Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist der Einsatz von katalytisch beschichteten Wandreaktoren für die Herstellung großtonnagiger Produkte in der chemischen Industrie untersucht worden. Gegenstand der Bewertung waren die Propenoxidbildung aus Propen und Wasserstoffperoxid in der Gasphase sowie die Vinylacetatbildung aus Essigsäure und Ethen in Gegenwart von Sauerstoff. Hierzu wurden Diffusionskoeffizienten für die Diffusion der Gaskomponenten durch präparierte Katalysatorschichten untersucht und mit ermittelten Reaktionsgeschwindigkeiten Stofftransportlimitierungen für die Reaktionen abgeschätzt. Auch Wärmetransportlimitierungen wurden durch Ermittlung von Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Schichten bestimmt. Ein Vergleich mit einem Rohrbündelreaktor ergab eine Vergleichbarkeit des Katalysatorvolumens bezogen auf das Reaktorvolumen für Schichtdicken in einer Größenordnung von 500 µm. Diese Schichtdicken liegen für mittelschnelle Reaktionen außerhalb der Stofftransportlimitierung und ermöglichen damit den Einsatz von Wandreaktoren mit deutlich limitierter Temperaturüberhöhung im Katalysator. Der Einsatz wird allerdings durch Schwierigkeiten hinsichtlich der Katalysatoreinbringung und der Wiedergewinnung sowie der Erhöhung der Katalysatormenge im Reaktor begrenzt.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist der Einsatz von katalytisch beschichteten Wandreaktoren für die Herstellung großtonnagiger Produkte in der chemischen Industrie untersucht worden. Gegenstand der Bewertung waren die Propenoxidbildung aus Propen und Wasserstoffperoxid in der Gasphase sowie die Vinylacetatbildung aus Essigsäure und Ethen in Gegenwart von Sauerstoff. Hierzu wurden Diffusionskoeffizienten für die Diffusion der Gaskomponenten durch präparierte Katalysatorschichten untersucht und mit ermittelten Reaktionsgeschwindigkeiten Stofftransportlimitierungen für die Reaktionen abgeschätzt. Auch Wärmetransportlimitierungen wurden durch Ermittlung von Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Schichten bestimmt. Ein Vergleich mit einem Rohrbündelreaktor ergab eine Vergleichbarkeit des Katalysatorvolumens bezogen auf das Reaktorvolumen für Schichtdicken in einer Größenordnung von 500 µm. Diese Schichtdicken liegen für mittelschnelle Reaktionen außerhalb der Stofftransportlimitierung und ermöglichen damit den Einsatz von Wandreaktoren mit deutlich limitierter Temperaturüberhöhung im Katalysator. Der Einsatz wird allerdings durch Schwierigkeiten hinsichtlich der Katalysatoreinbringung und der Wiedergewinnung sowie der Erhöhung der Katalysatormenge im Reaktor begrenzt.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein physikalisches Modell für weichelastische EVA-Schaumstoffe entwickelt, das das mechanische Verformungsverhalten (Spannungs-Verformungs-Kurve) bei der Interaktion zwischen Sportler und Sportgerät am Beispiel eines Laufschuhs anwendungsgerecht – d.h. bei hoher Verformung und Belastungsgeschwindigkeit – kennzeichnet. Im Stand der Technik werden als Einflussfaktoren auf das mechanische Verformungsverhalten von Weichschäumen die Parameter Schaumdichte, Zellgröße bzw. Zelldurchmesser, Schaumhärte und Verformungsgeschwindigkeit ermittelt. Diese werden für die vorliegenden vier Versuchsmaterialien analysiert, wobei die letzten zwei Parameter im Modell Berücksichtigung finden. Das Modell setzt sich aus einem Matrix- und einem Gasphasenanteil zusammen. Der Matrixphasenanteil wird experimentell bei der jeweiligen Verformungsgeschwindigkeit bestimmt, wohingegen der Gasphasenanteil der in den Zellen komprimierten Luft auf einem physikalischen Zusammenhang beruht und anhand der gemessenen Schaumhärte und des Atmosphärendrucks bei der jeweiligen Verformung berechnet wird. Die Voraussetzungen für die Verwendung des Modells, zu denen inkompressible Matrixphase, Geschlossenzelligkeit und keine Querausdehnung des Schaums zählen, werden vorab umfangreich geprüft. Zusammenfassend lässt sich aussagen, dass das gewählte Modell eine gute Übereinstimmung mit den experimentell bestimmten Ergebnissen erzielt. Dies wird anhand der Mittelwertes der