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Foschung

Warum das Gummibärchen nicht in die Knie geht

Die Grazer Hightech-Firma Anton Paar sorgt mit raffinierten Rheometern dafür, dass sich Lebensmittel wie gewünscht benehmen. Lacke, Zahnpasta und Schoko werden so auf Zähigkeit geprüft. Nun wird auch Pulver untersucht.

Typisches Rheometer
Typisches Rheometer © Paar/(c) Croce & Wir
 

Es sind auf den ersten Blick eher kompakte Geräte: Die Rheometer, die von der Grazer Hightech-Firma Anton Paar entwickelt werden. Es geht um die Messung von Zähigkeit, Fließfähigkeit, Verformbarkeit und Elastizität von Flüssigkeiten und Festkörpern. Die Geräte haben es in sich: Denn wie misst man Zähflüssigkeit überhaupt und wie stellt man sie dann dar?  Wie kann man Verformbarkeit charakterisieren?


In den Rheometern werden die Proben fixiert und dort mittels eines Motors zu Drehschwingungen angeregt. Gemessen wird dabei trickreich, wie der Stoff auf diese Anregung reagiert. Daraus entsteht eine Art Frequenzkurve, die man weiter analysieren kann. Daraus kann man zum Beispiel erkennen, wann ein Material die Fließgrenze überschreitet.


Die Anwendungsbereiche der Rheometer sind unglaublich weitgespannt: „Die wichtigsten Anwendungen sind in der Lebensmittelindustrie, im Bereich Kosmetika und bei den Polymeren“, erklärt Siegfried Mioschek, Entwicklungsleiter Rheometrie.


Ein paar Beispiele: Wie muss das Ketchup-Rezept beschaffen sein, damit es einerseits richtig aus der Flasche kommt, andererseits auf den Pommes verbleibt und nicht zwischen ihnen durchrinnt? Wie kann man in der Lebensmittelproduktion überprüfen, dass der Teig für die Keksherstellung die richtige Konsistenz hat?
Wie überprüft man, dass Gummibärchen genau so zubereitet werden, dass sie im feuchten, warmen Mund nicht zu früh „in die Knie gehen“ und in der Hand schon gar nicht? Wie sorgt man dafür, dass Schokolade genau im richtigen Maß zergeht? Wie garantiert man, dass Zahnpasta vernünftig aus der Tube kommt? Wie stellt man sicher, dass Lacke versprüht werden können? Wie charakterisiert man Schmieröle?


Zusatzgeräte


Es ist klar, dass diese Messungen ganz unterschiedliche Anforderungen an die Messgeräte stellen. Deshalb bestehen die Rheometer zwar aus einer Grundeinheit, werden aber durch Dutzende verschiedene Zusatzmodule optimal an die Messaufgaben angepasst. Denn die Produkte werden unter verschiedensten Bedingungen getestet: bei unterschiedlichen Temperaturen, unter Druck, bei unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit, bei Einfluss von Licht oder UV-Strahlung und vielem mehr.


Drei Anwendergruppen benützen die Rheometer, erklärt Mioschek: „Zum einen die Forschung, die neue Materialien untersucht und sie charakterisieren will.“ Zum anderen werden die Geräte in der industriellen Produktentwicklung verwendet, um bessere Produkte zu finden. Drittens helfen Rheometer bei der Qualitätskontrolle in der Produktion selbst.


Zuletzt ist den Forschern bei Anton Paar ein echter Durchbruch gelungen: Sie können jetzt auch bei Pulvern die Fließfähigkeit messbar machen. Das ist keineswegs trivial: Während der Messung muss gezielt und kontrolliert Luft eingeblasen werden; das Pulver darf aber nicht in die Umwelt gelangen. „Pulver werden in vielen Industrien eingesetzt. Kann man die Fließfähigkeit genau charakterisieren, werden die Produktionsprozesse effizienter und kostengünstiger“, erklärt Elke Riedl, Produktmanagerin für Pulverrheometer. Die vielleicht wichtigste künftige Anwendung: der Qualitätscheck bei Pulvern für die neue 3D-Laserdrucker-Technologie.

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