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| 020 | _ | _ | |a 978-3-941277-53-3 |
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| 024 | 7 | _ | |2 Laufende Nummer |a 43931 |
| 024 | 7 | _ | |2 datacite_doi |a 10.18154/RWTH-2024-09398 |
| 037 | _ | _ | |a RWTH-2024-09398 |
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| 100 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)IDM04634 |a Schoone, Sunny |b 0 |u rwth |
| 245 | _ | _ | |a Beitrag zur Automatisierung und Digitalisierung im primären Rohstoffbereich : Entwicklung eines Konzeptes für die Materialstromcharakterisierung im Arbeitsumfeld des Tiefseebergbaus |c Sunny Schoone |h online, print |
| 250 | _ | _ | |a 1. Auflage |
| 260 | _ | _ | |a Aachen |b Verlag R. Zillekens |c 2024 |
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| 300 | _ | _ | |a 1 Online-Ressource : Illustrationen |
| 336 | 7 | _ | |0 2 |2 EndNote |a Thesis |
| 336 | 7 | _ | |0 PUB:(DE-HGF)11 |2 PUB:(DE-HGF) |a Dissertation / PhD Thesis |b phd |m phd |
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| 336 | 7 | _ | |2 ORCID |a DISSERTATION |
| 490 | 0 | _ | |a Aachener Schriften zur Rohstoff- und Entsorgungstechnik |v 110 |
| 500 | _ | _ | |a Druckausgabe: 2024. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025 |
| 502 | _ | _ | |a Dissertation, RWTH Aachen University, 2024 |b Dissertation |c RWTH Aachen University |d 2024 |g Fak05 |o 2024-06-21 |
| 520 | 3 | _ | |a Der Tiefseebergbau kann dabei unterstützen den heutigen und zukünftig steigenden Bedarf an Rohstoffen sicherzustellen. Ein Fokus liegt hierbei auf der kommerziellen Umsetzung der polymetallischen Knollengewinnung, die eine Vielzahl von kritischen Hochleistungsmetallen der Industrie zur Verfügung stellen würde. Innerhalb dieser Arbeit wurde eine Aufgabenstellung aus dem Bereich der polymetallischen Knollengewinnung im Themenkomplex Tiefseebergbau bearbeitet. An eine Realisierung der polymetallischen Knollengewinnung werden eine Vielzahl von Anforderungen gestellt, die unter anderem aufgrund der Tiefseeumgebung nur mittels innovativer Technologien umsetzbar sind. Hierzu gehört die Detektion und Charakterisierung von mehrphasigen hydraulischen rohrgestützten Massenströmen innerhalb der Meeres Boden Bergbau Maschine. Mit Hilfe einer für diesen Einsatz konzipierten Sensortechnologie soll diese spezifische Anforderung erfüllt werden. Durch die genauere Betrachtung des Themenfeldes Tiefseebergbau, werden die wirtschaftlichen Treiber und limitierenden Faktoren der polymetallischen Knollengewinnung aufgezeigt. Das impliziert auch vorhandene Potenziale und die biologischen, physikalischen und geologischen Besonderheiten. Die geplante technologische, auf den Grundlagen der Strömungsfördertechnik basierende, Gewinnung von polymetallischen Knollenlagerstätten inkludiert umwelt- und prozesstechnische Einflussfaktoren, die ein breites Spektrum an Anforderungen definiert. Insbesondere die Erfassung und Charakterisierung von rohrgestützten mehrphasigen Materialströmen während der Gewinnung kann einen Beitrag zur sicheren und optimierten Prozessführung gewährleisten und die Anforderungen an ein solches System werden über die resultierenden Forschungsfragen an die Entwicklung herausgearbeitet. Über einen Abgleich mit den Möglichkeiten der Prozessanalytik und dem aktuellen Stand der Technik für die Charakterisierung von mehrphasigen Materialströmen wurde ein Inline-Messsystem, dass auf einem gesonderten Phänomen des Körperschalls (Acoustic Emission) basiert, ausgewählt. Solch ein Messsystem ist bis dato in diesem Zusammenhang noch nicht umgesetzt worden. Eine für die Umsetzung zu behandelnder Fragestellung ist, wie sich die gegebenen physikalischen und mechanischen Anforderungen des Tiefseebergbaus auf das umzusetzende Sensorsystem auswirken. Die Applikation des Sensors innerhalb eines Sensorgehäuses ist hierbei eine untypische Umsetzung und impliziert eine zu untersuchende translatorische Einflusskomponente auf die Acoustic Emission Technologie. Die durch Simulationen und Belastungstests auf die Anforderungen ausgelegten einzelnen Segmente der Messkette wurden durch mehrere Laborversuche auf ihre Eignung validiert und es konnte eine geeignete physikalische Anwendung der Messtechnik erarbeitet werden. Mittels Inline-Anwendung der Acoustic Emission Technologie kann eine große Messdatenmenge erfasst werden. Um die Fragestellung der Materialcharakterisierung eines rohrgestützten mehrphasigen Materialstroms zu beantworten, wurde ein gesondertes Datennutzungskonzept innerhalb mehrerer Laboruntersuchungen entwickelt. Dieses Vorgehen ermöglicht die getrennte Aufnahme von konstanten durch Reibung erzeugte Signalverläufe und durch Stoß entstehende Einzelphänomene der inhomogenen Bestandteile der Strömung. Dabei werden unterschiedliche Belastungen der konstanten homogenen Phase mit Meeresbodenfeinstsedimenten (homogene Phase) in den mathematischen Zusammenhang mit der entstehenden Rohrreibung gesetzt. So konnten die unterschiedlichen homogenen Phasen in den Sensordaten differenziert werden. Grobkörner (inhomogene Phase) werden in einer schrittweise ablaufenden Datenanalyse ebenfalls charakterisiert. Hierbei kam es zu qualitativen Einschränkungen, die durch Weiterentwicklungen des Datennutzungskonzeptes behoben werden können. Insgesamt konnte bei der Zusammenführung des Messkonzeptes mit dem Datennutzungskonzept eine überwiegende Zahl der aufgestellten Anforderungen erfüllt werden. Kritisch zu bewerten ist in diesem Zusammenhang der Aspekt der Realanwendung. Alle in dieser Arbeit aufgeführten Untersuchungen wurden im Laborumfeld durchgeführt und müssen in einem weiteren Verlauf der Entwicklungen der polymetallischen Knollengewinnung in der Realumgebung validiert werden. Durch Entwicklungen in besonderen Forschungsfeldern wie dem Extrembergbau - Tiefseeberg-bau, werden innovative Technologien entwickelt, die zu einer erweiterten Anwendung führen können. Somit kann das entwickelte Konzept in verwandten Gewinnungs- oder Transportverfahren unter Anpassungen angewandt werden. Hierzu zählt der Einsatz zur Inline-Analyse von hydraulischen mehrphasigen Massenströmen in Themenbereichen wie der Nassgewinnung von Rohstoffen (Nassbaggern, Lithiumbergbau), die Überwachung von hydraulischem Versatz im Bergbau oder der Qualitätskontrolle von hydraulischen Produktströmen (bspw. Kupfergranulat, Sandproduktion) und der Überwachung von rohrgestützten flüssigen Transportströmen (Kupferbergbau, Gas, Öl). Somit wurde ein Beitrag für den Einsatz von innovativen Sensortechnologien zur Materialstromcharakterisierung in der Rohstoffindustrie erarbeitet. |l ger |
