DE2732130B2 - Vorrichtung zur Messung der Fließfähigkeit eines fließfähigen Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich mit cmc Vorrichtung /in Messung der Fließfähigkeit eine", fließfähigen Mediums mit einem Aulgabetrichter mit Ausflußdüsc Air Aufnahme des /u imtersucheiuk-n Materials

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 3 221 560 bekannt. Diese Vorrichtung entspricht im wesentlichen den bekannten Vorrichtungen zum Messen der Fließfähigkeit eines fließfähigen Mediums, bei denen einfach die Auslaufzeit des Mediums aus einem Trichter gemessen wird. Die Vorrichtung der US-PS 3221560 besitzt zur besseren Reproduzierbarkeit der Werte eine Vibrationseinrichtung.

Es hat sich aber gezeigt, daß derartige Vorrirhtungen, bei denen die Messung lediglich auf der Auslaufzeit basieren, keine Ergebnisse mit ausreichender Präzision ergeben.

Der Erfindung lag demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung dieser Art hinsichtlieh ihrer Genauigkeit zu verbessern. Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art unterhalb der Ausflußdüse in der Reihenfolge von oben nach unten folgende Teile angeordnet sind: ein Materialteiler mit mindestens zwei Stufen, um aus der Hauptader mindestens eine Primärader geringerer Dicke abzuzweigen und andererseits die Primärader einmal in Sekundäradern weiter verringerter Dicke auszuteilen; und eine Sammelvorrichtung, bestehend aus Sammeltrögen zum Auffangen der Sekundäradern in Form von Materialhaufen.

Unter dem Ausdruck »fließfähiges Medium« sind gemäß der Erfindung Schuttgüter oder Flüssigkeiten zu verstehen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, mit sehr g-oßer Sicherheit und Präzision aufgrund eines mehrfachen Versuchs zu entscheiden, ob ein pulverförmiges, flüssiges oder sonstwie fließfähiges Produkt bei einer bestimmten gewerblichen Anwendung die benötigte Fließeigenschaft aufweist.

Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das aus der Ausflußdüse ausfließende Material in mehrere Adern unterteilt. Die so gebildeten kleineren Adern werden in Sammeltrögen in Form von Maicrialanhäufungen aufgefangen. Die Fließfähigkeit des getesteten Gutes läßt sich dann durch visuellen, volumetrischen und/ oder Gewichtsvergleich zwischen den in den verschiedenen Sammeltrögen aufgehäuften Materialmengen bestimmen.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung,

Tig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung in Anwendung auf ein pulverförmiges Material mit guter Fließfähigkeit,

Fig. 3 eine Darstellung der Verteilung des Endprodukts auf drei Sammelbehälter für ein Material mit guter Fließfähigkeit,

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, diesmal jedoch für ein pulverförmiges Medium mittlerer Fließfähigkeit.

!•"ig. 5 ein Verteilungsschema entsprechend Fig. 3. jedoch für ein Medium mittlerer Fließfähigkeit,

Fig. 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 und 4, diesmal jedoch für ein Medium mit schlechter Fließfähigkeit, und

Fig. 7 ein Verteilimgsschcma entsprechend I-ig. 3 und 5. jedoch für ein Medium mii schlechter lliellfä-

higkeit.

Vorwegsei bemerkt, daß das in der Zeichnung dargestellte Gerät insbesondere für die Behandlung pulverförmiger Schüttgüter gebaut wurde, daß es sich aber ohne größere Abänderungen ebensogut zur Rehandlung einer Flüssigkeit und illgeniein für jedes fließfähige Medium eignen würcK

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät enthält drei wesentliche Bestandteil;, nämlich:

Einen Meßtilchter zur Aufnahme des zu pi üfenden Schüttgutes; einen Materialteiler 2 zur Unterteilung der aus dem Meßtrichter dank der Schwerkraft austretenden Ader des puiverförmigen Materials und ein Sammeleiement 3, das zur Wiedergewinnung des durch den Materialteiler in einzelne Ströme oder Adern aufgespaltenen puiverförmigen Gutes dient.

