Gegenstand der Arbeit ist die Erarbeitung und Umsetzung eines reaktiven Aufbereitungsverfahrens im Doppelschneckenextruder zur kontinuierlichen Herstellung von gummimehlbasierten Elastomerlegierungen mit Polypropylenmatrix. Es wird eine Übersicht über den technischen Stand der Polymeraufbereitung in Doppelschneckenmaschinen sowie den Einsatz von Gummimehlen als funktionellem Füllstoff in Thermoplastmatrices gegeben, wobei neben verfahrenstechnischen Aspekten besonders auf die Möglichkeiten der Phasenkompatibilisierung in gummimehlhaltigen Polyolefincompounds zur Herstellung Thermoplastischer Elastomere eingegangen wird. Den Ausgangspunkt für die Verfahrensentwicklung bildet ein reaktiver Schmelzemischprozess in einem Innenmischer, auf dessen Basis die Auswahl der Rezepturkomponenten erfolgte. Gestützt auf eine Modellrezeptur erfolgte in diskontinuierlichen Voruntersuchungen im Labormesskneter eine Anpassung des Werkstoffsystems sowie die experimentelle Verifizierung möglicher Verfahrenskonzepte für die kontinuierliche reaktive Aufbereitung im Doppelschneckenextruder. Für die ausgewählten Verfahrenskonzepte wurden konkrete Extruderaufbauten konzipiert, deren stoff- und prozessgrößenabhängiges Betriebsverhalten auf Basis eines analytischen Prozessmodells abgeschätzt wurde. Nach vergleichenden experimentellen Untersuchungen der kontinuierlichen Verfahrensaufbauten, die auch Verweilzeitmessungen und Rezepturanpassungen einschlossen, wurde eine praxistaugliche Extruderkonfiguration ausgewählt und der Einfluss der technologischen Prozessgrößen auf die Werkstoffeigenschaften der Elastomerlegierungen untersucht. Mit optimierten Prozessparametern erfolgte die kontinuierliche reaktive Aufbereitung von Elastomerlegierungen mit variablen Gummimehlgehalten, deren Werkstoffverhalten umfassend charakterisiert wird / The present thesis deals with the development and implementation of a reactive compounding procedure in a co-rotating twin-screw extruder for the continuous preparation of ground rubber based Elastomeric Alloys with a polypropylene matrix. An overview about the state of the art of polymer compounding in twin-screw devices as well as of the utilisation of rubber powders as functional fillers in thermoplastic matrices is given. Beside process related aspects especially the methods of phase compatibilisation in ground rubber containing polyolefinic compounds for the preparation of Thermoplastic Elastomers are addressed. A reactive melt-mixing procedure in an internal mixer served as the base for the development of the continuous process as well as for the materials and formulations used. Preliminary experiments with a model formulation were carried out in a laboratory batch kneader to adapt the material system onto the requirements of the continuous process as well as to verify and select promising process concepts for the continuous reactive compounding in the twin-screw extruder. The selected concepts were transformed into extruder configurations followed by a simulation of their operating characteristics based on an analytical process model. The performance of the extruder configurations was verified by experiments that included also residence time investigations and further adaption of the formulation. The most suitable extruder setup was chosen for the investigation of the influence of the technological process parameters on the material properties of the Elastomeric Alloy model formulation. Using optimised technological parameters a familiy of Elastomeric Alloys with variable rubber powder content was prepared by continuous reactive compounding in the twin-screw extruder and followed by a comprehensive characterisation of their material performance and properties.

