DE19809625A1

DE19809625A1 - Qualitative and quantitative testing of flow properties of bulk goods

Info

Publication number: DE19809625A1
Application number: DE19809625A
Authority: DE
Inventors: Ingfried Zimmermann; Judith Weigand
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-09

Abstract

In an apparatus and method, a variable-speed electric stirrer is provided in a run-out funnel (1). A measuring device (2) is connected to the stirrer to detect the torque present during stirring. An electronic weighing device (4) is placed under the run-out funnel for measuring the run-out speed of the bulk material flow.

Description

Das Fließen von Schüttgütern spielt beim Transportieren, Lagern und in vielen Produktionsschritten, wie Mischen und Abpacken, eine entscheidende Rolle.The flow of bulk goods plays in transportation, storage and in many Production steps, such as mixing and packaging, play a crucial role.

Im Deutschen Arzneibuch 1997 ist die Bestimmung des Fließverhaltens mittels Trichter aufgeführt. Hier wird die Zeit gemessen, in der 100 g Probe aus einem genormten Trichter ausfließen.In the 1997 German Pharmacopoeia, the flow behavior is determined using a funnel listed. Here the time is measured in which 100 g sample from a standardized funnel flow out.

Von Reproduzierbarkeit kann bei dieser Bestimmungsmethode nur bei freifließenden und wenig kohäsiven Materialien gesprochen werden.Reproducibility can only be achieved with this determination method with free-flowing and less cohesive materials are spoken.

Die DIN ISO 4324 beschreibt die Bestimmung des Schüttwinkels von Pulvern und Granulaten mit Hilfe eines Trichters und eines integrierten Handrührers. Bei diesem Verfahren müssen die zu prüfenden Tenside, Pulver oder Granulate frei von Agglomeraten sein. Es gibt Auskünfte über die Lagerungseigenschaften von Pulvern, insbesondere in Silos. Hierbei wird der Schüttwinkel des Kegels bestimmt, der beim Ausfließen eines Pulver oder Granulates aus einem genormten Trichter gebildet wird. Das Eingabevolumen wird bei diesem Versuch konstant gehalten.DIN ISO 4324 describes the determination of the angle of repose of powders and Granules using a funnel and an integrated hand mixer. With this The surfactants, powders or granules to be tested must be free of agglomerates be. There is information about the storage properties of powders, especially in silos. Here the angle of repose of the cone is determined, which when a powder or Granules are formed from a standardized funnel. The input volume is at this attempt kept constant.

Dieses Verfahren kann nur bei freifließenden und wenig kohäsiven Materialien eingesetzt werden, da v.a. durch Agglomeratbildung kohäsiver Güter die Reproduzierbarkeit unzureichend ist. Die Geschwindigkeit des Rührers ist vom Experimentator abhängig und kann kaum standardisiert werden. Der Schüttgutwinkel erlaubt nur eine qualitative Aussage über die Fließfähigkeit. Hinweise auf die im Schüttgut wirksamen Kräfte sind nicht gewinnbar.This method can only be used for free-flowing and less cohesive materials because, above all reproducibility through agglomerate formation of cohesive goods is insufficient. The speed of the stirrer depends on the experimenter and can hardly be standardized. The bulk material angle only allows a qualitative statement about fluidity. There are no indications of the forces acting in the bulk material recoverable.

Mit der Jenike-Scherzelle (Translationsscherzelle) wird die Kraft gemessen, die zum Verschieben von zwei Schüttgutebenen definierter Porosität gegeneinander aufgewendet werden muß. Der Fließort eines Schüttgutes wird durch die Auftragung der gemessenen Schubspannungen bei verschiedenen Normalspannungen erhalten. Aus dem gewonnenen Fließort lassen sich die Daten entnehmen, die zur Auslegung der Auslaufgeometrien von Silos und Bunkern benötigt werden, um freies Ausfließen von Schüttgütern zu gewährleisten.The Jenike shear cell (translational shear cell) measures the force required to Moving two bulk material levels of defined porosity against each other must become. The flow location of a bulk material is determined by the application of the measured Obtain shear stresses at various normal stresses. From the won The location of the flow can be taken from the data required to design the outlet geometries of silos and bunkers are required to ensure free flow of bulk goods.

