Massenfluss und Kernfluss im Silo
Beim Massenfluss ist beim Entleeren das gesamte Schüttgut in Bewegung – was zuerst eingefüllt wurde, fließt auch zuerst aus. Beim Kernfluss fließt nur ein Kanal über dem Auslauf, das Schüttgut an den Wänden bleibt in Ruhe. Welches Fließprofil sich einstellt, hängt von Trichterneigung, Wandreibung und innerer Reibung des Schüttguts ab.
Aus gemessenem effektivem Reibungswinkel und Wandreibung berechnen wir die Trichterneigung, die für Massenfluss erforderlich ist.
Vorteile des Massenflusses gegenüber Kernfluss
Für kohäsive, entmischungsempfindliche oder alterungsempfindliche Schüttgüter ist Massenfluss in der Regel das Auslegungsziel. Kernfluss kann bei frei fließenden, unempfindlichen Schüttgütern genügen, wenn Bauhöhe oder Verschleiß den steilen Trichter nicht erlauben.
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Massenfluss Das gesamte Schüttgut ist in Bewegung – first in, first out.
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Kernfluss Nur ein Kern fließt, an den Trichterwänden bleiben tote Zonen liegen.
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Schachtbildung Im Kernfluss kann ein stabiler Schacht stehen bleiben.
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Brückenbildung Bei zu kleinem Auslauf in beiden Fließprofilen möglich.
| Merkmal | Massenfluss | Kernfluss |
|---|---|---|
| Bewegtes Schüttgut | gesamter Inhalt | nur ein Fließkanal über dem Auslauf |
| Verweilzeit | gleichmäßig, first in – first out | sehr unterschiedlich, tote Zonen |
| Entmischung | gering, Austrag in Einfüllreihenfolge | ausgeprägt, Feingut und Grobgut getrennt |
| Schachtbildung | nicht möglich | möglich bei kohäsivem Schüttgut |
| Entleerung | vollständig | Restmengen, Anbackungen und Alterung |
| Austrag | gleichmäßig und gut dosierbar | schwankend, Gefahr des Schießens feiner Schüttgüter |
| Wandlasten | Lastspitze am Übergang Schaft/Trichter | unsymmetrisch bei außermittigem Fließkanal |
| Bauform | steiler Trichter, größere Bauhöhe, Verschleiß an der Trichterwand | flacher Trichter, geringere Bauhöhe |
Grenzkriterium für Massenfluss
Kritische Trichterneigung
Massenfluss stellt sich ein, wenn der Trichter steil genug und die Wandreibung gering genug ist. Die kritische Trichterneigung βkrit gegen die Vertikale hängt vom effektiven Reibungswinkel φe des Schüttguts, vom Wandreibungswinkel φw auf dem Trichtermaterial und von der Trichterform ab: keilförmige Trichter mit Schlitzauslauf erreichen Massenfluss bei flacheren Neigungen als konische Trichter.
Ein Abstand zur Grenze ist sinnvoll, weil die Wandreibung im Betrieb durch Verschleiß, Anbackungen oder Zeitverfestigung zunehmen kann.
Nach DIN EN 1991-4 und nach Jenike
DIN EN 1991-4 gibt im informativen Anhang F (Bild F.1) eine vereinfachte, auf der sicheren Seite liegende Abgrenzung von Massen- und Kernfluss über den halben Scheitelwinkel β und den Wandreibungskoeffizienten μh des Trichters. Zwischen den beiden Grenzlinien kann Massen- oder Kernfluss auftreten – das Fließprofil hängt dort von weiteren Parametern ab.
Diese Lücke schließt das Grenzkriterium nach Jenike, das den gemessenen effektiven Reibungswinkel einbezieht. Das Berechnungstool zeigt beide Bewertungen für Ihre Trichtergeometrie.
Messungen zur Auslegung auf Massenfluss
Für das Grenzkriterium entscheidend sind die innere Reibung des Schüttguts und die Wandreibung auf dem Material, aus dem der Trichter gebaut werden soll.
| Messung | Kennwerte | Verwendung |
|---|---|---|
| Fließort | effektiver Reibungswinkel φe, Fließfunktion σc(σ1) | kritische Trichterneigung, Brückenbildung |
| Wandreibung | Wandreibungswinkel φw, Wandreibungskoeffizient μ auf dem Trichtermaterial | kritische Trichterneigung, Vergleich von Wandmaterialien |
| Kompressionsdichte | Dichtefunktion ρb(σ) | Spannungen im Trichter |
| Zeitverfestigung | Wandreibung und Fließort nach Lagerzeit (optional) | Fließprofil nach Stillstand |
Maßnahmen zur Sicherstellung des Massenflusses
Massenfluss entsteht aus dem Zusammenspiel von Geometrie, Wandmaterial, Austrag und Betrieb – fehlt ein Element, stellt sich trotz steilem Trichter Kernfluss ein.
- TrichtergeometrieTrichterneigung steiler als βkrit mit Abstand zur Grenze; keilförmige Trichter, wo die Bauhöhe begrenzt ist.
- WandmaterialGlatte, verschleißarme Oberflächen oder Beschichtungen mit geringer Wandreibung und Adhäsion.
- AuslaufGrößer als der kritische Auslaufdurchmesser gegen Brückenbildung.
- AustraggerätAbzug über den gesamten Auslaufquerschnitt, kein einseitiger oder punktueller Abzug.
- BefüllungZentrisches Befüllen, um Entmischung und exzentrische Lasten zu vermeiden.
- ProduktwechselBei neuem Schüttgut Fließort und Wandreibung messen und das Grenzkriterium für das vorhandene Silo neu prüfen.
Häufige Fragen zu Massenfluss und Kernfluss
- Welche Messungen braucht das Grenzkriterium für Massenfluss?
- Fließorte für den effektiven Reibungswinkel φe und die Wandreibung auf dem vorgesehenen Trichtermaterial für den Wandreibungswinkel φw bzw. den Wandreibungskoeffizienten μ. Mehrere Wandmaterialien lassen sich direkt vergleichen.
- Reicht ein ausreichend steiler Trichter für Massenfluss?
- Nicht allein. Das Austraggerät muss Schüttgut aus dem gesamten Auslaufquerschnitt abziehen, und der Auslauf muss größer sein als der kritische Auslaufdurchmesser gegen Brückenbildung. Zieht das Austraggerät nur aus einem Teil des Auslaufs ab, entsteht trotz steilem Trichter Kernfluss.
- Warum sind die Lasten im Massenfluss teilweise höher?
- Beim Entleeren im Massenfluss entsteht am Übergang vom Schaft zum Trichter eine Lastspitze. DIN EN 1991-4 berücksichtigt das bei den Trichterlasten; das Berechnungstool weist die Lasten für Füllen und Entleeren aus.
- Kann sich das Fließprofil im Betrieb ändern?
- Ja. Nimmt die Wandreibung durch Verschleiß, Anbackungen oder Zeitverfestigung an der Wand zu, kann ein für Massenfluss ausgelegtes Silo in Kernfluss übergehen. Messungen der Wandreibung mit Zeitverfestigung zeigen, wie viel Abstand zur Grenze nötig ist.
Silo auf Massenfluss auslegen lassen
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- Effektiver Reibungswinkel und Wandreibung auf Ihrem Trichtermaterial
- Grenzkriterium nach Jenike und nach DIN EN 1991-4, Anhang F
- Vergleich mehrerer Wandmaterialien