Der Meßtrichter 1 und der Materialteiler 2 sind in ein Gestell 4 eingebaut, das zum Unterstellen der Sammelbehälter 3 unter den Materialteiler 2 dient.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I ist der Aufgabetrichter 1 so ausgebildet, daß die Breite seiner Ausf'iußdüse cjiiMcübär ist. Zu diesem Zweck besteht der Aufgabetrichter 1 aus zwei komplementären Hälften l_A und l_fl, die längs der Oberkan"; zweier seitlicher Tragplatten 5_A und 5_fi verschiebbar sind. Die beiden Hälften I^ und l_a des Autgabetrichters sind mit Verriegelungselementen 6, und6_fl versehen. die der Bedienungsperson die Verriegelung der Trichterhälften l_A und Ig in symmetrischen Stellungen hinsichtlich der Symmetrieebene XOY des Gerätes ermöglichen, so daß die Auslaufdüse 7 des Aufgabetrichters mit allgemein rechteckigem Querschnitt die gewünschte Breite aufweist und symmetrisch beiderseits der Achse XOY angeordnet ist.

Die seitlicher. Tragplatten 5., und 5_e, auf denen die Materialteiler I^ und 1 „ des Aufgabetrichters \ erschiebbarsind, bestehen vorteilhaft aus einem durchsichtigen Werkstoff, wodurch die Bedienungsperson die Gelegenheit erhält, das Fließverhalten des puiverförmigen Erzeugnisses innerhalb des Aufgabetrichters zu verfolgen und aufzuklären.

Diese durchsichtigen Seitenplatten 5^ und 5_B sind vorzugsweise nach unten verlängert und dienen so gleichzeitig als Träger für den Materialteüer 2, wobei sie der Bedienungsperson auch visuell die Beurteilung ermöglichen, ob die Teilung der verschiedenen Adern des fließfähigen Produkts störungsfrei vonstatten geht.

Der aus den beiden Seitenplatten 5^ und 5_fl, dem Ai.ifgabetrichter 1 und dem Materialteiler bestehenden Geräteteil ist an einem Fußteil 8 mit Seitenstreben 9 befestigt. Diese Teile bilden das eigentliche Gestell 4 des erwähnten Gerätes. Der Hoden des Aufgabetrichters 1 istoberhalbder Ausfluüdiise 7 mit einem Schieber 10 verschlossen, der mit einem Fortsatz durch einen entsprechenden Schlitz 11 in der Seitenwand 5_Η ragt, so daß die Bedienungsperson ihn mit einem Ruck herausziehen und so das Ausfließen des im Aufgabetrichter 1 aufgehäuften pulverförmiger! Materials durch die Dust 7 auf den Materialteiler 2 unter dem Einfluß der Schwerkraft gestatten kann.

Der Materialteiler 2 besteht vorzugsweise aus drei identischen Diedern 2_A , I_n und 2_f, die gegeneinander versetzt derart angeordnet sind, daß die überkante des oberen Dieders 2_A unter der Düse 7 in der Symmetrieebene A'CM'ik's Gerätes angeordnet ist und daß die beiden Dieder I_n und I₁ vorzugsweise in gleicher I lohe symmetrisch zur 1 bene XOY derart angeordnet sind, daß ihre Überkanten sich in der Verlängerung der Gleitebenen des oberen Dieders 2_A befinden.

Jedenfalls sind die Dieder derart an den Scitenplat ten angebracht, daß ihre relative Stellung in Abhängigkeit von bestimmten Eigenschaften der zu prüfenden Materialien verändert werden kann.

Der Materialteiler 2 kann statt zweistufig wie dargestellt, oder auch aus einer größeren Anzahl von Diederstufen bestehen, wobei die einzelnen Stufen jeweils gegeneinander versetzt sind.

Die Befestigung der Dieder in den Seitenpktten 5_A und 5_fl geschieht beispielsweise durch Einschieben in entsprechende Öffnungen 12,,, 12_ft und 12_C der Seitenplatten. Diese Öffnungen können ieicht so ausgebildet werden, daß die Dieder seitlich in gewissem Ausmaß verschoben werden können. Ls ist aber auch möglich, die Dieder 2_A, 2, und 2C und die sie unterstützenden Vorsprünge insgesamt, hinsichtlich der Seitenplatten auswechselbar zu machen. Zur Wahl einer anderen Diederanordnung genügt es dann, die eesamte Teilereinheit 2 mit einem Gr ;'f auszuwechseln.

:-<üCii CiPiCr WCitCrCn nutiilGu ÜT üSrriüüiiCiiriL it

können die unteren Dieder 2_H und 2, durch vertikal angeordnete Platten ersetzt werden, deren Oberkanten die von den Dachkanten der Dieder wahrgenommene ^reilungstunktion übernehmen.

Die Sammeleinrichtung 3 ist unterhalb do Maierialteilers 2 angeordnet. Die Sammeleinrichtung besteht im vorliegenden Falle aus drei gleichen Sarnmeltrögen 3 .. 3_B und 3, . die derart angeordnet sind, daß der mittlere Sammeltrog 3^, unter dem oberen Dieder 2 . aulgestellt ist und daß seine i.ängs-ymmetrieebenc mit der Symmetrieebene XOY det Geräte·· zusammenfällt.

