Das Einfangen von Mahlgutpartikeln durch Mahlkugeln

Es wurden anhand eines Modells der Einfluss der Verdrängungsströmung auf die Partikelbewegung zwischen einer sich auf eine Halbkugel bzw. eine Wand zu bewegenden Modellmahlkugel und auf die Partikelanzahl zwischen einer Modellmahlkugel und einer Wand untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Verdrängungsgeschwindigkeiten ein Vielfaches der stationären Sinkgeschwindigkeiten der Partikeln im Schwerkraft- bzw. im Zentrifugalfeld betragen und ihre Bewegung somit stark durch die Verdrängungsströmung beeinflusst wird. Die mittleren Partikelgeschwindigkeiten zwischen der Modellmahlkugel und der Wand entsprechen bei den untersuchten Abständen bis 1,3 mm etwa den berechneten mittleren Fluidgeschwindigkeiten. Untersuchungen der Partikelanzahlen zeigen, dass dennoch nur bei geringen Volumenkonzentrationen alle Partikeln aus dem zerkleinerungsaktiven Volumen verdrängt werden. Mit Erhöhung der Volumenkonzentration steigt die Anzahl der eingefangenen Partikeln näherungsweise linear an. Untersuchungen zur Volumenkonzentration im Spalt bei cV=5 % und cV=10 % im Behälter zeigen, dass die Volumenkonzentrationen im Inneren des Spalts (nahe r=0; Maske 0) am größten sind und annähernd den Volumenkonzentrationen im Behälter entsprechen. Ein Einfluss des Auftreffwinkels und der Fluidviskosität auf die Anzahl der eingefangenen Partikeln konnte nicht festgestellt werden. Der Einfluss der Geschwindigkeit hing bei den experimentellen Untersuchungen von der Modellmahlkugel-Suspension-Kombination ab, bei Geschwindigkeiten oberhalb 5 mm/s wurde jedoch bei keiner Modellmahlkugel-Suspension-Kombination eine Abhängigkeit der Partikelanzahl von der Geschwindigkeit festgestellt. Da es in Rührwerkskugelmühlen bei energiereichen Stößen (z. B. Stöße mit hoher Relativgeschwindigkeit) zum Partikelbruch kommt, wird davon ausgegangen, dass keine Abhängigkeit der Partikelanzahl von der Annäherungsgeschwindigkeit besteht. Für die Beschreibung von Zerkleinerungsergebnissen ist es von Interesse, bei welchen Verhältnissen der Mahlkugelgröße zur Partikelgröße Ein- bzw. Mehrpartikelbeanspruchung zu erwarten ist. Für das Modell Kugel-Wand kann abgeschätzt werden, dass ab einem Verhältnis zwischen dem Durchmesser des zerkleinerungsaktiven Volumens und dem mittleren Partikelabstand im zerkleinerungsaktiven Volumen von 4 immer davon ausgegangen werden kann, dass mindestens eine Partikel eingefangen und beansprucht wird.