Austraghilfen - Lehrstuhl Mechanische Verfahrenstechnik

215 

6 Auslegung und Einsatz von Austraghilfen 215 

6.1 Einleitung und Überblick ............................................................. 215 

6.2 Zugabe von Fließhilfsmitteln ....................................................... 218 

6.3 Vergröberung der Produkte (Agglomeration).............................. 218 

6.4 Auskleidungen und Einbauten ..................................................... 218 

6.5 pneumatische Austraghilfen ......................................................... 220 

6.6 Schwingende Austraghilfen ......................................................... 222 

6.7 mechanische Austraghilfen .......................................................... 223 

6.8 Anordnung von Austraghilfen bei Zeitverfestigungen ................ 224 

6.8.1 Auslaufweite für die maximale Lagerzeit in Ruhe 224 

6.8.2 Wahl der Auslaufweite b min (t = 0) 

6.8.3 Wahl der Auslaufweite b min,0 = b min (t = 0) 226 

6.8.4 Unterschreitung der Mindestauslaufweite b 2 

6 Auslegung und Einsatz von Austraghilfen 

- Gliederung, Bild F 6.1 

6.1 Einleitung und Überblick 

Austraghilfen und selbstverständlich auch Austraggeräte, siehe Abschnitt 7. 

Schüttec_7.doc, beeinflussen den Schüttgutfluß im Silo und sind neben der 

Silogeometrie für eine befriedigende Funktion eines Silos mitverantwortlich. 

Daher sind sie unter Berücksichtigung des Fließverhaltens des jeweils 

zu handhabenden Schüttgutes auszuwählen und anzuordnen. Die verfahrenstechnische 

Siloauslegung, die die Trichtergeometrie (Wandneigung, Auslaufweite) 

für einen störungsfreien Silobetrieb angibt (z.B. keine Brückenoder 

Schachtbildung; Erreichen von Massenfluß; Vermeidung von Entmischung; 

gleichmäßiger Schüttgutfluß), liefert die dazu notwendigen Daten, 

siehe Abschnitt 4. Schüttec_4.doc. Daneben spielt die Gestaltung von 

Austraggeräten und Austraghilfen eine wesentliche Rolle. Bei Austraggeräten 

ist es wichtig, daß diese das Schüttgut über dem gesamten Auslaufquerschnitt 

entnehmen und nicht nur einseitig abziehen. 

Einige Austraggeräte wirken gleichzeitig als Austraghilfen, so daß sie beiden 

Oberbegriffen zugeordnet werden können. Hierzu gehört z.B. ein 

Räumarm, der sich oberhalb des Silobodens um die Siloachse dreht und 

dabei das Schüttgut in eine Auslauföffnung in der Mitte des Silobodens unterhalb 

eines (feststehendes oder rotierenden) Kegels transportiert. Ein weiteres 

Beispiel sind Schwingtrichter, die durch die Vibrationen als Austrag- 

Schüttec_6 VO Partikelmechanik und Schüttguttechnik, Autraghilfen, Jürgen Tomas 05.06.2013

hilfe das Schüttgut zum Fließen anregen und gleichzeitig als Austraggerät 

zur Begrenzung des Massenstromes dienen. 

Tabelle 6.1: Austraghilfen für die Erhöhung der Bunkeraktivität (= aktive 

am Fließen beteiligte Volumenanteil des Füllvolumens = 100% für Massenfluß) 

und zur Vermeidung von Brückenbildung, Bild F 6.2 

Austraghilfen 

Vermeidung 

Brückenbildung 

Verbesserung 

Fließfähigkeit 

des Schüttgutes 

Wandauskleidungen 

und 

Beschichtungen 

216 

Verfahrenstechnische Aufgabenstellung 

Vergrößerung 

der 

Fließzone 

Vermeidung 

Schachtbildung 

Fließhilfsmittel (Gleit- und X X X 

Dispergiermittel) 

Agglomeration X X X 

Gleitfähige Anstriche, Wandbeschichtungen 

X X - 

Starre Platten X X - 

Flexible Wände (X) (X) X 

Starre Einbauten Kegel, Dächer, Balken, Gitter, 

Trichter 

Gleichmäßige Luftzufuhr 

(pneumat. Austragböden) 

Pneumatische 


Schwingende 


Rotierende 


Austraggeräte 

als zusätzliche 


(X) teilweise wirksam 

X X - 

X X X 

Bunkerkissen, Belüftungsschläuche, 

- (X) X 

-kästen, -pfeifen 

Schlagart. Luftzufuhr (Druckluftdüsen, 

- X X 

-lanzen, -kanonen) 

Gasdruckstöße durch gezielte 

Explosionen 

- X X 

Außenvibratoren, Rüttler, - (X) X 

Klopfer 

im Bunker angebracht (z.B. (X) (X) X 

Vibrationsroste, -kegel) 

Bodendurchschlaggeräte - - X 

Schwingende Auslauftrichter X X X 

Flexible Räumarme - (X) X 

Drehbalken-, Flügelrührer, (X) - X 

Dreharm-, Blatt-, o. 

Pflugscharrührer 

Paddelwelle (X) - X 

Räumarme in konvergenten X X X 

oder divergenten Trichtern 

Bunkerentleerungswagen X X X 

Verfahrbare Austragschnecken 

X X X 

Austraghilfen im eigentlichen Sinn sind alle Einbauten, Geräte, Maschinen 

und Maßnahmen zur Verbesserung des Schüttgutflusses. Man kann sie unterteilen 

in, Tabelle 6.1, Bild F 6.2 


217 

(1) Verbesserung der Fließeigenschaften des Schüttgutes (Additive, 

Fließhilfsmittel, Gleit- und Dispergiermittel, Antibackmittel) und Granulierung. 

