Technische Universität Bergakademie Freiberg: Qucosa
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Untersuchungen zur Sortierung dunkler thermoplastischer Kunststoffe mittels Neuentwicklungen in der Sortiertechnik
Get PDFIn dieser Arbeit wurden drei Sortiermaschinen zur Kunststoffartensortierung auf die Sortierbarkeit dunkler, thermoplastischer Kunststoffe untersucht. Es wurden die Verfahren der Mittelinfrarotspektroskopie und der laserinduzierten Fluoreszenz näher betrachtet. Anhand eines künstlichen Materialgemisches mit Kunststoffen aus Neuware konnten bereits nach einer Sortierstufe teilweise Werte des Wertstoffausbringens und der Wertstoffkonzentration von über 95 % erreicht werden. Weiterhin wurden positive und negative Auswirkungen verschiedener Sortierschaltungen der einzelnen Maschinen aufgezeigt. In diesem Zusammenhang konnte eine vollständig farbunabhängige Sortierung nur bei einer Sortiermaschine festgestellt werden. Auf Basis dieser Untersuchungen wurde anschließend ein Verfahrensfließbild für praxisnahe Untersuchungen mit Kunststoffen aus WEEE durchgeführt. Mit dem Praxismaterial wurden teilweise deutlich niedrigere Sortierkennwerte als mit dem künstlichen Materialgemisch erreicht, weshalb die angewendete Verfahrensschaltung nicht ausreichte, um einsatzfähige Regranulate herzustellen
Early Stages of the Aluminothermic Process: Insights into Separation and Mould Filling
Get PDFThe aluminothermic (AT) process utilises a self-propagating high-temperature synthesis (SHS) type reaction for producing primarily thermite steel and alumina slag at high temperatures during the welding of rails. In this work, an investigation on the early stages of the aluminothermic process, the separation of AT reaction products and mould filling has been carried out, using both experimental and computational methods to predict the time duration of a complete separation and to obtain a better understanding of the internal multiphase flow within the crucible and mould. The decomposition of AT reaction products after the combustion and the subsequent mould filling by thermite steel and alumina slag have been simulated numerically, using a diffusive phase field and volume-of-fluid model. However, to minimize numerical errors on the input parameters of the high-
temperature multiphase flow, a careful review on transport properties has been made. Missing data, e.g. the contact angle of thermite steel on waterglass-bonded mould and crucible wall material has been investigated experimentally. Being further necessary for the prediction of the separation time of AT reaction products in compacted thermite, results on the propagation front velocity show a decreasing trend with increasing initial compact temperature. Further, the combustion front velocity is used for a subsequent analysis of the separation time, which is obtained from the phase distribution of thermite steel, alumina slag and intermetallic compounds, using a combustion front quenching (CFQ) methodology. Moreover, geometric modifications on the crucible and mould have been developed for a reduction in changeover time, as well as an optimized multiphase flow field. Their performance during crucible discharge and mould filling has been verified numerically. Furthermore, alumina slag inclusions have been tracked within the mould using a volume-of-fluid approach with their final positions being verified through an authentic welding.Während des aluminothermischen (AT) Prozesses findet eine SHS-Reaktion Anwendung, um primär Thermitstahl und Aluminiumoxidschlacke bei hohen Temperaturen für das Verschweißen von Bahnschienen herzustellen. In dieser Arbeit wurden Anfangsstadien, welche die Separation der AT-Reaktionsprodukte sowie das Füllen der Gießform einbeziehen, unter Anwendung von sowohl experimentellen als auch numerischen Verfahren untersucht. Damit konnte die Zeitdauer einer kompletten Separation ermittelt und ein genaueres Verständnis der Mehrphasenströmung in Tiegel und Gießform erlangt werden. Die Separation der AT-Reaktionsprodukte nach der aluminothermischen Reaktion und die anschließende Formfüllung wurden mit einem diffusen Phasenfeld und einem Volume-of-Fluid-Modell numerisch berechnet. Für die Minimierung numerischer Fehler in den Eingangsgrößen dieser Hochtemperatur-Mehrphasenströmungen wurde eine intensive Literaturrecherche durchgeführt und fehlende Parameter, wie zum Beispiel die Kontaktwinkel von Thermitstahl auf Wasserglas gebundenem Form- und Tiegelmaterial, wurden