Schüttwinkel

Schüttwinkel von Schüttgütern: Messung und Kennwerte

Der Schüttwinkel – in DIN EN 1991-4 Böschungswinkel – ist der Neigungswinkel eines frei aufgeschütteten Schüttgutkegels gegenüber der Horizontalen. Er beschreibt das lose, unverdichtete Schüttgut.

Für niedrige und mittelschlanke Silos (hc/dc < 2) geht er in die Silolasten nach DIN EN 1991-4 ein; daneben dient er als einfacher Vergleichswert der Fließfähigkeit.

φAR h d Rieseltrichter tan φAR = 2h / d
Schüttwinkelmessung (schematisch): Das Schüttgut rieselt aus einem Trichter auf eine Grundplatte mit festem Durchmesser d, bis der Kegel überläuft. Aus der Kegelhöhe h ergibt sich der Schüttwinkel φAR (DIN EN 1991-4: φr).
Kennwerte

Kennwerte aus der Schüttwinkelmessung

Jede Messreihe liefert die Einzelwerte, ihren Mittelwert und die Streuung.

Kennwert Formelzeichen in DIN EN 1991-4 Verwendung
Schüttwinkel φAR φr Schüttkegel, Silolasten niedriger und mittelschlanker Silos
Kegelhöhe hpeak – Berechnung des Schüttwinkels
Mittelwert und Standardabweichung φAR,avg, SDAR – Vergleich von Schüttgütern und Chargen
Messung

Durchführung der Schüttwinkelmessung

Gemessen wird nach DIN ISO 4324 bzw. ASTM D6393 unter reproduzierbaren Bedingungen, damit die Ergebnisse vergleichbar sind.

  1. Aufschütten Das Schüttgut rieselt aus einem Trichter auf eine Grundplatte mit festem Durchmesser.
  2. Schüttkegel Es wird aufgeschüttet, bis der Kegel über den Rand der Platte überläuft.
  3. Kegelhöhe Die Höhe der Kegelspitze über der Platte wird gemessen.
  4. Schüttwinkel Aus Kegelhöhe und Plattendurchmesser ergibt sich der Schüttwinkel; die Messung wird mehrfach wiederholt.

Berechnung

Bei festem Plattendurchmesser d und gemessener Kegelhöhe h gilt tan φAR = 2h / d. Aus den Einzelmessungen werden Mittelwert und Standardabweichung gebildet.

Prüfbericht und Kundenportal

Im Prüfbericht stehen alle Einzelwerte mit Kegelhöhe und Schüttwinkel, der Mittelwert mit Standardabweichung, die Einteilung der Fließfähigkeit und die Kegelprofile. Im Kundenportal lassen sich verschiedene Messungen gegenüberstellen und vergleichen.

Schüttwinkel-Prüfbericht nach DIN ISO 4324 mit Einzelwerten, Mittelwert, Einteilung der Fließfähigkeit und Kegelprofilen
Auszug aus einem Schüttwinkel-Prüfbericht (Beispiel).
Siloauslegung

Böschungswinkel nach DIN EN 1991-4

Niedrige und mittelschlanke Silos

Beim Befüllen bildet sich im Silo ein Schüttkegel. Seine Höhe hängt vom Böschungswinkel φr und von der Lage der Einfüllstelle ab und bestimmt die äquivalente Schüttgutoberfläche, von der aus die Fülldrücke berechnet werden. In schlanken Silos ist dieser Anteil gering, in niedrigen und mittelschlanken Silos (hc/dc < 2) dagegen maßgebend – dort bestimmen wir den Schüttwinkel deshalb zusätzlich zu den Kennwerten der Siloauslegung.

Grobkörnige Schüttgüter ohne Feinanteile

Bei grobkörnigen Schüttgütern ohne Feinanteile, etwa Erbsen, Bohnen oder Kartoffeln, lassen sich Wandreibung und innere Reibung nicht ohne Weiteres bestimmen. DIN EN 1991-4 setzt hier für den Winkel der inneren Reibung den Böschungswinkel eines locker aufgeschütteten Schüttgutkegels an.