(2) Auskleidungen, 

(3) Silobehältereinbauten, 

(4) pneumatische Austraghilfen (z.B. kontinuierliches und diskontinuierliches 

Einblasen von Luft), 

(5) schwingende Austraghilfen (z.B. mit Klopfer oder Rüttler, kontinuierliche 

und diskontinuierliche Einleitung von Vibrationen in das Schüttgut 

über die Silowände oder über im Silo angeordnete Einbauten), 

(6) mechanische Austraghilfen (Drehbalkenrührer, Flügelrührer u.ä.), 

(7) Austraggeräte als zusätzliche Austraghilfen. 

Sowohl Austraghilfen als auch Austraggeräte dienen dazu, den Schüttgutfluß 

in und aus einem Silo zu unterstützen bzw. anzuregen. Dabei werden 

die Austraggeräte vor allem zur gesteuerten und gegebenenfalls geregelten 

oder dosierten Entnahme des Schüttgutes (bis hin zum Absperren der 

Auslauföffnung) benutzt. Demgegenüber haben Austraghilfen vor allem die 

Aufgabe, den Schüttgutfluß im Silo zu verbessern, d.h. Ändern des Fließprofils 

von Kernfluß in Massenfluß, Bild F 1.5 Schüttec_1.doc - Fließprofile 

und Bild F 6.8, bzw. bei Brücken- oder Schachtbildung das Fließen überhaupt 

erst anzuregen. 

Wie schon im Abschnitt 4.1 Schüttec_4.doc - bmin_numerisch kurz erwähnt, 

kann der im Bunker vielfach angestrebte Massenfluß durch dessen 

fließgerechte Gestaltung oder auch durch zusätzliche Austraghilfen gewährleistet 

werden. Auf letztere muß man vor allem dann zurückgreifen, 

wenn sich die für den Massenfluß notwendigen Trichterneigungswinkel und 

Weiten der Auslauföffnung konstruktiv nicht oder nur mit nicht vertretbarem 

technischen und wirtschaftlichen Aufwand realisieren lassen. 

Darüber hinaus besteht manchmal die Aufgabe, die Bunkeraktivität, d.h. 

das Verhältnis des Volumens der Fließzone zum gesamten Behältervolumen, 

in bestehenden Kernflußbunkern zu erhöhen und auftretende Betriebsstörungen 

infolge von Brücken- und/oder Schachtbildung zu beseitigen. Für 

die Lösung dieser Aufgaben bedient man sich vielfältiger Austraghilfen, 

Tabelle 6.1. Nachfolgend soll auf einige Austraghilfen, die eine wesentliche 

Erhöhung der Bunkeraktivität und damit meist verbunden auch Massenfluß 

bewirken, etwas näher eingegangen werden. 


6.2 Zugabe von Fließhilfsmitteln 

218 

Zu den Austraghilfen im weiteren Sinn zählt auch die Änderung der Fließeigenschaften 

eines Schüttgutes, z.B. durch Fluidisieren des Schüttgutes oder 

Zugabe von Fließhilfsmitteln. Diese Additive, Gleit- und Dispergiermittel 

oder Antibackmittel beeinflussen die Haftkräfte zwischen den Partikeln, z.B. 

durch 

‣ hydrophobe Oberflächenfilme bei feuchten wasserlöslichen Schüttgütern 

(Antibackmittel), 

‣ wasseradsorbierende (wasserbindende) Oberflächenbeschichtungen mit 

feinsten Partikeln sehr großer spezifischer Oberfläche (z.B. Magnesiumoxid, 

Aerosil A S,m ≈ 300 m 2 /g und mehr), 

‣ Erhöhung der Partikelabstände (Magnesiumoxid, Aerosil), 

‣ Unmittelbare Beeinflussung der Stoffkonstanten der Partikelhaftkräfte 

(Dispergiermittel). 

Grundlagen siehe dazu auch Abschnitt 3.1.3 Schüttec_3.doc#FH0, und 

..\VO_MVT_Neu\MVT_e_6neu.doc#FH0_hr_min_FH0 Abschnitt 6.1.1.2.8. 

- Wirkung des Fließhilfsmittels auf den Schüttkegel und die Verfestigungsfunktion 

eines technischen Produktes, siehe Bild F 6.3 

6.3 Vergröberung der Produkte (Agglomeration) 

- Wirkprinzipien der Aufbauagglomeration, siehe Bild F 6.4 

- Wirkprinzipien und Mikroprozesse der Pressagglomeration, siehe 

Bild F 6.5 

- Kompaktierfunktion der Pressagglomeration, siehe Bild F 6.6 

6.4 Auskleidungen und Einbauten 

Liegen ungünstige Wandreibungsverhältnisse vor, so ist zunächst die Möglichkeit 

einer Auskleidung bzw. Beschichtung, insbesondere des Bunkertrichters, 

zu prüfen, Bild F 6.7. Die Auswirkungen eines verringerten Wandreibungswinkels 

ϕ w auf den Trichterneigungswinkel θ zeigen die Bilder F 

4.3 Schüttec_4.doc - MF_KF_Grenze_kon und F 4.4 Schüttec_4.doc - MF_- 

KF_Grenze_keilf. Es empfiehlt sich, mit den zur Diskussion stehenden 

Werkstoffen oder Beschichtungen die Wandfließorte, mittels Scherzellen 

aufzunehmen. Bisher haben sich rostfreie Stähle, Keramikfliesen, Schmelzbasaltsteine, 

insbesondere aber Kunststoffe, z.B. ultrahochmolekulares und 

damit sehr schlagzähes Niederdruck-Polyäthylen (UHMW-PE, Bild F 6.7) 