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Die Analyse des wissenschaftlich-technischen Standes zeigt, dass die gegenwärtige mineralogisch-petrographische Gesteinscharakterisierung in vielen Fällen nur eine verbale Gefügebeschreibung erlaubt. In der Aufbereitungstechnik ist diese Verfahrensweise jedoch nicht ausreichend. Hier ist eine quantitative Charakterisierung der Gesteine erforderlich. Deshalb bestand die Aufgabe darin, eine neue mathematisch-petrographische Methode zur Charakterisierung der unterschiedlichen Gesteinseigenschaften zu entwickeln. Im Ergebnis der neuen mathematisch-petrographischen Methode wurde festgestellt, dass die verbale Beschreibung der Gesteinsstruktur und -textur durch quantitative Gesteinskennwerte ersetzt werden kann. Mit Hilfe der quantitativen Gesteinskennwerte kann eine Prognostizierung relevanter Produkt- bzw. Systemkenngrößen ohne zerkleinerungstechnische Untersuchungen vorgenommen werden. Die Gesteinskenngrößen erlauben eine Einschätzung des Gesteins hinsichtlich Brechbarkeit und Produktkornform einerseits sowie Verschleiß und erforderlichem Energieaufwand andererseits und stellen somit eine wichtige Grundlage für die Auswahl und den Betrieb der Maschinen und Anlagen der Naturstein-Industrie dar.

Die Gutbettwalzenmühle wird heute in vielen Industriezweigen zur Mahlung spröder Stoffe eingesetzt. Sie zeichnet sich durch eine energieeffiziente Arbeitsweise aus und stellt eine Alternative zu herkömmlichen Zerkleinerungsmaschinen, wie Kugel- und SAG-Mühlen, dar. In der Vergangenheit kam es durch Schäden an den Walzenoberflächen zu Problemen mit der Betriebssicherheit dieser Maschinen. Hervorgerufen werden die Schäden u.a. durch punktuelle Überlastungen der Walzenoberfläche, die durch im Gutbett eingelagerte grobe Einzelpartikel verursacht werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Versuche mit einer hydraulischen Stempelpresse zur Ermittlung der Walzenbelastung von Gutbettwalzenmühlen durchgeführt und der Einfluss verschiedener Maschinen-, Verfahrens- und Materialparameter untersucht. Auf der Grundlage des Versuchsprogramms wird eine Modellbetrachtung zur Walzenbelastung durchgeführt, mit deren Hilfe auf das Lastkollektiv aus der Gutbett- und Einzelkornbelastung geschlossen werden kann.