Schüttwinkel und Scherversuch

Bei frei fließenden, kohäsionslosen Schüttgütern entspricht der Schüttwinkel dem Winkel der inneren Reibung und dem effektiven Reibungswinkel aus dem Fließort. Das kann unter anderem zur Validierung eines Schergeräts dienen.

Zusammenfassung der Schüttgutmessungen eines kohäsionslosen Mineralgesteins: effektiver Reibungswinkel, Winkel der inneren Reibung und Schüttwinkel nahezu gleich
Ausschnitt aus der Online-Auswertung (Beispiel, kohäsionsloses Mineralgestein): effektiver Reibungswinkel 35,6°, Winkel der inneren Reibung 35,3–35,5°, Schüttwinkel 35,5°.
Fließfähigkeit

Einteilung der Fließfähigkeit nach dem Schüttwinkel

Je kleiner der Schüttwinkel, desto besser fließt das lose Schüttgut. Die übliche Einteilung nach USP 1174, wie sie auch im Prüfbericht ausgewiesen wird:

Schüttwinkel Fließeigenschaften
25 – 30° hervorragend
31 – 35° gut
36 – 40° mittelmäßig – keine Austraghilfe erforderlich
41 – 45° ausreichend – kann hängen bleiben
46 – 55° schlecht – Rühren oder Vibrieren erforderlich
56 – 65° sehr schlecht
≥ 66° sehr, sehr schlecht

Für die Siloauslegung und die Beurteilung von Fließproblemen kohäsiver Schüttgüter ersetzt der Schüttwinkel nicht die Messung von Fließort und Fließfähigkeit ffc.

Häufige Fragen

Häufige Fragen zur Schüttwinkelmessung

Wann wird der Schüttwinkel für die Siloauslegung benötigt?
Für niedrige und mittelschlanke Silos (hc/dc < 2): Dort bestimmt der Schüttkegel die Lage der äquivalenten Schüttgutoberfläche und damit die Silolasten nach DIN EN 1991-4. Bei grobkörnigen Schüttgütern ohne Feinanteile, etwa Erbsen, Bohnen oder Kartoffeln, setzt die Norm zudem den Böschungswinkel als Winkel der inneren Reibung an.
Ersetzt der Schüttwinkel die Fließortmessung?
Nein. Der Schüttwinkel beschreibt das lose, unverdichtete Schüttgut. Für frei fließende, kohäsionslose Schüttgüter stimmt er mit dem Winkel der inneren Reibung und dem effektiven Reibungswinkel aus dem Fließort überein. Bei kohäsiven Schüttgütern hängt das Fließverhalten dagegen von der Verfestigung ab – Silolasten, Massenfluss und Brückenbildung werden deshalb aus dem Fließort bestimmt.
Wie oft wird der Schüttwinkel gemessen?
Die Messung wird mehrfach wiederholt; im Prüfbericht stehen alle Einzelwerte, der Mittelwert und die Standardabweichung.
Wie lange dauert die Messung?
In der Regel liegen die Ergebnisse ca. zwei Wochen nach Probeneingang vor – je nach Laborauslastung und Anzahl der Proben. Versuche zur Zeitverfestigung können die Regellaufzeit entsprechend erhöhen.

Schüttwinkel messen lassen

Beschreiben Sie uns Ihr Schüttgut und die Anwendung – wir erstellen Ihnen ein unverbindliches Angebot, auf Wunsch zusammen mit den Kennwerten für die Siloauslegung.

  • Schüttwinkel nach DIN ISO 4324 bzw. ASTM D6393
  • Böschungswinkel φr für niedrige und mittelschlanke Silos
  • Ergebnisse online im Kundenportal und als Prüfbericht