219 

und verschleißhemmende Epoxydharzbeschichtungen sowie ggf. Elastomere 

(Polyurethane, Gummiauskleidungen) bewährt. Bei feuchten, kohäsiven bis 

sehr kohäsiven Schüttgütern (z.B. Rohbraunkohle w = m W /m ges ≈ 50%, nasse 

Filterkuchen und Klärschlämme) empfiehlt sich die Anwendung 

unpolarer hydrophober Polymere, wie Polyäthylen (PE), Polypropylen (PP) 

u.a.m. 

Das hinsichtlich seiner anti-adhäsiven Oberflächeneigenschaften sehr bekannte 

Polytetrafluoräthylen erweist sich im rauhen Schüttgutbetrieb als 

sehr verschleißempfindlich und hat sich deswegen nicht bewährt. Relativ 

dünne Anstriche haben sich wegen ihrer zu hohen Verschleißempfindlichkeit 

ebenfalls nicht bewährt. 

Der Widerstandsfähigkeit der Schüttgut-Wandwerkstoffpaarung gegen Prallund 

insbesondere Gleitverschleiß beim Füllen (hohe Aufprallgeschwindigkeiten) 

und Entleeren (ständiges Abgleiten an der Wand bei Massenfluß) ist 

folglich eine sehr hohe Aufmerksamkeit zu schenken. Aus diesem Grunde 

müssen auch die Befestigungen der Wandwerkstoffe besonders geschützt 

werden, z.B. die Verschraubungen der PE-Platten durch überlappende Anordnung 

der Platten, Unterschneidungen oder Schutzbleche, Bild F 6.7. 

Eine Erhöhung der Bunkeraktivität läßt sich auch durch Einbauten im Auslauftrichter 

erreichen, Bild F 6.8. Diese werden unter Berücksichtigung der 

Form des Austragtrichters als Kegel, Pyramide, Doppelkegel bzw. –pyramide, 

horizontale Kreisplatte u.a.m. starr oder höhenverstellbar ausgebildet. 

Dadurch entstehen um den Einbau eine schlitzartige Austragöffnung sowie 

ein „ebener“ Fließzustand. Hierbei bewirken deutlich größere Trichterneigungswinkel 

θ im Vergleich zum axialsymmetrischen Zustand noch Massenfluß. 

Die Schlitzweite b s muß mindestens b min nach Gl.(4.14) Schüttec_- 

4.doc - bmin entsprechen, da sonst Brückenbildung zwischen Einbau und 

Trichterwand auftritt. Zu hoch eingebrachte Einbauten sind unwirksam. 

Bild F 6.8.d zeigt einen starren Einbautrichter, der auch als sog. „Binsert" 

bezeichnet wird. Um in einem Trichter mit Einbautrichter Massenfluß zu 

erreichen, ist die Neigung des Einbautrichters entsprechend der eines konischen 

(axialsymmetrischen) Massenflußtrichters θ G, kon zu wählen. Der Neigungswinkel 

des äußeren Trichters gegen die Vertikale darf den doppelten 

Wert 2⋅θ G, kon aufweisen. Mit Hilfe des Einbautrichters läßt sich - wie im 

Bild F 6.8.d verdeutlicht - die Höhe eines Massenflußtrichters gegenüber der 

eines Massenflußtrichters ohne Einbautrichter (gestrichelte Begrenzungslinie) 

bei ansonstem gleichen Füllvolumen deutlich verringern. Dieser Einbautrichter 

bietet sich auch zur Sanierung oder zum Umbau eines Kernflußsilos 

zu einem Massenflußsilo an. 


220 

Einbauten tragen auch zur Druckentlastung der Austraggeräte bei. Jedoch 

müssen sie und ihre Auflager damit selbst erhebliche Druckbelastungen aufnehmen. 

Deshalb sind die durch Einbauten veränderten Bunkerdrücke zu 

beachten, siehe auch Abschnitt 5.2.2 Gl.(5.34) u.a. Schüttec_5.doc - pv_- 

Trichter. Durch unsachgemäßen Einbau kann anstatt einer Erhöhung der 

Bunkeraktivität auch die gleichmäßige Ausbildung der Fließzone erheblich 

beeinträchtigt werden. 

