Kegelbrecher zählen zu den Standardzerkleinerungsmaschinen für die Zerkleinerung von mineralischen Rohstoffen. Die bisher vorliegenden Modelle zur Vorhersage von Durchsatz und Produktkorngrößenverteilung sind noch mit großen Unsicherheiten verbunden, wodurch Prognosen nur bedingt verlässliche Aussagen liefern. In der vorliegenden Arbeit werden zwei physikalisch begründete Modelle vorgestellt, die den Materialstrom durch den Kegelbrecher mit Hilfe physikalischer Ansätze beschreiben und auf dieser Grundlage den Durchsatz und die Korngrößenverteilung vorhersagen. Dabei wird eine Trennung von maschinellen und stofflichen Einflüssen vorgenommen. Durch umfangreiche Versuche an einem industriellen Kegelbrecher werden die maschinellen und stofflichen Parameter bestimmt und getestet. Der verbleibende Restfehler zwischen Mess- und Prognosewerten liegt im selben Bereich wie die Mess- und Analysefehler.

Das Ziel der Arbeit bestand darin, einen Beitrag zur Verschleißminderung der Arbeitsorgane von Gutbett-Walzenmühlen zu leisten. Ausgehend von einer umfangreichen Literaturrecherche zum Dreikörper-Abrasivverschleiß und auf diesem Gebiet etablierten Verschleißprüfmethoden und einem anschließenden Vergleich mit den gestellten Anforderungen einer möglichst praxisnahen Versuchsdurchführung wurde ein Versuchsstand entwickelt und gebaut. Herzstück der Anlage ist eine Gutbett-Walzenmühle, die mit zahlreichen Messstellen versehen ist, um dem Betreiber zu ermöglichen, verschiedene Betriebsparameter während des Versuches zu erfassen und diese Daten einer umfangreichen Auswertung zugrundezulegen. Nach einführenden Versuchen wurden verschiedene Verschleißschutzwerkstoffe mit unterschiedlichen Abrasiven getestet. Die dimensionslos dargestellten Verschleißbeträge wurden diskutiert. Die Praxisrelevanz der Versuchsergebnisse wurde nachgewiesen.

Aufgabe war die Analyse einer exemplarisch ausgewählten Hammerbrecherbauart. Neben der Weiterentwicklung und Anwendung von mathematisch-physikalischen Berechnungsmodellen und -ansätzen zur Beschreibung der Funktionsweise der Brecher in unterschiedlichen Brecherarbeitsraumbereichen ermöglicht eine solche Analyse die Herleitung von unterschiedlichen Konstruktionsansätzen und Entwicklungsstrategien mit den Zielen, eine Effektivitätssteigerung des Brechers bei preiswerter Produktion zu verwirklichen und neue Einsatzmöglichkeiten aufzuzeigen. Zur Lösung dieser Aufgabe wurde eine kombinierte Vorgehensweise aus experimentellen Untersuchungen an einem hierfür entwickelten maßstäblichen Modellhammerbrecher und theoretischen Analysen mit weiterentwickelten mathematisch-physikalischen Berechnungsmodellen und -ansätzen angewendet. Bei den Laborversuchen wurde eine Hochgeschwindigkeitskamera zur Aufnahme der Hammerkinematik und der Brechgutbewegung vor, während und nach der Zerkleinerung von einzelnen Aufgabegutbrocken eingesetzt. Zur Ermittlung der Kräfte und Energien während der Zerkleinerung von einzelnen Aufgabegutbrocken diente ein speziell entwickeltes Verfahren mit Vorrichtung zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufes der Rotordrehzahl während Stoßvorgängen zwischen Hämmern und einzelnen Aufgabegutbrocken.

Rotorschleuderbrecher werden zur Herstellung von Natursteinprodukten eingesetzt. Dabei beeinflussen die konstruktiven, betrieblichen und aufgabebezogenen Größen die Produktqualität entscheidend. Die komplexen Zusammenhänge zwischen den am Zerkleinerungsprozess beteiligten Haupteinflussgrößen und den anwenderspezifischen Qualitätsanforderungen wurden mit Hilfe analytischer und mathematisch-statistischer Methoden untersucht. Die Analyse der physikalischen Abläufe im Brecher ermöglichte ein tieferes Verständnis der Funktionsweise der Maschine. Unterstützt durch experimentelle Untersuchungen an einem Rotorschleuderbrecher wurden die Abhängigkeiten zwischen Einfluss- und Zielgrößen mit Hilfe der Methode der neuronalen Netze modelliert. Die Simulationsmodelle ermöglichen die Vorhersage der Produktqualität, die Optimierung der Parametereinstellung, die Beschreibung des Wirkungszusammenhanges und die Identifizierung der dominanten Parameter von Rotorschleuderbrechern.

Der Zusammenhang zwischen der Zerkleinerung und der Verdichtung eines Gutbetts bei einmaliger Beanspruchung bis zu einem Druck von 1132 MPa wurde in einer geschlossenen und in seitlich offenen Konfigurationen untersucht. Das Untersuchungsmaterial Kalkstein wurde durch die Zugabe von n-Hexansäure in seinen schüttgutmechanischen Eigenschaften verändert. Es zeigte sich eine direkte Proportionalität der durch den Zuwachs der spezifischen Oberfläche charakterisierten Zerkleinerung von der Verdichtung des Gutbetts. Dieser Zusammenhang ist nahezu unabhängig von einer seitlichen Öffnung der Drucktöpfe oder der Zugabe der n-Hexansäure. Der Zusatzstoff fördert im geschlossenen Drucktopf die Verdichtung, und die Zerkleinerung findet schon bei niedrigeren Pressungen statt. In den seitlich offenen Drucktöpfen wird vornehmlich die Verdrängung aus dem Beanspruchungsraum durch den Zusatz beeinflusst. Für eine große Zerkleinerung während einer einzelnen Beanspruchung muss möglichst viel Material hoch verdichtet werden.

Im Ergebnis der Arbeit kann eine Einbeziehung von Haldenerzen anstelle von Tagebauerzen unter Beibehaltung der wirtschaftlichen Kennzahlen wie z. B. Rentabilität und Gewinn durchgeführt werden. Dafür wurden entsprechende Einbeziehungskriterien für das Haldenerz entwickelt. Bei der Einbeziehung wird ein Teil der Tagebaugeräte freigesetzt, welche für den Abbau von zusätzlichem Abraum verwendet werden können. Diese Maßnahme bietet die Möglichkeit des Abbaues von Abraumspitzen und der Kostensteuerung. Letztere sieht eine Erhöhung der Abraumförderung in den Perioden hoher Preise und eine Verringerung bei niedrigeren Preisen vor. Für die Preisänderungen wurden Einbeziehungskriterien entwickelt, die den Kapitalwert bzw. Gewinn maximieren. Dabei wurden die Einbeziehungskriterien so modifiziert, dass eine Stilllegung der Tagebaue während der Einbeziehung vermieden werden kann.