Die Daten aus den Scherversuchen können nur in Abhängigkeit von der Pulverdichte ausgewertet werden und geben wie die zuvor genannten Verfahren keine direkte Auskunft über interpartikuläre Kräfte. Des weiteren ist dieses Verfahren recht zeitaufwendig und erfordert einige Übung in der Handhabung.The data from the shear tests can only depend on the powder density are evaluated and, like the aforementioned methods, do not provide any direct information about interparticle forces. Furthermore, this process is quite time consuming and requires some practice in handling.

Object of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung mit einem einfachen, gut reproduzierbaren und genauen Verfahren die Fließeigenschaften von Schüttgütern qualitativ und quantitativ zu beschreiben.It is an object of the invention with a simple, easily reproducible and accurate Process to describe the flow properties of bulk goods qualitatively and quantitatively.

Beim Ausfließen von Schüttgütern aus einem Trichter sind Fließstörungen, wie Brücken- und Schacht-Bildung, ein häufiges Problem. Ursache für die Fließstörungen sind interpartikuläre Wechselwirkungen und Wechselwirkungen zwischen der Wand und dem Schüttgut.When bulk goods flow out of a funnel there are flow disorders, such as bridge and Shaft formation, a common problem. The cause of the flow disorders are interparticular Interactions and interactions between the wall and the bulk material.

Erst bei Kenntnis der Einflußparameter und der interpartikulären Kräfte im Schüttgut können gezielt Maßnahmen zur Verbesserung bzw. zur Kontrolle dessen Fließfähigkeit getroffen werden.Only when the influencing parameters and the interparticle forces in the bulk material are known targeted measures to improve or control its fluidity become.

Solution of the task

Vorrichtung und Verfahren ermöglicht das Ausfließen von schlecht fließenden Schüttgüter aus einem Trichter durch einen Rührer und ermittelt gleichzeitig die vom Rührer aufgewendete Kraft. Die Kraft, die der Rührer zum Fließen der Probe aufwenden muß, ist ein Maß für die interpartikulären Kräfte des Schüttgutes und wird durch das Drehmoment angegeben. Der Rührer wird durch einen Motor angetrieben, so daß dessen Geschwindigkeit variabel und konstant ist.Apparatus and method enable poorly flowing bulk materials to flow out from a funnel through a stirrer and simultaneously determines that from the stirrer force used. The force that the stirrer has to exert to flow the sample is one Measure of the interparticle forces of the bulk material and is determined by the torque specified. The stirrer is driven by a motor so that its speed is variable and constant.

Eine unter dem Trichter angeordnete elektronische, computergesteuerte Waage ermöglicht die direkte Ermittlung der Auslaufgeschwindigkeit während des Rührvorganges. Durch diesen Aufbau kann z. B. die Auslaufgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl ausgewertet werden. Somit werden Informationen über die Dynamik der Brückenbildung im Trichter infolge interpartikulärer Haftkräfte erhalten.An electronic, computer-controlled scale arranged under the funnel enables this direct determination of the outlet speed during the stirring process. Through this Structure can e.g. B. evaluates the outlet speed depending on the speed become. This provides information about the dynamics of bridging in the funnel obtained due to interparticular adhesive forces.

Die Schüttgüter werden durch die Bestimmung der dem freien Ausfließen entgegenwirkende Kraft sowie die Dynamik der Brückenbildung systematisch untersucht. Optimale Rezepturen können aufgrund dieses Wissens entwickelt werden, z. B. durch die gezielte Auswahl nach Art und Menge der Fließregulierungsmittel oder durch die Feststellung der optimalen Mischzeit. Daneben besteht aber auch die Möglichkeit die Qualität von Schüttgütern und deren Rezepturen im Hinblick auf ihre Fließeigenschaften zu beurteilen. The bulk goods are determined by determining the counteracting the free flow Force and the dynamics of bridging systematically examined. Optimal recipes can be developed based on this knowledge, e.g. B. through the targeted selection according to Art and amount of flow control agent or by determining the optimal mixing time. In addition, there is also the possibility of the quality of bulk goods and their Assess recipes in terms of their flow properties.

