TY - THES A1 - Thümmler, Philipp T1 - Beschreibung der Vorgänge beim Ultraschallkugelstrahlen unter Berücksichtigung der Strahlintensität und der Kugelbewegungen bei Parameteränderungen T1 - Description of the operating principles of ultrasonic shot peening taking the peening intensity and shot movement variations as a function of parameter changes into account N2 - Das als Alternative zum konventionellen Kugelstrahlen gesehene Verfahren des Ultraschallkugelstrahlens findet in zunehmendem Maße den Weg in die industrielle Anwendung. Besonders die steigende Komplexität der Geometrien zu verfestigender Bauteile bringt die Forderung mit sich, neuartige Verfestigungsverfahren in den Produktionsprozess zu implementieren. Vorteile, die das Ultraschallkugelstrahlen gegenüber dem konventionellen Kugelstrahlen verspricht, sind die beim Strahlen dünnwandiger Bauteile sehr vorteilhafte homogene Energieeinbringung und die deutlich bessere Oberflächengüte nach der Strahlbehandlung. Es birgt somit Potential, auch Geometrien verfestigen zu können, die derzeit nicht kugelgestrahlt werden können. Zudem könnte der Aufwand für Vor- und Nachbereitungsschritte deutlich reduziert werden. Um ein grundlegendes Verständnis für die Vorgänge beim Ultraschallkugelstrahlen zu gewinnen, werden umfangreiche Untersuchungen zur Ermittlung der Abhängigkeiten der Strahlintensität von den Strahlparametern durchgeführt. Anhand dieser werden erste Rückschlüsse auf die Kugelbewegung in der Kammer abgeleitet, welche die Wirkungsweise des Verfahrens jedoch nicht vollständig zu beschreiben vermögen. Daher besteht die Notwendigkeit, durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen die Verteilung der Kugelgeschwindigkeitsvektoren erfassbar zu machen. Anhand dieser Werte und daraus abgeleiteter Kenngrößen gelingt es, die Intensität mittels eines Berechnungsmodells für einzelne Parameterkombinationen zu berechnen. Da diese Ergebnisse jedoch nur für idealisierte Strahlanordnungen aussagefähig sind, wird ein Simulationsprogramm entwickelt, dass für beliebige Kammer- und Bauteilanordnungen die notwenigen Informationen liefert, um die Strahlintensität bestimmen zu können. Mit Hilfe der Ergebnisse dieser Arbeit ist es nun möglich, mit deutlich geringerem experimentellen Aufwand eine Parameteroptimierung beim Ultraschallkugelstrahlen durchzuführen. Weiterer Vorteil ist, dass über die gesamte Bauteilfläche die Verteilung der Kugeleinschläge dargestellt werden kann, womit eine deutlich bessere Erfassung der Wirkungsweise des Verfahrens gegenüber der standardisierten Messung mittels Almenprobe möglich ist. Es konnte nachgewiesen werden, dass die verfahrensspezifischen Vorteile des Ultraschallkugelstrahlens auch beim Verfestigen von filigranen und komplex geformten Bauteilen in der gewünschten Form zum Tragen kommen. Die Verfestigungswirkung kann man dabei im Vergleich zum konventionellen Kugelstrahlen als gleichwertig bezeichnen. N2 - Ultrasonic shot peening which is considered a feasible alternative to conventional shot peening is increasingly used for industrial purposes. In particular, the increasing complexity of the geometries of the components to be subjected to controlled shot peening calls for novel methods of surface compaction. The advantages ultrasonic shot peening has to offer over conventional shot peening include the more homogeneous energy input, which is particularly beneficial in the case of thin-walled components, and the markedly better surface finish after peening. The process is thus suitable for surface compaction of geometries that presently are not amenable to shot peening. Moreover, the pre- and post-treatment work can be markedly reduced. To obtain a basic understanding of the processes occurring during ultrasonic shot peening, comprehensive investigations are performed to determine the relationship between peening intensity and peening parameters. Based on the findings of these investigations, first conclusions are drawn as to the movement of the peening media in the chamber. This, however, cannot fully describe the operating principle of the process. Therefore, it is necessary to take high-speed images of the shot movements which show the distribution of the shot velocity vectors. Based on these values and the characteristics derived from them the intensity can be determined for individual parameter combinations using a calculation model. Since the results are valid only for ideal peening arrangements a simulation program is developed which provides the necessary information for determining the peening intensity for any chamber configuration and component arrangement. With the aid of the results of this work optimization of the parameters for ultrasonic shot peening is now possible with markedly less experimental effort. Another advantage is that the distribution of the peening media indentations can be visualized over the entire component surface, which conveys a better understanding of the operating principle of the process as compared with the standard measuring method using Almen test strips. Proof could