6.5 pneumatische Austraghilfen 

Für das Gewährleisten des Austrages feinkörniger kohäsiver, jedoch 

fluidisierbarer, trockener Schüttgüter, siehe Schüttec_3.doc – Fluidisierbarkeit_Geldart 

Gruppe B-Verhalten, haben sich auch Bunker bewährt, die 

entweder eine Fluidisierung des gesamten Trichters Bild F 6.9.a ermöglichen, 

mit einem Belüftungsboden ausgestattet sind, Bild F 6.9.b, Belüftungskästen 

oder -pfeifen besitzen Bild.c und f. Der Bunkerboden besteht 

vollständig (Bild F 6.9.a) oder teilweise aus durchlässigen porösen Platten, 

durch die Luft mit kleinen Geschwindigkeiten kontinuierlich ausströmt und 

eine Fluidisierung des Schüttgutes bewirkt. Weiterhin sorgt die Luftströmung 

für einen Schüttguttransport in Richtung zur Austragöffnung. Die Böden 

werden gewöhnlich trichterförmig ausgebildet, wobei infolge der stark 

reduzierten Wandreibung relativ flache Trichter mit der Wandneigung θ a 

ausreichen, um das Schüttgut vollständig auszutragen. Wird neben der Speicherfunktion 

noch die Mischfunktion benötigt, so ist der Boden in Quadranten 

oder Segmente aufgeteilt, die abwechselnd belüftet werden. In der Praxis 

haben sich die pneumatischen Austragböden für feinkörnige, trockene 

fluidisierbarer Schüttgüter bewährt, siehe Schüttec_3.doc – Fluidisierbarkeit_Geldart 

Gruppe B-Verhalten. Diese Art der Belüftung ist nur bei 

feinkörnigen Schüttgütern (Partikelgrößen unterhalb etwa 100 µm) sinnvoll, 

da mit zunehmender Partikelgröße der Durchströmungswiderstand der Packung 

immer kleiner wird, siehe Abschnitt 3.6.1 Schüttec_3.doc - Druckverlust_Schüttung_1, 

so daß zum Erreichen der gewünschten Wirkung bei gröberen 

Partikeln sehr große Luftgeschwindigkeiten und damit große Luftmengen 

notwendig wären. 

Pneumatische Belüftungsböden sind vor allem dann in Erwägung zu ziehen, 

wenn das Gut pneumatisch weiter gefördert wird. Bei mechanischer Abzugsförderung 

sollten im Silo vorher Entspannungskammern angeordnet 

werden, in denen das Gut vor dem eigentlichen Austrag entlüftet wird, siehe 

auch Abschnitt 3.6.3 Schüttec_3.doc - t50_Rathbone_1. Ansonsten dürfte es 


221 

Schwierigkeiten mit solchen Abzugsförderern (Schnecken) geben, deren 

Förderprinzip auf die Anwendung der Schüttgut-Wandreibung beruht. 

Bunkerkissen, Bild F 6.9.d, dienen dem Zerstören von Gutstauungen und - 

brücken. Sie bestehen aus einer elastischen Weichgummimembran, die periodisch 

mit Frequenzen von 0,5 bis 10 min -1 mit Druckluft von 0,2 bis 0,4 

MPa bzw. 2 bis 4 bar) zu einer Halbkugel aufgeblasen werden, wodurch 

Schüttgutbrücken in Nähe der Bunkerkissen zum Einsturz gebracht werden. 

Ihre Anordnung muß wie die der Rüttler im kritischen Bunkerquerschnitt 

erfolgen, siehe Bild F 6.12.1. Problematisch ist allerdings die Haltbarkeit 

(Verschleißempfindlichkeit) und Funktionssicherheit der Bunkerkissen über 

eine längere Betriebsdauer. 

Für das Vermeiden von Anbackungen sowie von Schachtbildung hat sich 

ebenfalls die Schlauchluftauflockerung, Bild F 6.9.e, bewährt. Hierbei 

werden Gewebeschläuche, die über eine Ringleitung verbunden sind, an den 

Trichterwänden angebracht. Bei Luftbeaufschlagung dehnen sich die 

Schläuche aus, werden luftdurchlässig, fluidisieren das Gut und begünstigen 

somit die Fließfähigkeit. 

Als pneumatische Austraghilfe kann auch eine Luftlanze, Bild F 6.9.g, benutzt 

werden, bei der mittels axial und radial beweglicher Druckluftdüse 

(Druck etwa 6 bar) das Schüttgut aufgelockert wird, Diese Düse wird wenig 

oberhalb jener Stelle im Bunker angeordnet, wo Brücken- oder Schachtbildung 

häufig auftreten. 

Neben der kontinuierlichen Belüftung des Schüttgutes besteht die Möglichkeit, 

in einem Druckbehälter komprimierte Luft (Druck 6 bis 10 bar) 

schlagartig über Düsen in das Siloinnere einzuleiten, Bild F 6.10. Der daraus 

resultierende Druckstoß ist in der Lage, Schächte und Schüttgutbrücken 

zu zerstören und so das Schüttgut in Bewegung zu bringen. Entsprechende 

Austraghilfen, Bild F 6.9.h, werden als Luftkanonen oder Luftstoßgeräte 

bezeichnet. 

Zur Vermeidung stabiler Schachtbildung in einem konischen Trichter ist die 

Anordnung im Niveau des Übergangs Schacht/Trichter am wirksamsten. 

Die Düsenöffnungen sollen so orientiert sein, daß in Richtung der Auslauföffnung 

geblasen wird und die Luft das Schüttgut mitreißt und es nicht noch 

zusätzlich verfestigt, Bild F 6.10 unten. 

Bei der Anwendung von pneumatischen Austraghilfen für brenn- bzw. entzündbare 

Schüttgüter sind die entsprechenden Bestimmungen des Explosionsschutzes 

zu beachten. Beispielsweise lassen sich Luftkanonen in Kohlenstaubbunkern 

nur mit Inertgas betreiben. 

