Beispiel einer Messung

Messung mit dem Ringschergerät RST-XS

Auf dieser Seite geben wir einen kurzen Überblick über die Tätigkeiten bei einer Messung mit dem Ringschergerät. Dies erfolgt am Ringschergerät RST-XS, das der Vorgänger des aktuellen Ringschergerätes RST-XS.s ist. Die Prozedur ist aber sehr ähnlich.

Gezeigt wird die Messung eines Fließortes, aus dem die Fließfähigkeit eines Pulvers oder Schüttgutes ermittelt wird. Außerdem liefert der Fließort Informationen zur inneren Reibung und zur Schüttgutdichte für das gewählte Spannungsniveau.Neben der hier gezeigten Prozedur ist es außerdem möglich, u.a. die Zeitverfestigung ("Caking") und die Wandreibung zu messen.

Hinweis: Die Bilder sind aus einem Video entnommen, das mit der englischen Programmversion von RST-CONTROL 95 erstellt wurde.

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 unten), kommt es durch die Relativbewegung zwischen Deckel und Boden der Scherzelle zur Scherverformung der Pulverprobe.

Vorbereitung der Probe

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

Zu Beginn der Messung werden die Parameter eingeben. Dies sind das Spannungsniveau für die Messung, die Bezeichnung des Schüttgutes und die 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.

Aufsetzen der Scherzelle

Die gefüllte Scherzelle wird gewogen und auf das Ringschergerät gesetzt.

Der Scherzellendeckel 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.

Ablauf der Messung

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 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.

Messergebnis

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 ff_c. 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 automatischen Teil. 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.