Advantages of the invention

Der große Meßbereich und der geringe Meßfehler gewährleisten eine gute Reproduzierbarkeit, auch und besonders bei kohäsiven Untersuchungsgütern. So können mit dieser Vorrichtung und diesem Verfahren geringe Unterschiede im Fließverhalten oder der interpartikularen Kraft zwischen Schüttgütern erfaßt werden. Die Abhängigkeit von einer definierten Porosität ist ebensowenig gegeben wie die Einschränkung auf gut fließende Schüttgüter. Verschiedene Versuchsbedingungen, wie Rührergeometrien, Füllhöhe oder Zeitverfestigung, können untersucht werden. So ist ein einfach zu bedienendes und schnelles, zeiteinsparendes Verfahren entstanden, das in einem Arbeitsschritt mehrere wesentliche Basisinformationen über das Fließverhalten von Schüttgüter liefert. Die Kraft des Schüttgutes, die einem freien Ausfließen entgegensteht, wird gleichzeitig mit der Auslaufgeschwindigkeit bestimmt. Die Vorrichtung und das Verfahren kann in der Forschung und Entwicklung oder auch in der Qualitätskontrolle gleichermaßen Anwendung finden.The large measuring range and the small measuring error ensure a good one Reproducibility, also and especially with cohesive test objects. So with This device and this method have slight differences in flow behavior or interparticular force between bulk materials can be detected. The dependence on one defined porosity is just as little given as the restriction to good flowing Bulk goods. Different test conditions, such as stirrer geometries, filling height or Time consolidation, can be examined. So an easy to use and quick, time-saving procedure emerged that several essential in one work step Provides basic information on the flow behavior of bulk goods. The power of the bulk material which stands in the way of free flowing out, becomes simultaneous with the running out speed certainly. The device and method can be used in research and development or also be used equally in quality control.

Example description Description of exemplary embodiments

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are in following described in more detail.

Vorrichtung besteht aus einem Auslauftrichter 1, der nach unten mit einer Schließvorrichtung versehen ist. Die Schüttgutprobe 5 kann locker bei geschlossener Trichteröffnung eingefüllt werden.The device consists of an outlet funnel 1 , which is provided at the bottom with a closing device. The bulk sample 5 can be filled in loosely with the funnel opening closed.

Mögliche Beispiele zu Trichtergeometrien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Possible examples of funnel geometries are listed in the following table:

Alle Angaben sind nur als Beispiele zu werten und richten sich nach den Schüttgütern. So ist bei der Auswahl des Wandmaterials darauf zu achten, daß sich dieses inert zum Schüttgut verhält. Die Trichterhöhe kann variabel nach der zu messenden Schüttgutmenge gewählt werden und die Trichterneigung ist abhängig von der Wandreibung zwischen Schüttgut und ausgewähltem Wandmaterial.All information is only to be regarded as examples and is based on the bulk goods. So is When selecting the wall material, make sure that it is inert to the bulk material behaves. The funnel height can be selected variably according to the bulk quantity to be measured and the hopper inclination depends on the wall friction between bulk material and selected wall material.

