Schüttgutverhalten – Prozessanalyse und komplexe Charakterisierung

Forschung aktuell

© Fraunhofer IKTS
Makroskopische Fließvorgänge beim Matrizenfüllen – FlowD.
© Fraunhofer IKTS
CT der Schüttungsstruktur.
© Fraunhofer IKTS
Mikroskopische Fließvorgänge – Analyse der Partikelbewegung mittels Particle Image Velocimetry.

Feindisperse Pulver und Granulate werden als Ausgangstoff, Zwischen- oder Endprodukt in nahezu allen Industriebranchen verarbeitet, transportiert und gelagert. Ihr Schütt- und Fließverhalten beeinflusst sowohl die Effizienz der Verarbeitungsprozesse als auch Produktqualität. Umfassende Prozessanalysen und eine adäquate Charakterisierung der Fließeigenschaften unter Prozessbedingungen sind Grundlage für die Entwicklung und Optimierung feindisperser Materialien und ihrer Verarbeitungsprozesse. Im Rahmen von Prozessanalysen identifiziert das Fraunhofer IKTS wesentliche Schüttungszustände und erstellt für diese ein spezifisches Charakterisierungskonzept. Eine Vielzahl standardisierter und selbst entwickelter Methoden steht dafür zur Verfügung. Neben der Charakterisierung unter realen Prozessbedingungen ist so auch die Analyse grundlegender Mechanismen des Schüttgutverhaltens möglich. Dies erlaubt die umfassende und prozessrelevante Bewertung von Granulaten für die keramische Pressformgebung, Pulvern für die additive Fertigung (z. B. 3D-Pulverdruck) und funktionalen Pulvern. Je nach Kundenwunsch werden diese applikationsspezifisch weiterentwickelt und ergänzt. Für die prozessnahe Analyse der Schüttungszustände entlang der Transportstrecke einer uniaxialen Presse wurde folgendes Charakterisierungskonzept entwickelt:

  • Visualisierung makroskopischer Fließvorgänge während des Matrizenfüllvorgangs (Bild 1) oder im Füllschuh mit einer Hochgeschwindigkeitskamera und anschließender qualitativer und quantitativer Bewertung.
  • Die qualitative und quantitative Analyse der Dichteverteilung der Schüttung in der Matrize (Bild 2) sowie im Füllschuh auf Basis nicht-invasiver Computertomographie liefert Aussagen zur Schüttungsstruktur.
  • Innerhalb einer planaren Transportstrecke erfasst eine Hochgeschwindigkeitskamera mikroskopische Fließvorgänge in Schüttungen. Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit der Partikel werden mit dem Bildanalyseverfahren Particle Image Velocimetry (PIV; Bild 3) quantifiziert (min. Partikelgröße: 40 µm, max. Fließgeschwindigkeit: 0,3 m/s).
  • Bestimmung lokaler und zeitlicher Entmischungen im Schüttgut über eine ortsaufgelöste Probennahme und Granulatgrößenmessung.
Die komplexe prozessnahe Charakterisierung von Pulvern und Granulaten ermöglicht es, die Qualität von Produkten und Verarbeitungsprozessen kontinuierlich zu verbessern. Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi und der IGF für die finanzielle Unterstützung.
© Fraunhofer IKTS
Prozessanalyse und Charakterisierung (Beispiel).

Gefördert durch#