be furnished that the process-specific advantages of ultrasonic shot peening can be exploited to best effect also with filigree components or components with complex geometries. The surface compaction achieved can be considered equivalent to that produced by conventional shot peening. KW - Ultraschall KW - Kugelstrahlen KW - Verfahrenstechnik KW - Ultraschallkugelstrahlen KW - Strahlintensität KW - Strahlmittelgeschwindigkeit KW - Kugeleinschlagverteilung KW - Verfestigung KW - Ultrasonic shot peening KW - Peening intensity KW - Peening media velocity KW - Distribution of peening media indentations KW - Strain hardening Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-6013 ER - TY - THES A1 - Hildebrandt, Sven T1 - Agglomeration von Fasermaterialien - Prozess- und anlagentechnische Untersuchungen der angepassten Faseragglomeration sowie deren Produktcharakterisierung zur Qualitätsbewertung T1 - Agglomeration of fibrous materials - Research of process and plant technologies for optimized fiber agglomeration as well as product characterization for appraisal of quality N2 - Fasermaterialien gewinnen zunehmend in unterschiedlichen technischen Anwendungsbereichen an Bedeutung. Insbesondere der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen, meist in Form von pflanzlichen Fasern, stellt hierbei durch ihre endliche Länge eine Herausforderung an die Aufbereitungstechnik, um eine problemlose Lagerung, Transport sowie Zufuhr und Dosierung in weiterführende Anwendungs- bzw. Weiterverarbeitungsprozesse zu ermöglichen. Der Schritt zur Erzeugung eines Schüttgutes aus voreingestellten Faserlängen wird in der Anwendung von Agglomerationsprozessen gesehen. In den durchgeführten Untersuchungen kam neben der Aufbauagglomeration (Mischagglomeration) das innovative Verfahren der Rollagglomeration zum Einsatz. Für eine Charakterisierung der Faseragglomerate bzw. zur Bewertung des Herstellungsprozesses wurden entsprechende Möglichkeiten der Analyse des Einzelkörpers betrachtet, welche für die Qualitätssicherung späterer Produktionen anwendbar sind. Aus den Erkenntnissen der durchgeführten Untersuchungen werden Weiterentwicklungsansätze von der Laboreinheit hin zur Technikumsanlage abgeleitet, welche für anwendungsorientierte Untersuchungen erforderliche Produktionsvolumina aufweisen. N2 - The importance of fiber materials for various technical uses is rising more and more. Particularly the application of natural fibers, mainly of plant fibers, affects problems for a subsequent processing. In this context especially the finite length of natural fibers poses a challenge for their treatment in order to enable undisturbed unproblematic storing, transport and charged feeding in further processing steps. An answer to these problems is the generation of a bulk material by means of agglomeration processing. “Growth agglomeration” as well as the innovative process of “Roll-Forming-Agglomeration” was realized within the lab experiments. Pertinent opportunities for analysis of single particles were contemplated especially for the characterization of the fiber agglomerates. A quality control system for a prospective production line will be feasible in this manner. Finally the further development from laboratory to a pilot plant scale was deduced from the findings of conducted experimental studies of agglomeration processing. KW - Faser KW - Agglomerieren KW - Faser KW - Agglomeration KW - Faseragglomeration KW - Rollagglomeration KW - Aufbauagglomeration KW - Fiber KW - Fibrous materials KW - Agglomeration KW - Roll-forming-agglomeration KW - Growth agglomeration Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-7911 ER - TY - THES A1 - Catalan Asenjo, Helena T1 - Entwicklung eines Cr6+-freien Titanaktivierungsverfahrens zur elektrochemischen Beschichtung T1 - Development of a Cr6+-free titanium activation process as a pre-treatment for plating N2 - In der vorliegenden Arbeit wird über die Entwicklung und Optimierung eines neuen, Cr6+-freien Titanaktivierungsverfahrens für die Vorbehandlung von Titanbauteilen bei der elektrochemischen Beschichtung berichtet. Dabei werden die in den einzelnen Schritten des Verfahrens auftretenden chemischen und elektrochemischen Reaktionen sowie ihre Auswirkungen auf die Struktur und chemische Zusammensetzung der Metalloberfläche analysiert. Abschließend werden die einzelnen Schritte durch Korrelationen zwischen den erreichten Oberflächenzuständen und den Haftfestigkeiten der Beschichtung optimiert. Das entwickelte Cr6+-freie Titanaktivierungsverfahren besteht aus drei chemischen Behandlungsschritten. Beim ersten Schritt, dem Vorätzen, wird die Metalloberfläche so geätzt, dass eine gleichmäßige Mikrostruktur mit einer bestimmten Rauigkeit erzeugt wird. Dies verbessert, durch die Ermöglichung eines optimalen Ablaufes der nachfolgenden Schritte, die Haftfestigkeit der Beschichtung. Im nächsten Schritt, dem Aktivbeizen, wird eine große Oberflächenrauigkeit erzeugt. Dies erfolgt durch den parallelen Verlauf des Metallabtrages und der Bildung einer Kristallschicht auf der