In der Arbeit werden Aufschluss- und Sortierergebnisse miteinander kombiniert, um die Anreicherung des Wertstoffs unter Berücksichtigung beider Teilprozesse auf einer vergleichbaren Basis bewerten zu können. Hierfür werden der Literatur vorhandene Modelle entnommen und erweitert, wodurch sich neuartige Parameter definieren lassen. Am Beispielsortierschritt Magnetscheidung wird anhand zweier unterschiedlicher Erze die Beurteilung der Teilprozesse auf Grundlage des vorgeschlagenen Vorgehens dargestellt. Mit Hilfe der Untersuchung der magnetischen Eigenschaften der Erze kann der Einfluss des gewählten Merkmals auf den Verlauf der berechneten Grenzkurven gezeigt werden. Weiterhin erfolgt eine Darstellung der Möglichkeiten durch die Nutzung moderner mineralogischer Analysemethoden zur Berechnung von Mineralsuszeptibilitäten, basierend auf Aufschluss- und Suszeptibilitätsmessungen von Merkmalklassen, sowie das direkte Berechnen von Trennfunktionen mit Hilfe von Aufschlussanalysen der Trennprodukte.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines dieselbetriebenen autothermen Reformierungssystems (ATR-Einheit) zur Bereitstellung von wasserstoff- und kohlenmonoxidreichem Synthesegas für den maritimen Betrieb einer MCFC-Brennstoffzelle. Aufgrund der niedrigen Schadstoffemissionen sowie des hohen Wirkungsgrades hat dieses System das Potential eine mögliche Alternative zu den bisherigen Schiffsdieselmotoren aufzuzeigen, welche die zukünftigen Emissionsgrenzwerte einhält und zudem noch zu Kosteneinsparungen durch einen geringeren Brennstoffverbrauch beiträgt. Die Hauptkomponenten des Reformierungssystems umfassen im Wesentlichen einen autothermen Reformierungsreaktor sowie einen nachgeschalteten Entschwefelungsreaktor. Für den optimalen Betrieb der beiden Reaktoren wurde ein Verschaltungskonzept entwickelt und umgesetzt, welches durch zusätzliche Peripheriekomponenten wie Strömungsverteiler, Mischer und Wärmeübertrager ergänzt wurde. Diese haben die Aufgabe einen stabilen Reformierungs- und Entschwefelungsprozess zwischen 50 % bis 100 % Betriebslast zu gewährleisten, wofür diverse experimentelle und numerische Methoden zur Optimierung herangezogen wurden. Darüber hinaus wurde die Konzeptionierung der Gesamtverschaltung im Hinblick auf eine gute Regelbarkeit untersucht. Hierfür wurden mehrere Bypassschaltungen vorgesehen, welche bei Teillastbetrieb konstante Betriebstemperaturen am Eintritt des Entschwefelungsreaktors und der Brennstoffzellen ermöglichen. Für die Bestimmung der optimalen Betriebskenngrößen wurden umfangreiche Prozesssimulationen durchgeführt mit Hilfe deren die Auslegung der einzelnen Baugruppen erfolgte. Darüber hinaus wurden insbesondere die optimalen O/C- und S/C-Verhältnisse bestimmt, welche sowohl einen hohen Wirkungsgrad als auch die Einhaltung der Systemrandbedingungen gewährleisten. Mit Hilfe der ermittelten Betriebskenngrößen wurde ein Gesamtkonzept entwickelt, womit neben der konstruktiven Umsetzung insbesondere die Werkstoffauswahl für das druckbeaufschlagte System definiert werden konnte. Im Hinblick auf die Erzielung eines möglichst hohen Reformerwirkungsgrades unter stabilen Betriebsbedingungen wurde das Reformierungssystem als Kernkomponente eines Fuel Processing Moduls realisiert und charakterisiert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass sich mit Hilfe des in dieser Arbeit entwickelten Systems ein stabiler Betrieb über mehrere Tage ohne Katalysatordeaktivierung realisieren lässt. Ebenfalls konnte ein modulierender Betrieb zwischen 50 % bis 100 % Betriebslast dargestellt werden, wobei alle Temperaturrestriktionen eingehalten wurden. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass mittels des entwickelten Reformierungssystems eine mögliche Alternative zu den bisherigen Schiffsdieselmotoren aufgezeigt wurde, welche in Kombination mit MCFC-Brennstoffzellen die zukünftig geforderten Schadstoffrestriktionen erfüllt.

Für die Weich- und Mittelhartzerkleinerung von Primär- und Sekundärrohstoffen werden zunehmend Profilwalzenbrecher eingesetzt. Trotz relativ geringer Zerkleinerungsgrade zeichnen sie sich durch einen geringen spezifischen Leistungsbedarf, hohe Durchsätze, eine einfache Konstruktion und Instandhaltung sowie eine störungsfreie Betriebsweise aus und sind auch bei adhäsivem Aufgabematerial anwendbar. Trotz der Bedeutung dieser Maschinen gibt es bisher nur unzureichende Auslegungsmethoden. Die theoretisch begründete Modellierung der Zerkleinerung in markant profilierten Walzenbrechern ist deshalb Gegenstand dieser Arbeit, um dadurch die Dimensionierungsgrundlagen zu verbessern und Einsatzmöglichkeiten in der Hartzerkleinerung abzuschätzen. Dazu werden im Rahmen einer Systembetrachtung zunächst die wesentlichen Prozessparameter der Zerkleinerung ermittelt und die Bauarten von Profilwalzenbrechern klassifiziert (Kapitel 2). Die Darstellung der bekannten Berechnungsmodelle für die Hauptzielgrößen „Grenzdurchsatz“, „Produktgranulometrie“ und „Leistungsbedarf“ ist Gegenstand von Kapitel 3. Darauf aufbauend wird in Kapitel 4 ein neues, physikalisch begründetes Auslegungsmodell vorgestellt und das Untersuchungsfeld hinsichtlich der zu analysierenden Aufgabestoffart und Maschinengeometrie eingegrenzt. Die für dieses Modell erforderlichen Zerkleinerungstest- und Simulationsergebnisse werden in Kapitel 5 und 6 dargestellt, bevor die Arbeit in Kapitel 7 mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick abschließt.