Bei ihrem Einsatz ist weiterhin zu bedenken, daß sie auch Probleme verursachen 

können (Staubentwicklung durch große Luftmenge; starke örtliche 


222 

Beanspruchung der Silowände durch Druckstoß, vor allem dann, wenn das 

Schüttgut nicht ausweichen kann; Belastung des Trichters oder Austraggeräts 

durch plötzliches Herabfallen großer Schüttgutmengen; Terziovski und 

Arnold [8] berichten über die Zerstörung eines Wiegebehälters durch eine 

überdimensionierte Luftkanone). 

Ein häufiger Anwendungsfall ist die Sanierung von Silos, die Fließprobleme 

zeigen und bei denen keine anderen Umbaumaßnahmen möglich oder sinnvoll 

sind. Für neu zu konzipierende Silos sind Luftkanonen oder Druckluftdüsen 

dann sinnvoll, wenn Schüttgüter mit ausgeprägter Zeitverfestigung zu 

lagern sind. 

Zur Beseitigung bereits gebildeter Schüttgutbrücken können Bodendurchschlaggeräte 

eingesetzt werden. Sie werden von oben angesetzt und arbeiten 

sich nach dem Drucklufthammer-Prinzip einen Kanal durch das verfestigte 

Material. Dabei wird die Brücke entweder zerstört oder das Schüttgut 

fließt durch diesen Kanal zur Auslauföffnung. 

6.6 Schwingende Austraghilfen 

Die einfachste Art einer schwingenden Austraghilfe ist das Schlagen mit 

einem Hammer gegen die Silowand. Die Weiterentwicklung dieser immer 

noch oft praktizierten, recht robusten Methode ist der nur bedarfsweise betätigte, 

elektromechanisch oder pneumatisch angeregte Klopfer. 

Die Vibrationen bewirken zuerst einmal eine Verringerung der Wandreibung. 

Damit sind zum Erreichen von Massenfluß größere Wandneigungen 

gegenüber der Vertikalen möglich. Dabei ist darauf zu achten, daß die 

Schwingungen möglichst in Wandrichtung verlaufen, weil es sonst zu einer 

Verfestigung des Schüttgutes kommt. 

Weiterhin verringern die Schwingungen die Schüttgutfestigkeit, so daß bei 

richtiger Dimensionierung Schüttgutbrücken und Schächte zerstört werden. 

Somit wird der Schüttgutfluß im Bunker verbessert sowie Brückenbildung 

und Anbackungen vermieden. Die Wirkungen der Vibrationen ist bei Frequenzen 

um 50 bis 100 Hz am besten. 

Meistens kontinuierlich betriebene Bunkerrüttler werden an der Bunkerwand 

befestigt und leiten die Schwingungen direkt an die Bunkerwand 

(Stahlbunker) oder an einen im Bunker befindlichen Schwingungserreger, 

wie z.B. spezielle, meist käfigartige Einbauten, Platten, Stäbe, Ketten u.a.m. 

(Betonbunker), ein. 

Bedeutsam ist die zweckmäßige Anordnung der Rüttler in unmittelbarer 

Nähe der wahrscheinlichen Problemstellen der Brücken- oder Schachtbildung, 

siehe auch Abschnitt 6.8 und Bild F 6.12.1. Wichtig beim Einsatz von 


223 

Rüttlern ist, daß diese nur bei geöffnetem Bunkerauslauf während des Entleerens 

zu betätigen sind. Die Schwingungsanregung in Ruhe lagernden 

Schüttgutes kann zu einer drastischen Verfestigung und damit zu Auslaufschwierigkeiten 

führen. Problematisch ist die Dimensionierung der Schwingungserreger, 

da nicht nur die Schüttguteigenschaften, sondern auch die 

mechanischen Eigenschaften der Behälterwandungen und Auflager einbezogen 

werden müssen. 

- Schwingende Austraghilfen als Vibratoren und Schwingtrichter, siehe 

Bild F 6.11 

Zunehmend werden zur Aktivierung von Bunkern schwingende Auslauftrichter 

verwendet, siehe auch Abschnitt 7.4, Bild F 7.7 Schüttec_7.doc - 

Schwingtrichter. Sie besitzen neben dem trichterförmigen Austrag ein Gleitblech, 

das die Schüttgutsäule trägt und die Schwingungen weiterleitet. Mit 

ihrer Hilfe sind Brückenbildung, Kernfluß und stoßartiges Fließen weitgehend 

vermeidbar. Dabei lassen sich relativ geringe Spaltweiten b s zwischen 

Gleitblech und Wand, geringe Öffnungsweiten b a am Auslaufstutzen sowie 

größere Neigungswinkel θ a der Austragtrichter realisieren. 

Allerdings besteht bei zu geringer Schüttgutentnahme durch den Spalt die 

Gefahr von Verdichtungserscheinungen. Für fein- bis grobkörnige trockene 

Güter verwendet man Neigungswinkel Θ a von etwa 60°. Steilere Trichter bis 

zu 30° haben sich für feuchte Güter bewährt. Schwingende Auslauftrichter 

mit und ohne eingebaute Kegel bzw. Gleitbleche sind auch noch in anderen 

Ausführungsformen eingeführt. 

6.7 mechanische Austraghilfen 

Eine einfache mechanische Austraghilfe besteht darin, daß man den Bunker 

bzw. dessen Trichter mit Stocherlöchern versieht, durch die hindurch das 

Schüttgut mittels Stangen aufgelockert werden kann. Jedoch ist diese Methode 

ebensowenig wie die Anwendung von Hämmern am Bunkeraustrag zu 

empfehlen. Die Weiterentwicklung dieser grundlegenden Methode ist das 

Rührwerk. In einigen Fällen sind diese rührerartige Mechanismen als mechanische 

Austraghilfen in Dosierschnecken, siehe Abschnitt 8. 