Metalloberfläche. Eine große Rauigkeit führt, dank einer mechanischen Verankerung, zu einer hohen Haftfestigkeit der Beschichtung. Im letzten Schritt des Aktivierungsverfahrens, der Aktivierung, wird die Kristallschicht in einer Säure aufgelöst. Die Haftfestigkeit der Beschichtung wird verbessert, wenn dabei der Aktivierungszustand der Metalloberfläche aufrechterhalten wird. N2 - This work refers to the development and optimization of a Cr6+-free activation process used to prepare titanium components for plating. The chemical and electrochemical reactions occurring during each process step as well as their effects on the structure and chemical composition of the metal surface are analyzed. Finally, each process step is optimized on the basis of correlations between the surface condition achieved and the adhesive strength of the plating. The Cr6+-free titanium activation process developed consists of three chemical conditioning steps. In the first step (“Vorätzen”, preliminary etching) the metal surface is etched to produce a uniform microstructure with a pre-determined roughness. This enhances the adhesive strength of the coating, since it allows the subsequent steps to proceed optimally. In the second step (“Aktivbeizen”, active pickling) a high surface roughness is generated. This is effected by two concurrent processes: the removal of metal and the formation of a crystal layer on the metal surface. A high roughness results in a high adhesive strength of the plating thanks to good mechanical anchoring. In the last step of the activation process, the crystal layer is dissolved in an acid. The adhesive strength of the plating is improved if the activated condition of the metal surface is maintained during this last step. KW - Titan KW - Metallischer Werkstoff KW - Beschichtung KW - Titan KW - Aktivierung KW - Elektrochemische Beschichtung KW - Galvaniesieren KW - Titanium KW - Activation KW - Plating Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4295 ER - TY - THES A1 - Gaydardzhiev, Stoyan T1 - Upon the characterization of destabilization and stabilization phenomena in fine particulate systems – implications to physicochemical removal of colour from effluents and colloidal processing of ceramics T1 - Beitrag zur Charakterisierung von Destabilisierungs- und Stabilisierungsphänomenen in Feinpartikelsystemen – die Relevanz zum physiko-chemischen Farbstoffabbau und zum kolloidalen Keramikformgebungsverfahren N2 - The work is dedicated to the aspects of characterization of surface charge phenomena in two colloidal systems: synthetic mixtures of textile dyes and aqueous suspension of ceramic powders. An implication to the areas of physicochemical colour removal from textile effluents and gel-casting of ceramics is made. A model for dye-coagulant interaction has been developed based on surface charge density and floc size investigations. Various dispersant optimization techniques have been compared in stabilizing aqueous slurries of ultra-fine alumina particles, the zeta potential derived from CVI measurements being viewed as a most reliable one. The chemical environment of the ceramic slurry together with maintaining an optimal process conditions in gel-casting plays an equally important role in providing a desired properties of complex shaped ceramic bodies. N2 - Die Arbeit beschäftigt sich vor allem mit den Aspekten der Charakterisierung von Ladungsphänomenen hinsichtlich der Stabilisierung und Destabilisierung von zwei kolloidalen Systemen: synthetischen Mischungen aus reinen Farbstoffen und wässrigen Suspensionen von Keramikpulvern. Daher hat die Forschungsarbeit eine Relevanz zur che-mischen Behandlung von Textilabwässern und zum kolloidalen Keramikform-gebungsverfahren. Anhand des Ladungszustand- und Flockenformcharakterisierungen ist ein Model zur einfachen Beschreibung der Wechselwirkungen zwischen dem Farbstoffsubstrat und dem Koagulant entwickelt worden. Zur Auswahl des optimalen Dispergierungsmittels für die keramischen Suspensionen sind verschiedene Methoden ausgesucht und evaluiert worden. Die Ermittlung von Zeta Potential (CVI-Messungen) hat sich jedoch als die meist geeignete Methode etabliert. Es hat sich ergeben, dass die chemische Umgebung der wässrigen Suspensionen (z.B. Art und Konzentration der organische Additive) und die optimalen Prozessparameter des Gel-casting (z.B. Art und Dauer der Mischung), der Schlüssel zur Herstellung von geometrisch komplizierten und defektfreien Endkörpern sind. KW - Keramik KW - Farbstoff KW - Feinpartikelsysteme KW - Stabilisierung KW - Keramik KW - Farbstoffabbau KW - Fine particulates KW - Stabilization KW - Ceramics KW - Dye effluents Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-3471 ER - TY - THES A1 - Pecenka, Ralf T1 - Optimieren der Reinigung von Hanffasern auf Kammschütteln T1 - Optimisation of hemp fibre cleaning on comb shakers N2 - Naturfasern erleben seit etwa 20 Jahren weltweit eine Renaissance und sind insbesondere als technische Fasern für Bau- und Dämmstoffe oder als Verstärkungsfasern in Verbundwerkstoffen für höherwertige