Fließstörungen, die die Verwendung von verschiedenen Geometrien des Auslauftrichters nötig machen würden, werden durch einen Rührer beseitigt. Ein gleichmäßiges Fließen von Schüttgütern mit verschiedenen Fließeigenschaften ist somit gewährleistet. Der Rührer, der in der Form variierbar ist, ist in den Auslauftrichter 1 eingebaut und mit dem Meßgerät 2 zur Aufnahme des Drehmomentes verbunden. Verschiedene Rührerformen können eingesetzt werden. Als geeignet hat sich z. B. ein Rührer mit versetzten Stäbe, die senkrecht zueinander um eine Rotationsachse angeordnet sind, herausgestellt (Abb. 1 und 2). Die Rührstäbe haben hier einen Durchmesser von 0,8 mm und sind zwischen 5,1 und 40,0 mm lang. Der Durchmesser der Stäbe kann aber variabel von 0,4 bis 10 mm gewählt werden und richtet sich nach Größe und Gewichtskraft der Schüttgutpartikel. Die Längen der Stäbe sind ebenso variabel und der Trichterform angepaßt. Die Stäbe sollten stets einen geringen Abstand zur Wand haben, um Kernfluß des Schüttgutes entgegenzuwirken. Es können in diesem Beispiel bis zu 49 Stäbe auf die Rotationsachse im Abstand von 2 mm befestigt werden. Daneben besteht noch die Möglichkeit, den Abstand zwischen den Stäben mit Abstandhalter zu variieren.Flow disturbances, which would require the use of different geometries of the discharge funnel, are eliminated by a stirrer. This ensures a uniform flow of bulk materials with different flow properties. The stirrer, which can be varied in shape, is installed in the outlet funnel 1 and connected to the measuring device 2 for absorbing the torque. Different forms of stirrers can be used. Has been suitable for. B. a stirrer with offset rods, which are arranged perpendicular to each other around an axis of rotation, highlighted ( Fig. 1 and 2). The stirring bars have a diameter of 0.8 mm and are between 5.1 and 40.0 mm long. The diameter of the rods can be varied from 0.4 to 10 mm and depends on the size and weight of the bulk material particles. The lengths of the rods are also variable and adapted to the shape of the funnel. The bars should always be a short distance from the wall to counteract the core flow of the bulk material. In this example, up to 49 rods can be attached to the axis of rotation at a distance of 2 mm. There is also the option of varying the distance between the bars with a spacer.

Die Meßwerte ausgehend vom Widerstand der Schüttgutprobe gegen den Rührer werden über einen Meßwertverstärker 3 direkt an einen Computer 6 weitergeleitet. Das Meßgerät 2 und der Meßwertverstärker 3 können aber auch in einem Gerät zusammengefaßt sein. Als weiteres kann unterhalb des Auslauftrichters eine elektronische Waage 4 angeordnet sein, die die Masse des aus dem Auslauftrichter ausfließende Schüttgutes pro Zeiteinheit computergestützt 6 ermittelt.The measured values based on the resistance of the bulk material sample to the stirrer are forwarded directly to a computer 6 via a measured value amplifier 3 . The measuring device 2 and the measurement amplifier 3 can also be combined in one device. Furthermore, an electronic scale 4 can be arranged below the discharge funnel, which computer-aided determination 6 of the bulk material flowing out of the discharge funnel per unit of time 6 .

Nach dem Öffnen der Schließvorrichtung an der Trichteröffnung wird gleichzeitig die Meßdatenaufnahme 6 von elektronischer Waage 4 und Drehmoment 2, 3 gestartet. Somit werden gleichzeitig die Meßdaten zur Bestimmung der Auslaufgeschwindigkeit und der Kraft zum Gewährleisten des Fließens aufgenommen. Danach folgt die computergestützte Auswertung der Daten.After opening the closing device at the funnel opening, measurement data recording 6 of electronic balance 4 and torque 2 , 3 is started at the same time. The measurement data for determining the outlet speed and the force for ensuring the flow are thus recorded at the same time. This is followed by the computer-assisted evaluation of the data.

Claims

1. Device and method for qualitative and quantitative testing of the flow properties of bulk materials, characterized in that in the device and the method of the outlet funnel is provided with a speed-adjustable electric stirrer, which is connected to a measuring device for recording the torque to be applied during stirring.

2. Device according to claim 1, characterized in that an electronic balance below the discharge funnel is attached to measure the flow rate of the bulk material flow.

3. Device according to claim 1, characterized in that the dynamics of bridging from dependence the outlet speed can be determined by the speed of the stirrer.

4. The device according to claim 1, characterized in that instead of the scales, the time to flow out of the entire Bulk quantity can also be tapped using a light barrier and / or stopwatch can.

5. The device according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the shape and arrangement of the discharge funnel and the Stirrer can be varied depending on the bulk sample and the question.

6. The device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that spout simultaneously or independently of one another speed and angle of repose can be determined.

7. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that the method includes the inclusion of various flow properties create a bulk material, such as B. outlet speed, torque and gust angle, made possible in one work step.

8. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, characterized in that all measurement data computer controlled per variable selectable time unit can be recorded and evaluated.

9. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, characterized in that the speed of the stirrer can be selected variably.