 9 0 0 0 mm en on N 3 _ 2947 m oe d REN N F Eg a3 at pi 8 HA R EISE NU g St a BPI zen N a Ru a SS 9 Ei 2 N 17 as d N OR 265 mi 3 k 35 5 Anhang 133 9 1 2 Mahlkammerdeckel mit Messbohrung auf dem Radius 4 0 mm D D i 1 S p E PEH e sel g g E BE H Segel o i M7 A 58 l ll ik E tH Anhang 134 9 2 Programm zur Ansteuerung des Druckaufnehmers fur den statischen Druck und des Freiblasventils MS Excel 97 Kai Kretzler Universitat Wurzburg 2000 FRYMA Option Explicit Dim Blatt Dim Ger t ix As Integer Dim Dauer Intervall Inter2 Dau2 As Double Sub MUHLE Blatt M hle Rang
107. hen die ermittelten Geschwindigkeiten aus um ein eindeutiges Bild der Str mung zu erhalten Der charakteristische Verlauf einer Spiralstr mung kann mit Hilfe der durchgef hrten Druckmessungen best tigt werden In der Mahlkammerperipherie verl uft die Str mung entlang des Umfangs doch bereits ab dem Radius 26 5 mm nimmt die radiale Komponente zu so dass die Vektoren zur Mitte der Mahlkammer zeigen Dieser Bereich beschreibt die umlaufende Grundstr mung deren Geschwindigkeit durchschnittlich niedriger als die der von Treibstrahlen dominierten Positionen ist Innerhalb der Sichtzone in Richtung des Tauchrohres steigt die ermittelte Geschwindigkeit an wie es f r eine Spiralstr mung typisch ist 52 Das gel ufige Drei Ebenen Modell von K rten und Rumpf 36 zur Darstellung der Str mungsverl ufe in der Strahlm hle kann an Hand der gewonnenen Erkenntnisse nicht best tigt werden Die vermuteten R ckstr mungen lassen sich trotz Ausrichtung des Pitot Rohres in verschiedenen Eintauchtiefen sowie an ver nderten Positionen der Mahlkammer nicht beobachten Zur Pr fung der Empfindlichkeit des eingesetzten Pitot Rohres wird der maximale Fehler quantifiziert Die angef hrte Fehlerberechnung zeigt deutlich dass bei hohen Geschwindigkeiten unter Beachtung der Messungenauigkeiten der verwendeten Druckaufnehmer von einer maximalen Abweichung der Str mungsgeschwindigkeit von Zusammenfassung 121 ca 4 auszugehen ist Diese Messmethod
108. hld se entfernt desto niedriger sind aufgenommener Gesamtdruck und die daraus resultierende Geschwindigkeit Dieser Aspekt l sst sich besonders an Hand einer Projektion der ber die Mahlkammer verteilten Messpositionen zwischen zwei D sen verdeutlichen Zusammenfassung 120 Die berechneten Geschwindigkeitswerte lassen sich mit Hilfe des Programms MATLAB graphisch in Str mungsprofilen darstellen So k nnen besonders bersichtlich Richtung und Geschwindigkeit der lokalen Str mung in Abh ngigkeit vom Radius der Mahlkammer und Position des Pitot Rohres veranschaulicht werden Um die W lbung des Mahlkammerdeckels ebenfalls an jedem Messpunkt zu ber cksichtigen wird in den Str mungsprofilen nicht die gemessene Eindringtiefe des Pitot Rohres angegeben sondern die absolute Eintauchtiefe des Rohres in Bezug zu der durch die Mittelpunkte der Treibstrahld sen gebildeten Ebene Auf diese Weise l sst sich der Str mungsverlauf in der Strahlm hle schichtweise in einzelnen Ebenen angeben Von gro er Bedeutung sind die Treibstrahlebenen sowie angrenzende Bereiche ober bzw unterhalb der Treibstrahlebenen da hier ein symmetrisches Str mungsverhalten beobachtet werden kann Diese Symmetrie wird jedoch in den nachfolgenden Ebenen bedingt durch das Tauchrohr durchbrochen Auf Grund der Geometrie von Mahlkammer und Pitot Rohr kann an einigen Positionen darunter auch innerhalb des Tauchrohres keine Gesamtdruckaufnahme erfolgen Trotzdem reic
109. hsmessungen die h chsten Gesamtdruckwerte und wird daher f r die weiteren Versuche eingesetzt Diese erfolgen bei konstant gehaltenen operativen Parametern zun chst ohne Feststoffbeladung der Spiralstrahlm hle um erste Orientierungswerte f r die aufgezeichneten Dr cke und die daraus berechneten Geschwindigkeiten zu erhalten Um den Innenraum der M hle so vollst ndig wie m glich zu erfassen werden wesentliche Einflussgr en wie Messposition und Eintauchtiefe des Pitot Rohres sowie definierte radiale Positionen in der Mahlkammer schrittweise variiert Dabei erfolgt jeweils die Ermittlung des optimalen Anstr mwinkels des Pitot Rohres Nur in diesem Fall ist das Rohr exakt in der Str mung positioniert und kann direkt angestr mt werden erkennbar am Auftreten eines maximalen Gesamtdruckwertes Der Einfluss der ver nderten Parameter wird am Beispiel des h chsten gemessenen Gesamtdruckwertes von 898 hPa und einer damit berechneten Geschwindigkeit von 248 m s erl utert Versuche mit unterschiedlichen Eintauchtiefen des Pitot Rohres in die Mahlkammer zeigen ebenfalls einen Druckanstieg sobald das Messrohr in N he der Treibstrahld sen ausgerichtet wird Dieser Einfluss ist nur in der Mahlkammerperipherie auf dem Radius von 35 5 mm klar erkennbar Als sehr aufschlussreich erweisen sich dar berhinaus Messungen des Gesamtdrucks in Abh ngigkeit von der Position des Pitot Rohres in den Treibstrahlebenen Je weiter sich das Rohr von der Treibstra
110. hwindigkeit m s Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s m Po o w Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s 3 Temp C ETT tats Radius mm abs ETT mm Radius Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s bE Temp C tats Radius mm m 4 4 abs ETT mm Radius Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s fe Temp C Anhang 201 9 9 2 Ebene 6 tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s ki Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s ki Temp C tats Radius mm abs ETT mm Au
111. ie Graphik zeigt dass bei Steigerung des Mahldrucks um jeweils 0 5 10 Pa der statische Druck ebenfalls proportional zunimmt Bei Linearisierung der Messwerte mit erh htem Mahldruck f r den Radius 35 5 mm betr gt der Korrelationskoeffizient R 0 99 der f r den Radius 26 5 mm R 0 98 Somit steigt der statische Druck mit Erh hung des Mahldrucks nahezu linear an F r die Berechnung der Geschwindigkeit ist neben den Geradengleichungen die Ermittlung des Gesamtdrucks notwendig die in Kapitel 5 3 6 beschrieben wird 5 1 5 Statischer Druck in Abh ngigkeit von der Feststoffkonzentration Erfolgreiche Zerkleinerung setzt eine bestimmte Feststoffbeladung der Strahlm hle voraus Wie schon in Kapitel 2 2 1 erl utert m ssen ausreichend Pulverpartikel vorliegen damit sich diese durch gegenseitigen Prall zerkleinern Wird die Gutzufuhr weiter gesteigert und tritt sogar eine berladung der M hle mit Pulver ein wird die Geschwindigkeit der Str mung durch vermehrte Reibung der Partikel beim Aufprall entsprechend vermindert Der Feststoff wird nicht mehr effektiv zerkleinert sondern als Grobgut ausgetragen 37 An Hand von Messungen des statischen Drucks l sst sich erkennen ob bei der gew hlten F rderrate des Pulvers Str mungsinstabilit ten in der Mahlkammer auftreten die sich in starken Druckschwankungen bemerkbar machen Der Einfluss der Feststoffbeladung auf den statischen Druck wird mit folgender Versuchsreihe untersucht Die bisherig
112. ie maximalen Gesamtdruckwerte die ber die verschiedenen Eintauchtiefen des Pitot Rohres an Position 4 aufgezeichnet werden Optimale Anstr mung vorausgesetzt kann das Rohr auf dem Radius von 35 5 mm in verschiedenen Eindringtiefen von 4 bis 11 mm platziert werden Dabei variiert der jeweilige Anstr mwinkel bei der unterschiedlichen Eintauchpositionierung Ergebnisse und Diskussion 71 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 4 Gesamtdruck hPa 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Eintauchtiefe des Pitot Rohres mm Abbildung 5 12 Einfluss der Eintauchtiefe des Pitot Rohres auf den Gesamtdruck aufgezeichnet bei jeweils optimaler Anstr mung auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Die Druckwerte liegen bei geringen Eintauchtiefen 4 und 5 mm ungef hr 12 hPa ber denen von gr erer Eindringtiefe 8 bis 11 mm Eine Positionierung des Rohres in Tiefen von 6 und 7 mm in der Str mung f hrt zu einem deutlichen Gesamtdruckanstieg Dieser Effekt ist auf die Positionierung des Rohres auf dem u eren Radius in D senn he zur ckzuf hren Hier werden der Gesamtdruck und dementsprechend auch die Geschwindigkeit am st rksten durch die Treibstrahlen beeinflusst Desweiteren ist zu ber cksichtigen dass der Treibstrahl beim Eintritt in die Mahlkammer aufplatzt und dieser Einfluss bei den gemessenen Eindringtiefen von 6 bis 7 mm erfasst wird F r die Auswertung der gemessenen Daten ist daher eine Einteilu
113. ige Messwertaufnahme gegeben ist Im weiteren Verlauf setzt sich die Spitze des Messrohres sogar vollst ndig zu dass diese auch mit Hilfe des Sp lgasstroms ber mehrere Minuten nicht von Partikeln befreit werden kann Nur durch Anwendung eines Minibohrers gelingt es das stark verdichtete Pulverbett aus der Rohrspitze zu entfernen Die zahlreichen Druckanstiege bis auf 1750 hPa lassen sich auf den Freiblasstrom zur ckf hren Ein Ausschnitt aus dem aufgezeichneten Gesamtdruckverlauf mit Werten bis 200 hPa soll die Problematik noch einmal verdeutlichen Ergebnisse und Diskussion 117 200 180 4 160 140 120 Oh 80 T T T T T T T T T T T T T T 1 H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Zeit min Gesamtdruck hPa 100 4 Abbildung 5 39 Ausschnitt aus dem zeitlichen Verlauf des Gesamtdrucks bei einer F rderrate von 3 49 g min der Modellsubstanz Criscarb Mahldruck 4 0 10 Pa Injektordruck 4 5 10 Pa Mahlspalt 5 mm Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm Anstr mwinkel 5 Ebene 1 Sp lgasdruck 1 75 10 Pa 15 min Die neben den Druckspitzen unregelm ig auftretenden hohen Oszillationen des Gesamtdrucks erstrecken sich ber einen Bereich von mehr als 50 hPa wie Abbildung 5 39 veranschaulicht In weiteren Messungen wird der Vordruck des Sp lgasstroms schrittweise bis auf 3 25 10 Pa erh ht und das Freiblasintervall bis auf 3 Sekunden verk rzt Die Versuche
114. igkeitszahl Druck Pa kritischer Druck Pa Gesamtdruck Pa statischer Druck Pa dynamischer Druck Pa W rme kg m s spezifische Gaskonstante Luft 287 22 J kg K W lbungsradius m Korrelationskoeffizient Radius m Tauchrohrradius m maximaler Flugweg m Temperatur K Umfangsgeschwindigkeit m s Formelverzeichnis VIII x 50 Geschwindigkeit m s Radialgeschwindigkeit m s maximale Geschwindigkeit m s Mittelwert der maximalen Geschwindigkeit m s Arbeit kg m s Median m D senanstellwinkel Anstr mwinkel des Pitot Rohres nderung der Dichte kg m partielles Differential der Geschwindigkeit nach der Temperatur m s K Hohlraumvolumenanteil Viskosit t der Luft Pa s Isentropenkoeffizient mittlere freie Wegl nge m Feststoffbeladung Ausflussfunktion Luftdichte kg m Feststoffdichte kg m Einleitung 1 1 Einleitung Das Zerkleinern von Wirk und Hilfsstoffen auf eine bestimmte Partikelgr e ist ein wichtiger verfahrenstechnischer Schritt bei der Herstellung und Entwicklung von Arzneimitteln Durch Zerkleinern k nnen physikalische Eigenschaften von Feststoffen wie z B die Benetzbarkeit die Mischbarkeit sowie das L se und Sch ttverhalten g nstig beeinflusst werden 59 Eine geeignete Methode zur effektiven Zerkleinerung von Pulverpartikeln ist die Verwendung von Spiralstrahlm hlen Die Reduktion der Korngr e erfo
115. inblick auf nachfolgende Messungen des Gesamtdrucks mittels Pitot Rohr muss ber cksichtigt werden dass das Rohr mit 13 mm Kopfl nge um einen bestimmten Winkel innerhalb der jeweiligen Bohrung gedreht wird Somit wird je nach optimaler Anstr mung der tats chliche Druckwert auf verschiedenen Radien ben tigt Da nicht auf jedem Radius der Mahlkammer eine Messung erfolgen kann werden die fehlenden statischen Druckwerte Ergebnisse und Diskussion 58 interpoliert Mit Hilfe von abschnittsweise aufgestellten Funktionsgleichungen kann der statische Druckwert fur jeden bestimmten Radius innerhalb des angegebenen Definitionsbereiches ermittelt werden wie Tabelle 5 4 zeigt Definitionsbereiche Radien mm Funktionsgleichung R 13 0 40 0 y 10 025 x 23 874 0 998 9 0 13 0 y 0 775 x 28 249 x 311 27 x 1079 6 0 0 9 0 y 5 8275 x 50 579 0 999 Tabelle 5 4 interpolierte Funktionsgleichungen und zugeh rige Korrelationskoeffizienten zur Berechnung der fehlenden statischen Druckwerte innerhalb der angegebenen Definitionsbereiche Zur genauen mathematischen Beschreibung des Druckabfalls ber dem Tauchrohr wird zus tzlich der statische Druckwert gemessen auf dem Radius 17 0 mm zur Erstellung des kubischen Polynoms herangezogen Auf diese Weise l sst sich die Funktion so genau wie m glich f r den Definitionsbereich von 9 0 bis 13 0 mm angeben 5 1 4 Statischer Druck in Abh ngigkeit vom Mahldruck Um de
116. ind Durch ihren tangentialen Anstellwinkel wird ein spiraliger Verlauf der zirkulierenden Grundstr mung im Uhrzeigersinn erzwungen Mittels Injektor 1 und Dosiereinheit 2 erfolgt der Transport des zu zerkleinernden Pulvers in die Mahlkammer Das Mahlgut wird von den aus den D sen austretenden Treibstrahlen erfasst in diesen beschleunigt und durch gegenseitige Teilchenst e zerkleinert ber ein Tauchrohr 4 wird das mikronisierte Pulver abgeschieden Die nachfolgenden Abbildungen 2 1 und 2 2 veranschaulichen schematisch den Aufbau der eingesetzten Spiralstrahlm hle sowie der Mahlkammer Der Verlauf der Treibstrahlen ist durch die gestrichelten Linien dargestellt Eine detaillierte Beschreibung zur Funktionsweise der einzelnen Bauteile der Versuchsanlage erfolgt in Kapitel 4 2 1 wech ow 67 L_ 79 19 Abbildung 2 1 links Schnitt durch die Spiralstrahlm hle 66 1 Injektor 2 Dosiereinheit 3 Mahlkammer 4 Tauchrohr 5 D se Abbildung 2 2 rechts Aufsicht auf die Mahlkammer 1 Injektor 4 Tauchrohr 5 D sen Theoretische Grundlagen 4 2 2 Zerkleinerungsvorg nge in der Spiralstrahlm hle 2 2 1 Prallbeanspruchung In Zerkleinerungsmaschinen werden die Pulverpartikel verschiedenen Beanspruchungsarten unterworfen Zwischen zwei Flachen erfolgt die Beanspruchung der Partikel nach der Beanspruchungsart mittels Druck oder Schubbelastung Die hier auftretenden Geschwindigkeiten sind sehr gering Nach Rumpf
