Pulver und Schüttgüter

6 Überblick über Messverfahren und Messgeräte (S. 166-167)

Schergeräte sind die Standardmessgeräte der Schüttguttechnik. Auch wenn man bei ihrer Anwendung mit Vereinfachungen arbeitet, z.B. bei der Auswertung von Fließorten (Kap. 5.3), weiß man aufgrund von zahlreichen Untersuchungen, die in Hunderten von Publikationen beschrieben sind, relativ viel über die Vorgänge in der untersuchten Schüttgutprobe. Schließlich trifft man aufgrund der Messergebnisse Entscheidungen zur Gestaltung von Trichtern und Silos, also über große Investitionssummen.

Werden Ergebnisse vor allem zum Vergleich von Schüttgutproben und nicht zur Auslegung von Anlagenteilen benötigt, besteht oft der Wunsch nach möglichst einfachen Messmethoden. Auch ist manchmal festzustellen, dass eine gewisse Scheu vor Schergeräten besteht, da die Darstellung der Ergebnisse mit Fließorten und Spannungskreisen auf den ersten Blick als kompliziert empfunden wird. Daher werden zur Beurteilung der Fließfähigkeit auch andere Messgeräte und -verfahren eingesetzt, die zum Teil auf anderen Messprinzipien beruhen und andere physikalische Größen erfassen. Wegen des Anspruchs dieser Geräte, Fließeigenschaften oder zumindest die Fließfähigkeit von Schüttgütern messen zu können, muss es erlaubt sein, sie hinsichtlich der gleichen Kriterien wie auch Schergeräte zu beurteilen, was in diesem Kapitel geschieht.

6.1 Einflüsse auf das Messergebnis

6.1.1 Prozedur und Hauptspannungen

Aufgrund der vielfältigen Einflüsse auf das Messergebnis sollte stets angestrebt werden, ein Messverfahren mit definierten Bedingungen einzusetzen. Aus den im Kap. 5 beschriebenen Befunden lassen sich Grundregeln für das Messen von Fließeigenschaften, wozu insbesondere die für die Siloauslegung und die Fließfähigkeitsbestimmung wichtige Druckfestigkeit bzw. Schüttgutfestigkeit c gehört, ableiten: Die Verfestigungsprozedur sollte mit dem stationären Fließen enden, denn durch das stationäre Fließen wird der Einfluss der Vorgeschichte (Füllen, vorangegangene Verformung) weitgehend eliminiert, und man erhält bei gegebener Verfestigungsspannung die größte Festigkeit (größer als bei ein- oder zweiachsiger Verdichtung). Außerdem stellt sich stationäres Fließen erst ein, wenn die Schüttgutprobe überall hinreichend verdichtet ist, so dass durch die Beobachtung der Spannungen während der Verdichtung der Verfestigungszustand überwacht werden kann.

Stationäres Fließen bedeutet hier, dass die Spannungen (beim Schergerät: Schubspannung) im Verlauf des Anscherens nicht weiter ansteigen. Die Probe sollte nicht so lange verformt werden, bis die Spannungen aufgrund der Lokalisation auf niedrigem Niveau konstant bleiben. Dies würde zu zu kleinen Schubspannungen beim Abscheren und damit zu zu kleinen Werten der Druckfestigkeit c führen. Bei der Verfestigung (Anscheren) und bei der Messung der Festigkeit (Abscheren) sollten die größten Hauptspannungen in die gleiche Richtung weisen.

Während der Messung darf die Verformungsgeschwindigkeit (z.B. die Schergeschwindigkeit bei Schergeräten) nicht schlagartig verändert werden. Diese Bedingungen lassen sich mit Schergeräten weitgehend erfüllen. Die Hauptspannungen haben beim An- und Abscheren nur wenig voneinander abweichende Richtungen, wenn nicht zu kleine Spannungen für das Abscheren gewählt werden (s. Kap. 5.3.2). Betrachtet man als Beispiel die Scherzelle des Jenike-Schergerätes (Abb. 6.1) (nicht in der Leseprobe enthalten), so ist beim Anscheren die größte Hauptspannung um einen Winkel von etwa 45° gegen die Vertikale geneigt ( 1,an), beim Abscheren um etwas größere Winkel ( 1,ab). Bei kleinen Abweichungen der Richtungen der Hauptspannungen ist der Einfluss aber klein und kann daher vernachlässigt werden. Die Bedingung „Verfestigung bis zum stationären Fließen" lässt sich bei richtiger Durchführung der Messung ebenfalls erfüllen.