experimentell ermittelt. Messungen der Reaktionsfrontgeschwindigkeit in gepresstem Thermit sind notwendig für eine Vorhersage der Separationszeit der AT-Reaktionsprodukte, und die Ergebnisse zeigen einen linear abfallenden Trend mit zunehmender Anfangstemperatur des verdichteten Materials. In dieser Arbeit wurde die Geschwindigkeit der Reaktionsfront verwendet, um aus der Phasenverteilung von Thermitstahl, Aluminiumoxidschlacke und intermetallischen Verbindungen als Ergebnis des CFQ-Experimentes die Separationszeit in verdichtetem Thermit zu approximieren. Es wurden Modifikationen an Tiegel und Gießform erprobt, die für eine Verbesserung der internen Strömungsführung sowie für die Reduzierung der Umrüstzeit sorgen sollen. Die Effizienz dieser Veränderungen wurde anschließend mit numerischen Methoden überprüft. Des Weiteren konnten durch eine Realschweißung die numerisch vorhergesagten finalen Positionen von Schlackeeinschlüssen innerhalb der Gießform verifiziert werden
Discrete Element based numerical simulation of crack formation in brittle material by swelling cement
Get PDFThe presented work documents the influence of Voronoi block size and shape as well as internal mesh size on the calibrated fracture toughness KIC. It is documented that Voronoi based procedures have an inevitable error of up to ± 30%. On the other hand, this approach is able to reproduce complex fracture pattern in a realistic manner with reasonable computational power. The work propose a KIC calibration procedure and documents based on the comparison with lab tests, that crack propagation, fracture pattern as well as stress-strain behavior of brittle solids can be duplicated by calibrated Voronoi based DEM simulations. The thesis also documents a swelling law for the DEM code UDEC including parameter determination and validation on lab tests with swelling cement. Finally, calibrated concrete models with one or two holes under different boundary conditions are used to predict swelling induced cracking. Numerical predictions were compared with corresponding lab tests and showed satisfying results
20. Geokinematischer Tag des Institutes für Markscheidewesen und Geodäsie am 16. und 17. Mai 2019 in Freiberg
Get PDFAm 16. und 17. Mai 2019 fand der 20. Geokinematische Tag der TU Bergakademie Freiberg statt.
Schwerpunkte der Tagung waren: messtechnische Erfassung und Überwachung, Analyse geokinematischer Prozesse, Ingenieurvermessung im Bergbau, Geomonitoring, Photogrammetrie und Fernerkundung, Integration geodätischer und geotechnischer Daten, Bergschäden und Bergschadenmindernde Abbauplanung, Modellierung von Lagerstätten und geostatistische Analyse sowie Robotik und virtuelle Realität im Bergbau
Nordsucher - gestern und heute
Get PDFIn diesem Beitrag wird die Entwicklung der nordsuchenden Vermessungskreisel in Deutschland kurz dargestellt. An Beispielen werden Anwendungsgebiete und technische Parameter diskutiert und aktuelle Geräte mittlerer Genauigkeit vorgestellt. Zuletzt werden neue Technologien und die möglichen Anwendungen dieser Technologien beschrieben.This article briefly describes the development of the north-seeking gyros in Germany. Examples of application areas and technical parameters are discussed and current medium-precision devices are presented. Finally, new technologies and possible applications of these technologies are described
Monitoring wasserhaushaltsrelevanter Prozesse im Bergbau mittels Fernerkundung/Copernicus
Get PDFIm Bergbau ist die Interaktion mit dem Wasserhaushalt von besonderer Bedeutung. Über die Veränderung des Wasserhaushaltes kann beispielsweise auf Auswirkungen des Bergbaus auf die Umgebung, gewollt oder ungewollt, geschlossen werden. Diese Auswirkungen zu detektieren und daraus auf Landschaftsauswirkungen zu schließen, ist eine relevante Fragestellung. Da die zu beobachtenden Gebiete häufig eine große Ausdehnung haben und eine zyklische gebietsabdeckende manuelle Kontrolle häufig sehr kostenintensiv ist, eignet sich die Fernerkundung, die direkte Prozesse auf der Erdoberfläche beobachtet, dazu, ein Monitoring derartiger Gebiete hinsichtlich dieser Prozesse durchzuführen. Dabei können mehrere Faktoren beobachtet werden: Über Radarfernerkundung können Veränderungen der Bodenfeuchte, über spektrale Analysen Veränderungen der Vegetationsvitalitäten ermittelt werden. Über die Interpretationen multispektraler Daten können neue oder vergrößerte Wasserflächen detektiert werden. Zudem besteht die Möglichkeit, wassermanagementinduzierte