Schüttguttheorie

Bild links: Gyraton-Silomischer erzielen stets hohe Mischgüten – unabhängig von den Eigenschaften der Schüttgüter.

Die Schüttguttheorie (auch Schüttguttechnologie genannt) ist ein Teilgebiet der Verfahrenstechnik und Mechanik. Sie beschäftigt sich mit dem physikalischen Verhalten von Schüttgütern. Sie beschreibt, wie Pulver, Granulate und andere partikuläre Feststoffe unter Einwirkung von Kräften fließen, sich verdichten, entmischen oder aneinander haften.

Im Gegensatz zu Flüssigkeiten und Festkörpern zeigen Schüttgüter ein komplexes, nichtlineares Verhalten, das durch Partikelkontakte, Reibung, Kohäsion und Verdichtung bestimmt wird. In der Schüttguttheorie kommen Modelle aus der Kontinuumsmechanik, der Bodenmechanik und der granularen Physik zum Einsatz, beispielsweise das Mohr-Coulomb-Modell, die Janssen-Gleichungen für Silodruck oder moderne Ansätze der granularen Rheologie.

Für die Auslegung zylindrischer Silos beschreibt die Janssen-Gleichung die vertikale Spannung in Füllrichtung in Abhängigkeit von der Tiefe z:

Vertikale Spannung σ_v(z) in Füllrichtung in der Tiefe z eines zylindrischen Silos:

σ_v(z) = ρ_b·g·λ·(1 - e^(-z/λ))

mit

• ρ_b = Schüttgutdichte (Schüttdichte),
• g = Erdbeschleunigung,
• λ = R / (2·μ_w·K) = charakteristische Ausgleichslänge,
• R = Siloradius,
• μ_w = Reibbeiwert zwischen Wand und Schüttgut,
• K = Seitendruckbeiwert (Verhältnis horizontal/vertikal).

Die horizontale Wandspannung ergibt sich zu:

σ_h(z) = K·σ_v(z)

K = σ_h/σ_v

• σ_h = horizontale Spannung
• σ_v = vertikale Spannung

Diese Beziehung dient zur Bemessung der Silowände. Die Formel zeigt zudem die typische „Sättigung“ der Spannung mit zunehmender Füllhöhe; im Gegensatz zu Flüssigkeiten steigt der Druck nicht linear hydrostatisch an, sondern nähert sich einem Grenzwert.

In der Verfahrenstechnik bildet die Schüttguttheorie die Grundlage für die Auslegung von Silos, Bunkern, Austragsorganen, Förderern, Mischern und Dosiersystemen. Sie ist entscheidend für die Prozesssicherheit, das Fließverhalten, die Produktqualität und die Vermeidung von Betriebsstörungen wie Brückenbildung, Schachtbildung oder Entmischung.