Schüttec_8.doc, eingesetzt worden. 

Die genannten Austraghilfen erhöhen die Bunkeraktivität und/oder vermeiden 

Brückenbildung, siehe auch Tabelle 6.1. Bei der Wahl einer Austraghilfe 

ist immer zu beachten, daß Bunker, Austraghilfe und Austraggerät eine 

Einheit bilden und aufeinander abzustimmen sind. 


6.8 Anordnung von Austraghilfen bei Zeitverfestigungen 

224 

Um einen funktionssicheren Silo zu gestalten, ist zunächst eine verfahrenstechnische 

Siloauslegung auf der Basis der im Schergerät gemessenen Fließeigenschaften 

durchzuführen, da nur so eine quantitative Aussage zur Gestaltung 

der Silogeometrie möglich ist. Die vorher benutzte Theorien, siehe 

Abschnitt 3.1.3 Schüttec_3.doc - sigma_ct_sigma_1 und Abschnitt 4.1 

Schüttec_4.doc - bmin_numerisch, Schüttec_4.doc - bmin_t_numerisch 

liefern die folgenden geometrischen Größen: 

1) maximale Neigung der Trichterwände gegen die Vertikale (axialsymmetrischer, 

konischer Trichter) bzw. (keilförmiger ebener Trichter), 

2) minimale Auslaufweite b min,kon (konischer Trichter) bzw. minimale Auslaufschlitzbreite 

b min,keil (keilförmiger Trichter) zur Vermeidung von 

Brückenbildung, 

3) minimale Auslaufweite zur Vermeidung von Schachtbildung bei Kernfluß 

b min,KF , 

4) bei Schüttgütern mit ausgeprägter Zeitverfestigung: Abhängigkeit der 

minimalen Auslaufweite b min,t von der Lagerzeit in Ruhe t. 

6.8.1 Auslaufweite für die maximale Lagerzeit in Ruhe 

Aufgrund der so gewonnenen Ergebnisse lassen sich unterschiedliche Konzepte 

für die Silogeometrie und die Auswahl von Austraggeräten und Austraghilfen 

verwirklichen. Anhand eines axialsymmetrischen Massenflußsilos 

werden im folgenden unterschiedliche Möglichkeiten vorgestellt. Im Diagramm 

Bild F 6.12.1 links ist der auf der Basis der Modellvorstellungen des 

Abschnittes 3.2 (Expontialfunktion der Zunahme der Druckfestigkeit mit der 

Lagerzeit in Ruhe t, siehe auch Kinetikgleichungen(3.104) und (3.105), 

Schüttec_3.doc - Sigma_ct_Kristallisationsbrücken, Schüttec_3.doc - - 

Sigma_ct_Reaktionsbrücken) und deren Überprüfung mittels Scherversuchen 

(Parameteranpassung an reales Schüttgutverhalten notwendig !) berechnete 

minimale Auslaufweite b min,t zur Vermeidung von Brückenbildung 

über der Lagerzeit in Ruhe t aufgetragen. Man erkennt die starke Zeitverfestigung 

des Produktes an der exponentiellen Zunahme der minimalen Auslaufweite 

b min,t . 

Bei der Variante I wird die Auslaufweite b min,tmax so groß gewählt, daß sich 

nach der im Silobetrieb zu erwartenden maximalen Lagerzeit in Ruhe (z.B. 

über ein Wochenende oder Betriebsferien) keine Schüttgutbrücke bilden 

kann. Die maximal mögliche Lagerzeit sei in diesem Beispiel t max , die den 

Auslaufweite b min (t = t max ) = b min,tmax erfordert, siehe Bild F 6.12.1. Die entsprechend 

notwendige Silogeometrie ist im gleichen Bild F 6.12.1 rechts 


daneben dargestellt. An die Auslauföffnungsweite des Silotrichters ist ein 

Austraggerät entsprechender Größe b ≥ b min,tmax anzuschließen. Die Auswahl 

des Austraggerätes hängt von der Größe der Auslauföffnung, vom Schüttgut 

(fein- oder grobkörnig, anbackend, kohäsiv, feucht, ...) und von weiteren 

Randbedingungen (z.B. Möglichkeit der genaueren Dosierung, druckstoßfest) 

ab. Für ein leichtfließendes, „gutmütiges" Schüttgut mag, z.B. ein flacher 

Trichterneigungswinkel für Massenfluß und eine kleine Auslauföffnung 

zur Vermeidung von Brückenbildung, an die beispielsweise eine Zellenradschleuse 

als Austrag- und Dosierorgan angeschlossen wird, ausreichen. Dagegen 

würde ein sehr schwer fließendes Schüttgut mit extrem großer Wandreibung, 

z.B. feuchte bis nasse (flüssigkeitsgesättigte) Preßfilterkuchen von 

Abwasserschlämmen, auch in einem sehr steilen Trichter bei θ G → 0° keinen 

Massenfluß erreichen. Wenn man auf eine Auskleidung verzichtet, wäre 

hier das Silo ohne Trichter auszuführen. An den (zylindrischen oder leicht 

divergenten) Siloschaft wäre ein Austraggerät anzuschließen, das in der Lage 

ist, über dem gesamten Siloquerschnitt Schüttgut abzuziehen, z.B. Pendelbodenaustrag 

oder ein Schneckenboden mit parallel angeordneten Austragschnecken, 

siehe auch Abschnitt 7.1 Schüttec_7.doc. 

