Schüttdichte eines Pulvers verändert sich durch die auf das Pulver ausgeübte Kraft.

In diesem Artikel wird behandelt:

  • Die verschiedenen Arten von Dichte und die dazugehörigen Formeln
  • Auf welche Weise die Dichte gemessen wird
  • Wie das Hausner-Verhältnis mit der Dichte zusammenhängt

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Teilchendichte

Die Dichte ist eine Maßeinheit, die angibt, wie viel Masse einer Substanz in einem bestimmten Volumen vorhanden ist, und wird berechnet, indem die Masse durch das Volumen geteilt wird. Die Dichte kann jedoch variieren. Diese Unterschiede in der Dichte ergeben sich daraus, dass ein Pulver eigentlich ein Gemisch aus Partikeln und Gas ist, wobei sich zwischen den Pulverpartikeln Hohlräume befinden, da viele Pulver porös sind. Innerhalb der Partikel befinden sich Poren, die zu unterschiedlichen Berechnungen der Dichte führen.

Schüttdichte

Die Schüttdichte eines Pulvers verändert sich durch die auf das Pulver ausgeübte Kraft. Im Allgemeinen zeigt ein Pulver mit guten Fließeigenschaften nur eine geringe Veränderung der Schüttdichte, wenn Druck darauf ausgeübt wird. Kohäsive Pulver hingegen weisen eine starke Veränderung der Dichte auf, wenn sie Druck ausgesetzt werden. Daher variiert die Schüttdichte eines Pulvers in Abhängigkeit vom ausgeübten Druck. Die Schüttdichte lässt sich am besten in einem Diagramm darstellen, in dem die Schüttdichte gegen die aufgebrachte Kraft aufgetragen wird. Die Schüttdichte im oberen Bereich eines Silos unterscheidet sich von der im unteren Bereich. Zur Bestimmung der Schüttdichte kann ein Powder Flow Tester verwendet werden.

$Bulk\ density\ =\frac{Massa\ poeder}{Volume\ poeders\ na\ uitoefenen\ van\ druk\ } in\ \left(\frac{Kg}{M^3}\right)$
Zucker

Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können

Schüttgewicht

Das Schüttgewicht ist eine häufig verwendete Einheit bei der Verarbeitung von Pulvern und Granulaten. Ein Beispiel dafür ist Getreide, das mit einer Hammermühle gemahlen wird. Vor dem Mahlprozess befinden sich zahlreiche Zwischenräume zwischen den Getreidekörnern. Nach dem Mahlen werden die Körner zu Mehl zerkleinert. Durch die kleinere Partikelgröße gibt es weniger Zwischenräume zwischen den Partikeln, wodurch das Gesamtvolumen abnimmt. Dadurch steigt das Schüttgewicht nach dem Mahlprozess an.

$Stortgewicht\ =\frac{Massa\ poeder}{Volume\ poeders\ } in\ \left(\frac{Kg}{M^3}\right)$

Klopfdichte

Die Klopfdichte hängt davon ab, wie kompakt das Pulverbett ist: Je kompakter es ist, desto größer ist die Klopfdichte. Normalerweise wird ein Klopfdichte-Tester verwendet, um die Klopfdichte zu messen. In der Klopfdichte-Messvorrichtung wird eine definierte Pulvermenge in einen Messzylinder gefüllt. Die geschüttete Schüttdichte entspricht dabei der Masse des Pulvers geteilt durch das gemessene geschüttete Volumen. Der Messzylinder wird eine bestimmte Anzahl von Malen gerüttelt, wodurch das Pulver eine kompaktere Struktur erhält und sein Volumen schließlich abnimmt.

$Tap\ density\ =\frac{Massa\ poeder\ na\ trillen}{Volume\ poeders\ } in\ \left(\frac{Kg}{M^3}\right) $

Das Prinzip hinter dem Klopfdichte-Tester ist die Hausner-Ratio.

Man geht davon aus, dass stark kohäsive Pulver auch starke intermolekulare Anziehungskräfte haben. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass sich die Partikel um die Hohlräume herum gegenseitig stützen können. Dadurch entstehen größere Hohlräume in der Schüttmasse. Das Rütteln eines Klopfdichte-Testers soll dazu führen, dass die kohäsiven Anziehungskräfte abgeschwächt werden und die Partikel in die Hohlräume fallen. Dadurch verringert sich das Volumen und die Schüttdichte nimmt zu.

Dieses Prinzip kann auch beim Befüllen von Big-Bags angewendet werden. Durch das Rütteln der Big-Bags während des Befüllens erhöht sich die Schüttdichte, sodass eine größere Masse innerhalb des verfügbaren Volumens abgefüllt werden kann.

Die Hausner-Ratio kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

$Hausner\ ratio\ =\frac{Tap\ density}{Stortgewicht\ } \left(dimensieloos\right)$

Die Hausner-Ratio gibt einen Index für die Fließeigenschaften des Pulvers an. In der untenstehenden Tabelle ist dargestellt, wie sich die Fließeigenschaften zur Hausner-Ratio verhalten.

Hausner ratioStroomeigenschappen
1.00 - 1.11exzellent
1.12 - 1.18Gut
1.19 - 1.25vernünftig
1.26 - 1.34akzeptabel
1.35 - 1.45schlecht
1.46 - 1.59sehr schlecht
>1.60xxtrem schlecht

Neben einer Maß für die Fließeigenschaften kann das Hausner-Verhältnis auch als Maß für die Fähigkeit von Pulvern zur Verdichtung durch Vibration betrachtet werden. Je besser sich ein Pulver durch Vibrationen beim Befüllen eines Big-Bags verdichten lässt, desto mehr wird dieser Vorteil jedoch dadurch aufgehoben, dass das Produkt anschließend schwerer aus dem Big-Bag fließt. Dies wird durch die verschlechterten Fließeigenschaften verursacht.

Juul Jenneskens

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Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können