Ulf-Eberhard Müller Boeken

About seven years ago, in spring of 1997 the Senate of the German Research Foundation (“Deutsche Forschungsgemeinschaft” DFG) decided to establish a new “Priority Research Program” (“Schwerpunktprogramm” SPP) numbered 1062 and entitled “Handling of highly dispersed powders”. By this program, an attempt should be made to smooth the way between the demands of modern material sciences for powders of nanoscaled particles (with particle sizes < 100 nm) and the classical possibilities of the mechanical process engineering. At this time, the state of the art of mechanical process engineering was characterized by lower limits of particle sizes of about 10 µm, where the influence of gravitational effects become negligible at the expense of particle interaction forces due to the high surface area of the powders. Because of these circumstances the Research Program had to compromise by include projects dealing with the handling of powders characterized by particle sizes <10µm. This result in the somewhat fuzzy term “highly dispersed powders” which includes nanopowders as well as micropowders. Thus, the Priority Research Program addresses to a broad community of disciplines interested in the handling of very fine powders starting from material sciences and mechanical process engineering over pharmacy and food process engineering up to physical chemistry and theoretical physics. In the beginning of the program four topics of powder handling were envisaged: conditioning, mixing, conveying and storage of powders. The actual list of topics in the contents of this book is clearly more extensive due to “the life of its own” of the programme. It was an absolutely outstanding aspect of this programme – induced by the group of referees and the responsible officers of the DFG - that an unusual close and direct cooperation arose between research groups supported by the German Research Foundation and the Degussa AG as an important exponent of the German industry engaged in the field of ultrafine powders. Results of this copious cooperation within the so-called “Project House Nanomaterials” can be found in chapter I. The following chapters reflect different steps of the production of highly dispersed powders and their subsequent handling, beginning with new insights in particle formation processes and their controlling, over various techniques of conditioning, suspending and mixing of ultrafine powders, over experimental studies and theoretical models concerning the granulation and sintering of nanoscaled particles and finally ending with results of investigations regarding adhesion, conveying, compaction, flow and storage of ultrafine powders.

Das Buch schildert einen Streifzug durch 600 Jahre Technikgeschichte, den 3 Yetis (Schneemenschen) aus dem Himalaja unternehmen. Sie erleben die Entstehung der modernen Technik in Europa, mitten in ihrem politischen, religiösen und kulturellen Umfeld. Dort in der Einsamkeit der Bergwelt besprechen sie ihre Erlebnisse und kommen zu erstaunlichen Ergebnissen. Erfinder wurden meist als Individualisten eingeschätzt. Die Entstehung der Technik wird als zufällig, allenfalls als evolutionär angesehen. In Wirklichkeit verhalten sich die Erfinder über die Jahrhunderte hinweg wie ein eingeschworenes Team. Die Entwicklung der Technik erfolgte nach einer mathematischen Gesetzmäßigkeit. Was oder wer steckt hinter diesem Fortschritt, der unzweifelhaft zu einer Globalisierung unserer Welt führt? Stehen wir vor einem neuen Zeitalter oder vor dem Untergang? Die 3 Schneemenschen sind ehemalige Schüler von Jesu. Sie wurden dazu „bestimmt“ auf ihn zu warten bis er als König zurückkommt (davon berichten alle Evangelien der Bibel). In der Verborgenheit eines fernen Gebirgstales leben sie zurückgezogen in einer Höhle und unternehmen ihre Entdeckungsreisen nach Europa. Dies ist der Kunstgriff den das Buch anwendet um von einer lehrhaften Darstellung wegzukommen. Dadurch wird diese Technikgeschichte zu einem Erlebnisbericht, der dazu unterhaltsam einen Einblick in die Geheimnisse einer jenseitigen Welt gibt - und den Projektleiter erahnen lässt. Eberhard Müller, geboren 1941 in Coburg, studierte Maschinenbau und war 38 Jahre bei der Deutschen Bahn als Eisenbahningenieur tätig. Bei seiner beruflichen Tätigkeit hat er sich manches Mal gefragt: Wie kommt ein solches Unternehmen, bei dem die Vorgesetzten kommen und gehen, eigentlich zustande? Offensichtlich ist die Bahn mehr ein Produkt der technischen Entwicklung als das Werk von einzelnen Menschen. Die nächste Frage war dann, warum entwickelte sich die Feuerkrafttechnik, die auch heute noch alle Züge bewegt, ab einem bestimmten Zeitpunkt ausgerechnet in Europa? Damit kam dann der Autor zu dem Hintergrund der modernen Technikgeschichte. Als Abschluss seiner beruflichen Laufbahn hat er diese für ihn noch offene Frage mit dem vorliegenden Buch beantwortet.

Die vorliegende Grundlagenarbeit ist eine Dissertation aus den Jahren 1984/1985. In ihr wurden seinerzeit keine mathematischen Fehler von den Gutachtern nachgewiesen. Trotzdem wurde die Arbeit abgelehnt und es kam nicht zur mündlichen Aussprache mit anschließendem Promotionsverfahren. Auch wenn die Zeit über dieser Arbeit hinweggegangen ist, möchte ich mich heute, im Jahr 2017, mit dem damals entwickelten mathematischen Modell vorzugsweise an junge angehende Wissenschaftler wenden, die sich mit der Thematik der dreidimensionalen zeitabhängigen Flüssigkeitsströmung durch poröse Medien beschäftigen möchten, insbesondere ist dies die Grundwasserströmung durch natürliche Erden. Aber auch jene Wissenschaftler, die sich nur am Rande mit diesem Themenkreis befassen, sind gerne angesprochen, in der Hoffnung, dass der eine oder andere Aspekt – trotz allem – von Interesse sein könnte. Um eine Brücke zur Hydromechanik zu schlagen, ging ich damals bewusst einen etwas anderen Weg, als dies in der gängigen Grundwasserströmungstheorie üblich ist. Für mich ist die innere Reibung des Wassers im Aquifer sowie die Druckfunktion des Wassers der entscheidende Ansatz meiner Untersuchungen. Über eine Bewegungsgleichung für die Grundwasserströmung baue ich Schritt für Schritt eine Theorie für undeformierbare Strömungsträger auf und untersuche insbesondere den Einfluss der Kompressibilität und der Trägheit des Wassers auf das Verhalten der Strömung und ihrer Druckfunktion. Mit der Formulierung eines abgeleiteten Funktionals wird die dreidimensionale zeitabhängige Grundwasserströmung unter Einbeziehung von Rand- und Anfangsbedingungen vollständig beschrieben. Bis 1984/1985 herrschte in der Literatur keine einhellige Meinung über die Formulierung einer Speichergleichung für die instationäre Grundwasserströmung. Ursache dafür ist meiner Meinung nach die unterschiedliche Erfassung der Kompressibilität des Wassers und der Elastizität des Aquifers in einer solchen Differentialgleichung. Aufgrund der vorhergehenden Erkenntnisse über den Einfluss der Kompressibilität wird eine eigene Speichergleichung abgeleitet, die das Wasser als inkompressibel ansieht und den Aquifer als deformierbaren Körper annimmt. Der Dekompensationsanteil des Wassers bei Pumpvorgängen kann a priori bestimmt werden, wie in einem Beispiel gezeigt wird. Resümee der Arbeit ist, dass es für praktische Berechnungen hinreichend ist, das Wasser als inkompressibel anzusehen, auch für gespannte Verhältnisse. Damit können mit der vorliegenden Theorie instationäre Strömungsberechnungen einfacher durchgeführt werden, insbesondere die computergestützten Berechnungen mittels der Finiten-Elemente-Methode.