117. ingesetzt gilt f r das jeweilige partielle Differential 1 405 1 v 2 191120 1405 Jang 287 22 m 4 5 10 T 111405 1 134090 2 29915 sK 1 405 1 a 191120 134090 2 GE 2 _ a05 287 22 29915 134090 OP stat 1405 1 1 405 1 2 1405 134090 191720 4 _4 134090 m Fa 5 11 1 405 1 Don N LZ _ M405 287 22 29915 en z OP ges 1405 1 1 405 1 sPa 2 1405 191120 191120 134090 5 12 Ergebnisse und Diskussion 115 Vereinfachend l sst sich dann formulieren 1 2277 0 5 AV pa 0 0020 600 8 8005 m s 5 13 0 0028 2500 Der absolute maximale Fehler betr gt bei 248 m s demnach 8 8 m s AV max _ 8 8005 max V 248 max 0 0355 3 55 5 14 Der relative maximale Fehler kann mit Hilfe von Gleichung 5 6 berechnet werden und betragt 3 55 5 3 8 Gesamtdruck in Abhangigkeit von der Feststoffbeladung Die Messungen des Gesamtdrucks mit Feststoffbeladung der Strahlm hle erfolgen auf dem Radius 35 5 mm bei einer Eintauchtiefe des Pitot Rohres von 6 mm in Ebene 1 Im Leerbetrieb der M hle k nnen an dieser Position die h chsten Druckwerte aufgenommen werden Eine F rderrate der Mahlsubstanz von 3 49 g min hat sich in den Messungen des statischen Drucks vgl Kapitel 5 1 5 als geeignet erwiesen um bei vorgegebener Einstellung der operativen Parameter stabile Druckzust nde in der M hle zu erzielen Es
118. ionierung in der Str mung von essentieller Bedeutung 33 Bereits kleinste Abweichungen vom direkten Anstr mwinkel k nnen sich in einem Messfehler bemerkbar machen Abbildung 4 10 stellt den prozentualen Messfehler des Gesamtdrucks in Abh ngigkeit der Durchmesser Verh ltnisse dar Je gr er das Durchmesserverh ltnis desto geringer ist der Messfehler wenn sich die Rohrspitze nicht direkt der Str mung entgegenrichtet Material und Methode 41 0 125 30 d Daa P E 5 D SE 0 2 25 i 20 0 3 0 4 15 0 5 10 5 0 74 1 0 0 0 5 10 15 20 25 Anstr mwinkel 6 Abbildung 4 10 Winkelcharakteristik von Pitot Rohren 58 Die Abbildung zeigt Ergebnisse die aus Messungen mit Pitot Rohren angefertigt aus Edelstahlkan len gewonnen wurden Wird die Sondenspitze abgerundet konisch abgeflacht oder sogar in der Wandst rke verringert kann die Winkelabh ngigkeit weiter verbessert werden 25 46 Gesamtdrucksonden mit derartigen Spitzen stehen aufgrund der geringen Wandst rke des Werkstoffs f r diese Arbeit nicht zur Verf gung so dass mit einfachen zylindrischen Edelstahlrohren gearbeitet wird 4 2 1 5 3 Druckaufnehmer f r den Gesamtdruck Der in Kapitel 4 2 1 4 vorgestellte Druckaufnehmer XT 190 M kann prinzipiell ebenfalls zur Aufnahme des Gesamtdrucks eingesetzt werden Aufgrund der frontb ndigen Membran ist jedoch keine M glichkeit f r einen direkten Anschluss an das Pitot Rohr gegeben Daher muss ein neuer Dru
119. is VI 9 8 4 9 8 5 9 8 6 9 8 7 9 8 8 9 9 9 9 1 9 9 2 9 9 3 9 9 4 9 9 5 9 9 1 9 9 2 9 9 3 9 9 4 9 9 5 9 9 6 9 9 7 9 9 8 9 9 9 9 9 10 R dius 1O MMe a mR A es EES OTT 156 Radius 18 0 e WEEN 162 Radius 1 RR ut EE 164 Radius 2625 lr sterne enter 177 Radius 38 9 ln EEN 190 Rohdaten zur Berechnung der Str mungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Ebenen der Spiralstrahlm hle nnnnnaannnnnnenennennnnnnnneeeeennn nn 199 Stirnfl che der Mablkammer en nnnnnnnnnnennnnn 199 Ebene Fo au ee a a 201 Ebene EE 202 EDOM 44 ee 203 GC EE 204 Ebene F2 Cee CC Ce AR eA TN en een ee 205 Ebene Gab EE 206 Ebene CR KEE 207 Ebene 2 a anbcusun ents aues cat T 208 7 Ebene Ebene Ebene Ebene GE EE 213 Formelverzeichnis VII AVmax AT Ekin Pges Pstat Pdyn RL R2 fi So Schallgeschwindigkeit m s D senquerschnittsfl che m7 spezifische Warmekapazitat bei konstantem Druck m s K spezifische W rmekapazit t bei konstantem Volumen m s K Partikeldurchmesser m Grenzkorndurchmesser m Lageparameter m Innendurchmesser m Au endurchmesser m Durchgangssumme m maximaler Fehler der Geschwindigkeit m s Messungenauigkeit des Temperaturaufnehmers K kinetische Energie kg m s potentielle Energie kg m s Feststoffmassenstrom kg s Luftmassenstrom kg s theoretischer Gasmassenstrom kg s Machzahl Gleichm
120. ise auch Ungenauigkeiten hinsichtlich ihrer Geometrie sowie apparativen Ausstattung aufweist Daher dienen diese Werte nur zur Orientierung Ferner zeigt sich dass nur wenig experimentelle Daten ber die Str mung der Spiralstrahlm hle ohne Feststoffbeladung vorliegen 4 52 Die Beladung der Strahlm hle mit Mahlgut erschwert die Untersuchung der Str mungsprozesse Aus diesem Grund liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit in der Untersuchung des Verhaltens der reinen Luftstr mung mit dem Ziel ein Str mungsprofil der Spiralstrahlm hle zu erstellen Anschlie end werden die Messungen durch Einsatz einer Modellsubstanz ausgeweitet Diese Versuche sollen weitere Erkenntnisse ber das Str mungsverhalten in der Spiralstrahlm hle bei Feststoffbeladung liefern Theoretische Grundlagen 3 2 Theoretische Grundlagen In diesem Kapitel wird der derzeitige Stand der Forschung Uber die Partikel zerkleinerung in Spiralstrahlm hlen zusammengefasst Dazu erfolgt zun chst eine n here Betrachtung der Zerkleinerungs und Str mungsvorg nge Im Weiteren werden die physikalischen Grundlagen des f r diese Arbeit relevanten Messprinzips erl utert und notwendige Formeln zur Berechnung von Str mungsgeschwindigkeiten vorgestellt Zuerst erfolgt eine kurze Beschreibung des Aufbaus der Spiralstrahlm hle 2 1 Aufbau der Spiralstrahlm hle Die Spiralstrahlm hle besteht aus einer flach gew lbten Mahlkammer 3 an deren Umfang f nf D sen 5 angeordnet s
121. it t sowie einer hohen Feststoffdichte verl ngern Abbildung 2 5 zeigt den Einfluss des Partikeldurchmessers auf die mittlere freie Wegl nge A sowie den Flugweg So bei verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten und Feststoffkonzentrationen von kugelf rmigen Teilchen Theoretische Grundlagen 6 SoA mm 104 Vo 100 m s 103 Vo 10 m s 1 107 2 19 1 10 10 So A 1 Feinstmahlung 10 102 VA 10 10 10 10 1 10 10 d mm Abbildung 2 5 maximaler Flugweg und mittlere freie Wegl nge in Abh ngigkeit vom Partikeldurchmesser bei kugelf rmigen Teilchen p 1g cm in ruhender Luft von 20 C 70 Der Graphik ist zu entnehmen dass die Wahrscheinlichkeit fur einen gegenseitigen Sto der Partikel steigt wenn die mittlere freie Wegl nge kleiner als der Abbremsweg ist Bei abnehmendem Partikeldurchmesser nimmt auch die mittlere freie Wegl nge ab Da der maximale Flugweg jedoch vom Quadrat des Partikeldurchmessers abh ngt nimmt dieser mit kleinerem Durchmesser st rker ab so dass zuerst weniger St e auftreten und schlie lich keine mehr Ist nun der Flugweg kleiner als die mittlere freie Wegl nge werden die Teilchen w hrend des freien Flugs so stark abgebremst dass keine ausreichend hohen Geschwindigkeiten f r einen Zusammensto mehr erreicht werden Bei zu geringem Durchmesser folgen sie der Bewegung der Luftstr mung und werden nicht weiter beansprucht Daher lassen sich Partikel in einer Spiralstrah
122. ius mm x tats chlicher Radius mm Ergebnisse und Diskussion 75 f x Eintauchtiefe R 230 mm 230 mm Abbildung 5 14 Skizze zur Berechnung der absoluten Eintauchtiefe aus der gemessenen Eintauchtiefe des Pitot Rohres in die gew lbte Mahlkammer mit R 230 mm Wie aus Abbildung 5 14 hervorgeht kann mit Gleichung 5 1 f r den W lbungsradius R der Mahlkammer der folgende Zusammenhang aufgestellt werden R absolute Eintauchtiefe f x Eintauchtiefe 5 2 Bei einer Eintauchtiefe des Pitot Rohres von 6 mm berechnet sich die absolute Eintauchtiefe zu R Eintauchtiefe R x 230 mm 6 mm 230 mm 37 3 mm 9 1 mm Entsprechend den in der nachfolgenden Tabelle 5 15 angegebenen Bereichen fur die absolute Eintauchtiefe des Pitot Rohres lassen sich verschiedene Auswertungsebenen in der Mahlkammer einteilen Ergebnisse und Diskussion 76 absolute Auswertungs Eintauchtiefe mm ebene 3 5 4 4 6 4 5 5 4 5 5 5 6 4 6 5 7 4 7 5 8 4 8 5 9 4 9 5 10 4 10 5 11 4 11 5 12 4 12 5 13 4 13 5 14 4 14 5 15 4 15 5 16 4 16 5 17 4 lt DELS S HS Tabelle 5 15 Absolute Eintauchtiefen des Pitot Rohres mit zugeordneten Auswertungsebenen Die durch die Mittelpunkte der Treibstrahld sen aufgespannte Ebene 0 wird als Bezugsebene gewahlt Mit Hilfe der Gleichung 5 1 sowie weiteren Abmessungen
123. kels sofort erfolgt Vorraussetzung zur Entstehung eines Risses ist die Erf llung der differentiellen Bruchenergiebedingung 87 Partikel k nnen zun chst plastisch verformt werden oder Anrisse bekommen die erst bei erneuter Beanspruchung die Bruchausbreitung beg nstigen Dies bedeutet dass der durch den ersten Prall gespeicherte Energievorrat f r einen Bruch nicht ausreicht Der Bruch l uft erst vollst ndig durch den Partikel hindurch wenn gen gend gespeicherte elastische Energie freigesetzt wird F r die Rissausbreitung gilt daher die integrale Bruchenergiebedingung 69 78 86 Aus diesem Grund ist eine Mindestgr e f r das entsprechende Mahlgut erforderlich damit die f r den Bruch ben tigte Energie gespeichert werden kann Wie bereits im vorherigen Kapitel angesprochen lassen sich Stoffe unterhalb einer Grenzkorngr e nicht weiter zerkleinern da sich die Partikel nur plastisch verformen 75 Es entsteht kein Bruch da die Beanspruchungsintensit t f r eine Zerkleinerung nicht ausreichend ist Zudem zeigen die Partikel eine hohe Tendenz zur Agglomeration Damit bt die PartikelgroRe einen entscheidenden Einfluss auf die Bruchwahrscheinlichkeit aus 41 Gro e Teilchen weisen zahlreiche Anrisse und Strukturfehler auf an denen entlang sich Br che leicht ausbreiten k nnen Kleine Teilchen sind dagegen in ihrem strukturellen Aufbau homogener sie zeigen eine geringere Anzahl an Fehlstellen pro Volumeneinheit Die Festigkeit is
124. kg K Temperatur K In diesem Fall gilt fur das totale Differential nach Gleichung 5 4 ON oT AT ON op stat APstat ON op ges APges Av max OV Za CH stat OV AD es Ap stat Op 5 6 oT max ges maximaler Fehler der Geschwindigkeit m s Mittelwert der maximalen Geschwindigkeit m s partielles Differential der Geschwindigkeit nach der Temperatur m s K Messungenauigkeit des Temperaturaufnehmers K partielles Differential der Geschwindigkeit nach dem statischen Druck m s Pa Messungenauigkeit des Druckaufnehmers f r den statischen Druck Pa partielles Differential der Geschwindigkeit nach dem Gesamtdruck m s Pa Messungenauigkeit des Druckaufnehmers f r den Gesamtdruck Pa Die partiellen Differentiale lassen sich wie folgt formulieren K 1 D KR ce a eee ee 5 7 oT K 1 Daat 2 JT K 1 E j OV 2 P stat J KRT 5 8 OD stat K 1 i l l Ergebnisse und Diskussion 114 K 1 bal Ov 2 KRT P stat op ges S K 1 Bat 2K P ges 1 stat Die maximale Geschwindigkeit von 248 m s wird ber den Gesamtdruck von 898 2 hPa plus 1013 hPa Atmosph rendruck bei einer Temperatur von 26 C 299 15 K unter Zuhilfenahme des statischen Drucks von 327 9 hPa plus 1013 hPa Atmosph rendruck ermittelt Wird ein Isentropenkoeffizient von 1 405 und die spezifische Gaskonstante der Luft von 287 22 J kg K in Gleichung 5 5 e
125. lassen sich die tats chlichen Messpunkte zwischen zwei D sen projizieren Tabelle 5 12 gibt eine bersicht ber die Lage der Positionen in Bezug zu den Treibstrahld sen auf dem Radius 35 5 mm an denen sich das Rohr bei optimaler Anstr mung befindet reson 1112131215117 Po Tofr raen vise 50 1a as 2 2 62 20 50 e 20 0 20 Tabelle 5 12 Lage der Messpositionen vor und nach den Treibstrahld sen aufgezeichnet auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm Zur erleichterten Ubersicht dient die folgende Abbildung 5 13 welche die projizierte Lage der Messpunkte zwischen zwei Treibstrahld sen veranschaulicht Pos 10 Pos 5 Pos 7 Pos 12 Abbildung 5 13 bersicht ber die Lage der zw lf Messpositionen bei jeweils optimaler Anstr mung des Pitot Rohres projiziert zwischen zwei Treibstrahld sen Ergebnisse und Diskussion 73 Nur in der Dusenebene selbst auf dem u eren Radius von 35 5 mm ben die Treibstrahlen einen Einfluss auf die Druckwerte in Abh ngigkeit von der Position aus Daher wird f r diese Ebene folgende Annahme berpr ft Je n her sich das Rohr bei optimaler Anstr mung zu einer D se ausrichtet desto h her ist auch der gemessene Gesamtdruck sowie die resultierende Geschwindigkeit f r die entsprechende Position Dazu wird der Gesamtdruck an den zw lf bereits bekannten Messpunkten aufgenommen Die berechneten Str mungsgeschwindigkeiten k nnen Tabelle 5 13 ent
126. lgt dabei durch gegenseitigen Sto der Teilchen Die Partikel erfahren durch die vorherrschenden hohen Geschwindigkeiten eine derartige Beschleunigung dass durch den gegenseitigen Aufprall eine Feinstzerkleinerung bis auf wenige Mikrometer erfolgt 22 67 Trotz eines hohen Energiebedarfs hinsichtlich Strom und Druckluft erweist sich der Einsatz von Spiralstrahlm hlen als vorteilhaft da keine nennenswerte Erw rmung des Mahlgutes in der M hle erfolgt 28 55 Zudem sind zus tzliche Mahlwerkzeuge wie z B in Kugel oder Stiftm hlen nicht notwendig 31 In den USA begann bereits in den 30er Jahren die Entwicklung verschiedener Strahlm hlen die auch heute noch Anwendung in der chemischen Industrie finden In den 60er Jahren besch ftigten sich Rumpf und Mitarbeiter 37 damit die Vorg nge in der Spiralstrahlm hle w hrend des Mahlprozesses zu beobachten und modellhaft zu beschreiben Mit Hilfe dieser Untersuchungen lie en sich erste grundlegende Erkenntnisse zum Verst ndnis der Partikelzerkleinerung gewinnen Eine vollst ndige Erkl rung der physikalischen Vorg nge w hrend der Zerkleinerung konnte jedoch bisher nicht gegeben werden 2001 instrumentierte Rief 66 eine Spiralstrahlm hle vom Typ Fryma JMRS 80 mit einem statischen Drucksensor um Druckverl ufe in der Mahlkammer w hrend des Zerkleinerungsprozesses zu erfassen Dabei wurde der statische Druck in Abh ngigkeit von relevanten Parametern wie z B ver ndertem Mahldruck T