Funktionen im Automobil- und Flugzeugbau gefragt. Nachdem wesentliche Fragen des Anbaus und der Ernte von Fasernpflanzen erfolgreich in den letzten Jahren gelöst wurden, bestehen die größten Defizite derzeit in den verfahrenstechnischen Prozessen der Faserngewinnung aus Hanfstroh. Neben effizienten Verfahren zum Strohaufschluss ist insbesondere eine Optimierung der Faserreinigung erforderlich. Die systematische Untersuchung verschiedener Reinigungssysteme ergab, dass Kammschüttel am besten die technischen und wirtschaftlichen Forderungen der industriellen Kurzfaserindustrie erfüllen. Für detaillierte Untersuchungen wurde deshalb eine Versuchsschüttel für die Verarbeitung von Hanffaser-Schäben-Gemischen entwickelt und erprobt. Aufbauend auf diesen Untersuchungen konnten erstmals grundlegende Modelle für den Massestrom und das Trennverhalten von Fasern und Schäben entwickelt und zu einem Kammschüttel-Gesamtmodell zusammengefügt werden. Hiermit wurden mit wenigen Simulationsrechnungen geeignete Konstruktionsvorgaben für die Hauptabmessungen und zentrale Betriebsparameter ermittelt sowie ein Prototyp entwickelt. Mit der im Ergebnis vorgestellten Konstruktion steht für die Reinigung von Hanffaser-Schäben-Gemischen eine optimierte Reinigungsmaschine zur Verfügung, die alle auf der Grundlage der Praxiserfahrungen erarbeiteten aktuellen Anforderungen erfüllt. N2 - There is an increasing demand for high-quality hemp and flax fibres as a raw material e.g. for the production of natural fibre reinforced composites. Efficient production technologies are already employed for cultivation and harvest of hemp and flax. But there is a substantial need for powerful technologies for fibre processing to ensure a reliable supply of quality fibres for the market. Particularly, efficient decortication and cleaning technologies are needed for economic plant operation. Comb shakers proved to have the highest potential to fulfil the requirements of industrial short fibre production. For detailed investigations an experimental comb shaker has been developed and tested. On the basis of the experimental results a model for the mass flow and the screening process of fibre-hurd-mixtures has been developed. Both models were combined to a machine model of a comb shaker. General design parameters such as optimum shaker frequency, screen inclination as well as the necessary screen length for a required cleaning result can be easily identified with only a small number of simulation calculations with this novel model. Finally, a prototype of a comb shaker has been developed that fulfils the common requirements of efficient fibre cleaning in industrial short fibre production. KW - Faserhanf KW - Hanfverarbeitung KW - Vergleichsverfahren KW - Naturfaser KW - Faserreinigung KW - Sieben KW - Modellierung KW - Simulation KW - Natural fibre KW - Fibre cleaning KW - Screening KW - Modelling KW - Simulation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5879 ER - TY - THES A1 - Radosavljević, Ljubomir T1 - Ressourcenschonende Herstellung hochwertiger Faserplatten aus Hanfsilage, Optimierung der Bindemittelapplikation T1 - Production of the fibre boards from wet preserved hemp, optimisation of the binder application N2 - Im Leibniz-Instituts für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. wurde ein Verfahren vorgestellt, mit dem vorrangig Naturfaserpflanzen unter geringem Energie- und Ressourcenverbrauch zu hochwertigen Endprodukten verarbeitet werden können (Dämmplatten, Halbzeuge, Verpackungsstoffen, Verkleidungen, usw.). Für die markttaugliche Herstellung der Platten und Formpressteile in dieser Anlage wurden die Grundlagenuntersuchungen und Optimierungen zu den Prozessstufen d.h. Rohstoffauswahl, Partikelaufschluss, Fasertrocknung, Beleimung des Faserstoffes und Pressformen durchgeführt. Unter besonderer Berücksichtigung der Beleimung des Faserstoffes konnte durch Versuche und Modellierung die Menge des verwendeten Bindemittels gesenkt sowie der übliche Einsatz von Kunststoffharz als Bindemittel durch den Einsatz von natürlichen und bioabbaubaren Materialien pflanzlicher Herkunft ersetzt werden. So wurden gesundheitliche Risiken in Produktion und Gebrauch reduziert und die Umweltverträglichkeit und Recyclingfähigkeit der Endprodukte erheblich gesteigert. Zur Herstellung konkurrenzfähiger Produkte wurden auch die technischen Parameter etablierter ähnlicher Materialen erreicht. Diese Arbeit ist im unmittelbaren Zusammenhang mit wirtschaftlichen und ökologischen Analysen durchgeführt. Eine fachdisziplin- und branchenübergreifende Betrachtung der Produktherstellung verknüpft u. a. die Bereiche Landwirtschaft, Ökologie, Betriebswirtschaft, Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Kreislauf- und Abfallwirtschaft. N2 - In the Leibniz-Institute for Agricultural Engineering Potsdam-Bornim, a pilot plant is presented for the environmental friendly production of high quality products (fibre boards, insulation boards, packing materials, etc.) with the priority to natural fiber plants application. For the commercial