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4.1.4 Fließfähigkeit
4. Theoretische Grundlagen
Schüttgüter lassen sich in kohäsive und nicht kohäsive Güter einteilen. Dabei zeigen
nicht kohäsive Schüttgüter eine relativ große Eigenbeweglichkeit ihrer Partikel.
Kohäsive Haufwerke bewegen sich nur an Gleitebenen entlang. Nach Aufhebung
eines Gleichgewichtszustandes bewegt sich ein Schüttgutteilchen primär durch
Einwirkung der Erdanziehung und zeigt gleichzeitig eine Relativbewegung zu
benachbarten Partikeln. Die Kohäsion ist von der Kornform, -oberfläche und –
größenverteilung sowie der Porosität der Schüttgüter abhängig [Schulze 1996]. Mit
steigender Korngröße wird der Einfluss der Kohäsionskraft geringer, da die
Massenkräfte ab einer Partikelgröße zwischen 100-250 µm größer sind. Die
wichtigsten Einflussgrößen für Kohäsionskräfte sind elektrostatische
Anziehungskräfte, Haftkräfte in Flüssigkeitsbrücken und Van-der-Waals-
Anziehungskräfte [Stieß 1997].
Eine einfache Möglichkeit, die Fließfähigkeit von Schüttgütern zu bestimmen,
ist die Messung des Böschungswinkels. Je flacher ein Schüttkegel ist, der sich beim
Auslaufen des Schüttgutes aus einem Trichter bildet, desto besser fließt das Pulver.
Eine weitere Methode ist die Messung der Scherfestigkeit nach Jenicke [Jenicke
1987]. Dazu wird eine Probe zuerst mit einer Verfestigungsspannung σ 1 vertikal
belastet. Dabei kommt es zu einer Verdichtung und Verfestigung des Schüttgutes.
Danach wird die Probe einer seitlichen Druckspannung ausgesetzt bis sie zum Fließen
kommt. Diese Druckspannung wird als Druckfestigkeit σ c bezeichnet. Zur
Charakterisierung der Fließfähigkeit eines Schüttgutes wird die Fließfähigkeit ff c , das
Verhältnis von Verfestigungsspannung σ 1 zu Schüttgutfestigkeit σ c , benutzt.
σ 1
ffc = Gl. 4.6
σc
Je größer ff c ist, desto besser fließt ein Schüttgut. Mit dieser Methode werden
Schüttgüter analysiert, die in Silos gelagert werden, um ein Ausfließen auch nach
einer Verfestigung zu gewährleisten [Schulze 1998]. Auch in der pharmazeutischen
Industrie ist dieses Verfahren im Einsatz, da Pulvermischungen in Containern gelagert
und dann weiterverarbeiten werden [Schorr et al 2005]. Dazu werden heute
vollautomatische Ringschergeräte verwendet [Markefka, Steckel 2005].