Die beiden seitlichen Sammeltroge 3,, ...nd 3, sind symmetrisch beiderseits des mittleren Sammeltags 3 . und parallel zu diesem angeordnet. Die Breite der Sammeltröge ist so gewählt, daß die äußeren Dachllächen der seitlichen unteren Dieder 2_h und 2, c!i·.· ν im ihnen abgelenkten Strumungsadern des puiverförmigen Materials in die Sarnrneltröge 3 und 3_Ä (Dieder 2_h bzw. 3, und 3₍ (Dieder 2, ι leiten.

Offensichtlich ist die Anzahl der Sammeltröge eine Funktion der Stufenzah! d-js Mat-rialteüers 2. aber die Arbeitsweise bleibt die gleiche.

Das Meßverfahren w:rd nachstehend für drei Anwendungsfalle erläutert, nämlich:

1. Fin pulverförmiges Material mit guten F iießcigenschaft-.n (Fig. 2 und 3);

2. ein pulverförmiges Material mit mittleren Fließeigenschalten (F ig. 4 und 5):

3. ein pulverförmiges Material mit schlechten Fliel.ieige üschaften (Fig. 6 und 7).

L>i die Zeichnungen nicht zu überlasten., sind in 1- ig. 2.4 und (■> nur die wesentlichen Teile des Gerate·- dargestellt und rir' den glc.hen Be.'.ugs^eichen w ie in Fig. 1 bezeichnet.

Offensichtlich muß die Einstellung des Gerätes in allen drei !'allen übereinstimmen, um vergleichbare Versuchsergebnii.e zu erhalten.

Vorbereitend wird bei geschlossenem Schieber 10 der Aufgabetrichter 1 bis zur Höhe eines vorgeschriebenen Niveaus HH₁ mit dem zu prüfenden pulverformigen Material 13 gefüllt Die Sammeltröge 3.,, 3,, und 3_t werden in die oben beschriebene Stellung unterhalb der Dieder 2.,, 2„ und 2, gebracht; dann ist das Gerat betriebsbereit.

Wenn die Bedienungsperson den Schieber 10 in die

ausgezogene Stellung herausgezogen hat, beginnt das Material 13 durch die Düse 7 in einer vertikalen llauptader mit rechteckigem Querschnitt auszuströmen. Diese llauptader teilt sich beim Auftreffen auf die Dachkante des oberen Dieders 2,, in zwei l'rimäradern 13, und 13_/( von geringerer Dicke, die längs der beiden Dachflächen des Dieders 2,, abfließen. Dank der Symmetrie der so geschaffenen dynamischen Verhältnisse sind die beiden Adern 13, und 13_M symmetrisch übereinstimmend.

Dk· Ader 13.Ί trifft ihrerseits auf die Daehkante des unteren I )ieders 2_/( und teilt sich dort in die beiden Sekutuläradern 13 _n und 13,, von abermals geringe · rii Dicke, die längs die beiden Dachflächen des Di eders I₁₁ abfließen und von dort in die Sammellröge lallen. Die er¹· te Ader 13.,, gelangt in den Sammelt mg 3„. wii mc sieh in Ciestall eines Haufens 14„ anhäuft: die /weite Ader 13.,, gelangt in den mittleren Samtiii'ltrnu 3 uii sie· sich in Iorin eine's llnuleils 14.

anhäuft.

Die Ader 13,, trifft ihrerseits auf die Dachkante des linieren Dieders 2, und teilt sich dort in zwei Se kimdäradcrn 13,_(l und 13„, geringerer Dicke, die längs der beiden Dachflächen dieses Dieders 2, abfließen. Die erste Sekundärader 13„, gelangt anschließend in den Sammeltrog 3, . wo sie sieh in Form eines Haufens 14, anhäuft; die zweite Ader 13,,, gelangt in den mittleren Sammeltrog 3 ,, wo sie /in Bildung des Haufens 14, beiträgt.

Wie I ig. 3 zeigt, erhält man mit einem Material 13 guter Hießfähigkeit in den drei Sammeltrogen 3 .,. 3,₍ und 3₍ drei ungefähr gleich hohe Haufen 114.,. 14,, und 14₍ Der Haufen 14, im mittleren Sammcltrog 3, ist hreitsymmetrisch und hat einen sehr geringen Böschungswinkel sowie einen stark abgerundeten mittleren (iipfel. Dagegen haben die seitlichen Haufen 14_/( und 14, einen ebenfalls abgerundeten Gipfel, der aber deutlich zur Außenseite der Sammcltröge 3„ und 3₍ . bezogen auf die mittlere Symmetrieebene SOY. versetzt ist.

