Viele Arbeitsprozesse in der Bau- und Fördermaschinentechnik, Lebensmittelindustrie oder Verfahrenstechnik sind gekennzeichnet durch die Interaktion mit Schüttgütern. Beispiele hierfür sind die Gewinnung und der Transport von Erd- und Rohstoffen sowie die Verarbeitung von Getreide, Mais, Pellets oder Granulaten. Zur Abbildung der partikel-mechanischen Vorgänge hat sich die Diskrete Elemente Methode (DEM) als geeignetes Simulationsverfahren etabliert. Für eine prospektive Analyse der Wechselwirkungen zwischen Schüttgut und Maschine ist es notwendig diese Methodik mit einem domänen-übergreifenden Systemmodell zu verknüpfen. Es wird eine Lösung vorgestellt, welche eine geschlossene Modellierung und Simulation der DEM in der Software SimulationX ermöglicht.

Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte der Aufbau eines neuartigen Versuchsstandes zum praxisnahen Test von Wandaufbauten (VS-WA; Probendimension: 1,9 m x 1,9 m x 0,5 m). Mit dem VS sind praxisnahe Untersuchungen von Dämm- und Dichtstoffen sowie Wandsegmentmaterialien thermischer Energiespeicher in einer Einheit durchführbar. Aufgrund der drehbaren Lagerung des VS ist es möglich, vertikale (Wandbereich) und horizontale (Deckenbereich) Aufbauten zu untersuchen. Mit dem VS erfolgt eine experimentelle Bestimmung von effektiven Wärmeleitfähigkeiten zweier aussichtsreicher Wärmedämmstoffe (Polyurethan-Granulat und expandierte Polystyrol-Partikel). Die Untersuchungsergebnisse zeigen für den vertikalen Betrieb des VS eine erhöhte effektive Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu den Stoffwerten der Hersteller. Der Grund hierfür ist, basierend auf der Auswertung von Temperaturprofilen, ein signifikanter Anteil an freier Konvektion. Dies ist trotz niedriger Permeabilitäten der untersuchten Schüttgüter und demnach entgegen dem aktuellen Stand der Wissenschaft der Fall. Ohne den neuen VS mit den hier realisierten Maßen, wären diese Effekte nicht messbar gewesen (z. B. bei Untersuchungen mit Ein- oder Zwei-Platten-Apparaturen). Die Ergebnisse können dazu beitragen, erhöhte Wärmeverluste an realen Bauwerken zu erklären und zu vermeiden. / Within the context of this thesis, a new test rig for the practical testing of wall structures (VS-WA; sample size: 1.9 m x 1.9 m x 0.5 m) was set up. With the test rig, practical investigations of insulating and sealing materials as well as wall segment materials of thermal energy stores are possible in one unit. Since the test rig is pivoted it is also possible to examine vertical (wall area) and horizontal (ceiling area) structures. The present thesis deals with the experimental determination of the effective thermal conductivity of two promising thermal insulation materials (polyurethane granulate and expanded polystyrene particles). The test results show an increased effective thermal conductivity for the vertical orientation of the VS-WA compared to the material properties given by the manufacturers. The reason for this is, based on the evaluation of temperature profiles, a significant portion of free convection. This is the case despite low permeabilities of the bulk materials investigated and thus contrary to the current state of scientific knowledge. Without the new test rig with the dimensions realized here, the discovered effects could not have been observed (e.g. investigations with one- or two-plate apparatuses). The results can contribute to explain and avoid increased heat losses in real building structures.

Viele Arbeitsprozesse in der Bau- und Fördermaschinentechnik, Lebensmittelindustrie oder Verfahrenstechnik sind gekennzeichnet durch die Interaktion mit Schüttgütern. Beispiele hierfür sind die Gewinnung und der Transport von Erd- und Rohstoffen sowie die Verarbeitung von Getreide, Mais, Pellets oder Granulaten. Zur Abbildung der partikel-mechanischen Vorgänge hat sich die Diskrete Elemente Methode (DEM) als geeignetes Simulationsverfahren etabliert. Für eine prospektive Analyse der Wechselwirkungen zwischen Schüttgut und Maschine ist es notwendig diese Methodik mit einem domänen-übergreifenden Systemmodell zu verknüpfen. Es wird eine Lösung vorgestellt, welche eine geschlossene Modellierung und Simulation der DEM in der Software SimulationX ermöglicht.