6.8.2 Wahl der Auslaufweite b min (t = 0) 

Wählt man die Auslaufweite entsprechend b min,t1 Bild F 6.12.2.b so ist sie 

ausreichend bemessen, um Brückenbildung bis zu einer Lagerzeit in Ruhe t 1 

Bild F 6.12.1 zu vermeiden. Ist aber eine tatsächliche Lagerzeit von bis zu 

t max erforderlich, so können sich nach Lagerzeiten t > t 1 stabile Schüttgutbrücken 

bilden. Daher sind im Bereich b min,t1 Austraghilfen 

vorzusehen, die das Schüttgut bei Lagerzeit t > t 1 aus der Ruhe in Bewegung 

bringen, Bild F 6.12.2.b. Zum Anregen des Schüttgutflusses nach Lagerzeiten 

in Ruhe t < t 1 werden die Austraghilfen nicht benötigt. 

Die Austraghilfen werden bei dieser Variante nur gebraucht, um das Schüttgut 

aus der Ruhe in Bewegung zu bringen. Sobald dieses geschehen ist, wird 

die Zeitverfestigung aufgehoben. Die Festkörperbrücken zwischen den Partikeln 

der verfestigten Packung, siehe Bild 3.19 Schüttec_3.doc – Ausbildung_Festkörperbrücken 

sind nun zerstört worden. Das Schüttgut verhält 

sich wieder wie bei der Lagerzeit t = 0. D.h., es gilt die minimale Auslaufweite 

b min,0 = b min (t = 0), die kleiner ist als die ausgeführte Auslaufweite 

b min,t1 . Somit ist der weitere Betrieb der Austraghilfen während des Entleerungsvorganges 

nicht erforderlich. Erst nach einer erneuten längeren Lagerzeit 

in Ruhe t > t 1 sind die Austraghilfen wieder zu benutzen. 

Beim Einschalten der Austraghilfen ist es sinnvoll, diese nacheinander von 

unten nach oben zu bestätigen. Dadurch wird eine Schüttgutbrücke, wie im 

Bild F 6.10 unten verdeutlicht, von unten her stückweise zerstört. Dieses hat 

225 


226 

den Vorteil, daß das Schüttgut in kleineren Mengen nach unten fällt als bei 

Zerstörung der gesamten Schüttgutbrücke auf einen Schlag. Außerdem bildet 

sich in der Trichterspitze ein Materialpolster, das die Gefahr der Beschädigung 

des Austraggeräts vermindert. Weiterhin kann das durch die Austraghilfen 

beanspruchte Schüttgut bei dieser Vorgehensweise leicht nach 

unten in vorhandene Hohlräume ausweichen. Besteht diese Möglichkeit des 

Ausweichens nicht, kann sich das Schüttgut in Nähe der Austraghilfen unangenehmer 

Weise noch weiter verfestigen. 

6.8.3 Wahl der Auslaufweite b min,0 = b min (t = 0) 

Der Grenzfall von Variante II ist III. die Wahl der Auslauföffnung entsprechend 

b min,0 = b min (t = 0), Bild F 6.12.2.c. In diesem Fall sind die Austraghilfen 

jedesmal in Betrieb zu nehmen, sobald das Schüttgut nach Lagerzeiten t 

> 0 aus der Ruhe heraus in Bewegung zu bringen ist. 

6.8.4 Unterschreitung der Mindestauslaufweite b 2 

Bei Unterschreitung der Mindestauslaufweite b 2 

6.12.2.d ist bereits ohne Zeiteinfluß mit Brückenbildung zu rechnen. Daher 

müssen Austraghilfen zwischen der Auslauföffnung und der Weite (Durchmesser), 

der der maximalen Lagerzeit in Ruhe entspricht b min,tmax , eingesetzt 

werden. Von diesen Austraghilfen sind diejenigen unterhalb der Öffnungsweite 

b 

die darüber liegenden Austraghilfen wie bei Variante III nur gebraucht 

werden, um das Schüttgut nach einer längeren Lagerzeit 0 < t < t max in Bewegung 

zu bringen. Für die Betriebsweise der Austraghilfen im Bereich 

oberhalb b min,0 gilt das gleiche wie bei Variante II beschrieben. 

Die vier vorgestellten Konzepte setzen voraus, daß im Silo Massenfluß vorliegt. 

Bei Massenfluß besteht nur die Gefahr der Brückenbildung, Bild F 1.5 

Schüttec_1.doc - Fließprofile. Schachtbildung ist nur in Kernflußsilos möglich. 

Im Massenflußsilo kommt beim Schüttgutabzug der ganze Siloinhalt in 

Bewegung, so daß die Zeitverfestigung aufgehoben wird. In einem Kernflußsilo 

bilden sich dagegen tote Zonen, in denen das Schüttgut auch während 

des Schüttgutabzuges in Ruhe lagert und erst bei einer vollständigen 

Entleerung des Silos in Bewegung kommt. Daher bleibt das Schüttgut u.U. 