Zur Auslegung von profilierten Doppelwalzenbrechern werden bisher recht einfache Modelle verwendet, wobei wichtige Einflussfaktoren unberücksichtigt bleiben. Daher werden im Rahmen dieser Dissertation auf Basis experimenteller Untersuchungen verbesserte Auslegungsmodelle für die wichtigsten Zielgrößen von Doppelwalzenbrechern entwickelt, welche präzisere Prognosen ermöglichen. Das Versuchsprogramm sieht dabei die Variation von Aufgabematerial sowie –partikelgröße, Walzenumfangsgeschwindigkeit und Spaltweite in einem großen Wertebereich vor. Das zur Prognose der Produktpartikelgrößenverteilung entwickelte Modell basiert dabei auf der Swebrec-Funktion. Mit diesem lässt sich abhängig von der Spaltweite und der Aufgabepartikelgrößenverteilung die Produktpartikelgrößenverteilung bestimmen. Des Weiteren kann mit Hilfe des in dieser Arbeit aufgestellten Bilanzmodells der Grenzmassedurchsatz unter Kenntnis der Masse¬anteile für beliebige Mischungen von Einzelfraktionen prognostiziert werden. Dabei werden auch übergroße, nicht sofort einziehbare Partikel berücksichtigt, welche den Durchsatz signifikant senken können.

Die Arbeit behandelt am Beispiel von flachsfaserverstärktem Polypropylen die Verarbeitung von naturfaserverstärkten Thermoplasten im Spritzgießverfahren und die resultierenden Verbundeigenschaften. Im Grundlagenteil der Arbeit werden die Flachsfasern mit ihren besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften vorgestellt, die theoretischen Grundlagen zur Suspensionsrheologie, der Beschreibung von räumlichen Orientierungszuständen, zur Faser-Makrostruktur-Ausbildung und zum Spannungs-Verformungsverhalten von kurzfaserverstärkten Thermoplasten dargelegt. Phänomenologisch wird das rheologische Verhalten der flachsfasergefüllten thermoplastischen Schmelze charakterisiert. Weiterhin wird der Formfüllvorgang simuliert. Für die Bewegung der in der Schmelze mitgeschleppten Fasern werden die für konventionelle Kurzfasern gebräuchlichen Berechnungsansätze benutzt und deren Vorhersagegenauigkeit für flachsfaserverstärktes Polypropylen anhand experimenteller Ergebnisse beurteilt. Die resultierende Verbundsteifigkeit wird mit einem analytischen Modell unter Berücksichtigung der Orientierungssituation und Zuhilfenahme von mikromechanisch berechneten Faserkennwerten bestimmt. Abschließend wird der Einfluss technologischer und konstruktiver Parameter dargelegt.

As ore grades decline, waste rock to ore ratios increase and mines become progressively deeper mining operations face challenges in more complex scenarios. Today´s predominant means of material transport in hard-rock surface mines are conventional mining trucks however despite rationalisation efforts material transportation cost increased significantly over the last decades and currently reach up to 60% of overall mining. Thus, considerations and efforts to reduce overall mining costs, promise highest success when focusing on the development of more economic material transport methods. Semi-mobile in-pit crusher and conveyor (SMIPCC) systems represent a viable, safer and less fossil fuel dependent alternative however its viability is still highly argued as inadequate methods for the long term projection of system capacity leads to high uncertainty and consequently higher risk. Therefore, the objective of this thesis is to develop a structured method for the determination of In-pit crusher and conveyor SMIPCC system that incorporates the random behaviour of system elements and their interaction. The method is based on a structured time usage model specific to SMIPCC system supported by a stochastic simulation. The developed method is used in a case study based on a hypothetical mine environment to analyse the system behaviour with regards to time usage model component, system capacity, and cost as a function of truck quantity and stockpile capacity. Furthermore, a comparison between a conventional truck & shovel system and SMIPCC system is provided. Results show that the capacity of a SMIPCC system reaches an optimum in terms of cost per tonne, which is 24% (22 cents per tonne) lower than a truck and shovel system. In addition, the developed method is found to be effective in providing a significantly higher level of information, which can be used in the mining industry to accurately project the economic viability of implementing a SMIPCC system.