Bodenbewegungen (beispielsweise Hebungen durch Grubenwasseranstieg) mit interferometrischen Radardaten zu detektieren und zu messen. Ein Monitoring mit diesen Verfahren ist für größere Flächen möglich. Als Fernerkundungssensoren eignen sich die Copernicus-Satelliten Sentinel-1 und 2, die zusätzlich den großen Vorteil haben, dass die Daten in kurzen Perioden kostenfrei und operationell verfügbar sind. Im vorliegenden Paper sind mehrere mögliche Monitoringkomponenten beschrieben, die im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben entstanden sind.Hydrological monitoring is important for mining activities. For example, a change of hydrological conditions might indicate an impact of mining activities in the neighborhood. The detection of such impacts is a relevant task. The observed areas are usually large, and a cyclic manual inspection is often very expensive. Therefore, remote sensing is suitable to do a monitoring of such areas in order to detect different processes. Changes in soil moisture can be detected by looking into backscattering characteristics of radar images, spec-trum analysis of optical images is able to assess vegetation vitality. The interpretation of multispectral data is able to show new and enlarged water bodies. Furthermore, ground deformation caused by hydrological changes (for example uplifts as a consequence of increasing pit water) can be detected and measured via radar interferometry. A monitoring with such methods is possible for large areas. As remote sensing sensors the Copernicus-satellites Sentinel-1 and 2 are suitable with the big advantage of providing data in short cycles operationally and free of charge. In this paper various monitoring components are described
ARIDuA – Autonome Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen
Get PDFDie interdisziplinäre ESF Nachwuchsforschergruppe ARIDuA forscht seit dem 01. Juli 2017 institutsübergreifend an der TU Bergakademie Freiberg im Themenkomplex Autonome Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen. Gegenstand der Forschung ist es, Schlüsseltechnologien für den entstehenden „Bergbau 4.0“ zu entwickeln. Hierzu zählen Roboternavigation, Sensorintegration und Langzeitmessungen, Big Data im bergbaulichen Kontext und automatisierte geologische Kartierung.
Der Beitrag gibt einen Überblick über ARIDuA und die „automatisierte geologische Kartierung“. Es werden Anforderungen an eine automatisierte geologische Kartierung dargestellt und das darauf basierende Messfahrzeug, das u.a. mit einer Hyperspektralkamera ausgestattet ist. Es wird ein Auswertungsschema beschrieben, das die Klassifizierung der Messdaten mit einem geostatistischen Ansatz kombiniert und pixelgenau die Auftrittswahrscheinlichkeit der Gesteinsklassen angibt.The interdisciplinary ESF Junior Research Group ARIDuA is investigating the topic “Autonomous Robots and Internet of Things in Underground Mining”. Therefore it implements key technologies for the new sector of “Mining 4.0”. Focusing on the application of mobile robots in underground, a wireless sensor network is implemented and synergies are identified. This also results in significant benefits for the mining sector. In this context, an outline of a geological analysis system capable of pixel-wise mineral classification is presented. A hyper-spectral-camera mounted on a mobile vehicle is used inside an underground mine in combination with multiple state-of-the-art RGB cameras. The reason why this is necessary, the requirements, and the concept of data analysis is described. The automated mine survey generates an occurrence probability of each mineral class for each pixel. Therefore, it combines classification with geostatic methods
Predicting heat capacity and experimental investigations in the Al-Fe and Al-Fe-Si systems as part of the CALPHAD-type assessment of the Al-Fe-Mg-Si system
Get PDFThe aim of this work was to improve the heat capacity estimation of a material for usage within a CALPHAD-type assessment. An algorithm is derived that estimates the trend of heat capacity with temperature based on zero Kelvin properties and the thermal expansion coefficient at the Debye temperature. The algorithm predicts not only the trend of heat capacity but also the temperature trend of the volume and the bulk modulus, which can be also included in new thermodynamic databases. The algorithm is used to assess thermophysical properties of the intermetallic phases eta (Fe2Al5), epsilon~(Fe5Al8) and tau4 (FeAl3Si2).
