Ringschergeräte

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Anwendung und Übersicht

Mit Ringschergeräten werden Fließeigenschaften von Pulvern und Schüttgütern wie z.B. Mehl, pharmazeutische Pulver, Chemieprodukte, Zement, Waschpulver, Titandioxid, Lehm oder Klärschlamm gemessen. Daher ist ein Ringschergerät ein Messgerät für das Fließverhalten von Pulver oder Schüttgut, oder auch ein Fließfähigkeitsmessgerät, dabei aber ein sehr genaues, das physikalische Größen zur Charakterisierung des Fließverhaltens liefert. Die Ergebnisse werden zur Produktoptimierung, Qualitätskontrolle oder Charakterisierung des Pulverfließverhaltens, aber auch quantitativ für die Auslegung von Apparaten angewendet. Die von uns hergestellten Geräte werden in vielen Bereichen der Industrie (Chemie, Pharmazie, Lebensmittel, Umwelttechnik,  ...) sowie an Universitäten und Forschungseinrichtungen eingesetzt.

Fließeigenschaften sind z.B. die Fließfähigkeit, die innere Reibung, die Zeitverfestigung oder die Schüttgutdichte, also wichtige und physikalisch definierte Größen für den Umgang mit Schüttgütern. Erläuterungen zu diesen Begriffen finden Sie in diesem längeren Aufsatz oder als kurze Einführung.

Anwendungen unserer Ringschergeräte sind z.B. Messungen zur Produktcharakterisierung, -optimierung und -entwicklung sowie zur Qualitätskontrolle, aber auch für Vergleichsmessungen und Siloauslegung.


Einen Eindruck über die Handhabung...

... eines Ringschergerätes gibt das Beispiel einer Messung mit Fotos:


Kleines oder großes Ringschergerät?

Kleines Ringschergerät: Ringscherzelle XS-Mr

Unser Programm umfasst ein kleines und ein großes Ringschergerät: RST-XS.s und RST-01.pc. Das Messprinzip der beiden Geräte ist gleich: Eine Pulver- oder Schüttgutprobe befindet sich in einem ringförmigen Behälter, dem Bodenring der Ringscherzelle. Auf der Oberseite wird die Probe von einem ebenfalls ringförmigen Scherdeckel bedeckt. Über diesen Deckel wird die Probe mit einer Vertikalspannung belastet. Zum Messen rotiert der Bodenring relativ zum feststehenden Deckel, so dass die Schüttgutprobe einer Scherverformung ausgesetzt wird, was zu einer in Umfangsrichtung wirkenden Schubspannung führt. Aus der Normalspannung (Vertikalspannung) und der mit verschiedenen Prozeduren gemessenen Schubspannung folgt eine Reihe von Parametern, z. B. die Druckfestigkeit, die Fließfähigkeit, die innere Reibung und die Schüttgutdichte. 

Der wesentliche Unterschied hinsichtlich der Messung zwischen dem kleinen und dem großen Ringschergerät ist die Größe der verwendbaren Scherzellen. Diese bestimmt die maximale Partikelgröße, die sinnvoll untersucht werden kann. Diese Begrenzung ergibt sich aus der Bedingung, dass sich in der Scherzelle eine hinreichend große Zahl von Partikeln befinden muss, damit sich die Probe wie ein Kontinuum "Pulver" bzw. "Schüttgut" verhält und nicht wie "ein paar Partikel".

Wenn Pulver oder Schüttgut mit Partikeln kleiner als etwa 1 mm untersucht werden soll, ist das kleine Ringschergerät üblicherweise ausreichend. Für größere Partikel ist das größere Ringschergerät vorzuziehen. Da nur die maximale Partikelgröße kritisch ist, besteht kein Problem darin, auch mit dem großen Ringschergerät sehr feine Produkte bis in den Mikrometer- und Nanometerbereich zu untersuchen.

Großes Ringschergerät: Ringscherzelle XS-M

Weitere Kriterien zur Auswahl eines Ringschergerätes zeigt die Auswahlhilfe:


Ringschergerät RST-01.pc

RST-01.pcDas Ringschergerät RST-01.pc (rechts) ist für alle Schüttgüter bis zu einer Partikelgröße von einigen Millimetern geeignet. Es bietet einen vollautomatischen, rechnergesteuerten Messablauf, was mögliche Einflüsse durch die Bedienung minimiert und dadurch zu seiner sehr guten Reproduzierbarkeit führt.

Das RST-01.pc ist aufgrund der Möglichkeit, Schüttgut mit Partikelgrößen von "0" bis hin zu mehreren Millimetern zu messen, unser vielseitigstes Messgerät. Es ist dort sinnvoll einzusetzen, wo nicht nur feine Pulver zu untersuchen sind, z. B. im Silobau und in den Bereichen Lebensmittel, Futtermittel, Chemie und Rohstoffe.

Ringschergerät RST-XS.s

RST-XS.sDas "kleine" Ringschergerät RST-XS.s ist ein automatisches Schergerät für feine Pulver und zeichnet sich durch seine kleine Baugröße aus. Es ist als Fließfähigkeits- und Cakingtester im Einsatz, aber auch für die Auslegung von Silos, Trichtern etc.

Das RST-XS.s findet auf dem Labortisch Platz und ist noch einfacher zu handhaben als das große Ringschergerät RST-01.pc. Aufgrund der kleinen Probemengen (kleinste Probenmenge etwa 3,5 ml) ist es überall dort sinnvoll einzusetzen, wo keine großen Pulverproben zur Verfügung stehen, z.B. in der Pharmazeutischen Industrie.



Warum nennen wir das Ringschergerät nicht "Pulverrheometer"?

Wir verwenden bewusst nicht die Bezeichnung "Rheometer". Ein Ringschergerät ist ein Schergerät (engl. "shear tester"). Schergeräte zur Messung der Eigenschaften von Pulvern und Schüttgütern entstammen der wissenschaftlichen Arbeit von A.W. Jenike, dem Begründer der modernen Schüttguttechnik.

Ein gutes Schergerät ist optimiert, um eine genaue Kontrolle über die Spannungen zu haben (z. B. Aufbringen einer konstanten Normalspannung), um dann möglichst genau Reibung bzw. Festigkeiten zu messen. Bei der Festigkeitsmessung wird ein ruhendes, zuvor mit dem Schergerät verfestigtes Pulver oder Schüttgut zum Fließen gebracht, wobei die dazu benötigte Schubspannung gemessen wird. Damit erhalten wir Aussagen zur Fließfähigkeit bis hin zu den physikalischen Größen, die für die Trichterauslegung (Massenfluss, keine Brückenbildung, keine Schachtbildung) benötigt werden, und auch für die festigkeitsmäßige Auslegung von Silos verwendet werden.  

Im Gegensatz zum typischen Rheometer, das zur Messung der Eigenschaften von Fluiden entstammt (z. B. zur Viskositätsmessung), spielt beim Schergerät die Schergeschwindigkeit eine untergeordnete Rolle.