Der Bericht beschreibt ein neues, flexibles und deutschlandweit einmaliges Bewertungsinstrument für die Rohstoffe Steine und Erden sowie Braunkohle. Es ermöglicht, die sächsischen Braunkohlen nach unterschiedlichen Kriterien miteinander zu vergleichen und ihre Eignung für eine stoffliche Veredlung oder eine energetische Nutzung zu beurteilen. Mit Hilfe der Rohstoffbewertung können die Bau- und Sicherungswürdigkeit von Steine- und Erden sowie Braunkohlenvorkommen berechnet und kartografisch dargestellt werden. Durch die Variabilität der Bewertungsparameter und durch räumliche Auswahlmöglichkeiten sind verschiedene Betrachtungsvarianten möglich.

Mit Hilfe von Einzelkornprallexperimenten unter definierten Bedingungen werden brechrelevante Kenngrößen für Rotorprallbrecher bei Variation der wesentlichen Einflussgrößen ermittelt. Diese bilden eine notwendige Grundlage für die Prozesssimulation mittels Diskrete-Elemente-Methode (Modellkalibrierung) und für die Brecherauslegung. Mit dem neu konzipierten Hochauflösenden Stoßanalysator werden erstmals messtechnisch brechrelevante Eigenschaften beim Primärstoß zwischen Prallleiste und Aufgabegut erfasst. Dazu zählen Kenngrößen zur Beschreibung des Zerkleinerungswiderstandes (z. B. Brechkraft) und des Zerkleinerungsergebnisses (z. B. Bruchstückkorngrößenverteilung) sowie die Energieausnutzung. Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag, die bisher vorrangig auf praktischen Erfahrungswerten und empirischen Näherungsformeln basierende Auslegung und Dimensionierung von Rotorprallbrechern zukünftig wissenschaftlich begründet durchführen zu können.

Das Kemmlitzer Kaolinrevier liegt ca. 60 km nordwestlich der sächsischen Hauptstadt Dresden zwischen den Flüssen Elbe und Mulde. Die bisher bergbaulich genutzten Lagerstätten sind durch tiefgründige Verwitterung im Zeitraum Oberkreide bis Miozän aus verschiedenen permischen Vulkaniten, vorwiegend quarzreichen Porphyren, hervorgegangen. Die Kaoline enthalten neben verwitterungsresistentem Quarz an Tonmineralen vor allem Kaolinit und in wechselnden Anteilen Illit-Montmorillonit-Mixed-Layer-Minerale. Die Mächtigkeit der Verwitterungskruste beträgt 10 bis 40 m, gelegentlich auch mehr. Haupteinflüsse auf den Erhaltungsgrad haben eine junge Bruchtektonik und pleistozäne Erosionsvorgänge. Die Deckschichten der Kaoline werden überwiegend von verschiedenen pleistozänen und untergeordnet tertiären Sedimenten gebildet. Die Kaoline um Kemmlitz wurden Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckt und seit 1883 intensiv bergbaulich genutzt. Der Abbau der Lagerstätten erfolgte zunächst im Tiefbau, verstärkt ab 1953 und gegenwärtig ausschließlich im Tagebaubetrieb. Durch nassmechanische Aufbereitung der Rohkaoline wird in mehreren Klassierstufen der Quarz weitestgehend abgetrennt und der Wertstoff Tonmineral angereichert. Die Schlämmkaoline finden aufgrund äußerst geringer Schadstoffgehalte (Fe, Ti) und günstiger Verarbeitungseigenschaften vor allem bei der Herstellung von Geschirr- und Elektroporzellan, Sanitärkeramik und Fliesen Verwendung. Im Kemmlitzer Revier wurden bis Ende 2004 ca. 31 Mio. t Kaolin abgebaut, die Vorratsbasis der nächsten 50 Jahre ist gesichert und weitere Ressourcen sind bekannt.

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.

Um die Vortriebsleistung von Maschinen zur Festgesteinsgewinnung zu steigern, wird das Prinzip der Aktivierung seit Jahren erfolgreich eingesetzt. Dabei wird der grundlegenden Arbeitsbewegung des eingreifenden Werkzeugs eine Schlag- oder Vibrationsbewegung überlagert. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Möglichkeit zur hochfrequenten Aktivierung von Werkzeugen im Eingriff in Festgestein untersucht. Ziel der Arbeit ist es, die Besonderheiten beim Eingriff hochfrequent aktivierter Werkzeuge in Festgestein genauer zu definieren und zu klären, auf welchen Ursachen sie beruhen. Es werden konventionelle und hochfrequente Aktivierungsprinzipien beispielhaft vorgestellt und ein kurzer Einblick in das untersuchte Aktivierungsprinzip und dessen Besonderheiten gegeben. Eine Literaturrecherche gibt Informationen zu den Eigenschaften von Gesteinen mit besonderem Fokus auf dynamisch veränderlichen Kennwerten. Weiterhin wird Literatur zu den physikalischen Grundlagen des Werkzeugeingriffs und der Piezoaktorik vorgestellt. Eine theoretische Verarbeitung dieser Informationen in Form von Modellen wird neben praktischen Versuchen an einem Prüfstand vorgenommen.