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?
Unser Programm umfasst ein kleines und ein großes
Ringschergerät: RST-XS.s und RST Mk II 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.
Weitere Kriterien zur Auswahl eines Ringschergerätes zeigt die
Auswahlhilfe:
Ringschergerät RST Mk II
Das
Ringschergerät RST Mk II (rechts) , Nachfolger des RST-01.pc,
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 Mk II 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
Das "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.