127. lkr fte die Sichtleistung verringert 73 Feine Partikel k nnen nicht mehr einzeln abgeschieden werden sondern brechen auch mit grobem Feststoff unkontrolliert in sogenannten Gutstr hnen aus da in der Str mung eine gleichm ige Fluidisierung nicht mehr gelingt 37 Die w hrend der Mahlung eingebrachte Feststoffmenge spielt demnach hinsichtlich Zerkleinerung und Sichtung in der Spiralstrahlm hle eine entscheidende Rolle Nur bei Beladung mit einer definierten Gutkonzentration kann die erforderliche Fluidisierung aller Partikel und daraus resultierend eine stabile Arbeitsweise der M hle sichergestellt werden 64 Theoretische Grundlagen 11 2 3 Str mungsvorg nge in der Spiralstrahlm hle Seit jeher besteht gro es Interesse an der genauen Kenntnis der Str mungsverh ltnisse in der Spiralstrahlm hle da diese u erst vielschichtig und von zahlreichen Faktoren abh ngig sind wie bereits in vorangegangenem Kapitel erl utert Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Einfluss der Treibstrahlen auf die Str mungsvorg nge Daher ist es zum erleichterten Verst ndnis notwendig diesen Verlauf in verschiedenen Bereichen der M hle genauer zu betrachten 2 3 1 Treibstrahlverlauf Abbildung 2 7 stellt den Verlauf der Treibstrahlen in der Spiralstrahlm hle schematisch dar Abbildung 2 7 Aufsicht auf die Mahlkammer 66 1 Zerkleinerungszone 2 Sichtzone 3 zirkulierende Grundstr mung 4 Vorderseite des Treibstrahls 5 R
128. lm hle nur bis zu einer bestimmten Grenzkorngr e zerkleinern die nach Abbildung 2 5 ungef hr 10 um betr gt Da Zerkleinerung von H ufigkeit und Intensit t der Beanspruchung abh ngt kann sowohl ber die Feststoffkonzentration als auch durch die Prallgeschwindigkeit Einfluss auf das Mahlergebnis genommen werden 39 64 F r den Betrieb einer M hle muss gelten dass ein ausreichend hoher Feststoffdurchsatz pro Zeiteinheit erfolgt damit berhaupt Zusammenst e von Partikeln wahrscheinlich sind Bei einer berladung der Theoretische Grundlagen 7 Muhle kann es jedoch zum Abbremsen der Stromung kommen und folglich zum Erliegen eines erfolgreichen Zerkleinerungsprozesses Eine Verbesserung des Zerkleinerungsergebnisses lasst sich ferner durch Steigerung des Mahldrucks erzielen 43 85 Daraus resultieren h here Umfangsgeschwindigkeiten von weit mehr als 100 m s so dass die Teilchen verst rkt beschleunigt werden und mit h heren Geschwindigkeiten aufeinander prallen 2 2 2 Bruchverhalten Bei dem Zusammenprall zweier Partikel wird die Sto energie punktuell an der Kontaktstelle bertragen Es kommt zun chst zu einer elastischen Verformung und der Ausbildung von Spannungsfeldern im Partikel 65 Je nach Materialverhalten und Teilchengr e kann bei hoher lokaler Spannungskonzentration ein Anriss entstehen oder sogar ein Bruch ausgel st werden 76 83 Die bertragene Energie wird optimal ausgenutzt wenn der Bruch des Parti
129. ln moln NTO 1 OD OO OO OO OT AN plore yor yor yor yor por ye 148 Anhang 24 38 1034 Temperatur C Eintauchtiefe 7 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position OJON OJTI o NYO OO OOOO OLN N a End a yor por yor yor poe yor 149 Anhang 24 40 1033 Temperatur C Eintauchtiefe 8 mm relative Feuchte u erer Luftdruck hPa Position o Ia a na aIi lt lo lx NIMIIN N a a Sa i a por yor yor poe fg Anhang 150 9 8 3 Radius 9 0 mm Eintauchtiefe 3 mm Temperatur C 17 relative Feuchte 22 u erer Luftdruck hPa 1031 Position gt gt O N a Wi a co co gt SQ a TS S IT oD D ID ITO JT JT O TO S IT jod D O TH JT B O TS S IT jod 0 0 TH JT O TS TS S IT jod S ID JT O TS S IT T IT 0 0 TO JT JT O TO S IT jod D TH IT O O TO
130. lst ndig in die Kammer eingebracht wird 52 Eine zu hohe Einstellung des Injektordrucks f hrt jedoch zu einer verst rkten Ansaugung von Luft um die auftretenden Druckunterschiede zu kompensieren Ein weiteres Abbremsen der Str mung w re die Folge und die Feststoffpartikel w rden nur unzureichend zerkleinert 3 Aus diesem Grund liegt der Injektordruck in allen durchgef hrten Messreihen 0 5 10 Pa ber dem Mahlgasdruck 4 2 1 3 Tauchrohr und Auffangeinheit Ausreichend zerkleinerte Pulverteilchen gelangen durch die Radialkomponente der Str mung in Richtung der Sichtzone der Mahlkammer und werden ber ein Edelstahl Tauchrohr Durchmesser 25 mm abgeschieden siehe Abbildung 4 2 Mit Hilfe einer Zahnstange l sst sich das Tauchrohr millimeterweise in der H he verstellen Somit kann der Mahlspalt der Spalt zwischen Mahlkammerdeckel und Tauchrohr genau eingestellt werden Die Gr e des Mahlspaltes hat nach Tuunilla und Marquardt Auswirkungen auf die Zerkleinerungsleistung also auf die Feinheit des Mahlproduktes 43 79 Wie in Kapitel 2 4 2 erl utert liegt ber dem Tauchrohr eine Drucksenke Aufgrund der vorherrschenden Sogkraft kommt es zu dem internen Sichtungsprozess in der Mahlkammer Wird der Sog ber dem Tauchrohr verringert z B durch Einstellung eines Material und Methode 34 breiteren Mahlspaltes kommt es zu einer langeren Verweilzeit des Pulvers in der Mahlkammer Die M glichkeiten f r gegenseitige Zusamme
131. lung der verwendeten Messtechnik ist Kapitel 4 2 zu entnehmen 2 4 1 Bernoulli Gleichung Die Bernoulli Gleichung 2 4 beschreibt die Beziehung zwischen Druck und Geschwindigkeit von Fluidstr mungen 1 Poes Pstat T Payn Pstat 2 H vi const 2 4 Pges Gesamtdruck Pa Daat statischer Druck Pa Paya dynamischer Druck Pa p Dichte des Str mungsmediums kg m Vv Str mungsgeschwindigkeit m s Unter Annahme der Energiebedingungen Exin Epot const entspricht die kinetische Energie eines str menden Fluids dem dynamischen Druck Dieser entsteht erst bei der Bewegung des Fluids und nimmt im gleichen Ma e zu wie der statische Druck abnimmt Der statische Druck entspricht der potentiellen Energie der Str mung Nach Bernoulli ist demnach der Gesamtdruck einer Str mung als Summe von statischem und dynamischem Druck konstant 2 4 2 Statischer Druckverlauf In der Strahlm hle zirkulieren die Pulverteilchen auf gekr mmten Str mungsbahnen mit jeweils unterschiedlichen Radien r Der angreifenden Fliehkraft wirkt eine nach innen gerichtete Druckkraft entgegen 6 53 Unter Vernachl ssigung der Wandreibung gilt f r die radialen Druckverh ltnisse die folgende Gleichung Theoretische Grundlagen 17 dp u be ME 2 5 qo ee 2 5 Druck Pa Radius m Luftdichte kg m Umfangsgeschwindigkeit m s Gleichung 2 5 zeigt die Abhangigkeit der radialen Druckverhaltnisse von der Luftdichte dem Radius und vor alle
132. m der Umfangsgeschwindigkeit Ausgehend von den Verhaltnissen bei Zyklonabscheidern befasste sich Muschelknautz 51 52 als erster damit den statischen Druck in der Spiralstrahlmuhle zu messen Dieser kann mit Hilfe einer Wandbohrung uber die das zu untersuchende Fluid im Mahlkammerdeckel stromt erfasst werden Abbildung 2 13 zeigt die erhaltenen statischen Druckkennlinien sowie die mit Fl gelr dchen aufgenommenen Umfangsgeschwindigkeiten als Funktion des Radius Dabei wurden sowohl die Feststoffbeladung u als auch der D senanstellwinkel a der Strahlm hle ver ndert F r die Gutbeladung ist das folgende Verh ltnis anzunehmen Ms m S m 2 6 H 2 6 Feststoffbeladung Feststoffmassenstrom kg s Gasmassenstrom kg s Theoretische Grundlagen 18 D 10 Pal i a u m s i a 30 u 0 1 2 SCH re ES i i Be 300 u hoe 08 7 i a 75 u 0 i Gs CS 250 A S 7 SK i z b N 0 4 r l e Ss 200 H D S x a 75 u 0 06 a N a 75 u 0 23 7 150 0 A 4 A i CC WR _a 30 u 0 100 EEN e Eer 0 4 pee SRE a 75 u 0 50 ars 0 10 0 ri 20 40 60 80 Ya r mm Abbildung 2 13 Verlauf des statischen Drucks und der Umfangsgeschwindigkeit ber dem Radius einer Spiralstrahlm hle bei der Zerkleinerung von Zucker 52 An Hand dieser Graphik l sst sich eine Abh ngigkeit des statischen Drucks sowie der Umfangsgeschwindigkeit vom R
133. mcarbonat unl slich ist Material und Methode 30 4 2 Methode In diesem Kapitel wird zun chst die eingesetzte Spiralstrahlm hle beschrieben Dabei werden die essentiellen Bauteile im Einzelnen n her erl utert Im Anschluss erfolgt eine Darstellung der angewendeten Messtechniken zur Erfassung des statischen sowie des Gesamtdrucks Nachfolgend wird auf die Versuchsdurchf hrung mit Datenauswertung sowie Berechnung der Str mungsgeschwindigkeiten eingegangen Im letzten Abschnitt wird die Methode zur Partikelgr enanalyse vorgestellt die f r einen Teil der Versuche verwendet wird 4 2 1 Spiralstrahlm hle Fryma JMRS 80 Die Spiralstrahlm hle vom Typ Fryma JMRS 80 Fryma Maschinenbau GmbH Rheinfelden war urspr nglich f r Laboruntersuchungen im Kleinma stab konzipiert 12 Rief und Marquardt bauten diese Strahlm hle bereits f r ihre Versuchszwecke so um dass f r die vorliegende Arbeit keine weitere apparative Ver nderung notwendig war 43 66 Abbildung 4 1 gibt eine schematische Darstellung der eingesetzten Versuchsanlage wieder Mittels Dosiereinheit 1 und Injektor 2 wird das zu vermahlende Pulver in die Mahlkammer 3 transportiert Das dort zerkleinerte Feingut kann ber ein Tauchrohr 4 abgeschieden und in der Auffangeinheit 8 gesammelt werden Ein Drucksensor 6 im Mahlkammerdeckel liefert Daten die elektronisch gespeichert 7 werden und zur Auswertung bereitstehen Mit Hilfe von zwei Druckminderern 5 lasse
134. mit k 1 405 R 287 22 J kg K und dem bei einer Temperatur T 273 15 Temperatur bei der Messung K gemessenen Gesamtdruck erfolgt nach den Gleichungen 2 9 und 2 18 K 1 2 i Powe v 1 KR T N l S D stat 1 405 1 1 405 1 Jun 287 22 m s 294 15 K 248 m s 2 191100 Pa Ser 136339 Pa Dazu m ssen zu statischen und Gesamtdruckwerten jeweils 1013 hPa Atmosph rendruck addiert werden da jeweils mit Absolutdr cken in der SI Einheit Pascal zu rechnen ist Ergebnisse und Diskussion 78 5 3 5 Stromungsprofile Zum erleichterten berblick ber die zahlreichen Messdaten siehe Anhang 9 8 und 9 9 erfolgt eine graphische Auswertung der Messergebnisse Da es nicht sinnvoll ist diese Werte in vielen Einzelgraphiken abzubilden bietet sich eine Profildarstellung der Str mungsgeschwindigkeiten an G ngige Graphikprogramme reichen f r diesen Zweck nicht aus so dass f r die Visualisierung auf das Programm MATLAB 45 zur ckgegriffen wird der daf r ben tigte Programmiercode ist in Anhang 9 7 beschrieben Auf diese Weise kann der Verlauf einzelner Str mungsvektoren angegeben werden Die Spitze des Vektorpfeils deutet dabei auf den Punkt an dem mittels Pitot Rohr Richtung und Geschwindigkeit der Str mung bestimmt wird An Hand der Farbskala und L nge des Pfeils l sst sich direkt der Geschwindigkeitswert ablesen Es werden nur Geschwindigkeiten ber 30 m s abgebildet Zur
135. n Pulverpardkelverstoplen Bohr dann Rohr mit Freiblasvorrichtung von Partikeln befreien Tabelle 4 3 Problematik bei der Messung des Gesamtdrucks mittels Pitot Rohr Wie bereits in Kapitel 2 4 erl utert ist von einer Str mung mit Geschwindigkeiten im hohen subsonischen Bereich auszugehen Daher besteht die M glichkeit dass das Rohr von der Str mung mitgerissen wird Es muss also stabil fixiert sein um fehlerhafte Messwerte zu vermeiden Dazu wird das Pitot Rohr ber ein Distanzrohr mit Druckaufnehmer und Mahlkammerdeckel verbunden Teflondichtungen schlie en die Wandungen b ndig ab wie die Konstruktionszeichnungen in Anhang 9 5 2 und 9 5 3 zeigen Damit sich das Rohr der spiraligen Str mung besser anpassen kann und keine zus tzlichen St rungen verursacht soll die Spitze leicht gebogen sein Die Messungen erfolgen zun chst mit unbeladener Str mung um in den ersten Versuchsreihen Gesamtdruckwerte der reinen Gasstr mung aufzunehmen F r die anschlie enden Untersuchungen mit Mahlgut wird eine Freiblasvorrichtung vgl Abbildung 4 6 verwendet die mittels kurzen LuftstoRes das Pitot Rohr von Partikeln befreit Es ist davon auszugehen dass durch die direkte Anstr mung Pulverteilchen das Rohr zusetzen Ein gro es Problem stellen ferner die Abmessungen des Pitot Rohres dar da in der Literatur kein einheitliches Design von Staurohren angegeben ist Es finden sich zahlreiche Konstruktionshinweise die allerdings erheblich voneina
136. n Einfluss gesteigerter Mahlenergie auf die maximal auftretende Geschwindigkeit in der M hle zu untersuchen wird der Vordruck des Mahlgases schrittweise bis auf 6 0 10 Pa erh ht Da zur Berechnung der Geschwindigkeit der statische Druck im peripheren Mahlkammerbereich ben tigt wird sind auf den Radien 35 5 mm und 26 5 mm Messungen durchzuf hren um wiederum Geradengleichungen f r diesen radialen Abschnitt aufzustellen D i Geradengleichung fur den Mahldruck stat Druck hPa f r stat Druck hPa f r Definitionsbereich Radius 5 10 Pa r 35 5 mm MW SDV r 26 5 mm MW SDV 26 5 mm 40 0 mm An 327 9 0 49 249 1 0 33 y 10 025 x 23 874 as enne zasos vanoa se aan ame vataraz ss aan oson venosos Po erso ossoa yore Tabelle 5 5 Mittelwerte und Streuung des statischen Drucks in Abhangigkeit vom Mahldruck gemessen an Position 4 auf den Radien 35 5 mm und 26 5 mm zur Aufstellung der zugeh rigen Geradengleichungen n 5 Abbildung 5 4 stellt die Ergebnisse dar die aus f nffachen Messungen bei unver ndertem Mahlspalt von 5 mm resultieren Ergebnisse und Diskussion 59 600 0 500 0 gt 400 0 300 0 200 0 Statischer Druck hPa 100 0 0 0 T T T T T 1 3 5 4 0 45 5 0 5 5 6 0 6 5 Mahldruck 10 Pa Radius 35 5 mm W Radius 26 5 mm Abbildung 5 4 Statischer Druck in Abh ngigkeit vom Mahldruck und Radius gemessen an Position 4 D
