Zur mechanischen Zerkleinerung von Partikeln stehen diverse Verfahren und Methoden zur Verfügung. Gute Zerkleinerungsergebnisse können mit Mahlkörpermühlen erzielt werden, in denen eine Mahlkörperschüttung beschleunigt wird, und eine Zerkleinerung der
Partikel zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Mahlkörpern, sowie begrenzenden bzw. antreibenden Elementen, durch Stoß- oder Reibbeanspruchungsereignisse erfolgt. Die Form und das Material der Mahlkörper können variiert werden.
Zentrifugalmühlen sind eine Bauform der Mahlkörpermühlen. Erste Modellstudien mit Zentrifugalmühlen wurden 1971 von Bradley u.a. durchgeführt. Aktuelle Untersuchungen zur Feinstzerkleinerung sind von Gock u.a. bekannt.
Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung eines konstruktiven und messtechnischen Konzepts für eine Messeinrichtung zur Bestimmung des spezifischen Leistungseintrags und des Reibkoeffizienten zwischen Mahlkörperschüttung und Mahlraumwand, sowie zur Visualisierung der Mahlkörperbewegung in einer Zentrifugalmühle. Die Partikel sollen auf einen Primärpartikeldurchmesser < 100nm zerkleinert werden. Die mechanische Zerkleinerung erfolgt mit festen Mahladditiven
bei cryogenen Temperaturen.
Weiterhin werden die Kalibrierung der Messeinrichtung und die Signalübertragung betrachtet.
Der spezifische Leistungseintrag ist im Wesentlichen abhängig von:
• Mahlkörpermaterial
• Mahlkörperfüllgrad
• Drehzahl
• Radius des Mahlrohres
• Rotationsradius des Mahlrohres
Durch definierte Variation von Mahlkörpermaterial, Mahlkörperfüllgrad und Drehzahl ergeben sich unterschiedliche Rahmenbedingungen für die Auslegung der Messeinrichtung. Die
zur Bestimmung des spezifischen Leistungseintrags und des Reibkoeffizienten benötigten mechanischen Größen können mittels Dehnungsmessstreifen ermittelt werden.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Allgemeiner Teil
2.1 Dehnungsmessstreifen (DMS)
2.1.1 Dehnungsbegriff
2.1.2 Aufbau und Messprinzip der DMS
2.1.3 Wheatstone´sche Bruckenschaltung
2.1.4 Signalverarbeitung
2.1.5 Störeinflusse
3. Rahmenbedingungen und Voruberlegungen
3.1 Parameter
3.2 Anforderungsliste
3.3 Konstruktive Voruberlegungen
3.3.1 Konzept
3.3.2 Kräfte aufgrund der Mahlkörperbewegung
4. Konstruktiver Teil
4.1 Auslegung und Berechnung der Bauteile
4.1.1 Mahlrohr und Mahlrohrabdeckungen
4.1.2 Mahlrohraufhängung
4.1.3 Drehmomentmessstäbe
4.1.4 Kopplung der Aufhängungen und Drehmomentmessstäbe
4.1.5 Aufnahmegehäuse und Ubergang
4.1.6 Montageeinrichtung
4.1.7 Normteile
5. Messtechnik
5.1 Auswahl der DMS und Zubehör
5.2 Applikation der DMS
5.3 Signalubertragung
6. Montage der Apparatur
7. Kalibrierung
7.1 Signalverarbeitung
7.2 Kalibrierung der Aufhängungen
7.3 Kalibrierung der Drehmomentmessstäbe
8. Ausblick
9. Zusammenfassung
Zielsetzung und Themen
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und konstruktive Umsetzung einer Messeinrichtung für eine Zentrifugalmühle, um den spezifischen Leistungseintrag sowie den Reibkoeffizienten zwischen Mahlkörperschüttung und Mahlraumwand experimentell zu bestimmen und die Mahlkörperbewegung visuell zu erfassen.
- Entwicklung eines mess- und konstruktionstechnischen Konzepts für Zentrifugalmühlen.
- Einsatz von Dehnungsmessstreifen (DMS) zur Kraft- und Drehmomentermittlung.
- Dimensionierung mechanischer Komponenten unter Berücksichtigung von Zentrifugalkräften.
- Methodik zur Kalibrierung der Messeinrichtung.
- Visualisierungsmöglichkeiten der Mahlkörperbewegung.
Auszug aus dem Buch
2.1.2 Aufbau und Messprinzip der DMS
Die heute meistverwendeten DMS sind Folien-DMS, deren prinzipieller Aufbau in Abb. 2.2 dargestellt ist, und im Folgenden näher erläutert werden soll.
Folien-DMS bestehen aus einer isolierenden, ca. 25μm dicken Trägerfolie aus Kunststoff, auf der sich die ca. 3 − 5μm dicke metallische Messgitterfolie befindet. Die Gestalt des Messgitters wird durch einen Atzvorgang auf fotochemischem Wege erreicht. Eine ca. 12μm dicke Abdeckfolie schützt das Messgitter gegen Umwelteinflüsse [38].
Die kreuzförmige Markierung auf dem Träger der DMS in Abb. 2.2 dient zur Ausrichtung der DMS auf dem Messobjekt.