production ability of the fibre boards and composites, the investigations and optimisations are carried out for the raw materials selection, defibration, drying, binder application and pressing. With particular regard to the binder application, through experiments and modelling, the amount of binder was reduced and the commonly used synthetic resin is replaced with the natural and biodegradable plants materials. Thus, health risks in production and use are reduced and environmental sustainability and recyclability of the final products are significantly increased. For the competitiveness, the technical quality parameters of established similar products are reached. This work is carried out in direct relation to economic and environmental analysis. A cross disciplinary approach to production process links the agriculture, ecology, economics, engineering, processing, recycling and waste management. KW - Faserplatte KW - Faserhanf KW - Herstellung KW - Fasern KW - Platten KW - Hanf KW - Bindemittel KW - Fibres KW - Boards KW - Hemp KW - Binder Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-17685 ER - TY - THES A1 - Pritzkow, Olaf T1 - Untersuchungen zum Um- und Durchströmungsverhalten von einzelnen Agglomeratstrukturen T1 - Investigations of flow behavior of single agglomerate structures N2 - In dieser Arbeit werden Untersuchungen von Agglomeratstrukturen in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen hinsichtlich ihres Widerstandsverhaltens in Strömungen präsentiert. Daraus ableitend wird ein Porenmodell für offene Agglomeratstrukturen vorgeschlagen, das auf dem Hinzufügen von durchgehenden geraden Öffnungen entsprechender Größenordnung in Vollkugeln basiert. Die Wahl des Porensystems ist dabei an bekannte geometrische und strukturelle Eigenschaften der Agglomerate angelehnt. Die physikalisch begründete Vorstellung der Wirkung von Druck- und Reibungskräften unter verschiedenen Relativgeschwindigkeiten wird qualitativ bestätigt und ein quantitativer Bezug zur Oberfläche und anderen geometrischen Größen hergestellt. Des Weiteren werden Weiterentwicklungen der Messmethoden sowohl bei der Sedimentation als auch bei der mechanischen Fixierung beschrieben. Abschließend werden die elektrotechnischen Grundlagen für eine berührungslose Magnetfeldmessmethode angegeben. N2 - In this dissertation are investigations of agglomerate structures in a wide range of velocities regarding their resistance behavior presented. Derived from this a pore model for open agglomerate structures is recommended. This model based on the addition of straight pores of appropriate size to spheres. The choise of pore system is abutted to geomatrical and structural properties of agglomerates. The physically well-founded association of impact of pressure and friction forces is qualitatively validated. Furthermore a quantitative relationship to surface area and other geometrical parameters is established. Enhancements of measuring methods sedimentation and mechanical fixation are described. Completing electrotechnical basics for a measuring method in a magnetic field are given. KW - Agglomerat KW - Umströmung KW - Durchströmung KW - Fluid-Feststoff-System KW - Agglomerate KW - Strömungsverhalten KW - Magnetfeldfixierung KW - Reynolds-Zahl KW - Fraktal KW - Agglomerate KW - Flow behavior KW - Magnetic field fixation KW - Reynolds number KW - Fractal Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-187 ER - TY - THES A1 - Narra, Satyanarayana T1 - Processing and refinement of biogenous residues from agricultural, industrial and biotechnological processes T1 - Aufbereitung und Veredlung von biogenen Reststoffen aus landwirtschaftlichen-, industriellen- und biotechnologischen Prozessen N2 - The significance in the production of bio-based products is enhanced with the abundance and renewability of biogenous raw and residue materials in comparison to the depleting fossil fuels especially in producing environment friendly products and their applications in energy (CO2-neutral) as well as material applications. This work concentrates mainly on the production of bio-based products through innovative processing and refinement of biogenous residues originating from agricultural (cereal straws), industrial (lignin from black liquors) and biotechnological (biogas residues) processes. The innovative processing and refinement of the processes and their end-products solve the challenges which were not possible within the conventional processes. The innovative processes improve the cascading as well as sustainable utilization possibilities with a simultaneous value addition of the residues. Converting biogenous residues into a valuable end-product requires various preprocessing of the raw materials and are material specific (physical and chemical compositions). Agglomeration of theses residues is chosen as one of the main innovative processes making the handling of the products easier. Agglomeration in this work is carried out using press / densification processes in case of cereal straws, build-up processes in case of black liquors and encapsulation processes in case of biotechnological residues. N2 - Die Bedeutung biobasierter Produkte nimmt durch die Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit biogener Roh- und Reststoffe, im Gegensatz zu schwindenden fossilen Rohstoffressourcen stetig zu. Dies zeigt sich insbesondere im Hinblick auf die Produktion von umweltfreundlichen Produkten und deren stetig wachsenden Anwendung sowohl im energetischen als auch im stofflichen Bereich. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden innovative Verarbeitungs- und Veredlungsmethoden für biogene Reststoffe aus landwirtschaftlichen, industriellen und biotechnologischen Prozessen entwickelt, vorgestellt und bewertet. Durch die Integration innovativer Verarbeitungs- und Veredlungstechnologien können vielfältig anwendbare Produkte mit verbesserten und neuen Eigenschaften (physikalische und chemische Eigenschaften) erzeugt werden. Die vorgestellten innovativen Verfahren tragen wesentlich zur Lösung herkömmlicher Handlings-, Anwendungs- und Prozessprobleme bei. Damit tritt außerdem eine Verbesserung der Kaskadennutzung sowie der nachhaltigen Verarbeitung biogener Roh- und Reststoffe ein, was zu einer Erhöhung des Produktwertes entlang der Wertschöpfungskette führt. Für die Erzeugung hochwertiger Produkte basierend auf biogenen Reststoffen sind verschiedene stoff- und materialspezifische Verarbeitungsschritte notwendig. Schwerpunkt in dieser Arbeit bilden innovative Agglomerationsverfahren mit denen die Produkteigenschaften biogener Reststoffe verbessert werden. Für die Verarbeitung landwirtschaftlicher biogener Roh- und Reststoffe wurden Verfahren der Pressagglomeration ausgewählt. Die Erzeugung von Ligninagglomeraten erfolgte mittels Aufbauagglomerationsverfahren. Für die Verarbeitung biotechnologischer Reststoffe kamen Verkapselungsverfahren zum Einsatz. KW - Organischer Abfall KW - Natürliche Ressourcen KW - Reststoff KW - Recycling KW - Umweltverträgliches Produkt KW - Aufbereitung KW - Veredlung KW - Stoffumwandlung KW - Getreide Stroh KW - Lignin KW - Gärresten KW - Processing KW - Beneficiation KW - Refinement KW - Material transformation KW - Cereal straws KW - Lignin KW - Biogas residues Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29558 ER - TY - THES A1 - Löffelholz, Christian T1 - CFD als Instrument zur bioverfahrenstechnischen Charakterisierung von single-use Bioreaktoren und zum Scale-up für Prozesse zur Etablierung und Produktion von Biotherapeutika T1 - CFD as a tool for engineering characterization of single-use bioreactors and for scaling-up processes for establishing and producing biotherapeutics N2 - Single-use Bioreaktoren sind im biopharmazeutischen Umfeld etabliert und werden heute vor allem im F&E-Bereich sowie bei der klinischen Produktion von biopharmazeutischen Produkten eingesetzt. Für die Herstellung solcher Produkte werden vielfach die single-use Bioreaktoren von Sartorius Stedim Biotech (UniVessel® SU und der BIOSTAT® STR) und Thermo Scientific (S.U.B.) genutzt, deren Eignung auf Basis ihrer Strömungseigenschaften in dieser Arbeit diskutiert wird. Hierfür wird sowohl eine grundlegende als auch eine erweiterte, örtlich und zeitlich betrachtende verfahrenstechnische Charakterisierung durchgeführt. Die für Zellkulturbioreaktoren verfahrenstechnisch relevanten Parameter, wie der spezifische Leistungseintrag, die Mischzeit, der Sauerstoffübergang werden durch etablierte, experimentelle Methoden bis zu einem Maßstab von 50 L bestimmt. Mittels der örtlichen und zeitlich auflösenden numerischen Strömungsmechanik (engl.: Computational Fluid Dynamics, CFD) werden Prozessgrößen verglichen und detaillierte Strömungsverläufe beschrieben. Die experimentelle Betrachtung des Strömungsverhaltens und der Fluidgeschwindigkeiten sowie der Vergleich der experimentell und numerisch erhaltenen verfahrenstechnischen Parameter dienen der Validierung der CFD-Modelle bis zum 50 L Maßstab. Auf Basis der validierten CFD-Modelle erfolgt die numerische Bestimmung der verfahrenstechnischen Parameter für die unterschiedlichen single-use Bioreaktoren bis zu den jeweiligen maximalen Arbeitsvolumen von 1000 L (BIOSTAT® STR) bzw. 2000 L (S.U.B.). Aufgrund der verfahrenstechnischen Parameter sind die betrachteten single-use Kultivierungssysteme vergleichbar mit konventionellen Zellkulturbioreaktoren (aus Glas oder Edelstahl) und zeigen eine Skalierbarkeit auf. Eine detailliertere Betrachtung zur Maßstabsübertragung basiert auf den Mischzeit und den mittleren, lokalen Schergradienten. Beide Parameter zeigen eine Abhängigkeit zur Reaktor- und Rührergeometrie, zum spezifischen Leistungseintrag und zum Volumen, wodurch sich deren Bestimmung durch die Etablierung zweier Gleichungen für die aufgeführten single-use Bioreaktoren realisieren lässt. Die numerisch erhaltenen verfahrenstechnischen Parameter werden schließlich für die Prozessauslegung und -entwicklung eines Modellprotein-Produktionsprozesses mit CHO-Zellen herangezogen. Das üblicherweise eingesetzte Kriterium einer Maßstabsübertragung - der spezifische