137. n Energieeintrags auf die statischen Druckwerte bei Feststoffzufuhr untersucht Dazu ist der Vordruck des Mahlgases stufenweise von 4 0 10 Pa auf 6 0 10 Pa zu erh hen Die Messungen erfolgen auf den u eren Radien der Mahlkammer rz 35 5 mm und 26 5 mm um Geradengleichungen zur sp teren Geschwindigkeitsberechnung aufzustellen vgl Tabelle 5 8 Ergebnisse und Diskussion 64 P D Geradengleichung f r den Mahldruck stat Druck hPa f r stat Druck hPa f r Definitionsbereich Radius 5 10 Pa r 35 5 mm MW SDV r 26 5 mm MW SDV 26 5 mm 40 0 mm An 61 5 8 25 41 2 2 87 y 2 256 x 18 572 CEET ul mae mees vease onaz al orse ers Lama CSC Tabelle 5 8 Mittelwerte und Streuung des statischen Drucks in Abhangigkeit vom Mahldruck bei Feststoffbeladung gemessen auf den Radien 35 5 mm und 26 5 mm zur Aufstellung der zugeh rigen Geradengleichungen Position 4 10 Minuten n 3 140 0 T ch 120 0 100 0 o S a ES 800 D 5 600 i d S 40 0 u S 20 0 0 0 T T T T T j 3 5 4 45 5 55 6 6 5 Mahldruck 10 Pa Radius 35 5 mm Radius 26 5 mm Abbildung 5 8 Statischer Druck in Abh ngigkeit vom Mahldruck und Radius bei Feststoffbeladung gemessen an Position 4 Abbildung 5 8 veranschaulicht wie der statische Druck auch bei Feststoffbeladung der M hle mit zunehmendem Mahldruck ansteigt Die Schwankungen dieser Messwerte sind deutlich h her als die Streuungen der D
138. n anderer Hersteller ber den 9 poligen Stecker erfolgt ein direkter serieller Anschluss an den Computer so dass die Messdaten schnell erfasst und mittels geeigneter Software EasyCom WIKA Klingenberg ausgewertet werden k nnen Zudem ist ein Pt 100 F hler f r eine zeitgleiche Temperaturmessung integriert 19 Abbildung 4 12 zeigt die Bedienoberflache des Messprogramms EasyCom Material und Methode 43 Mstat e Si ef EasyCom JE asyCom gr 102 EasyCom Zugangsebene lt Instandhalter gt Datei Bearbeiten Ansicht Extras Hilfe Hoi De Se eidel aa Anzeige Schreiber Parametrierung der Kommunikation Zum Trennen hier clicken Druck kalibriert Messwertstatus Bif Bu SS Messbereich 0 6 bar r Druck nach Werkseinstellumg _ _ Auswahl der Anzeigen Kopfnr HL53 IV Druck nach Werkseinstellung Letzte Kali 12705 IV Temperatur Herstelldatum 04705 SW Version 1 07 Hw Version 1 00 M Temperatur M Druckwertanfrage Low HM Ge Monitor ausgeschaltet Speichern Drucken L schen Abbildung 4 12 Benutzeroberfl che des Messprogramms EasyCom Startseite 1 mbar 1 hPa Die Messung erfolgt in der Zugangsebene Instandhalter 18 In dieser Ebene k nnen alle wichtigen technischen Daten des Transmitters sowie Druck und Temperaturwerte direkt abgelesen werden Abbildung 4 13 gibt die Benutzeroberfl che w hrend einer laufenden Messung
139. n in Abhangigkeit vom Radius zu erstellen vgl Tabelle 4 5 Die Bohrungen f r den Druckaufnehmer sind ber dem Radius von 40 mm derartig angebracht dass jeweils vier au erhalb bzw innerhalb des Tauchrohres Radius 12 5 mm liegen 66 Estate Tabelle 4 5 Lage der Bohrungen fur den Druckaufnehmer auf den einzelnen Radien Es ist davon auszugehen dass sich die Spitze des Pitot Rohres auf einem bestimmten Radius nicht immer unterhalb der Bohrung f r die Messung des statischen Drucks befindet F r die sp tere Berechnung des dynamischen Drucks ist es daher notwendig den Wert des statischen Drucks f r jeden Radius in der Mahlkammer zu interpolieren Die entsprechenden Funktionsgleichungen werden mit Hilfe der gemessenen radialen Druckwerte aufgestellt In einer weiteren Versuchsreihe soll der Einfluss von erh hter Mahlenergie auf die statischen Druckwerte genauer untersucht werden Dazu wird der Mahldruck schrittweise um 0 5 10 Pa gesteigert und der statische Druck jeweils an einer Position auf dem Radius 35 5 mm aufgezeichnet Anschlie end soll der statische Druck bei Gutzufuhr gemessen werden Dazu ist zun chst eine Bestimmung der in die Strahlm hle eingebrachten Feststoffmenge pro Zeiteinheit der F rderrate notwendig so dass keine hohen Schwankungen der Druckwerte auftreten Eine berladung der M hle mit Pulver ist zu vermeiden um ber eine Messdauer von 10 Minuten stabile Mahlbedingungen zu erzielen Jede Messung wir
140. n sich jeweils Mahl und Injektorgasfl sse regeln Abbildung 4 1 Schematische Darstellung der umgebauten Fryma JMRS 80 1 Dosiereinheit 2 Injektor 3 Mahlkammer 4 Tauchrohr 5 Druckminderer und Manometer 6 Drucksensor 7 Computer 8 Auffangeinheit Material und Methode 31 4 2 1 1 Mahlkammer mit D sen Die Spiralstrahlm hle besteht aus einer konischen Mahlkammer W lbungsradius R 230 mm mit einem Durchmesser von 80 mm Auf Grund dieser W lbung betr gt die H he am Rand 12 mm und in der Mitte 20 mm Der Werkstoff der Mahlkammer ist CrNi Stahl 1 4401 korrosionsfest und best ndig gegen mechanische Einfl sse Abbildung 4 2 gibt eine Aufsicht der offenen Mahlkammer wieder D sen Injektor ffnung Tauchrohr Abbildung 4 2 Aufsicht der offenen Mahlkammer Am Umfang der Mahlkammer sind zwei von f nf D sen Durchmesser 0 7 mm deutlich erkennbar durch die das Mahlgas in die Kammer einstr mt Durch ihren Anstellwinkel von 54 zur Tangente erzwingen sie einen spiraligen Verlauf der rotierenden Str mung Die D sen sind im Abstand von jeweils 72 zueinander orientiert wie Tabelle 4 2 zeigt und in allen Schemazeichnungen der Arbeit erkennbar ist D se absoluter Winkel Tabelle 4 2 absolute Lage der D sen in der Mahlkammer Material und Methode 32 Als Tragermedium wird Druckluft der zentralen Institutsversorgung verwendet Mahl und Injektordruck lassen sich manuell Uber zwei Druckminde
141. nder abweichen Material und Methode 40 9 20 25 27 46 57 84 Besonders wichtig ist das Verh ltnis von Innendurchmesser d zu AuRendurchmesser D welches je nach Autor von 0 5 bis 0 9 angegeben wird Zudem soll die Kopflange das 10 bis 20 fache des Innendurchmessers betragen Die tats chlichen Abmessungen sind daher mittels trial and error dem jeweiligen System und Str mungsfeld anzupassen was einen hohen Zeit und Materialbedarf in Anspruch nimmt Der geringe Durchmesser der Mahlkammer von 80 mm engt die Auswahl m glicher Pitot Rohre zus tzlich ein Erfahrungswerte aus fr heren Untersuchungen dienen daher der vorliegenden Arbeit nur zur Orientierung 56 81 Da die handels blichen Pitot Rohre sehr teuer und meist zu gro f r die eingesetzte Spiralstrahlm hle sind werden f r die Selbstanfertigung Edelstahlrohre 1 4301 der Firma Helwig GmbH Berlin mit einem Innendurchmesser von 0 8 mm und einer Wandst rke von 0 15 mm verwendet Zu Vergleichszwecken werden Rohre aus Edelstahlkan len SUS 304 der Firma Ehrhardt Geislingen mit einem Innendurchmesser von 1 0 mm und einer Wandst rke von 0 2 mm angefertigt Da die Gesamtl nge keinen Einfluss auf das Messergebnis nimmt wird eine L nge von 100 mm gew hlt um die Rohre in den Versuchen bis zum Boden der Mahlkammer ausrichten zu k nnen Es muss herausgefunden werden welches angefertigte Pitot Rohr zur Messung des Gesamtdrucks geeignet ist Dabei ist eine exakte Posit
142. ng 9 8 beigef gt F r die Messungen des Gesamtdrucks wird angestrebt das Pitot Rohr so exakt wie m glich in der Str mung zu orientieren um den optimalen Anstr mwinkel bei einer bestimmten Eintauchtiefe zu erfassen Daher erfolgt die Ausrichtung in 10 Schritten um den jeweiligen Messpunkt Eine schlechte Anstr mung mit resultierenden verminderten Druckwerten soll auf diese Weise vermieden werden Im Bereich des maximalen Druckwerts wird zus tzlich um 5 gemessen um eine genaue Messwerterfassung sicherzustellen Die einzelnen Messergebnisse f r den Gesamtdruck werden wie bereits angegeben gemittelt und f r die Berechnung der Geschwindigkeiten auf ganze Zahlwerte gerundet Eine Angabe dieser Druckwerte mit Dezimalstellen ist nicht sinnvoll da das Pitot Rohr keine derartig hohe Empfindlichkeit aufweist Zudem d rfen auch die Messungenauigkeiten der Druckaufnehmer nicht unber cksichtigt bleiben Um den maximalen Fehler der Geschwindigkeit n her zu quantifizieren erfolgt in Kapitel 5 3 7 eine Beispielrechnung 4 2 5 Partikelgr enanalyse Die Korngr enanalyse der Modellsubstanz Criscarb wird offline mit Hilfe eines Coulter Counters LS 230 Coulter Electronics GmbH Krefeld im Small Volume Module durchgef hrt Diese Messmethode beruht auf dem Prinzip der Laserbeugung an kleinsten Partikeln in einem Messbereich von 0 04 um bis 2000 um Abbildung 4 16 zeigt die Messanordnung des Coulter Counters Material und Methode
143. ng der Mahlkammerh he in Bereiche ober bzw unterhalb der Treibstrahld sen sinnvoll hnlich dem Drei Ebenen Modell von K rten und Rumpf 36 Dabei dient die durch die Mittelpunkte der Treibstrahld sen aufgespannte Ebene als Bezugsebene um ein vermutetes symmetrisches Str mungsverhalten in der Mahlkammer zu beobachten Daneben ist ebenfalls der Str mungsverlauf entlang der Mahlkammerdeckelw lbung zu betrachten 5 3 3 Gesamtdruck und Str mungsgeschwindigkeit in Abh ngigkeit von der Position des Pitot Rohres Um den Einfluss der Position der Gesamtdrucksonde auf den Druckwert genauer zu untersuchen wird f r diese Messreihe der Mahlkammerdeckel bei jeder Messung um 30 im Uhrzeigersinn versetzt Die f nf Treibstrahld sen befinden sich im Abstand von Ergebnisse und Diskussion 72 jeweils 72 am Umfang der Mahlkammer In diesem Zusammenhang sei noch einmal auf Abbildung 4 15 und Tabelle 4 6 in Kapitel 4 2 2 2 verwiesen Es wird deutlich dass sich der Messpunkt jeweils an einer anderen Position in Bezug zu einer Treibstrahld se befindet Zus tzlich muss auch noch die Kopfl nge des Pitot Rohres von 13 mm ber cksichtigt werden um die tats chliche Messposition in der Spiralstrahlm hle zu erhalten Diese Positionen liegen nicht immer genau auf demselben Radius bedingt durch einen unterschiedlichen Anstr mwinkel des Pitot Rohres Auf Grund der gleichm igen Spiralstr mung sowie der Anordnung der f nf identischen D sen
144. nk Nr 1 4305 Datum Name G Walter Bearb 04 01 06 ep 27 02 06 G Walter Norm DIN ISO al Distanzrohr fiir Sensor Blatt Annika Hagendorf 2006H001Zi Ursprung Ersatz durch Anhang 140 9 5 3 Eingebautes Pitot Rohr in den Mahlkammerdeckel A Transmitter D10 Zentrering f r Pitot Sonde Dichtung Mahikammerdeckel E Verwendungsbercich Technologie Luftstrahlm hle Zul Abw DIN ISO 2768 f Oberil Ma stab 1 1 Gewicht Roh Weristoff Halbzeug Rohteil Nr Modell oder Gesenk Nr 1 4305 Datum Bearb 31 01 06 G Walter Gepr 01 02 06 G Walter Norm DIN ISO ES Deckel mit Sonde as Zusammenbau Zeichnung Annika Hagendorf 2006H001Zi Ursprung Ersatz durch Anhang 141 9 6 Konstruktionszeichnung des Gesamtdruckaufnehmers D 10 10 56 12 03 2004 Freigabe 09 g amp Zi Ki e S 5 gt amp 2 g 3 S amp 2 gt 2 2 m amp Ei amp AEM NR Benennung MASS ZCHG 61728 D MASSZEICHNUNG Sr 2099254 01 09 Ma st gez 12 03 04 SCHUSTK 11 oeor 75 03 04 T Merkmale 1 Kategorie NG Einhaltung zwingend erforderlich ALEXANDER WIEGAND GmbH amp Co Kl Oberflaechenbeschaffenhei
145. nommen werden Position Entfernung nach der D se Geschwindigkeit m s bei Eintauchtiefe 6 mm Geschwindigkeit m s bei Eintauchtiefe 7 mm Tabelle 5 13 ermittelte Str mungsgeschwindigkeiten bei Eintauchtiefen des Pitot Rohres von 6 und 7 mm in Abh ngigkeit von der Lage der Position auf dem Radius 35 5 mm geordnet nach der Entfernung von der D se Die Vermutung wird eindeutig best tigt dass mit zunehmender Entfernung von der Treibstrahld se der aufgezeichnete Druckwert in der Mahlkammerperipherie sinkt Wird das Rohr an Position 4 optimal in der Str mung ausgerichtet kann hier ein maximaler Geschwindigkeitswert von 248 m s erfasst werden Diese Position befindet sich genau vor einer D se Es folgen die Positionen 9 2 und 7 an denen klar erkennbar ist dass der Einfluss des Treibstrahls stetig abnimmt bis im weiteren Verlauf die Geschwindigkeit der spiraligen Str mung im Randbereich der Mahlkammer Werte von 100 m s erreicht Als einzige Ausnahme ist Position 3 anzusehen die sich direkt vor dem Injektor befindet und somit stark von diesem beeinflusst wird 5 3 4 Auswertung der gemessenen Druck und Temperaturwerte Die gemessenen Gesamtdruckwerte sind den Tabellen in Anhang 9 8 und 9 9 zu entnehmen Die Tabellen beinhalten s mtliche Werte die zur Berechnung der Str mungsgeschwindigkeit und anschlie enden graphischen Darstellung als Geschwindigkeitsvektoren erforderlic
146. nst e der Pulverpartikel steigen Durch einen geringeren Mahlspalt wird eine h here Sogkraft in das Abscheiderohr hinein hervorgerufen Jedoch besteht die Gefahr dass die Str mung nicht ungehindert abflie en kann wenn zu wenig Fl che zur Abscheidung zur Verf gung steht Das zerkleinerte Pulver wird in einem Edelstahlgef aufgefangen das ber einen Staubsack mit dem unteren Ende des Tauchrohres verbunden ist siehe Abbildung 4 1 In dem Gef wird das zur Partikelgr enanalyse notwendige Dispersionsmittel in ausreichender Menge vorgelegt Auf diese Weise kann ein Partikelwachstum nach der Mahlung z B durch Agglomeration ausgeschlossen werden 4 2 1 4 Druckaufnehmer f r den statischen Druck Von besonderer Bedeutung f r diese Arbeit ist die Instrumentierung der Spiralstrahlm hle mit einem statischen Drucksensor Wie schon von M ller 49 beschrieben und sp ter von Rief 66 und Marquardt 43 bernommen dient die Aufzeichnung der statischen Druckwerte zur Inprozess Kontrolle w hrend des Mahlprozesses Stabile bzw instabile Druckzust nde lassen sich unter konstanten Mahlbedingungen genau erkennen F r die Messungen des statischen Drucks wird ein piezoresistiver Druckaufnehmer XT 190 M 1 7 10 Pa VG Kulite Hofheim verwendet Abbildung 4 5 Statischer Druckaufnehmers XT 190 M Da der Sensor Messbereich von 0 bis 6 10 Pa berdruck eine frontb ndige Membran besitzt wird er ber eine Wandbohrung mit einem D
147. ntsprechend Tabelle 2 1 ca 334 m s und wird mit Mach 1 angegeben Ma lt 1 Unterschallbereich Schallgeschwindigkeit Ma gt 1 berschallbereich Tabelle 2 1 Einteilung von Str mungsbereichen nach der Machzahl 21 Unterhalb einer Machzahl von 0 3 im Unterschallbereich gilt eine Str mung als inkompressibel daher ist der Einfluss der Schallgeschwindigkeit zu vernachl ssigen Ab Mach 0 3 bei Luft also einer Geschwindigkeit von ungef hr 100 m s m ssen jedoch Kompressibilit tseffekte ber cksichtigt werden Weiterhin gelten in der betrachteten Str mung Kontinuit tsbedingungen nach denen der Massenstrom in jedem beliebigen Stromquerschnitt konstant bleibt Entsprechend der Kontinuit tsgleichung 2 10 ist der in eine Stromr hre eintretende Massenfluss Index 1 gleich dem austretenden Massenfluss Index 2 m Pp v A p V A const 2 10 m Gasmassenstrom kg s ps Dichte des Gases kg m V1 2 Str mungsgeschwindigkeit m s Au Dusenquerschnittsflache m7 Abbildung 2 16 veranschaulicht die Kontinuitatsbedingungen Ein Fluid mit den Ausgangszustanden Index 0 tritt in eine Stromr hre in diesem Fall in einen Diffusor mit den Eingangsbedingungen Index 1 ein und mit den Austrittsbedingungen Index 2 aus Theoretische Grundlagen 22 o Mi V gt Ve e P A P P2 A gt Po Abbildung 2 16 Querschnitt durch eine Stromr hre 21 Die Geschwindigkeit verh lt sich im Unterschallbereich demna