| 520 | _ | _ | |a Deep-sea mining can help to secure the current and future increasing demand for raw materials. One focus here is on the commercial realisation of polymetallic nodule extraction, which would make many critical high-performance metals available to industry. Within this thesis, a task from the field of polymetallic nodule extraction was dealt with in deep-sea mining. The realisation of polymetallic nodule extraction is subject to many requirements that can only be implemented using innovative technologies due to the deep-sea environment. This includes the detection and characterisation of multiphase hydraulic pipe-supported mass flows within the seabed mining machine. This specific requirement is to be met with the help of a sensor technology designed for this application. By taking a closer look at the topic of deep-sea mining, the economic drivers and limiting factors of polymetallic nodule extraction are highlighted. This also implies existing potentials and the biological, physical and geological characteristics. The planned technological extraction of polymetallic nodule deposits, which is based on the principles of flow conveyance technology, includes environmental and process-related influencing factors that define a broad spectrum of requirements. In particular, the recording and characterisation of pipe-supported multiphase material flows during extraction can contribute to safe and optimised process control and the requirements for such a system are worked out via the resulting research question for development. Comparing the possibilities of process analysis and the current state of the art for the characterisation of multiphase material flows, an inline measurement system based on a separate phenomenon of structure-borne sound (acoustic emission) was selected. Such a measurement system has not yet been realised in this context. One question to be addressed for the implementation is how the given physical and mechanical requirements of deep-sea mining affect the sensor system to be implemented. The application of the sensor within a sensor housing is an atypical realisation and implies a translational influence component on the acoustic emission technology to be investigated. The individual segments of the measurement chain, which were designed to meet the requirements using simulations and load tests, were validated for their suitability in several laboratory tests and a suitable physical application of the measurement technology was developed. A large amount of measurement data can be recorded using inline application of acoustic emission technology. To answer the question of material characterisation of a pipe-supported multiphase material flow, a separate data utilisation concept was developed within several laboratory tests. This approach enables the separate recording of constant signal curves generated by friction and individual phenomena of the inhomogeneous components of the flow caused by impact. Different loads on the constant homogeneous phase with seabed fine sediments (homogeneous phase) are mathematically related to the resulting pipe friction. This allowed the different homogeneous phases to be differentiated in the sensor data. Coarse grains (inhomogeneous phase) are also characterised in a step-by-step data analysis. This resulted in qualitative limitations, which can be remedied by further developing the data utilisation concept. Overall, the combination of the measurement concept with the data utilisation concept fulfilled many of the requirements. In this context, the aspect of real application must be critically evaluated. All the investigations listed in this paper were carried out in a laboratory environment and must be validated in a real environment in the further course of the development of polymetallic nodule extraction. Through research in special research fields such as extreme mining - deep sea mining, innovative technologies are developed that can also lead to an extended application. This means that the developed concept can be used in related extraction or transport processes with adaptations. This includes the use for inline analysis of hydraulic multiphase mass flows in areas such as the wet extraction of raw materials (dredging, lithium mining), the monitoring of hydraulic displacement in mining or the quality control of hydraulic product flows (e.g. copper granulate, sand production) and the monitoring of pipe-supported liquid transport flows (copper mining, gas, oil). In this way, a contribution was made to the use of innovative sensor technologies for material flow characterisation in the raw materials industry. |l eng |
| 588 | _ | _ | |a Dataset connected to Lobid/HBZ |
| 591 | _ | _ | |a Germany |
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| 653 | _ | 7 | |a Sensortechnologie |
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| 700 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)IDM03036 |a Clausen, Elisabeth |b 1 |e Thesis advisor |u rwth |
| 700 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)035979 |a Langefeld, Oliver |b 2 |e Thesis advisor |
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