Leistungseintrag - zeigt dabei nur bedingt erfolgversprechende Ergebnisse für die Prozessauslegung auf. Hingegen werden mit den numerischen Mischzeiten und den mittleren, lokalen Schergradienten als Kriterien zur Maßstabsübertragung wesentlich höhere maximale Lebendzelldichten erhalten. Zusätzlich sind die gemessenen maximalen Lebendzellzahlen für die Labor- und Pilotmaßstäbe reproduzierbar. Des Weiteren wird für die Prozessentwicklung die Quantität der Proteinexpression des biphasischen Produktionsprozesses (mit CHO XM 111-10 Zellen) herangezogen. Nach der Proteininduktion mittels eines etablierten single-use Crossflow-Verfahrens werden Proteinkonzentrationen bis 60 U/mL gemessen. Die aus den Produktionsprozessen gewonnenen Resultate lassen dabei auf die vorteilhafte Nutzung der single-use Bioreaktoren von Sartorius Stedim Biotech schließen und zeigen die Möglichkeit einer CFD-basierten Prozessauslegung auf. Die numerische Herangehensweise kann resultierend auch als Grundlage für weitere moderne Produktionsprozesse, wie beispielsweise für die Stammzellexpansionen, dienen. N2 - Single-use bioreactors are well established in biopharmaceutical industry and are currently used in the field of R&D as well as for clinical production trials of biopharmaceutical products. In many cases, the manufacturing of such products is realized in single-use bioreactors from Sartorius Stedim Biotech (UniVessel® SU and BIOSTAT® STR) and Thermo Scientific (S.U.B.). Based on their fluid characteristics, the suitability of these single-use bioreactors is discussed. For this reason, a fundamental as well as an advanced engineering characterisation of the investigated single-use bioreactors is carried out. Engineering parameters are important for cell cultivation, such as specific power input, mixing time, and the mass transfer will be determined by well-established methods up to a scale of 50 L. Based on the spatial and temporal solution of the Computational Fluid Dynamics (CFD), a comparison of process parameters and a detailed fluid flow pattern is described. The experimental predicted fluid flow pattern and the velocity distribution as well as the comparison of (experimental and numerical) engineering parameters are used for the validation of the CFD models up to 50 L scale. Based on the validated CFD models, the numerical prediction of engineering parameters is carried out up to the production scale of 1000 L (BIOSTAT® STR) and 2000 L (S.U.B.). The predicted engineering parameters of the single-use systems are comparable to these conventional cell cultivation bioreactors made from stainless steel or glass and reveal full scalability from bench-top to production scale. Detailed information of scale-up / scale-down is provided by the numerically predicted mixing time and mean, local shear gradients. These two parameters depend on the geometry of the reactor and stirrer, the specific power input, and the working volume. They can be determined by using two equations for the investigated single-use bioreactors. Finally, the numerically predicted engineering parameters are used for the establishment of a CHO cell-based protein production process. Typically, the specific power input represents the criterion for scale-up / scale-down procedures, but no promising results are obtained for the investigated bioreactors. However, if the numerical mixing time and mean, local shear gradients are used as scale-up / scale-down criteria significantly higher cell densities are obtained and is confirmed in lab and pilot scale. In addition, the protein expression during a biphasic production process (CHO XM 111-10 cell line) is considered for process development. Here, the induction of the protein expression is follow by an established single-use cross-flow filtration procedure delivering up to 60 U/mL. The obtained results indicate advantageous performance of the single-use bioreactors of Sartorius Stedim Biotech and point out the potential of CFD-based process development. Concluding, the numerical approach may be used as the basis for further modern production processes, such as the expansion of stem cells. KW - Bioreaktor KW - CHO-Zelle KW - Biopharmazie KW - Strömungsmechanik KW - Numerisches Verfahren KW - Bioverfahrenstechnische Charakterisierung KW - CFD KW - CHO-Zellen KW - Single-use Bioreaktoren KW - Massstabsübertragung KW - CFD KW - CHO cells KW - Engineering characterisation KW - Scale-up KW - Single-use bioreactors Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29613 ER - TY - THES A1 - Walaszek, Wiktoria T1 - Untersuchungen zu Strukturbildungsphänomenen in der Pelletierungsflockung in Abhängigkeit von der Prozessführung im Hinblick auf die Optimierung der Feststoffkonditionierung T1 - Investigation upon structure of pellet flocs against process performance as a tool to optimize sludge conditioning N2 - Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Strukturcharakterisierung modifizierter lockenaggregate; Pelletflocken während der Feststoffkonditionierung. Die Besonderheit der Konditionierung durch Pelletierungsflockung