148. oduct fineness in jet mill grinding Minerals Engineering 11 1998 1089 1094 Literaturverzeichnis 131 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 Van Ommen J R et a Response characteristics of probe transducer systems for pressure measurements in gas solid fluidized beds how to prevent pitfalls in dynamic pressure measurements Powder Technology 106 1999 199 218 Vinnemeier F pers nliche Mitteilung Laboratorium f r Str mungsmaschinen Hochschule f r Angewandte Wissenschaften Hamburg 07 2004 Voropayev S Eskin D Optimal particle acceleration in a jet mill nozzle Minerals Engineering 15 2002 447 449 Weichert R Anwendung von Fehlstellenstatistik und Bruchmechanik zur Beschreibung von Zerkleinerungsvorg ngen Zement Kalk Gips Nr 1 45 Jahrgang 1992 W st W Str mungsmesstechnik Vieweg Verlag Braunschweig 1969 Yoon S H Scale up method for a horizontal type jet mill Advanced Powder Technology Vol 5 Nr 1 1994 53 59 Zimmermann l Pharmazeutische Technologie Industrielle Herstellung und Entwicklung von Arzneimitteln Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 1998 Zogg M Einf hrung in die mechanische Verfahrenstechnik B G Teubner Verlag Stuttgart 1993 Z gner S Marquardt K Zimmermann l Influence of nanomechanical crystal properties on the comminution process of particulate solids in spiral jet mills European Journal of P
149. ozess von Vorteil das Mahlgut erf hrt mehr radiale Beschleunigung und wird stark in Richtung innerer Radien getrieben Abh ngig von den geometrischen Abmessungen der eingesetzten Spiralstrahlm hle sowie des verwendeten Materials kann der optimale D senanstellwinkel erheblich variieren 2 79 Au erdem sind die angesprochenen Sichtungsvorg nge in Abh ngigkeit von der Feststoffkonzentration zu betrachten wie aus der graphischen Darstellung 2 6 erkennbar ist Sichtung Zerkleinerung gut gut mittel mittel optimaler Arbeits bereich schlecht schlecht 0 500 Feststoffkonzentration kg m Abbildung 2 6 Arbeitsbereich einer Spiralstrahlm hle 4 Eine erfolgreiche Zerkleinerung von Partikeln durch Prall in der Strahlm hle setzt einen gewissen Feststoffdurchsatz voraus Mit steigender Feststoffkonzentration steigt auch die Zerkleinerungsintensit t somit stehen mehr Partikel f r einen gegenseitigen Sto zur Verf gung Bei einer berladung der M hle mit Pulver wird die rotierende Str mung jedoch durch zunehmende Reibungseffekte stark abgebremst Das Theoretische Grundlagen 10 Zerkleinerungsergebnis verschlechtert sich so dass Mahlprodukte mit breiter Korngr enverteilung entstehen 49 66 Ein gegenl ufiges Verhalten zeigt der Sichtungsprozess Schon bei geringer Feststoffkonzentration l sst sich eine effektive Sichtung erkennen Mit zunehmender Konzentration an Mahlgut wird bedingt durch abnehmende Zentrifuga
150. r1 s 5 orlar 20 35 7 59500571 vor base oo 67 ox 55 lt 0 37 ox 25 0 e 7 1 Tabelle 5 7 Lage der Messpositionen vor und nach den Treibstrahld sen aufgezeichnet auf dem Radius 35 5 mm Ergebnisse und Diskussion 63 140 0 120 0 100 0 80 0 60 0 5 40 0 3 tt zagia Statischer Druck hPa 20 0 H A 0 0 t T T T T T T T 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Winkel nach Treibstrahld se Abbildung 5 7 Verlauf des statischen Drucks in Abh ngigkeit von den Messpositionen bei Feststoffbeladung gemessen auf dem Radius 35 5 mm angegeben als Winkel nach der Treibstrahld se Die einzelnen Messpositionen werden zwischen zwei D sen dargestellt durch gestrichelte Pfeile projiziert Ein Zusammenhang zwischen der Messposition des Druckaufnehmers in Bezug zu den Treibstrahld sen und den aufgenommenen Druckwerten l sst sich trotz auftretender Schwankungen nicht erkennen wie Abbildung 5 7 zeigt Demnach m sste z B an Position 8 auf Grund der unmittelbaren N he zu einer D se der h chste statische Druckwert auftreten Die Annahme wird jedoch best tigt dass der an der Wandschicht der M hle gemessene statische Druck vornehmlich von radialen Str mungsverh ltnissen in der Mahlkammer beeinflusst wird hingegen nicht von der Position des Druckaufnehmers 5 1 7 Statischer Druck in Abh ngigkeit vom Mahldruck bei Feststoffbeladung In dieser Versuchsreihe wird der Einfluss eines gesteigerte
151. rametern Messposition Eintauchtiefe sowie radiale Positionierung des Pitot Rohres in der Mahlkammer bestimmen Von herausragender Bedeutung f r das Str mungsverhalten in der M hle sind die Ebenen der Treibstrahlen 1 und 1 Auf dem peripheren Radius von 35 5 mm wird Ergebnisse und Diskussion 104 die Stromungsgeschwindigkeit ma geblich durch die Treibstrahlen beeinflusst so dass je nach Messposition Werte von 90 bis ber 200 m s auftreten In unmittelbarer N he zu einer D se kann eine merkliche Steigerung der Geschwindigkeit beobachtet werden vgl Kapitel 5 3 3 Die Str mung folgt auf diesem Radius dem Umfang der Mahlkammer mit kleiner radialer Komponente Betrachtet man nun die Str mungsgeschwindigkeiten aufgenommen auf dem Radius 26 5 mm so wird deutlich dass diese durchschnittlich 50 bis 90 m s erreichen Daraus l sst sich schlussfolgern dass die durchgef hrten Messungen inmitten der zirkulierenden Grundstr mung erfolgen Weiter zur Sichtzone hin nimmt die Geschwindigkeit zun chst ab was auf den Energieverlust bei der Beschleunigung der Grundstr mung zur ckzuf hren ist Der Anstr mwinkel des Pitot Rohres von 345 deutet darauf hin dass an diesem Radius die radiale Komponente der Str mung bereits stark zugenommen hat und in Richtung des Tauchrohres zeigt Es f llt weiterhin auf dass der Einfluss der Treibstrahlen nur auf eine kleine radiale Zone begrenzt ist Daraus ist abzuleiten dass der Strahl beim Eintreten
152. rdt 43 erfolgreich eingesetzte Messsystem mit Drucksensor XT 190 M der Firma Kulite genutzt werden An Hand der durchgef hrten Versuchsreihen zeigt sich dass der statische Druck auf gleichem Radius unabh ngig von der Position des Druckaufnehmers und damit auch unabh ngig vom Einfluss der Treibstrahlen ber der Wandschicht fast konstant ist Weitere Untersuchungen des statischen Drucks ber dem Radius der Mahlkammer bringen den Beweis dass die aufgenommene radiale Druckkennlinie vom u eren Mahlkammerrand in Richtung des Kammermittelpunktes abf llt so wie es f r Spiralstr mungen erwartet wird 43 52 Zusammenfassung 119 Die Aufnahme des zur Geschwindigkeitsberechnung ben tigten Gesamtdrucks erfolgt ber ein Pitot Rohr welches ber ein Distanzrohr mit dem Druckaufnehmer D 10 der Firma WIKA verbunden ist Dazu muss zun chst ein f r die M hle geeignetes Pitot Rohr angefertigt werden um zuverl ssige reproduzierbare Messergebnisse zu erhalten In der Literatur ist f r die Konstruktion des Staurohres kein einheitliches Design vorgegeben es finden sich nur zahlreiche Fertigungshinweise 46 56 57 81 84 Daher werden verschiedene Messrohre zu Vergleichszwecken konstruiert Schon bei minimaler geometrischer nderung zeigen sich deutliche Unterschiede in den aufgenommenen Gesamtdruckwerten Das Pitot Rohr mit einer Kopfl nge von 13 mm und einem Verh ltnis von Innendurchmesser zu Au endurchmesser von 0 73 liefert in Vergleic
153. renz gebildet und fehlerhafte Werte vermieden werden Abbildung 4 9 veranschaulicht den Aufbau der Messvorrichtung wie sie h ufig Anwendung findet 48 54 81 Pstat Pges lt Mahlkammerdeckel m Pitot Rohr V cb Abbildung 4 9 Aufbau der Messvorrichtung mit Pitot Rohr Aufgrund des geringen Durchmessers der Mahlkammer kann diese Messanordnung f r die vorliegende Arbeit nicht realisiert werden Ein zus tzlich zum statischen Drucksensor in den Mahlkammerdeckel integrierter Druckaufnehmer l sst sich auf Grund des Material und Methode 39 begrenzten Mahlkammerdurchmessers nicht einbauen Um jedoch die bereits erfolgreich eingesetzte statische Instrumentierung der Strahlm hle zu nutzen werden der statische sowie der Gesamtdruck separat gemessen damit sich die beiden Druckaufnehmer nicht gegenseitig behindern und beeinflussen 56 61 Bei der Entwicklung eines geeigneten Pitot Rohres m ssen zudem weitere Faktoren beachtet werden 80 Tabelle 4 3 f hrt elementare St rfaktoren auf die eine fehlerbehaftete Messung beg nstigen und zeigt wie Abhilfe geschaffen wird Abmessungen des Fones ber trial and error ermitteln Lange Durchmesser unbekannt Str mungsrichtung unbekannt ber trial and error ermitteln Rohr direkt von vorn anstr men Str mung wird durch Rohr gest rt Rohrspitze mit zus tzlichem Radius fertigen um dem spiraligen Verlauf besser anzupassen 3 zun chst ohne Gutbeladung messe
154. rer in der Zuluftleitung Modell 637 20 C Slatina Langels GmbH W rzburg mit einer Genauigkeit von 0 01 10 Pa und Kontrolle an Digital Manometern Typ MAN SF 26 Kobold Hofheim regulieren 15 4 2 1 2 Injektor und Dosiereinheit Die Feststoffkonzentration in der Spiralstrahlmuhle ubt einen wesentlichen Einfluss auf die Str mung in der Mahlkammer aus 4 Um eine gleichm ige Feststoffzugabe w hrend des Mahlprozesses zu gew hrleisten bedarf es eines kontinuierlich arbeitenden Dosiersystems vgl Abbildung 4 3 Diese Vorrichtung besteht aus einem Edelstahltrichter 1 ffnungswinkel 120 mit R hrer 2 sowie einem Injektor 3 Y Abbildung 4 3 links Schematische Darstellung der Dosiereinheit 1 Trichter 2 Stabr hrer mit Querbalken und B rste 3 Injektor Abbildung 4 4 rechts Querschnitt durch den Injektor 1 Injektord se 2 Fangd se 3 Mischstrecke 4 Diffusor Mit Hilfe des R hrers und einer angepasster F rderb rste Waffenb rste Frankonia Jagd W rzburg wird das Mahlgut in die Fangduse des Injektors transportiert Dort wird es vom Injektorgas erfasst beschleunigt und in die Mahlkammer eingebracht Der Stabr hrer ist mit f nf Querbalken ausgestattet und zerst rt m gliche Feststoffbr cken zwischen den Pulverpartikeln so dass alle Partikel gleichm ig frei in den Injektor rieseln k nnen Der R hrer wird von einem Schrittmotor angetrieben Hybrid Schrittmotor 1 8 110 Ncm Isel Automation
155. rn behaftet die sich auf den Geschwindigkeitswert auswirken Daher soll beispielhaft der Maximalfehler f r die h chste auftretende Geschwindigkeit berechnet werden die bei Einstellung des Mahldrucks von 4 0 10 Pa ermittelt wird Nach Papula 60 l sst sich der maximale Fehler einer Funktion z f a b c allgemein durch das totale Differential angeben dz 2 dal 2 db gt dc 5 4 da ob oc dz Maximalfehler Ce partielle Ableitung von z nach den Messgr en a b c a ob oc da db dc Einzelfehler der Messgr en a b c Au erdem m ssen die Messungenauigkeiten der verwendeten Ger te entsprechend den Herstellerangaben 16 19 ber cksichtigt werden Messgr e Messger t Messbereich Messungenauigkeit Temperatur D 10 Firma WIKA 20 80 C 0 5 C Gesamtdruck D 10 Firma WIKA 0 6 10 Pa 6 hPa Statischer Druck XT 190 M Firma Kulite 0 6 10 Pa 25 hPa Tabelle 5 20 bersicht ber die verwendeten Messger te mit den zu ber cksichtigenden Messungenauigkeiten Die f r die Berechnung der Str mungsgeschwindigkeit notwendigen Formeln vgl Gleichungen 2 9 und 2 18 werden entsprechend vereint Ergebnisse und Diskussion 113 V K Pges Pstat Ri T D a Gal 1 KR T 5 5 K 1 P stat Geschwindigkeit m s Isentropenkoeffizient Gesamtdruck Pa statischer Druck Pa spezifische Gaskonstante Luft 287 22 J
156. ruckschwankungen auf deren Ursache in einer unkontrollierten Entladung der Strahlm hle zu sehen ist Dabei werden die Partikel nur unzureichend zerkleinert und als Grobgut erkennbar an einer breiten Korngr enverteilung abgeschieden Die hochfrequente Oszillation der Druckwerte die in allen Graphen deutlich hervortritt resultiert aus feinsten Schwankungen der Gutzufuhr in die Mahlkammer Im Hinblick auf die Gesamtdruckmessungen mittels Pitot Rohr soll der Feststoffdurchsatz so gering wie m glich sein um ein schnelles Verstopfen des Messrohres zu vermeiden Bei einer F rderrate von 1 78 g min werden jedoch keine stabilen Mahlbedingungen erzielt so dass f r die weiteren Versuche mit Pulverbeladung der M hle die optimale F rderrate von 3 49 g min ausgew hlt wird 5 1 6 Statischer Druck in Abh ngigkeit von der Position des Druckaufnehmers bei Feststoffbeladung Der statische Druck wird nun in Abh ngigkeit von der Position des Druckaufnehmers bei einer F rderrate des Mahlgutes von 3 49 g min untersucht Dazu wird der Druck auf dem Radius 35 5 mm an zw lf Positionen ber eine Messdauer von 10 Minuten aufgenommen Nach 3 5 Minuten ist der station re Betriebszustand in der M hle erreicht Zur Auswertung werden daher die Druckwerte in diesem steady state herangezogen Tabelle 5 6 gibt Mittelwerte und Standardabweichungen aus jeweils drei Mahlvorg ngen an den unterschiedlichen Positionen wieder Ergebnisse und Diskussion 62