Diese breitsymmetrische Verteilung kommt davon her. daß da* pulvcrförmige Material nach Voraussetzung ein gutes Fließvermögen hat, weshalb die mit den Dachflächen der seitlichen Dieder I₁₁ und 2, in Berührung kommenden Teilchen keine wesentliche Verlangsamung im Vergleich zu den anderen, die Adern bildenden Teilchen erfahren. Die letzteren haben demzufolge eine Fließkurve, deren allgemeiner Verlauf annähernd parabolisch und ohne Knickstelle ist. Auch die Ströme über die beiden Diede: 2„ und 2, bleiben symmetrisch.

Wenn man nun das gleiche Experiment mit dem gleichen (Jerät in der gleichen Einstellung wiederholt, jedoch nacheinander ein Material 13 mit mittlerer fließfähigkeit (Fig. 4 und 5) und ein Material 13 mit schlechter Fließfähigkeit (Fig. 6 und 7) verwendet, so stellt man folgendes fest:

1. Die Arbeitsweise des Gerätes bleibt im großen und ganzen unverändert, also Trennung der Hauptader in zwei symmetrische Priniäradern 13., und 13_fl geringerer Dicke, dann Aufteilung jeder dieser Primäradern in Sekundäradern 13.,,, 13.,,usw..sowie 13₈₁,13_ß2usw. geringerer Dicke:

2. die Gestalt der in den Sammeltrögen 3^, 3_a und 3₍. aufgehäuften Berge If₄, 14_fl und 14_C ist je nach der Fließfähigkeit des geprüften Materials deutlich verschieden.

So sieht man in Fig. ? das Meßergebnis für ein Material 13 mit mittlerer Fließfähigkeit. Man erkennt, daß der mittlere Haufen 14, in diesem Falle höher als die seitlichen Haufen 14„ und 14₍ ist, daß der Böschungswinkel viel größer und der Gipfel viel ausgeprägter ist und daß schließlich der Gipfel der seitlichen Haufen 14„ und 14, sich beträchtlich der Symmetrieehene XOY des Gerätes nähern.

Ebenso erkennt man aus Fig. 7. die sich auf die Messung des Iließverhaltens eines Materials 13 mit schlechter Fließfähigkeit bezieht, daß der mittlere Haufen 14, las! doppelt so hoch wie die seitlichen I lauten I4„ und 14, ist und daß die Scheitel der let/ leiLi) I Füllen noch naher au der Synimetrieebene St)) des Gerätes liegen.

Im Gegensat/ zu tier symmetrisch breiten Verteilung eines Materials mit guten Fließeigenschaften erhält man im I alle eines Materials mit mittleren oder schlechten Fliel.leigenschaften eine im Verhältnis /um mittleren Haufen symmetrisch verengte Verteilung, wobei tue Verengung ties ganzen Gebildes sowie die Überhöhung des mittlere η 11 auf ens um so größer werden, je schwierigeres I lielUerhalten das betreffende Material zeigt Dies rührt davon her. daß die in Berührung nut den Dachflächen der seitlichen Dieder 2„ und 2, strömenden Teilchen eine erhebliche Verlangsamupg im Verhältnis /u den alitieren Bestandteilen der Strömungsadern erfahren. Die letzteren haben infolgecitssen eine Strömimgsbahn. deren allgemeiner Verlauf sieh mehr und mehr einer Geraden nähert und eine um so ausgeprägtere Knickstelle aufweist, je schwieriger das F'ließverhalten wird. Die von den mittleren Adern 13.,. und 13„, im Verhältnis zu den äußeren Adern 13.,, und 13_B| vorgenommene Ableitung nimmt also um so mehr zu. je schlechter die Fließfähigkeit wird.

Demzufolge ist das Gewicht der im mittleren Sammeltrog 3^ angehäuften Materialr.ienge 14^, umgekehrt proportional zur Fließfähigkeit des geprüften Materials 13: anders ausgedrückt ist die im mittleren Sammeltrog gesammelte Materialmenge ein Maß für die Fließfähigkeit.

Die Sammeltröge sind vorzugsweise mit Maßein teilungen versehen, an denen das Volumen der in ihnen abgelegten Materialmengen abgelesen werder kann.