liegt im gezielten Aufbau von Aggregaten mit definierten Eigenschaften. Die Entstehung der runden, dichten und stabilen Pelletflocken setzt eine optimale Kombination mehrerer Prozessbedingungen voraus. Unter Verwendung verschiedener Suspensionen wurden die Pelletflocken in Abhängigkeit von der Prozessführung und den Prozessparametern untersucht. Die in der verfügbaren Literatur gefundenen Unstimmigkeiten zwischen den theoretischen Strukturmodellen in der Pelletierungsflockung und der Interpretation der praktischen Ergebnisse bilden den Ausgangspunkt der Untersuchungen. Es wird gezeigt, dass infolge der überwiegend in der Theorie der Pelletierungsflockung beschriebenen Prozessführung keine Zwiebelstruktur, sondern ein als Himbeerstruktur bezeichneter Aufbau der Pelletflocken entsteht. Daraufhin wurde eine Erweiterung der bekannten theoretischen Modelle um das Himbeerstrukturmodell vorgeschlagen. N2 - This work deals with structure building phenomena of modified floc aggregates; pellet flocs during the conditioning of slurries. The characteristic of this conditioning, here termed pelleting flocculation, is the creation of floc aggregates with defined features. Only when several process parameters are fulfilled at the same time, round, dense and stable pellet flocs can be produced. Accordingly, pellet flocs made of different slurries have been examined upon different experimental conditions like process performance, solid matter and flocculant concentration, mixing energy input, pelletizing time. The literature provides a theoretical growth model of such pellet flocs with a high degree of structural order that is called onion-like structure. Consequently, in reported cases of pelleting flocculation this kind of internal buildup of flocs was strongly suggested. Contrary to these statements, the reasoning presented here as well the experimental results demonstrate that the predominantly non-uniform interior structure of pellet-flocs, with termed raspberry-like structure in this case, is the result of sludge conditioning by pelleting flocculation. KW - Fluid-Feststoff-System KW - Ausflockung KW - Pellet KW - Agglomeration KW - Pelletierungsflockung KW - Schlammkonditionierung KW - Flockenstruktur KW - Flockeneigenschaften KW - Optimierung KW - Pelleting flocculation KW - Sludge conditioning KW - Floc structure KW - Flocs characteristic KW - Optimization Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1699 ER - TY - THES A1 - Bähr, Susanne T1 - Experimentelle Untersuchungen zu Grundprozessen der Pelletierungsflockung T1 - Experimental studies of fundamental processes of pelleting flocculation N2 - Die Pelletierungsflockung stellt ein spezielles Verfahren der Schlammkonditionierung dar. Sie ist eine Verfahrenskombination von Aggregatbildung mit gezielter Struktur und Wasserabgabe in der Aggregatbildungsphase. In dieser experimentellen Arbeit wurde der ein- und mehrschichtige Aufbau von Einzelaggregaten simuliert und hinsichtlich Wachstum und Struktur untersucht. Des weiteren wurde die Pelletierungsflockung in einem kontinuierlichen Drehrohrreaktor umgesetzt und hinsichtlich Prozeßführung und Betriebsparameter untersucht. Als anwendungsrelevante Eigenschaft wurde das Entwässerungsverhalten von Pelletflocken dargestellt. Die erhaltenen Pelletflocken zeichnen sich durch eine konstante Wachstumsgeschwindigkeit, eine Sphärizität von 0,95 bis 0,98 und eine Dichte im Bereich von 1100 bis 1250 kg/m³ aus. Sie lassen sich gezielt durch eine Hintereinanderschaltung von Schwerkraft- und Druckentwässerung behandeln, wobei im ersten Schritt ein Feststoffgehalt von ca. 30% und im zweiten Schritt ein Feststoffgehakt von ca. 50% erreicht wird. N2 - Pelleting flocculation constitutes a special sludge conditioning process. The process combines the formation of aggregates with a specific structure as well as the release of water during the aggregate development phase. During this experimental work, individual aggregates with a one- and multi-layered structure were simulated and subsequently investigated with respect to growth and structure. Over and above this, pelleting flocculation was implemented in a continuous rotary tubular reactor and investigated with regard to process control and operating parameters. The dewatering behaviour of pellet flocs was described as an application-relevant property. The resultant pellet flocs are characterised by a constant growth rate, a sphericity of between 0.95 and 0.98 and a density of between 1100 and 1250 kg/m³. They can be dewatered in a targeted manner by the series connection of gravity and pressure dewatering units, whereby a solids content of approx. 30% is achieved in the first step and approx. 50% in the second step. KW - Schlammentwässerung KW - Pellet KW - Ausflockung KW - Pelletierungsflockung KW - Schlammkonditionierung KW - Entwässerung KW - Aggregatstruktur KW - Aggregatwachstum KW - Pelleting flocculation KW - Sludge conditioning KW - Dewatering KW - Aggregate structure KW - Aggregate growth Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-345 ER -