Das grundsätzliche Messprinzip der DMS besteht darin, dass die in der Oberfläche des Messobjekts auftretenden Dehnungsänderungen einem auf dieser Oberfläche befestigten elektrischen Leiter aufgezwungen werden. Durch die Deformation des Leiters ändert sich sein elektrischer Widerstand. Aus der gemessenen Widerstandsänderung lässt sich die auftretende Dehnungsänderung mit hoher Präzision bestimmen [38].
Der elektrische Widerstand eines deformierten DMS setzt sich aus seinem Grundwiderstand R (unbelastet) und der durch die Deformation verursachten Widerstandsänderung ΔR zusammen. Aus dem elektrischen Widerstand eines Drahtes [Formel 2.9] mit dem spezifischen elektrischen Widerstand ρel, der Drahtlänge L, dem Drahtdurchmesser D und der Widerstandsänderung ΔR lässt sich die relative Widerstandsänderung darstellen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die Grundlagen der mechanischen Zerkleinerung in Zentrifugalmühlen und definiert die Aufgabenstellung der Arbeit.
2. Allgemeiner Teil: Vermittelt die theoretischen Grundlagen zu Dehnungsmessstreifen, deren Funktionsweise, Wheatstone’scher Brückenschaltung, Signalverarbeitung und möglichen Störeinflüssen.
3. Rahmenbedingungen und Vorüberlegungen: Definiert die Betriebsparameter und Anforderungen an die Konstruktion sowie die theoretischen Ansätze zur Kraftberechnung.
4. Konstruktiver Teil: Detailliert die Werkstoffauswahl und Dimensionierung aller Bauteile, inklusive des Mahlrohrs, der Aufhängungen und Drehmomentmessstäbe.
5. Messtechnik: Beschreibt die Auswahl und Applikation der verwendeten Dehnungsmessstreifen und die notwendigen Schritte zur Signalübertragung.
6. Montage der Apparatur: Gibt eine chronologische Anleitung für den Zusammenbau der Messeinrichtung.
7. Kalibrierung: Erläutert die Methoden zur Kalibrierung der Aufhängungen und der Drehmomentmessstäbe.
8. Ausblick: Bewertet den Status des Projekts und benennt noch ausstehende Arbeitsschritte.
9. Zusammenfassung: Fasst das gesamte Forschungsvorhaben und die erzielten Ergebnisse zusammen.
Schlüsselwörter
Zentrifugalmühle, Dehnungsmessstreifen, DMS, Leistungseintrag, Reibkoeffizient, Mahlkörperbewegung, Mechanische Verfahrenstechnik, Festigkeitsberechnung, Wheatstone’sche Brückenschaltung, Trägerfrequenzverfahren, Konstruktion, Dimensionierung, Kalibrierung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer speziellen Messeinrichtung für Zentrifugalmühlen, um physikalische Vorgänge wie Leistungseintrag und Mahlkörperbewegung quantifizierbar zu machen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit verknüpft maschinenbauliche Konstruktion mit messtechnischer Sensorik, insbesondere der Anwendung von Dehnungsmessstreifen unter hohen mechanischen Lasten.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, den spezifischen Leistungseintrag und den Reibkoeffizienten innerhalb der Mühle zu bestimmen sowie die Bewegung der Mahlkörper visuell zu visualisieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird das Messprinzip der Wheatstone’schen Brückenschaltung in Kombination mit Dehnungsmessstreifen eingesetzt, ergänzt durch eine mechanische Konstruktion, die eine Biegekompensation ermöglicht.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen der DMS-Technik, die Festlegung technischer Rahmenbedingungen, die detaillierte konstruktive Auslegung der Bauteile und die experimentelle Montage- und Kalibrieranleitung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Zentrifugalmühle, Dehnungsmessstreifen (DMS), Leistungseintrag, Reibkoeffizient, mechanische Konstruktion und experimentelle Beanspruchungsermittlung.
Warum ist eine separate Messeinrichtung notwendig?
In der Zentrifugalmühle können der Leistungseintrag und die Mahlkörperbewegung unter den gegebenen Betriebsbedingungen nicht direkt gemessen werden, weshalb eine externe, instrumentierte Konstruktion erforderlich ist.
Wie wird die Mahlkörperbewegung visualisiert?
Die Visualisierung erfolgt durch das Einsetzen eines durchsichtigen Deckels aus Plexiglas am Mahlrohr, kombiniert mit hochauflösender Kameratechnik.
Wie wird der Einfluss von Störeinflüssen bei der Messung minimiert?
Störeinflüsse werden durch die Wahl geeigneter Brückenschaltungen (Vollbrücke), eine präzise Temperaturkompensation und die Auswahl robuster, für dynamische Lasten ausgelegter DMS-Komponenten minimiert.
Welche Rolle spielt die Kopplung der Aufhängungen?
Die Kopplung beeinflusst die Messergebnisse, da eine Verformung der Drehmomentmessstäbe zu einer Biegung der Aufhängungen führt. Dieser Effekt wird rechnerisch berücksichtigt und durch gezielte Kalibrierung eliminiert.
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- Stefan Kirchberg (Author), 2003, Entwicklung einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Leistungseintrag und Mahlkörperbewegung in einer Zentrifugalmühle, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/167019