157. ruckwerte aufgezeichnet ohne Mahlgut jedoch liegen sie im Bereich der Messungenauigkeit des Druckaufnehmers von 6 hPa Zur Kontrolle eines erfolgreichen Zerkleinerungsprozesses wird ferner die Korngr enverteilung der Mahlsubstanz Criscarb mit Hilfe des Coulter Counters vgl Kapitel 4 2 5 bestimmt Wie bereits in Kapitel 4 2 6 erl utert lassen sich diese Summenverteilungen mit Hilfe des RRSB Netzes durch Lageparameter und Gleichm igkeitszahl charakterisieren Entsprechend der Theorie der Prallzerkleinerung nach Rumpf 70 ist davon auszugehen dass bei h heren Energieeintr gen ein Ergebnisse und Diskussion 65 feink rnigeres Mahlprodukt erzielt wird Feine Zerkleinerungsprodukte mit enger Verteilung k nnen durch kleine Lageparameter sowie gro e Gleichm igkeitskoeffizienten beschrieben werden Tabelle 5 9 gibt sowohl die gemittelten Mediane als auch Lageparameter und Gleichm igkeitszahlen einer f nffachen Bestimmung jeweils abh ngig von Mahlvorg ngen mit ver ndertem Mahldruck an C vanar ra Tan 45 130 155 187 Tabelle 5 9 Mediane Lageparameter sowie Gleichm igkeitszahlen aus den Partikelgr enanalysen in Abh ngigkeit von Mahlvorg ngen mit variiertem Mahldruck n 5 Die folgende Abbildung 5 9 stellt die zwei charakteristischen Kennzahlen Lageparameter sowie Gleichm igkeitszahl in Abh ngigkeit vom Mahldruck graphisch dar 2 5 m 8 A OD ER S GH ke 3 E ER 1
158. s auf der Strahlr ckseite 1 entsteht dagegen ein lokales Unterdruckgebiet Um die Druckverh ltnisse zu kompensieren wird Luft aus der Grundstr mung angesaugt Als Folge verformt sich der Treibstrahl nierenf rmig und wird durch den Einfluss von Scherkr ften und des entstehenden Druckfeldes von seinem urspr nglichen Verlauf abgelenkt Im Unterdruckgebiet auf der Strahlr ckseite bilden sich zahlreiche Wirbel und heftige Turbulenzen Da die Feststoffteilchen von der Grundstr mung mitgerissen werden steigt die Wahrscheinlichkeit f r einen Sto auf der Strahlr ckseite stark an Mit Hilfe von tribolumineszierenden Substanzen l sst sich ein Bild der Str mung in der Spiralstrahlm hle zeichnen und weiterf hrende Erkenntnisse gewinnen an welchen Stellen in der Spiralstrahlm hle Zerkleinerung stattfindet 2 3 2 Untersuchungen mit tribolumineszierenden Substanzen K rten 35 38 hat bei der Zerkleinerung von bestimmten kristallinen Stoffen starke Leuchterscheinungen im Dunkeln beobachten k nnen Das Ph nomen der Tribolumineszenz beruht auf elektrischen Entladungsvorg ngen die zwischen den entstehenden Bruchfl chen auftreten Sobald Luft in den Bruchspalt eintritt h rt das Leuchten auf W hrend des Zerkleinerns von Modellsubstanzen wie z B von Mangan Theoretische Grundlagen 13 aktiviertem Zinksulfid und von Zucker kann eine hohe Tribolumineszenzintensit t bemerkt werden In den Bereichen der M hle wo vermehrter Prall d
159. s ab Ergebnisse und Diskussion 105 Fur die nach oben und unten folgenden Ebenen resultiert ebenfalls ein anderer Verlauf mit veranderten Geschwindigkeitsverhaltnissen In den oberen Ebenen der Mahlkammer 5 und 6 lassen sich auf Grund der Messanordnung nur Geschwindigkeiten innerhalb der Sichtzone mit deutlich erh hten Werten von ca 140 m s aufnehmen Die Bereiche an der Bodenfl che der Mahlkammer dagegen Ebene 5 bis 8 liefern nur noch vereinzelt Messwerte von ca 75 m s Deckel und Bodenfl che der Mahlkammer verhalten sich demnach nicht spiegelbildlich zueinander wie es durch den asymmetrischen Aufbau der Strahlm hle zu erwarten ist Die Erfassung der Str mung entlang der Stirnfl che der Mahlkammer dient zum direkten Vergleich des von K rten und Rumpf im Drei Ebenen Modell 36 dargestellten Verhaltens Der aufgezeichnete Str mungsverlauf steht jedoch nur in guter bereinstimmung mit der in diesem Modell vorgestellten Ebene 1 Nach K rten und Rumpf verl uft die Str mung an Deckel und Boden der Mahlkammer spiralf rmig zum Tauchrohr Dieser gleichartige spiralige Verlauf ist jedoch in jeder Ebene der eingesetzten M hle zu beobachten Es l sst sich daher der Schluss ziehen dass die hier untersuchte Str mung nicht dem postulierten Verlauf des Drei Ebenen Modells vgl Kapitel 2 3 3 entspricht Die Str mungsverl ufe in den Abbildungen 5 17 bis 5 31 zeigen deutlich dass die Ebenen der Treibstrahlen einde
160. sam wieder ab Die in der vorliegenden Arbeit beschriebenen Messungen der lokalen Geschwindigkeit zeigen einen analogen Verlauf zu der schon bei Muschelknautz beobachteten Str mung Besonders an der Stirnfl che der Mahlkammer sowie im Bereich oberhalb der Treibstrahlen steigt die Str mungsgeschwindigkeit mit abnehmendem Radius an Zudem treten h here Geschwindigkeitswerte im Bereich der Sichtzone besonders auf dem u eren Rand des Tauchrohres auf In Bereichen unterhalb der Treibstrahlen bzw am Boden der Mahlkammer kann die nach oben gerichtete Str mung mittels eingebrachtem Pitot Rohr nicht erfasst werden da dieses nur in horizontaler Ausrichtung in der Grundstr mung positioniert ist 5 3 5 7 Bestimmung der Treibstrahll nge Um weitere Erkenntnisse ber die Treibstrahlebenen zu gewinnen soll die maximale L nge eines Treibstrahls bzw seine Eindringweite in die Mahlkammer n her untersucht werden Nach der Rumpf schen Theorie der Strahlmahlung 70 72 wird die Geschwindigkeit des Treibstrahls nach einer L nge von ca 10 bis 20 fachem D sendurchmesser auf die Geschwindigkeit der Grundstr mung gemindert Bei den hier genutzten D sen mit einem Durchmesser von 0 7 mm betr gt demnach die maximale L nge eines Treibstrahls 7 bis 14 mm Von weiterem Interesse ist daher eine genauere Eingrenzung dieses Wertes Wie aus den vorangegangenen Str mungsprofilen der Ebenen 1 und 1 hervorgeht ist der Einfluss der Treibstrahlen in den D
161. sdauer von 10 Minuten stabil sind Mit dieser Einstellung werden anschlie end statische Druckverl ufe in Abh ngigkeit von der Position des Druckaufnehmers aufgezeichnet Ein Einfluss der Treibstrahlen auf die statischen Druckwerte ist auch hier nicht erkennbar wie bereits in den Untersuchungen ohne Feststoffbeladung bewiesen Bei Erh hung des Mahlgasdrucks steigt der statische Druck an den u eren Mahlkammerradien linear an Die Bestimmung der Partikelgr enverteilung und Auswertung mittels RRSB Netz dient dabei zur berpr fung eines erfolgreichen Zerkleinerungsprozesses Je h her der angelegte Mahldruck desto feink rniger und enger verteilt ist das erhaltene Mahlprodukt wie Vergleiche von Lageparameter und Gleichm igkeitszahl sowie der Mediane zeigen Die Aufzeichnung des Gesamtdrucks bei Feststoffbeladung verl uft hingegen nicht erfolgreich Durch die Ausrichtung in Str mungsrichtung setzt sich das Pitot Rohr schnell mit Pulverpartikeln zu die sich trotz regelm iger Freiblasst e nicht entfernen lassen Dieser Effekt kann durch Erh hung des Vordrucks sowie ein verk rztes Intervall Zusammenfassung 122 des Sp lgasstroms nicht vermieden werden Es treten starke Druckschwankungen und zahlreiche Stromungsinstabilitaten auf die eine reproduzierbare Gesamtdruckerfassung selbst ber eine kurze Messdauer und damit eine genaue Berechnung der Geschwindigkeit nicht erlauben Zusammenfassend l sst sich festhalten dass die Me
162. senebenen nur im Bereich der Mahlkammerperipherie Radius 35 5 mm klar erkennbar Auf dem weiter innen liegenden Radius von 26 5 mm sind derartig hohe Geschwindigkeiten nicht mehr messbar Diese Erkenntnis wird zur Ermittlung der Reichweite eines Treibstrahls herangezogen Zu diesem Zweck wird ein Str mungsvektor ausgew hlt dessen Spitze dem Verlauf des Treibstrahls folgt aber keine erh hte Geschwindigkeit gegen ber einem anderen Vektor auf dem gleichen Radius aufweist Dazu bietet sich ein Vektor der Ebene 1 auf dem Radius 26 5 mm an Die folgende Abbildung 5 35 stellt den Ausschnitt eines Str mungsprofils dieser Ebene dar und gibt die zur Bestimmung der Treibstrahll nge erforderlichen Seitenl ngen und Winkelangaben an Ergebnisse und Diskussion 107 Abbildung 5 35 Skizze zur Erklarung der Bestimmung der Treibstrahllange beispielhaft dargestellt an einem Str mungsvektor der Ebene 1 Die Geschwindigkeit beider Vektoren auf dem Radius 26 5 mm betr gt 75 m s Die Seitenl nge b bezeichnet den Radius der Mahlkammer von 40 mm und die L nge a den tats chlichen Radius an dem das Pitot Rohr optimal angestr mt wird Durch den D senanstellwinkel von 54 zur Tangente betr gt der benachbarte Winkel a 36 Die absolute Lage der betrachteten Treibstrahld se in der Strahlm hle betr gt 154 die Lage der Spitze des Pitot Rohres an dieser Messposition 169 so dass sich durch Differenzbildung ein Winkel von 15 ergibt F r den
163. ser Lageparameter beschreibt die Feinheit des erhaltenen Mahlproduktes Durch Nutzung der Software PMPcompact Version 3 1 13 der Firma Grainsoft Freiberg lassen sich die mittels Coulter Counter zuvor aufgenommenen Summenverteilungen in RRSB Verteilungen umwandeln Die aus f nf Messungen bestimmten Lageparameter und Gleichm igkeitskoeffizienten werden gemittelt und dienen dem weiteren Vergleich Ergebnisse und Diskussion 53 5 Ergebnisse und Diskussion 5 1 Messungen des statischen Drucks Die Aufzeichnung des statischen Drucks dient zur berwachung stabiler Betriebsbedingungen in der M hle Unregelm igkeiten im Str mungsverlauf lassen sich an Hand dieser Druckverl ufe genau erfassen Zahlreiche Untersuchungen wurden bereits durchgef hrt um u a den Einfluss von ver ndertem Mahldruck Mahlspalt sowie Radius auf die statischen Druckverh ltnisse bei Beladung der M hle mit Pulver zu beobachten Versuche zu variierter Position des Druckaufnehmers bei konstantem Radius blieben bislang jedoch aus F r eine genaue Untersuchung dieses Effektes sind zun chst Betrachtungen der unbeladenen Strahlm hle von Bedeutung um an Hand von statischen Druckmessungen weitere Aussagen ber die Str mungsvorg nge treffen zu k nnen Dazu wird der Mahldruck in jeder Messung auf 4 0 10 Pa eingestellt der Injektordruck dementsprechend auf 4 5 10 Pa Eine h here Einstellung des Vordrucks ist nicht sinnvoll damit in sp teren Versuchen
164. ssungen mittels Pitot Rohr eine geeignete Methode zur Ermittlung des Gesamtdrucks in reinen Gasstr mungen darstellen Aus diesen Messergebnissen kann der Str mungsverlauf in der Luftstrahlm hle wiedergegeben werden der dem einer Spiralstr mung exakt entspricht Summary 123 7 Summary Investigations of the flow in a spiral jet mill demand particular importance due to its complexity Since the development of these mills began numerous studies have aimed at improving understanding of flow processes during particle comminution But established models do not yet completely comprise mechanisms of the occurring stream processes Monitoring the static pressure represents a well suitable method of controlling operating conditions in the mill For this purpose a piezo resistive pressure transducer has to be fitted into the covering of the milling chamber and static pressure profiles are recorded By means of the obtained characteristic curves stable pressure and resultant flow conditions in the mill can easily be surveyed The appearance of high pressure fluctuations caused by an unstable stream indicates insufficient particle comminution and so an ineffective consumption of the injected energy Thus the settings of the operational parameters have to be adapted properly to avoid such instabilities Further research on the flow in the spiral jet mill requires more appropriate equipment Due to the small geometric dimensions of the used jet mill t
165. sswerterfassung auf dem u eren Radius in der Ebene 4 schon nicht mehr m glich Ergebnisse und Diskussion 83 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 19 Str mungsverlauf in Ebene 2 Ergebnisse und Diskussion 84 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 20 Str mungsverlauf in Ebene 3 Ergebnisse und Diskussion 85 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 21 Str mungsverlauf in Ebene 4 Ergebnisse und Diskussion 86 5 3 5 2 2 Str mungsverlauf in den Ebenen 2 3 und 4 unterhalb der Treibstrahlen Der Bereich direkt unterhalb der Treibstrahlen umfasst ebenfalls auf Grund gleichartiger Str mungseigenschaften die Ebenen 2 3 und 4 siehe auch Abbildungen 5 22 bis 5 24 Es f llt sofort auf dass am peripheren Mahlkammerradius von 35 5 mm die Geschwindigkeit der Str mung langsam auf 90 bis 100 m s abnimmt Nur noch vereinzelt werden Werte von 140 m s erreicht Die ermittelten Geschwindigkeiten der Grundstr mung betragen ca 72 m s In diesen betrachteten Ebenen sind die Geschwindigkeiten in der Sichtzone h her als die der umlaufenden Str mung und liegen bei durchschnittlich 100 m s wie es fur eine Spiralstromung typisch ist Ergebnisse und Diskussion 87 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 22 Stromungsverlauf in Ebene 2 Ergebnisse und Diskussion 88 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s
166. swertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s 4 Temp C tats Radius mm abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s ki Temp C tats Radius mm m 4 4 abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s keh Temp C Anhang 202 tats Radius mm abs ETT mm Radius Auswertungsebene Anstr mwinkel tats Radius mm abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C abs ETT mm Radius Auswertungsebene Anstr mwinkel tats Radius mm ET 9 ET 4 4 abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C ET 4 abs ETT mm T 3 T T 0 Radius Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung stat Druck hPa Gesamtdruck hPa Geschwindigkeit m s Temp C 9 9 3 Ebene 5 tats Radius mm 1 abs ETT mm Auswertungsebene Anstr mwinkel abs Richtung
