Machine design for auger dosing of powders by utilizing DEM simulations and multivariate-regression-based experimental analysis

• Maschinendesign für die Schneckendosierung von Pulvern durch Einsatz von DEM-Simulationen und multivariater regressionsbasierter experimenteller Analyse

El Kassem, Bilal; Markert, Bernd (Thesis advisor); Eberhard, Peter (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

In: Report. IAM, Institute of General Mechanics IAM-08
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, aus einer statistischen Methodik zur Korrelation zwischen kritischen Materialeigenschaften, kritischen Prozessparametern und kritischen Qualitätseigenschaften die Auslegung und Optimierung eines volumetrischen vertikalen Mikroschneckendosierungsprozesses zu entwickeln und am Ende eine Differentialdosierwaage (Loss in Weight Feeder) zu bauen. Dabei werden Scherzellenanalyse und verschiedene, empirische Tests verwendet, um 30 Materialeigenschaften, von zehn verschiedenen Pulvern, zu charakterisieren, die zwischen frei fließenden und kohäsiven Pulvern liegen. Diese Pulver sind in der pharmazeutischen Industrie weit verbreitet. Mithilfe der sogenannten Hauptkomponentenanalyse sollen Ähnlichkeiten, Unterschiede und übergreifende Attribute der unterschiedlichen Pulver zueinander, bestimmt werden. Des Weiteren wird eine Regressionsanalyse durchgeführt, um mögliche Korrelationen zwischen den untersuchten Faktoren herauszufinden. Darüber hinaus werden, als numerischer Ansatz, Simulationen anhand der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) eingeführt, um den körnigen Materialfluss in einem Schneckendosierungsprozess zu modellieren. Zudem werden zwei Hauptstudien durchgeführt, um experimentelle Referenzwerte der zu untersuchenden Pulver, kalibrieren und validieren zu können. Die erfolgreiche Anwendung der multivariaten Regressionsanalyse führt zur Vorhersage des Schüttgutverhaltens des Pulvers durch Zusammenfügen verschiedener vorhergesagter Verhaltensweisen verschiedener Reaktionen, wodurch die zulässigen Parameterkombinationen drastisch reduziert werden können. Folglich wird ein optimierter Satz von Parametern der kalibrierten Diskrete-Elemente-Methode gewählt, bei dem die Simulationsergebnisse genau mit den experimentellen Daten übereinstimmen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung des vertikalen Verlusts im Dosiersystem bei Gewichtszuführungen. Der Entwurfs- und Konstruktionsprozess, sowie die Installation des Dosiersystems, machen ein Teil der Hauptaufgaben dieser Arbeit aus. Ein systematischer Entwurfsprozessansatz zum Entwerfen, Erstellen und experimentellen Validieren eines Proof-of-Concept-Prototyps wird definiert. Eine Sensitivitätsanalyse und experimentelle Validierung zur Untersuchung der Funktionalität der Maschine und zur Untersuchung der Gewichtsvariabilität einer Wägezelle wird erfolgreich durchgeführt. Dadurch wird der Proof-of-Concept-Prototyp validiert.