Differenz von experimentell ermittelten zu modellierten Daten bestimmt, für den ein Wert von 7 % berechnet wird. / The purpose of this doctoral thesis is developing a physical model for flexible foam materials (e.g. ethylene/vinyl acetate foam) characterizing the mechanical deformation behavior (stress-strain-curve) at the interaction between athlete and sports equipment (e.g. running footwear) during high deformation and high loading rate. Previous studies described various parameters influencing the mechanical deformation behavior of flexible foams: foam density, cell size / cell diameter, foam hardness and loading rate. These parameters are being analyzed for the four present foams whereof the last two parameters were considered in the model. The model consists of a matrix phase measured experimentally at required loading rate multiplied with a correction factor and a gas phase of the air compressed in the foam cells which is calculated by atmospheric pressure and foam hardness. The requirements (incompressible matrix phase, closed cells and zero Poisson ratio) for using the model are verified first of all. In conclusion, the developed model presents a good accordance with the experimental data calculated by a mean difference between experimental and modeled data of 7 %.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein physikalisches Modell für weichelastische EVA-Schaumstoffe entwickelt, das das mechanische Verformungsverhalten (Spannungs-Verformungs-Kurve) bei der Interaktion zwischen Sportler und Sportgerät am Beispiel eines Laufschuhs anwendungsgerecht – d.h. bei hoher Verformung und Belastungsgeschwindigkeit – kennzeichnet. Im Stand der Technik werden als Einflussfaktoren auf das mechanische Verformungsverhalten von Weichschäumen die Parameter Schaumdichte, Zellgröße bzw. Zelldurchmesser, Schaumhärte und Verformungsgeschwindigkeit ermittelt. Diese werden für die vorliegenden vier Versuchsmaterialien analysiert, wobei die letzten zwei Parameter im Modell Berücksichtigung finden. Das Modell setzt sich aus einem Matrix- und einem Gasphasenanteil zusammen. Der Matrixphasenanteil wird experimentell bei der jeweiligen Verformungsgeschwindigkeit bestimmt, wohingegen der Gasphasenanteil der in den Zellen komprimierten Luft auf einem physikalischen Zusammenhang beruht und anhand der gemessenen Schaumhärte und des Atmosphärendrucks bei der jeweiligen Verformung berechnet wird. Die Voraussetzungen für die Verwendung des Modells, zu denen inkompressible Matrixphase, Geschlossenzelligkeit und keine Querausdehnung des Schaums zählen, werden vorab umfangreich geprüft. Zusammenfassend lässt sich aussagen, dass das gewählte Modell eine gute Übereinstimmung mit den experimentell bestimmten Ergebnissen erzielt. Dies wird anhand der Mittelwertes der Differenz von experimentell ermittelten zu modellierten Daten bestimmt, für den ein Wert von 7 % berechnet wird. / The purpose of this doctoral thesis is developing a physical model for flexible foam materials (e.g. ethylene/vinyl acetate foam) characterizing the mechanical deformation behavior (stress-strain-curve) at the interaction between athlete and sports equipment (e.g. running footwear) during high deformation and high loading rate. Previous studies described various parameters influencing the mechanical deformation behavior of flexible foams: foam density, cell size / cell diameter, foam hardness and loading rate. These parameters are being analyzed for the four present foams whereof the last two parameters were considered in the model. The model consists of a matrix phase measured experimentally at required loading rate multiplied with a correction factor and a gas phase of the air compressed in the foam cells which is calculated by atmospheric pressure and foam hardness. The requirements (incompressible matrix phase, closed cells and zero Poisson ratio) for using the model are verified first of all. In conclusion, the developed model presents a good accordance with the experimental data calculated by a mean difference between experimental and modeled data of 7 %.

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