Wie erwähnt, ist die Anzahl der erforderlicher Sammeltröge eine Funktion der Stufenzahl im Materialteiler 2. Grundsätzlich ist es nur erforderlich, der Flauptstrom in zwei Primärströme und jeden dersel ben wieder mindestens einmal in zwei Sek"ndär ströme zu unterteilen. Man benötigt also mindesten« vier Sekundärströme oder Sekundäradern, d. h. dei Materialteiler muß mindestens zwei Stufen umfassen

Wie erwähnt, wird die Messung des Fließverhaiten! durch mehrere Parameter beeinflußt. Diese Parame ter sind:

Die relativen Stellungen der Dieder des Material teilers; die gegenseitige Entfernung der beiden Ab schnitte des Aufgabetrichters, weiche den Querschnit der Austrittsdüse bestimmen;

die Menge des Anfangs im Aufgabetrichter befind liehen Materials, da die Kohäsion der Masse und dami ihr Fließverhalten eine Funktion der Masse ist.

Um die bestmögliche Übereinstimmung zwischei den Messungen des Fließvermögens und den ins Aug< gefaßten gewerblichen Anwendungen zu erzielen empfiehlt es sich offensichtlich, experimentell die op

timalen Werte dieser Parameter zu bestimmen und demgemäß das Gerät verstellbar zu machen, damit vergleichende Versuchsreihen leicht durchgeführt werden können.

Die gewerblichen Anwendungsmöglichkeiten des geschilderten Verfahrens sind zahlreich, weil dieses immer angewandt werden kann, wenn die Fließfähigkeit irgendeines strömungsfähigen Materials von Bedeutung ist. Hierfür seien lediglich beispielsweise folgende Anwendungsgebiete genannt:

Konfektionierung eines neuen pulverförmigen Ma-

I Iici/ii ϊ HhiM terials, das auf einer bekannten Maschine verarbeitet werden soll; Einfluß eines Herstellungsparameters auf die Fließfähigkeit z. 13. der /.umischtemperatur eines Speisefetts, der Temperatur der Masse, der Mischtemperatur usw.; Messung der Konstanz des Fließverhaltens eines Produkts in der laufenden Fabrikation; Kontrolle eines für den Export bestimmten pulverförmigen Materials, um sich zu vergewissern, daß seine Konfektionierung nicht unterwegs zu Schwierigkeiten führt; Messung der Viskosität eines Speiseöls unter bestimmten Anwendungsbedingungen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Fließfähigkeit eines fließfähigen Mediums mit einem Aufgabetrichter mit Ausflußdüse zur Aufnahme des zu untersuchenden Materials, gekennzeichnet durch folgende unterhalb der Ausflußdüse in der Reihenfolge von oben nach unten angeordnete Teile: einen Materialteiler (2) mit mindestens zwei Stufen, um aus der Hauptader mindestens eine Primärader geringerer Dicke abzuzweigen und andererseits die Primärader mindestens einmal in Sekundäradern weiter verringerter Dicke aufzuteilen; und eine Sammelvorrichtung (3), bestehend aus Sammeltrögen (3^,, 3_B, 3_C) zum Auffangen der Sekundäradern in Form von Materialha jfen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Materialteiler (2) aus mindestens drei parallel zueinander und versetzt gegeneinander in mindestens zwei Stufen angeordneten Diedern (2^, 2_S, 2_C) besteht, durch welche die Hauptader in zwei seitliche Primäradern geringerer Dicke und die letzteren nochmals mindestens einmal in zwei seitliche Sekundäradern weiter verringerter Dick·.· unterteilt werden, und daß andererseits die Sammelvorrichtung (.3) aus mindestens drei Sammeltrögen (3.,, 3_fl, 3, ) besteht.

3.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufgabetrichter (2) aus zwei spiegelb'ldliche- Abschnitten (l_rI, l_ff) besteht, deren Abstand zwecks Bildung der Ausflußdüse (7) von rechteck' ;em Querschnitt verstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dieder des Materialteilers so angeordnet sind, daß die Dachkante des oberen Dieders (2,,) sich in der vertikalen Symnietrieebcne der Ausflußdüse (7) des Aufgibetrichters (1) befindet, während die Dachkanten der Dieder in den unteren Stufen jeweils in gegenseitig gleicher Höhe und in Verlängerung der Dachflächen der entsprechenden Dieder in dem unmittelbar darüberliegenden Stockwerk angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dieder der unteren Etage des Materialteilers durch vertikal angeordnete Platten, deren Oberkanten anstelle der Dachkiinten der Dieder treten, ersetzt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 his

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dieder verstellbar am Gestell der Vorrichtung befestigt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß i!as Gestell d;r Vorrichtung zwei Seitenplatten (5.,. 5_/() ;rjs durchsichtigem Material aufweist.