167. t erh ht so dass die Partikel erst bei h heren Spannungen brechen Folglich ist es notwendig kleinere Teilchen mit h herer Geschwindigkeit zu beanspruchen um sie weiter zu zerkleinern Theoretische Grundlagen 8 62 Bei zu langsamer Aufprallgeschwindigkeit k nnen Spannungen bereits abgebaut sein bevor es zum Bruch kommt 39 2 2 3 Zerkleinerungs und Sichtungsvorg nge W hrend des Betriebs der Spiralstrahlm hle kommt es zu einer berlagerung von Zerkleinerungs und Sichtungsvorgangen Unzureichend zerkleinerte Pulverpartikel verbleiben durch Zentrifugalkrafte an der Mahlkammerperipherie wo die Wahrscheinlichkeit f r einen erneuten Sto sehr hoch ist Kleinere Teilchen setzen der zirkulierenden Str mung einen geringeren Widerstand entgegen und lassen sich daher leicht durch Zentripetalkr fte in die Mitte der Mahlkammer rei en wo sie ber das Tauchrohr ausgetragen werden Dieser interne Sichtungsprozess darf nicht unabh ngig von der Zerkleinerung der Partikel betrachtet werden Eine bestm glich erzielbare Feinheit des Mahlproduktes resultiert aus dem optimalen Zusammenwirken von effektiver Zerkleinerung sowie Sichtung mit hoher Trennscharfe 23 Werden die Untersuchungen von Muschelknautz zur Abscheideleistung bei Zyklonen und Fliehkraftabscheidern zugrunde gelegt l sst sich auch bei der Spiralstrahlm hle die Trennsch rfe f r die Sichtungsprozesse ber dem Tauchrohr angeben 50 51 Besteht ein Gleichgewicht zwis
168. t fAllgemeintot ISO 2768 mk ane ZN Merkmale 2 Kategorie i iso 1302 iV IY yig 05 31201 1201 auf Einhaltung bestehen wir WIKA 63908 Klingenberg 8 dl 10 09 ohne Rahmen sind Merkmale 3 Kategorie Teleton 0972 020 os 63 16 lanlazlalas Kiel een wir eraren e A4 D 14 06 02 Anhang 9 7 Programm zur graphischen Darstellung der Stromungsprofile MATLAB Markus Meier ZAE Universitat W rzburg 2006 muehle dateiname zeichnet Farb Pfeil Plot dateiname Name des einzulesenden Datenfiles function muehle dateiname Einlesen der Daten aus der Datei daten load dateiname Ein paar Einstellungen gesradius 40 0 Radius des aeusseren Kreises inradius 12 5 Radius des inneren Kreises farbzahl 64 Anzahl der zu verwendenden Farben verwendete Colormap mit richtiger Farbanzahl mappesiet farbzahl Umkonfigurieren der Daten Drehung und Bogenmass winkel 180 daten 1 180 pi radius daten 2 richtung 180 daten 9 90 180 pi geschwindigkeit daten 12 Umrechnen in karthesische Koordinaten x_ort y_ort pol2cart winkel radius x_richtung y_richtung pol2cart richtung geschwindigkeit deltax deltay pol2cart richtung 13 Oeffne Figure Fenster figure 1 hold off Kreise malen t 0 0 01 1 2 pi Laufparameter circ_x sin t circ_y cos t aeusserer Kreis fill gesradius circ_y gesradius circ_x w hold on ab jetzt wird in gleichen Plot gemalt
169. terhin zu entnehmen dass bei zunehmender Kopfl nge des Rohres der gemessene Gesamtdruck unabh ngig vom d D Verh ltnis steigt vgl auch Tabellen 5 10 und 5 11 Somit ist ein langer Kopf am Pitot Rohr erw nscht um optimale Druckwerte aufzunehmen Bei Kopfl ngen gr er als 13 mm st t das Pitot Rohr auf Grund der kleinen Mahlkammer an Mahlkammerwand und Tauchrohr so dass nur begrenzt Messwerte aufgezeichnet werden k nnen Daher wird f r alle weiteren Versuchsreihen Rohr Nr 1 mit einer Kopfl nge von 13 mm verwendet Die entsprechenden Konstruktionszeichnungen sind Anhang 9 5 1 und 9 5 2 zu entnehmen Bei dem gew hlten Verh ltnis von Innendurchmesser zu Au endurchmesser von 0 73 ist entsprechend Abbildung 4 10 eine Abweichung des Anstr mwinkels von 8 zu tolerieren damit der Messfehler des Gesamtdrucks unter 1 bleibt Somit kann diese durch nicht exakte Positionierung des Pitot Rohres in der Str mung hervorgerufene Abweichung des Druckwertes bei der durchgef hrten Fehlerbetrachtung vgl Kapitel 5 3 7 vernachl ssigt werden Ergebnisse und Diskussion 69 5 3 Messungen des Gesamtdrucks und resultierende Stromungsgeschwindigkeiten Nachfolgend soll erl utert werden wie sich ein ver nderter Anstr mwinkel eine andere Eintauchtiefe und Position des Pitot Rohres sowie eine radial variierte Messposition auf den Gesamtdruck auswirken Stellvertretend f r alle Messungen wird am Beispiel des h chsten auftretenden Gesamtdruckwert
170. tersuchungen von Rief 66 dar Die Erfassung von statischen Druckwerten ist zur berwachung des Mahlprozesses gut geeignet da sich stabile Mahlbedingungen von instabilen Zust nden deutlich abgrenzen lassen Eine hohe Reproduzierbarkeit der Messdaten ist bei optimaler Einstellung von Mahlspalt Mahldruck sowie Feststoffbeladung gew hrleistet F r die vorliegende Arbeit soll die Spiralstrahlm hle zus tzlich zum statischen Druckaufnehmer mit einer weiteren Messvorrichtung ausgestattet werden um auftretende Str mungsgeschwindigkeiten zu ermitteln Es bietet sich daher die Methode der Gesamtdruckmessung mittels Pitot Rohr an einem Verfahren das sich seit dem 18 Jahrhundert aufgrund seiner einfachen Handhabung etabliert hat Die lokalen Geschwindigkeiten lassen sich dann durch Differenzbildung zwischen Gesamt und statischem Druck berechnen Dazu ist zun chst ein f r die Spiralstrahlm hle passendes Pitot Rohr zu konstruieren und in den Mahlkammerdeckel einzubauen Es soll m glich sein den Gesamtdruck reproduzierbar aufzeichnen zu k nnen Das Messsystem darf durch die Spiralstr mung mit ihrer hohen Geschwindigkeit nicht gest rt werden F r definierte Messpunkte soll ferner die dortige Str mungsgeschwindigkeit und richtung bestimmt werden Von gro er Bedeutung ist daher nicht nur den statischen Druck an der Wandschicht der Mahlkammer zu messen sondern den Gesamtdruck mittels Pitot Rohr in inneren Bereichen der Strahlm hle Dazu m ssen
171. tes Bei Queranstr mung des Rohres liegen die aufgezeichneten Werte im Bereich des statischen Drucks Nur bei optimaler Anstr mung des Rohres k nnen vorherrschende Druckwerte genau gemessen und damit exakte Geschwindigkeiten berechnet werden Nachfolgend soll in einer weiteren Versuchsreihe der Einfluss des Energieeintrags in die Spiralstrahlm hle untersucht werden Dabei ist zu zeigen dass mit schrittweiser Erh hung des Mahldrucks die in der Mahlkammer gemessenen Dr cke und damit Geschwindigkeiten ansteigen Um schlie lich ein Bild vom Str mungsverlauf in der M hle zu zeichnen sollen alle Daten zusammengefasst und ein Str mungsprofil erstellt werden Zuletzt ist zu pr fen wie sich eine Pulverbeladung der M hle auf den statischen bzw Gesamtdruck auswirkt Dazu muss ein geeigneter Feststoffdurchsatz ermittelt werden bei dem die Str mungsbedingungen in der Mahlkammer stabil sind Die Messergebnisse von Marquardt M ller und Rief 43 49 66 zeigen dass der statische Druck bei Gutzufuhr bis auf einen konstanten Wert absinkt Die zahlreichen Pulverpartikel bremsen die zirkulierende Str mung ab mit der Folge dass der statische Druck f llt Dieses Druckverhalten wird ebenfalls f r den Gesamtdruck erwartet unter der Voraussetzung dass sich das Pitot Rohr w hrend der Messung nicht mit Pulverpartikeln zusetzt F r diese Messreihe wird die Modellsubstanz Calciumcarbonat verwendet die sich bereits in zahlreichen Zerkleinerungsuntersuch
172. the jet enters the milling chamber is answered With the help of angle and side length relations in a triangle an exemplarily chosen stream vector of plane 1 at radius 26 5 mm illustrates the jet losing its original velocity after a penetration width of 13 mm and adapting to the velocity of the main stream in this case to 75 m s Moreover the influence of increasing grinding energy on pressure and velocity data was investigated Raising the milling gas pressure gradually from 4 0 10 Pa to 5 5 10 Pa the static as well as the total pressure increase nearly linearly However further heightening to 6 0 10 Pa does not yield a significant raise of the total pressure due to the maximum load of the pitot tube at this gas pressure setting It is then necessary to establish a constant feed rate guarantying stable flow conditions while loading the jet mill with solid material To this end several comminution processes are carried out with varying powder supply at different settings Over a period of 10 minutes a feeding rate of 3 49 g min leads distinctly to stable pressure and resultant stream conditions With this setting all further static pressure profiles are recorded while Summary 126 the position of the pressure transducer is varied An influence of the jet nozzles on the static pressure values does not become apparent as already demonstrated in preceding tests without feed When the milling gas pressure is raised the static pressure at
173. the velocities measured suffice to characterise precisely the flow in the jet mill These pressure measurements apparently confirm the typical profile of a spiral jet stream At the periphery mill radii the stream follows the circumference but at radius 26 5 mm the radial component of the flow already increases leading the direction of the vectors towards the middle of the milling chamber This zone can be characterised by the circulating main stream its average velocity is lower than velocities at positions near by jet nozzles Within the classification zone i e towards the classification tube the velocity measured increases as is typical of spiral jet streams Based on the measured data the common Drei Ebenen Modell by K rten and Rumpf describing flow processes in a jet mill cannot be confirmed The backstreaming in the jet nozzle plane proposed in this model is not observable not even by placing the probe at different immersion depths and modified positions in the milling chamber In order to characterise the sensitivity of the pitot tube used the maximum error is quantified Analysing these errors shows clearly that at high velocities a deviation in flow velocities of approximately 4 per cent has to be assumed also considering measuring inaccuracies of the used pressure transducers Hence this method is sufficiently precise to generate a stream profile of the jet mill by recording total pressure values Furthermore the question of how far
174. tics Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology M rz 2006 Genf Schweiz Inhaltsverzeichnis II 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 3 2 3 2 3 1 2 3 2 2 3 3 2 4 2 4 1 2 4 2 2 4 3 2 4 3 1 2 4 3 2 4 1 4 2 4 2 1 4 2 1 1 4 2 1 2 4 2 1 3 4 2 1 4 4 2 1 5 4 2 1 5 1 4 2 1 5 2 4 2 1 5 3 4 2 2 4 2 2 1 4 2 2 2 Einleitung EE 1 Beien Deel Ee rn E 3 Meel Ee ul E 3 Zerkleinerungsvorgange in der SpiralstrahlmUhle gt 4 Prallbeanspruchung cheer he ee a hese ee ta ed 4 Br chverhallen rss 7 Zerkleinerungs und Sichtungsvorg nge nn 8 Str mungsvorg nge in der Spiralstrahlm hle nn 11 Reg TEE 11 Untersuchungen mit tribolumineszierenden Gubstanzen 12 REI En Ee E e 14 Theoretische Betrachtung der Str mung in der Spiralstrahlm hle 16 Bernoulli Gleichung ag deene ei geed 16 Statischer Druckverlauf ati 16 Messung des Gesamtdrucks mittels Ptot Hobr 19 Eigenschaften der Str mung in der Spiralstrahlm hle 20 Kompressible Bernoulli Gleichung nn nn nennen nen 25 Arbeilshiypolhese eet ees ege ee See ee ee ee 27 Material und Methode se ee 29 Material Ee 29 Methode una een 30 Spiralstrahlm hle Fryma JMRS DU 30 Mahlkammermit D sen rss hs ee u 31 Injektor und Dosiereinheit 4 2 0 32 Tauchrohr und Auffangeinheit 4 33 Druckaufnehmer f r den statischen Druck 34 Zus tzliche Ausstattung der
175. tion Y darstellen so dass vereinfachend gilt My z 2 De Po H 2 13 m theoretischer Gasmassenstrom kg s A D senquerschnittsfl che m7 KN Ausflussfunktion Po Dichte des Gases in der Zuluftleitung kg m Po Druck des Gases in der Zuluftleitung Pa Die Ausflussfunktion kann gegen das Druckverh ltnis p po aufgetragen werden dabei ergibt sich ein parabolischer Kurvenverlauf Bei einem bestimmten Druckverh ltnis von 0 528 f r k 1 405 Luft siehe auch Gleichung 2 7 wird der Ausfluss maximal Dieses kritische Verh ltnis l sst sich mit Hilfe der nachfolgenden Gleichung 2 14 beschreiben Ba Po K 1 p kritischer Druck Pa Po Druck des Gases in der Zuluftleitung Pa K Isentropenkoeffizient 2 14 Genau bei dieser Schallgeschwindigkeit an d h Mach 1 wird erreicht Bei Unterschreiten des kritischen kritischen Druckgr e nimmt die Treibstrahlgeschwindigkeit Druckverh ltnisses bleibt der Ausflussvorgang auf dem maximalen Wert und ndert sich nicht mehr Ein analoger Kurvenverlauf ergibt sich bei der Darstellung des theoretischen Gasmassenstroms in Abh ngigkeit des Druckverh ltnisses p1 po vgl Abbildung 2 17 Theoretische Grundlagen 25 A g Po krit Abbildung 2 17 Zusammenhang zwischen dem ausstr menden Gasmassenstrom und dem Druckverh ltnis p1 po 6 Bei abnehmendem Druckverh ltnis im Unterschallbereich steigt der Gasmassenstrom bis auf einen maximalen Wert an Dieser wird exakt
176. tordruck wird jeweils 0 5 10 Pa ber dem Mahldruck eingestellt Das Pitot Rohr wird auf dem Radius 35 5 mm mit einer Eintauchtiefe von 6 bzw 7 mm in der Treibstrahlebenen 1 und 1 platziert um bei jeweils optimaler Anstr mung Gesamtdruckwerte an zw lf Positionen aufzunehmen wie Tabelle 5 16 zeigt Die zugeh rigen lokalen Geschwindigkeiten werden mit Hilfe der Funktionsgleichungen f r den statischen Druck siehe Tabelle 5 4 berechnet und in der folgenden Tabelle 5 17 dargestellt Position Mahldruck 10 Pa 6 7 4 0 416 460 4 5 461 536 5 0 524 616 5 5 577 685 6 0 627 748 Tabelle 5 16 Mittelwerte des Gesamtdrucks in hPa in Abhangigkeit vom Mahldruck Ebene 1 gemessen auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm n 5 a Manara Pa 4 2 3 4 s 6 7 e o wl ul C pekeja o anole oF 125 as In2s 163 1140207 1128103 1a 123 169 196 108 136 50 Ins 105 144 264192 109 165 129 177 22 115 40 ss 174 50 264 195 195 64 196 100 127 124 45 eo Ina 17251 260 196 14 167 137 186 28 120 45 Tabelle 5 17 Str mungsgeschwindigkeiten in m s in Abh ngigkeit vom Mahldruck Ebene 1 gemessen auf dem Radius 35 5 mm Position 4 Eintauchtiefe des Pitot Rohres 6 mm Ergebnisse und Diskussion 109 Die gemessenen Daten f r den Gesamtdruck und die daraus berechneten Geschwindigkeiten zeigen einen deutlichen Anstieg