The heat capacity of the intermetallic phases zeta, eta, theta and epsilon of the Al-Fe system and of tau4 of the Al-Fe-Si system was measured using DSC. For the phases zeta, eta, and theta, a non-linearly increasing heat capacity approaching the melting temperature was observed. In addition, the heat capacity of three bcc-based Al-Fe samples including the B2-->A2 transition were determined.
The Al-rich section of the Al-Fe phase diagram was studied using DTA and quenching experiments. The homogeneity ranges of the intermetallic phases were determined using SEM/WDS measurements.
Based on own and literature values, a thermodynamic description of the Al-Fe system was assessed including the modelling of A2/B2 ordering and the homogeneity range of all intermetallic phases. In addition, thermodynamic parameters of the Al-Fe-Si, Al-Fe-Mg, and the Fe-Mg-Si system were assessed to obtain a thermodynamic description of the Al-rich side of the Al-Fe-Si-Mg system, which can be used to study phase transitions of typical A356-aluminium alloys
Videoportalsysteme in der Hochschule: Ergebnisse eines Systemfunktionsvergleichs für den Videocampus Sachsen
Get PDFNachdem in der Bedarfserhebung die verschiedenen Anforderungen an eine gemeinsame sächsische Videoplattform erarbeitet wurden, beschäftigte sich das Teilprojekt des Systemfunktionsvergleiches mit einer entsprechenden technischen Lösung. In Kooperation zwischen der Hochschule Mittweida und der TU Chemnitz wurden existierende Plattformen recherchiert, in Frage kommende Lösungen hinsichtlich der im Teilprojekt Bedarfserhebung festgestellten Anforderungen zum Vergleich ausgewählt und die bereitgestellten Funktionen untersucht. Folgend werden ausgewählte Ergebnisse des Teilprojekts des Videocampus Sachsen (VCS), Systemfunktionsvergleich, vorgestellt.
Weitere Informationen finden Sie unter:
https://video.tu-freiberg.de/media/embed?key=b313793f7868981ca50d36141b3e96fd
und
https://video.tu-freiberg.de/media/embed?key=4b5b130618da4f57c306edf6178e314
Zur Wirkung von Additiven auf die Hydratationsreaktion von Anhydrit II
Get PDFAnhydrit II (AII) wird industriell hauptsächlich als Bindemittel bei der Fußbodenestrich-Herstellung eingesetzt. Zur Beschleunigung der Abbindereaktion und der daraus resultierenden schnelleren Verfestigung des Fußbodens wird Kaliumsulfat als Additiv verwendet.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden anorganische Salze (Sulfate und Chloride) im Vergleich zu Kaliumsulfat hinsichtlich ihrer beschleunigenden Wirkung auf die Abbindereaktion von AII untersucht, um eine mögliche Alternative und einen Mechanismus für die Wirkungsweise der Additive angeben zu können.
Unter den verwendeten Salz-Additiven wurde keine Alternative zu K2SO4 für die industrielle Anwendung gefunden. Als Ursache für die beschleunigende Wirkung von K2SO4 wird die Bildung des Doppelsalzes Syngenit auf der Anhydrit-Oberfläche angenommen. Durch epitaktische Beziehungen von Kristallflächen oder den Zerfall des Syngenits wird die heterogene Gips-Keimbildung begünstigt und die Abbindereaktion beschleunigt