Messung mit dem Ringschergerät RST-XS


Vorgehensweise bei der Messung der Fließfähigkeit bzw. eines Fließortes.


Aufbau des Ringschergerätes

RST-XS

Kernstück des Ringschergerätes ist die Scherzelle (1), in der sich eine Probe des zu untersuchenden Pulvers befindet. Im Bild links wird die Standardscherzelle mit 30 ml Probenvolumen verwendet.

Die Pulverprobe ist von oben mit dem Deckel der Scherzelle abgedeckt. Dieser wird von oben her mit einer Kraft beaufschlagt, um das Spannungsniveau für die Messung vorzugeben. Dies geschieht über die rechnergesteuerte Normallastvorrichtung (2).

Um die Probe zu verfestigen bzw. ihre Festigkeit zu messen, wird sie einer Scherverformung unterworfen. Dazu wird der Boden der Scherzelle gedreht. Gleichzeitig wird der Deckel am Drehen gehindert wird. Hierzu dienen zwei dünne Zugstangen, die horizontal von der Scherzelle zu den seitlich am Gerät angebrachten Kraftaufnehmern für die Scherkraft (3) führen.

Da sowohl der Boden als auch die Unterseite des Deckels rauh sind bzw. mit in das Schüttgut ragenden Mitnehmern versehen sind (s. Bild rechts), kommt es durch die Relativbewegung zwischen Deckel und Boden der Scherzelle zur Scherverformung der Pulverprobe.

Ablauf der Messung
Im folgenden wird als Beispiel die Messung eines Fließortes gezeigt, wobei neben der Fließfähigkeit auch die innere Reibung, die Schüttgutdichte und andere Größen bestimmt werden. Neben der hier gezeigten Messung kann auch die Zeitverfestigung (Caking) und die Reibung zwischen Pulver und festen Wänden (Wandreibung) gemessen werden.

Hinweis: Die Bilder sind aus einem Video entnommen, das mit der englischen Programmversion von RST-CONTROL 95 erstellt wurde. Daher sind alle Ausgaben des Rechners in englischer Sprache.

Das Ringschergerät ist über die serielle Schnittstelle mit einem PC verbunden. Dieser steuert mit dem Programm RST-CONTROL 95 die Messung.

Zu Beginn der Messung werden die Parameter eingeben. Dies sind im wesentlichen Informationen wie Spannungsniveau für die Messung, Bezeichnung des Schüttgutes und Nummer der verwendeten Scherzelle.

Die Scherzelle wird mit dem zu untersuchenden Pulver befüllt. Dies geschieht in der Regel mit einem Löffel.
Über den Rand der Scherzelle überstehendes Pulver wird mit einem Spachtel abgestrichen.
Die gefüllte Scherzelle wird gewogen und dann auf das Ringschergerät gesetzt.
Der Deckel wird auf das Schüttgut gelegt,
dann der Druckstab eingesetzt.
RST-CONTROL 95 gibt die Anweisungen für die einzelnen Tätigkeiten, auf Wunsch auch mit Sprachausgabe.
Auflegen der Zugstangen.
Nun ist das Ringschergerät vorbereitet und die automatische Messung beginnt. Zuerst wir die von oben wirkende Normalkraft auf den vorgegebenen Wert erhöht. Dabei sinkt der Deckel - je nach Verdichtbarkeit des Pulvers - bereits etwas ein.
Nachdem die Normalkraft eingestellt ist, beginnt das Scheren. Der Bodenring der Scherzelle wird - von oben gesehen - im Uhrzeigersinn gedreht, während der Deckel mit den Zugstangen in seiner Position gehalten wird.

Beim Scheren steigt die Scherkraft mit der Zeit an (s. blaue Kurve rechts), die Höhe der Pulverprobe nimmt ab (Verfestigung des Pulvers; rote Kurve). Die horizontale Achse auf der Bildschirmanzeige zeigt die Zeit in Sekunden.

Wenn die Schubspannung (blaue Kurve) nicht weiter ansteigt, erkennt RST-CONTROL 95, dass die Verfestigung der Pulverprobe abgeschlossen ist. Die Probe wird daraufhin von der Schubspannung entlastet.

Im nächsten Schritt wird dann bei reduzierter Normalkraft erneut geschert. Dabei kommt es zum "Bruch" oder "Fließen" der Pulverprobe, was man am Maximum im Schubspannungsverlauf erkennt.

Nun wird die Probe erneut verfestigt, und wieder wird die Scherfestigkeit bei (variierter) Normalkraft gemessen. Dieser Zyklus wird einige Male wiederholt. Aus den Meßwerten, insbesondere dem Schubspannungsmaxima, die beim "Bruch" auftreten, wird später vom Programm die Fließgrenze des verfestigten Pulvers gestimmt.
Die Messung ist nun beendet.

Die Scherzelle kann abgenommen und entleert werden, die Messdaten werden gespeichert.

Nach der Messung wird das Ergebnis in Form der Fließgrenze des Pulvers (sogenannter Fließort) gezeigt. Die Tabelle oben im Diagramm zeigt die wesentlichen Fließeigenschaften des Pulvers, die je nach Anwendung genutzt werden können.

Wichtigste Größe für Vergleichsmessungen ist die Fließfähigkeit ffc. Außerdem werden u.a die Druckfestigkeit, die Schüttgutdichte und die innere Reibung angegeben.

Die Ergebnisse können in Diagrammen dargestellt, als Grafik gespeichert oder in andere Anwendungen (Textverarbeitung, Tabellenkalkulation) exportiert werden.

Die Dauer der Messung betrug hier etwa 500 Sekunden für den automatischenTeil. Dazu kommt das Befüllen, Wiegen und Aufsetzen der Scherzelle vor der Messung sowie das Abnehmen und Säubern nach der Messung, so daß eine Größenordnung von 15 Minuten pro Messung für ein typisches Schüttgut realistisch ist. Bedienung ist dabei nur etwa 5 Minuten lang erforderlich, da die Messung selbst rechnergesteuert abläuft.

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Letzte Änderung: 28. August 2014.