177. tot Rohres aufnehmen Der Kopf des Pitot Rohres m sste dabei einen Radius kleiner als den des Tauchrohres von 12 5 mm aufweisen Diese um ein Vielfaches st rkere Kr mmung w rde jedoch die Druckwerte verf lschen Derartige Ver nderungen werden daher in dieser Arbeit nicht vorgenommen Im Vordergrund der Untersuchungen steht die Ermittlung von Str mungs geschwindigkeiten und richtungen deren zweidimensionale Profildarstellungen anschaulich die Stromungsverlaufe in der Spiralstrahlm hle zeigen Zur vereinfachten Darstellung der komplexen Vorg nge in der M hle definiert Bauer 4 radial in der Mahlkammer zwei Str mungszonen die Zerkleinerungs sowie die Sichtzone vgl Kapitel 2 3 1 In Anlehnung an die Arbeiten von K rten und Rumpf 36 bietet sich f r diese Arbeit ebenfalls eine Einteilung des Str mungsfeldes abh ngig von der absoluten Mahlkammerh he in mehrere Ebenen an Durch Bezug zu der durch die Mittelpunkte der Mahld sen aufgespannten Achse soll ein m gliches symmetrisches Str mungsverhalten in der Mahlkammer bersichtlich dargestellt werden Bereiche oberhalb der Treibstrahlen sind mit Ebenen die sich unterhalb der Treibstrahlen in gleichem Abstand befinden zu vergleichen So zeigen alle vorangegangenen Ebenenbilder einen qualitativ gleichartigen Str mungsverlauf den einer typischen Spiralstr mung Unterschiede in Geschwindigkeit und Richtung der einzelnen Str mungsvektoren lassen sich abh ngig von den untersuchten Pa
178. u sehen bei der Abweichungen des W lbungsradius von ungef hr 0 5 mm auftreten k nnen Zusammenfassend kann f r die betrachteten Ebenen festgestellt werden dass die Str mung in einer Spirale in Richtung des Tauchrohres flie t Die Geschwindigkeiten innerhalb der Sichtzone sind im Vergleich zur umlaufenden Grundstr mung leicht erh ht Ergebnisse und Diskussion 91 50 100 150 200 250 Geschwindigkeit m s Abbildung 5 25 Str mungsverlauf in Ebene 5 92 Ergebnisse und Diskussion CH LO N O CH N Oo E O O o e e D Oo E z 5 So lt CH LO Abbildung 5 26 Str mungsverlauf in Ebene 6 Ergebnisse und Diskussion 93 5 3 5 3 2 Str mungsverlauf in den Ebenen 5 6 7 und 8 ber der Bodenflache der Mahlkammer Der Str mungsverlauf in Bereichen ber dem Boden der Mahlkammer l sst sich durch einen bergangsbereich deutlich von den Ebenen unterhalb der Treibstrahlen abgrenzen In dieser bergangsebene 5 siehe Abbildung 5 27 tritt am u eren Umfang der Mahlkammer ein homogenes Geschwindigkeitsfeld auf die Vektoren repr sentieren hier gleichm ige Geschwindigkeiten von ungef hr 100 m s Bei kleineren Radien liegen die Vektoren wie erwartet zur Mitte zeigend in einem h heren Geschwindigkeitsbereich In den drei unteren Ebenen 6 bis 8 oberhalb des Mahlkammerbodens vgl Abbildungen 5 28 bis 5 30 erfolgen die Messungen nur noch auf dem Radius 26 5 mm so d
179. ufzeichnung des statischen Drucks etabliert 4 43 49 66 Dazu wird ein piezoresistiver Druckaufnehmer in den Mahlkammerdeckel eingebaut und der statische Druckverlauf aufgezeichnet An Hand der erhaltenen Kennlinien kann leicht festgestellt werden ob stabile Druck und damit Str mungsvorg nge in der Mahlkammer erreicht sind Treten jedoch starke Druckschwankungen auf ist von instabilen Str mungszust nden auszugehen mit der Folge dass die eingebrachte Energie nicht effektiv genutzt wird und die Zerkleinerung der Partikel daher unzureichend erfolgt Dementsprechend m ssen die Mahlbedingungen also die operativen Parameter angepasst werden F r weitergehende Untersuchungen des Str mungsverlaufs in der Spiralstrahlm hle ist eine derartige Messvorrichtung nicht geeignet Eine Vielzahl an g ngigen Verfahren der Druck und Str mungsmesstechnik scheidet zudem aus da sie sich auf Grund der Geometrie der eingesetzten Luftstrahlm hle vom Typ Fryma JMRS 80 nicht realisieren lassen Um auch in innere Bereiche der M hle vorzudringen ist f r die vorliegende Arbeit eine neue Methode zur Druck bzw Geschwindigkeitsmessung auszuw hlen Eine sinnvolle M glichkeit stellt die Erfassung des Gesamtdrucks mittels Staurohr dar Bei Kenntnis des statischen Drucks wird mit Hilfe der kompressiblen Bernoulli Gleichung die lokale Geschwindigkeit der Str mung ermittelt F r die Aufzeichnung des statischen Drucks kann das bereits von Rief 66 und Marqua
180. ungen bew hrt hat Material und Methode 29 4 Material und Methode 4 1 Material Die Untersuchungen des Str mungsverhaltens in der Spiralstrahlmuhle werden zun chst im Leerbetrieb also ohne Feststoffzugabe durchgef hrt F r die nachfolgenden Versuche mit Pulver wird als Modellsubstanz Calciumcarbonat Criscarb V 130 E Merkle GmbH Kalk Terrazzo und Steinmahlwerke Blaubeuren eingesetzt Calciumcarbonat gilt aufgrund seiner physikochemischen Eigenschaften als Standardsubstanz der Zerkleinerungsforschung Tabelle 4 1 gibt die wichtigen physikalischen Daten der verwendeten Substanz wieder wie sie dem Datenblatt des Herstellers zu entnehmen sind 17 Dichte 20 C g cm Stampfdichte g cm Harte Mohs a e Tabelle 4 1 bersicht ber die physikalischen Stoffdaten der Modellsubstanz Criscarb 17 Eine Mohs H rte von 3 deutet auf eine sehr harte Substanz hin Untersuchungen des Elastizit tsmoduls liefern Werte von ca 85 GPa die auf spr des Materialverhalten hinweisen 89 Dementsprechend ist ein hoher Energieeintrag zur effektiven Zerkleinerung erforderlich 83 Mittels Laserbeugungsanalyse erhaltenen Partikelgr enverteilungen sollen Aufschluss dar ber geben in wieweit gleichm ige Zerkleinerungsprodukte nach einer Mahlung in der Strahlm hle entstehen Eine genaue Beschreibung dieser Messmethode erfolgt in Kapitel 4 2 5 Als Dispersionsmittel dient dabei vorgelegter Isopropanol in welchem Calciu
181. urchmesser von 0 9 mm in den Mahlkammerdeckel integriert vgl Abbildung 4 6 Material und Methode 35 Abbildung 4 6 Schematische Darstellung des Druckaufnehmers fur den statischen Druck 66 1 Druckaufnehmer XT 190 M 2 Mahlkammerdeckel 3 Freiblasvorrichtung Wird der statische Druck bei Feststoffbeladung der Spiralstrahlm hle gemessen so besteht die Moglichkeit dass gemahlene Pulverpartikel die Membran des Drucksensors zusetzen und somit den Druckwert verfalschen Der Druckaufnehmer wird daher zum Schutz der Membran nicht direkt auf der Bohrung platziert sondern eine Freiblasvorrichtung zwischengeschaltet ber ein Ventil kann alle 20 Sekunden ein kurzer Luftsto Vordruck 1 2 10 Pa in die Bohrung geblasen werden um diese von Pulver freizuhalten Das automatische Freiblasventil wird ber ein Programm gesteuert dessen Quellcode Anhang 9 2 zu entnehmen ist 34 Die Messwertaufzeichnung wird w hrend des Freiblasvorgang f r maximal 0 5 Sekunden unterbrochen um Schwankungen in der Druckwertanzeige zu vermeiden Abbildung 4 7 gibt die Bedienoberfl che des Messprogramms wieder Material und Methode 36 le Datei Bearbeiten Ansicht Einf gen Format Extras Daten Fenster Lal xf PEIE BAS o gt T RN eB ve aria 0 F x UES SBS m 8 ees A Zeit min E D E e H I J K E M N a Zei M Schreiber Parameter Start bertragungsrate Jaen sl Baud Me dauer fi x Minuten Yentil Intervall
182. urg 2006 Merriam K G Spaulding E R Comparative Tests of Pitot Static Tubes NACA Technical Note No 546 Washington 1935 Midoux N et al Micronisation of pharmaceutical substances in a spiral jet mill Powder Technology 104 1999 113 120 Miller R W Flow measurement engineering handbook 3th Edition McGraw Hill New York 1996 M ller F Polke R Sch del G Spiral jet mills hold up and scale up Int Journ Miner Process 44 45 1996 315 326 Muschelknautz E Untersuchungen an Fliehkraftabscheidern Chem Ing Technik 39 6 7 1967 306 310 Muschelknautz E Brunner K Untersuchung an Zyklonen Chem Ing Technik 39 9 10 1967 531 538 Muschelknautz E Giersiepen G Rink N Str mungsvorg nge bei der Zerkleinerung in Spiralstrahlm hlen Chem Ing Technik 42 Nr 1 1970 6 15 Muschelknautz E Rink N Neuere Untersuchungen an Strahlm hlen Verfahrenstechnik 5 Nr 6 1971 225 230 Neemeh R AlGattus S Experimental investigation of noise reduction in supersonic jets due to jet rotation Journal of Sound and Vibration 221 Nr 3 1999 504 524 Nied R Strahlmahlung in der Flie bettgegenstrahlm hle TIZ Fachberichte Vol 109 Nr 1 1985 Nitsche W Str mungsmesstechnik Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 1994 Ower E Johansen F C The design of pitot static tubes Reports and Memoranda No 981 1925 985 995 Ower E Pankhurst
183. utig von anderen Bereichen abzugrenzen sind Wie die Autoren 36 beschreiben soll zur Kompensation der auftretenden Druckverh ltnisse in Bereichen oberhalb und unterhalb der Treibstrahlen Fluid zum Mahlkammerrand zur ckstr men Derartige R ckstr mungen oder sogar Turbulenzen lassen sich jedoch mit Hilfe der durchgef hrten Druckmessungen in diesen Bereichen nicht beobachten da die Str mung immer spiralig zum Mahlkammermittelpunkt gerichtet ist Aus diesem Grund kann das Drei Ebenen Modell nicht best tigt werden Da in der Literatur nur wenig Datenmaterial ber Messungen im Leerbetrieb der Spiralstrahlm hle vorliegt sollen Messergebnisse von Muschelknautz 52 zu Vergleichszwecken der Str mungsgeschwindigkeit herangezogen werden Neben der Aufnahme statischer Druckkennlinien bestimmte er mit Hilfe von Fl gelr dchen die lokalen Umfangsgeschwindigkeiten in Abh ngigkeit vom Radius der Mahlkammer Genaue Angaben zur Versuchsdurchf hrung bez glich Messposition und Eintauchtiefe zum direkten Vergleich mit den Messergebnissen der vorliegenden Arbeit sind jedoch seinen Untersuchungen nicht zu entnehmen Die Messungen von Muschelknautz vgl Abbildung 2 13 liefern in der Mahlkammerperipherie hohe Umfangsgeschwindigkeiten Ergebnisse und Diskussion 106 die mit abnehmendem Radius ansteigen Auf dem Tauchrohrradius kann eine maximale Umfangsgeschwindigkeit bestimmt werden Innerhalb des Abscheiderohres f llt die Geschwindigkeit lang
184. verschiedene Parameter variiert werden um den Einfluss von Eintauchtiefe und Anstr mwinkel des Pitot Rohres auf den Gesamtdruck zu untersuchen Die Druckverl ufe von jeweils statischem Druck und Gesamtdruck werden zudem auf verschiedenen Radien aufgezeichnet um m glichst vollst ndig den gesamten Innenraum der Mahlkammer zu erfassen Es soll gepr ft werden ob die Str mungsvorg nge in der eingesetzten Spiralstrahlm hle dem von K rten und Rumpf 36 postulierten Verlauf folgen Dazu ist die Frage zu kl ren ob Arbeitshypothese 28 dieses mit Fl ssigkeiten aufgenommene Drei Ebenen Modell auf reine Gas bzw Gas Feststoff Str mungen bertragen werden kann Besonderes Augenmerk soll ferner darauf gerichtet sein ob die Positionierung des Pitot Rohres in D senn he bzw direkt im Treibstrahl einen Einfluss auf den Gesamtdruck erkennen l sst Dazu ist es notwendig die Position des Rohres in Bezug zu einer D se zu ver ndern Es ist zu erwarten dass der Gesamtdruck in N he einer D se durch die hohen Ausstr mgeschwindigkeiten des Treibstrahls deutlich h her ist als an d senferneren Messpositionen In den Versuchsreihen soll der Druckverlauf zun chst ohne Mahlgut an verschiedenen Messpunkten aufgezeichnet werden um Aussagen ber die reine Luftstr mung treffen zu k nnen Dazu wird das Pitot Rohr in der Str mung derartig ausgerichtet dass es direkt von vorn angestr mt wird erkennbar am Auftreten eines maximalen Druckwer
185. ype Fryma JMRS 80 a multitude of current techniques measuring pressure and flow conditions has to be rejected Hence with the objective of reaching even inner planes of the jet mill a new method of analysing pressure and stream processes has to be chosen for the present work Instead recording the total pressure by means of a pitot tube is suitable as an effective possibility Knowing the static pressure the local velocity of the flow can easily be calculated using the compressible Bernoulli Equation According to Rief and Marquardt the pressure transducer XT 190M Fa Kulite succeeds accurately in recording these essential static pressure data Several experiments indicate that the static pressure remains nearly constant over the same jet mill radius and is dependent neither on the position of the pressure transducer nor on the influence of the jets Further investigations of the static pressure against the radius prove the pressure decreases from circumferential radii towards the middle of the milling chamber as expected for spiral jet streams Recording total pressure values for subsequent calculating flow velocities requires a pitot tube next in line to a pressure transducer D 10 Fa WIKA both connected with a distance tube Accordingly an appropriate pitot tube for the jet mill has to be constructed yielding reliable and reproducible data Comprehensive constructing advice can be Summary 124 taken from literature but not a stan
186. zeigen deutlich dass sich das Pitot Rohr immer wieder mit Pulver zusetzt und nicht vollst ndig freigeblasen wird Auf Grund der zahlreichen Druckinstabilit ten kann ferner die Str mungsrichtung nicht eindeutig angegeben werden Zudem ist eine genaue Bestimmung der Basislinie bzw eine Mittelwertberechnung des Gesamtdrucks ber einen Zeitraum von mehreren Minuten nicht sinnvoll und aussagekr ftig Diese Ergebnisse lassen daher den Schluss zu dass eine exakte Gesamtdruckaufnahme mittels Pitot Rohr bei Feststoffzusatz der Spiralstrahlm hle nicht m glich ist Die starken Druckschwankungen und Unregelm igkeiten erlauben keine reproduzierbare Messwerterfassung Um die Untersuchungen zum Str mungsverhalten bei beladener Strahlm hle weiter fortzuf hren ist demnach eine andere Methode zur Geschwindigkeitsmessung vgl Kapitel 4 2 1 5 auszuw hlen Dies erfordert jedoch einen erheblichen apparativen Umbau der gesamten Versuchsanlage Zusammenfassung 118 6 Zusammenfassung Der Untersuchung des Str mungsverhaltens in einer Spiralstrahlm hle kommt auf Grund ihrer Komplexitat besondere Bedeutung zu Seit der Entwicklung der Strahlm hlen wird versucht die Abl ufe w hrend des Zerkleinerungsprozesses genau zu beobachten und zu analysieren Die aufgestellten Modelle reichen jedoch nur bedingt aus um ein umfassendes Verst ndnis der Str mungsvorg nge zu erm glichen Als Kontrollinstrument der Betriebszust nde in der M hle hat sich die A

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