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Messservice: Fließfähikeit von Pulvern und Schüttgütern

Dichte von Schüttgütern

DIN EN ISO 60, ASTM D1895

Die Schüttdichte b0), (ρSch) ist das Verhältnis von Gewicht zum Gesamtvolumen einschließlich der Holräume und Poren des Schüttgutes im unkonsolidiertem Zustand. Sie wird in [kg/m³] bzw. in [g/cm³] angegeben.

Stampfdichte, Rütteldichte, Klopfdichte (ρbK)

DIN EN ISO 787-11, ASTM B527

Durch mechanisches Rütteln, Stampfen oder Klopfen kann es zu Kompaktierung bzw. Konsolidierung des Schüttgutes kommen.

Der Hausner-Faktor ist eine dimensionslose physikalische Kennzahl und errechnet sich als Quotient des Volumens der Schüttdichte im unkonsolidiertem Zustand zur Stampfdichte. Zur Bestimmung werden 100g Pulver möglichst erschütterungsfrei in einen 250ml Messzylinder gefüllt und das Volumen bestimmt. Anschließend wird der Messzylinder Stampfvorgängen ausgesetzt bis sich keine deutliche Volumenänderung mehr ergibt. Anschließend wird das Stampfvolumen abgelesen. Die Werte für die Schütt- bzw. Stampfdichte [g/cm³] erhält man durch Division der Einwaage durch die jeweilige Volumen. Die Bestimmung wird mehrfach durchgeführt und aus den Einzelergebnissen der Mittelwert gebildet.

Der Kompressibilitätsfaktor beschreibt die Prozentuale Veränderung des Volumens der Probe.

 

Kompressibilitätsfaktor 
(%)
Hausner-Faktor Fließeigenschaften
< 10 1.00 - 1.11 Hervorragend
11 - 15 1.12 - 1.18 Gut
16 - 20 1.19 - 1.25 Mittelmäßig
21 - 25 1.26 - 1.34 Ausreichend
26 - 31 1.35 - 1.45 Schlecht
32 - 37 1.46 - 1.59 Sehr schlecht
> 38 > 1.60 Sehr, sehr schlecht

 

 

 

Ortsabhängige einaxiale Schüttgutdichte

ASTM-D6682-B

Betrachtet man ein Schüttgut, so ist dieses verschiedenen Kräften ausgesetzt. Bei der Lagerung eines Schüttgutes im Silo wird der Druck, dem das Schüttgut ausgesetzt ist mit zunehmender Tiefe größer. Anders als bei Flüssigkeiten, die idealerweise inkompressibel sind, wird die Packungsdichte der Partikel größer (die Dichte des Schüttgutes steigt). Je geringer der Partikelabstand wird, desto mehr nemen die Kontaktflächen zwischen den Partikeln zu und der Einfluss der Haftkräfte zwischen den einzelnen Partikeln steigt. In einem Schüttgut bestimmt die Interaktion der Partikel zueinander das Verhalten des Schüttgutes. Dabei betrachten wir nicht die Reaktionen der einzelnen unterschiedlichen Partikel zueinander sondern deren gemeinsame Auswirkungen. Je geringer der Partikelabstand ist werden die Kontaktflächen zwischen der Partikeln größer und der Einfluß der Haftkräfte zwischen den einzelnen Partikeln wird größer. Verdichtet man ein Schüttgut durch Erhöhung der Verfestigungsspannung erhöht sich die Packungsdichte der Partikel und die Porosität(e) zwischen den einzelnen Partikeln nimmt ab.

Insbesondere bei kohäsiven Materialien ist die sich einstellende Schüttgutdichte nicht vollständig reversibel und und hat eine Hysterese solange kein scheren/bewegen der Partikel gegeneinander erfolgt.

Die Schüttgutdichteb) beschreibt das Verhältnis aus der Masse (m) des Schüttgutes zu dem eingenommenen Volumen (V).

Die Dichte eines Schüttgutes bei einem Druck von P = 0 wird als Schüttdichteb0) bezeichnet.

Nach befüllen eines Behälters oder bei Massenfluss im Schaft, wenn keine Scherbewegung im Schüttgut stattgefunden hat, unterliegt das Schüttgut der einachsigen VerdichtungbC).

 

 

 

 

Fließdichte

ASTM-D6682-A

Durch Scherung bei Materialfluß ist eine weitere Umorientierung der Partikel zueinander möglich, so das sich eine meist höhere Dichte einstellt. Diese FließdichtebF) stellt sich beim zweiachsigen stationären Fließen in einer Scherzelle ein. Angegeben wird die Dichte des stationären Fließens bei Konsolidierungsspannung.

SHEAR STRESSES - MEASUREMENT ACCORDING ASTM D6682-A
σr Τrm ρrm Τrs ρrs σN Τm ρm Τs ρs
[Pa] [Pa] [g/cm³] [Pa] [g/cm³] [Pa] [Pa] [g/cm³] [Pa] [g/cm³]

14871 10758 1.499 9143 1.497 14871 10649 1.499 9052 1.499
               
...              
               
14871 11132 1.501 9460 1.498 3103 2596 1.498

ρb0 = 1.286 g/cm³ bulk density
ρbr = 1.497 g/cm³ density(σr) = bulk density after consolidation

 

 

Beispiel einer Verdichtung bei einachsialer Verdichtung und Fließdichte eines Schüttgutes

 

density measurement graph

Bei der Messung des Fließortes wird die Dichte unter Einwirkung von Druck- und Scherbelastung immer mitgemessen. Auch wenn die DIN nur die einachsige Verdichtung berücksichtigt, können beide Arten der Verdichtung später in die automatischen Auswertungen einbezogen werden.
Schüttgutanalyse Messungen und Auswertungen von physikalischen Eigenschaften von Pulvern und Schüttgütern Dichtemessung von Schüttgütern Dichtefunktion eines Schüttgutes