Gleitrohr-Rheometer

Hochviskose Medien, auch Dickstoffe genannt, erhalten durch Modifikation der Zusammensetzung veränderte Eigenschaften bei der Förderung durch Rohrleitungen. Diese führen zu unterschiedlichem Druck- und Leistungsbedarf, welcher Auswirkungen auf die Auslegung von Pumpanlagen hat. Um die Fließeigenschaften im Vorfeld zu bestimmen, bedarf es bisher spezieller Erfahrung und Messverfahren. Die bekannten Messverfahren liefern jedoch auf Grund der immer komplexer werdenden Zusammensetzungen der Dickstoffe keine verlässlichen Aussagen bzw. sind nicht praktikabel zur breiten Anwendung. Daher wird weltweit verstärkt Aufwand in Kauf genommen, um mit Hilfe von Pumpversuchen verlässliche Prognosen abgeben zu können. Diese Probleme wurden durch die Entwicklung eines neuen Verfahrens gelöst, so dass nun durch vergleichsweise einfache Messungen im Labor die Bestimmung der Eigenschaften von Dickstoffen möglich ist. Hierzu wurde zunächst ein Lastenheft erstellt, welches die zu erfüllenden Randbedingen enthält. Materialtechnische Grundlagen und theoretische Modelle zur Rheologie mit Bezug auf den Dickstoff Beton zeigen den aktuellen Stand der Theorie. Zur Verbreiterung des Themas folgen zusätzliche Betrachtungen zum Medium Klärschlamm. Die Beschreibung üblicher Messverfahren stellt den Stand der Technik dar, welcher im Hinblick auf die Aufgabenstellung bewertet wird. Die Schlussfolgerung, dass ein entsprechendes System fehlt, mündet in der Entwicklung und Erprobung eines neuen Verfahrens. Die mathematischen Zusammenhänge werden dazu mit Bezug auf Bingham- Eigenschaften hergeleitet. Kern des Verfahrens ist ein im Rahmen der Arbeit entwickeltes Messgerät. Das Messgerät ist aufgebaut aus einem stehenden Kolben, über den ein Rohr vertikal nach unten gleitet. Dabei übt der im Rohr befindliche Dickstoff einen dynamischen Druck auf den Sensor im Kolben aus. Auf Grund des Bewegungsablaufes - des abwärts gleitenden Rohres - entstand der Name Gleitrohr - Rheometer. Durch die Verwendung verschiedener Massen wird die Gleitgeschwindigkeit variiert. Mittels Druck- und Wegmessung wird beim Gleitrohr - Rheometer die Abhängigkeit zwischen Förderdruck und Fördermenge in mehreren Punkten bestimmt und ist somit für alle nicht thixotropen Dickstoffe anwendbar. Mit Hilfe der entwickelten Gleichungen werden aus den Messwerten Beiwerte als Äquivalente für die Fließgrenze und die plastische Viskosität von Bingham- Medien ermittelt. Die Beiwerte ermöglichen über die Gleichungen eine Prognose des Druckbedarfes und somit auch der erforderlichen Leistung einer Pumpanlage zur Förderung von Dickstoffen in Rohren. Validiert wurde das Verfahren für Dickstoffe an den Beispielen Beton und Klärschlamm. Umfangreiche Versuche im Labor und in der Praxis bestätigten die Plausibilität des Verfahrens. Mit dem Verfahren des Gleitrohr - Rheometer ist es nun erstmalig möglich, die Fließeigenschaften von Dickstoffen in Rohrleitungen bereits im Labor mit wenig Aufwand zu bestimmen. Das System ist so konzipiert, dass es als Basis für eine Standardisierung und Normung auf diesem Gebiet geeignet und verwendbar ist.