über eine längere Zeit in toten Zonen und kann sich immer weiter verfestigen, 

so daß es schließlich zur Schachtbildung kommt und das Schüttgut 

nicht mehr allein aufgrund der Schwerkraft aus dem Silo ausfließt. Weiterhin 

ist beim Vergleich von Kernflußsilo und Massenflußsilo folgendes zu 

berücksichtigen: 


227 

‣ Die minimale Auslaufweite zur Vermeidung von Schachtbildung ist in 

der Regel größer als die minimale Auslaufweite zur Vermeidung von 

Brückenbildung. Daher muß ein Kernflußsilo entweder eine größere 

Auslauföffnung erhalten, oder der Trichter ist bis zu einer größeren 

Höhe (= größerer Durchmesser) mit Austraghilfen zu bestücken. 

‣ Während bei Masssenfluß als maximale Lagerzeit in Ruhe die längste 

Zeit zwischen zwei aufeinander folgender Schüttgutabzügen zu berücksichtigen 

ist, muß in einem Kernflußsilo die Zeit zwischen zwei vollständigen 

Entleerungen des Silos als maximale Lagerzeit in Ruhe angesehen 

werden, da das Schüttgut in den toten Zonen bis zur vollständigen 

Entleerung des Silos ohne Bewegung lagert. Daher müssen in der Regel 

bei der Auslegung eines Kernflußsilos viel längere (und häufig nicht abzuschätzende) 

Lagerzeiten zugrundegelegt werden, was zu größeren 

Auslauföffnungen bzw. zur Notwendigkeit von Austraghilfen in einem 

(gegenüber einem Massenflußtrichter) deutlich größeren Bereich des 

Trichters führt. 

Aus diesen Gründen sollten Lösungen mit Kernflußsilos nur dann erwogen 

werden, wenn das zu lagernde Schüttgut keine Zeitverfestigungen aufweist, 

und wenn die anderen Nachteile von Kernflußsilos (Entmischung, 

breites Verweilzeitspektrum, ... in Kauf genommen werden können. 

Eine Bewertung der vorgestellten Konzepte zur Gestaltung von Massenflußsilos 

läßt sich wie folgt vornehmen: 

(1) Variante I ist von der Ausführung und vom Betrieb her am einfachsten, 

da keine Austraghilfen vorzusehen und zu benutzen sind. 

‣ Die Verwendung von Austraghilfen kann Nachteile bewirken, z.B. unregelmäßigen 

Schüttgutfluß durch einstürzende Brücken und Schächte. 

Schießen des Schüttgutes durch eingetragene Luft (pneumatische 

Autraghilfen) und Verfestigung des Schüttgutes bei unsachgemäßer 

Bedienung der Austraghilfen. 

‣ Weiterhin gibt es für viele Austraghilfen nach wie vor keine theoretisch 

fundierten Auslegungsrichtlinien, so daß die Auslegung nur auf 

empirisch gewonnenen Regeln beruht. 

‣ So müssen pneumatische Austraghilfen, bei denen Luft in den Silo 

eingetragen wird, unter Zugrundelegen des Durchströmungswiderstandes 

des Schüttgutes und der Silostruktur bekannt sein. Zu diesen 

Themen gibt es einige Arbeiten, z.B. [8-11], aber es fehlen nach wie 

vor einfach anwendbare Berechnungsmethoden. 

‣ Aus diesen Gründen sollte Variante I grundsätzlich als erstes in Auge 

gefaßt werden. 


228 

(2) Bei schwerfließenden Schüttgütern mit starker Zeitverfestigung können 

sich schon nach kurzer (einigen Stunden oder Tage) Lagerzeit in Ruhe 

minimale Auslaufweite von mehreren Metern ergeben. Möchte man hier 

auf entsprechend große Austraggeräte (z.B. Räumarm oder Schneckenboden) 

verzichten, bietet sich die Variante II an. 

‣ Die Auslaufweite und das Austraggerät werden groß genug gewählt, 

um Brückenbildung ohne Zeitverfestigung zu vermeiden, und die Austraghilfen 

sorgen dafür, daß das Schüttgut nach längeren Lagerzeiten 

in Ruhe in Bewegung gebracht wird. 

‣ Die Nachteile bei der Anwendung von Austraghilfen (z.B. unregelmäßiger 

Schüttgutfluß) treten bei Variante II nur jeweils beim Schüttgutabzug 

nach einer längeren Lagerzeit in Ruhe auf und sind daher in vielen 

Fällen zu tolerieren. 

‣ Damit ist die Variante II eine mögliche Alternative zur Auslegungsvariante 

I. 

(3) Bei Variante III sind ab Lagerzeiten t > 0 die Austraghilfen in Betrieb zu 

nehmen. 

(4) Bei Variante IV müssen die Austraghilfen dauernd während des Schüttgutaustrages 

betätigt werden. 

‣ Hierfür eignen sich vor allem kontinuierlich arbeitende Austraghilfen, 

z.B. Belüftungstrichter und Schwingtrichter. 

‣ Die Anwendung von Austraghilfen, die das Schüttgut nur kurzzeitig 

anregen (Luftkanonen, Klopfer, Rüttler), würde dagegen zu einem unregelmäßigen 

Ausfließen des Schüttgutes führen. 

‣ Variante IV ist daher nur für Schüttgüter anzuwenden, die mit kontinuierlich 

arbeitenden Austraghilfen sicher beherrscht werden können. 

Für schwerfließende Schüttgüter mit u.U. starker Zeitverfestigung 

oder zur Selbstfluidisierung („Schießen“) neigende Schüttgüter sollte 

Variante IV nicht eingesetzt werden.

Austraghilfen - Lehrstuhl Mechanische Verfahrenstechnik

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