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Jenike-Schergerät

Mit dem am Institut gebauten Jenike-Schergerät (Abbildung links) kann je nach Versuchsanordnung der innere Reibungswinkel und die Schüttgutfestigkeit einer Schüttgutprobe aber auch der Wandreibungswinkel zwischen einem Wandmaterial und einer Schüttgutprobe ermittelt werden. Vorteile dieses Schergerätes sind die einfache Bauart der Scherzelle sowie eine weite Verbreitung des Messprinzips. Dafür wird allerdings ein hoher Versuchsaufwand in Kauf genommen.

Mit der Anordnung in der unten links dargestellten Abbildung werden der innere Reibungswinkel und die Schüttgutfestigkeit ermittelt. Hierbei ist der untere, bodenseitig geschlossenen Ring (l) durch den Sockel (2) fixiert. Der obere Ring (3) ist horizontal beweglich und wird mit dem Scherdeckel (4) verschlossen. In dem durch die Ringe und den Scherdeckel (4) abgegrenzten Volumen befindet sich die zu untersuchende Schüttgutprobe. Die Schüttgutprobe wird in der Scherebene, der Trennfläche zwischen dem oberen und dem unteren Ring, mit einer bestimmten Normalkraft N belastet. Diese setzt sich aus dem Gewicht des oberen Rings mit dem darin befindlichen Schüttgut, dem Gewicht des Scherdeckels mit dem über eine Zentrierspitze (5) übertragenen Gewicht des Hängers und den aufgelegten Zusatzgewichten zusammen. Der Scherstift (8) wird mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit gegen den Bügel (6) gefahren. Nach dem Berühren werden der Scherdeckel und der obere Ring mit dem darin befindlichen Schüttgut horizontal verschoben und die Schüttgutprobe wird verformt. Eine Kraftmessdose registriert die Scherkraft, die auf einem x-t-Schreiber als Funktion der Zeit aufgezeichnet wird. Der Bügel ist fest mit dem Scherdeckel verbunden. Vor dem eigentlichen Schervorgang ist der Scherdeckel so auf die Schüttgutoberfläche im oberen Ring gelegt worden, dass zwischen dem Stift (7) am Bügel und dem oberen Ring ein Spalt (ca. 0,2 mm) entsteht. Dadurch wird erreicht, dass der Scherstift, dessen verlängerte Achse in der geometrischen Scherebene liegt, zu Beginn des Scherversuches die gesamte Scherkraft S über den Bügel auf die Scherplatte und damit gleichmäßig auf die obersten Gutschichten überträgt. Erst beim weiteren Scheren wird der Stift den oberen Ring berühren. Dann wird ein Teil der Scherkraft direkt auf diesen Ring wirken. Verzichtet man auf diesen Spalt, wird die gesamte Scherkraft auf den Ring (3) übertragen und es entsteht eine ungünstige Schubspannungs-konzentration innerhalb der Schüttgutprobe auf der dem Bügel zugewandten Seite.Zur Messung des Wandfließortes wird die Anordnung nach der unten rechts dargestellten Abbildung benutzt, bei welcher der geschlossene Bodenring (1) aus der linken Abbildung entfällt. Der Sockel (2) in der Abbildung links wird in der Abbildung rechts durch einen Gewindesockel und eine Gewindehülse ersetzt. Auf die Gewindehülse wird die Aufnahme für die Wandprobe gesetzt und darauf die Wandprobe (9) selbst. Mit Hilfe der Gewindehülse wird die Oberfläche der Wandprobe auf die Mittelachse des Scherstiftes eingestellt. Danach wird wie beim oben beschriebenen Jenike Versuch das Schüttgut eingefüllt, mit dem Hänger und den Gewichten belastet, und dann mit der Kraft Sw geschert. Zu Beginn des Scherens wird der Ring (3) leicht angehoben, um Reibung zwischen Ring und Wandprobe zu vermeiden.

 

 

 

 

 

1 geschlossener Bodenring, 2 Sockel, 3 Scherring, 4 (Scher-)Deckel, 5 Zentrierspitze, 6 (Scher-)Bügel, 7 (Distanz-)Stift, 8 Scherstift, 9 Wandprobe

Literatur

[1] Molerus, O. (1985) Schüttgutmechanik, Springer-Verlag.
[2] Schwedes, J., Schulze, D. (2006) Lagern und Fließen von Schüttgütern. Hochschulkurs. Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, TU Braunschweig.
[3] Jenike, A.W (1961) Gravity Flow of Bulk Solids. University of Utah, Eng. Exp. Station, Bulletin No. 108.