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Optimaler Schüttgutaustrag Let it flow – So bleibt bei Schüttgütern alles im Fluss

| Autor / Redakteur: Martin Rudolf / Sabine Mühlenkamp

In Anlagen und Prozessen, in denen Schüttgüter gelagert und verarbeitet werden, liegt eine der Herausforderungen darin, einen optimalen Materialaustrag aus Silos, Lagerbehältern, Big Bags oder Säcken sicherzustellen. Größte Herausforderung sind die unterschiedlichen Eigenschaften des Rohstoffes.

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Warum einige Schüttgüter besser fließen als andere, ist nicht immer leicht herauszufinden. Hinweise liefern Korngröße, Kornstruktur, Schüttdichte, Temperatur und Feuchtigkeit.
Warum einige Schüttgüter besser fließen als andere, ist nicht immer leicht herauszufinden. Hinweise liefern Korngröße, Kornstruktur, Schüttdichte, Temperatur und Feuchtigkeit.
(Bild: Wam)

Um Schüttgüter in Gang zu halten, ist es notwendig, dass die Materialzufuhr in den Produktionsprozess reibungslos und ohne Störungen verläuft. Nur so steht eine bestimmte Menge des zu verarbeitenden Materials zum gewünschten Zeitpunkt zur Verfügung. Dabei sind Qualitätseinbußen oder Materialverlust in jedem Fall zu vermeiden. Zusätzlich kann auch ein möglichst gleichmäßiger, fein dosierter und/oder vollständiger Produktaustrag verlangt sein. Besonders bei verderblichen Schüttgütern wie in der Lebensmittelindustrie sind Restmengen in Behältern problematisch, da sie nachfolgendes Material kontaminieren können. Wird ein bereits gemischtes Schüttgut ausgetragen, ist ein Entmischen zu unterbinden.

Das entscheidende Kriterium bei der Auswahl der geeigneten Lager- und Austragetechnik ist die Fließfähigkeit des Produktes. Freifließende (kohäsionslose) Schüttgüter in Behältern können leicht z.B. über Zellenradschleusen dosiert ausgetragen werden. Auch Big Bags oder Sackware sind in dem Fall unkompliziert, sorgen die verpackten Schüttgüter bei richtiger Handhabung in den entsprechenden Vorrichtungen wie Big-Bag-Stationen und Sackschütten durch das Eigengewicht selbst für eine vollständige Entleerung. Bei kohäsiven (zusammenhaltenden) Schüttgütern stellt sich die Situation schwieriger dar. Hier sind spezielle Austragskomponenten oder Vorrichtungen nötig.

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Gründe für stockenden Materialaustrag

Warum einige Schüttgüter besser fließen als andere, hängt in erster Linie von ihrer Korngröße, Kornstruktur, Schüttdichte, Temperatur und Feuchtigkeit ab.

Schwer fließende Schüttgüter oder solche, die zu Anbackungen oder zur Verdichtung neigen, verursachen innerhalb von Silos und anderen starren Behältern die bekannten Materialflussstörungen:

  • Durch das Eigengewicht verdichtet sich das Material über dem Siloauslauf und verfestigt sich zu einer „Brücke“, wodurch das darüber liegende Produkt nicht mehr abfließen kann.
  • Anbackendes Material bleibt dagegen an der Silowand haften und wird nicht mehr ausgetragen. In extremen Fällen sammelt sich an den Wänden so viel Material an, dass es nur noch durch einen „Schlot“ in der Mitte des Siloinneren abfließen kann.

Bei Big Bags und anderen weichen Behältnissen treten ähnliche, aber nicht identische Phänomene auf, weshalb die Beschaffenheit des Behälters als weiterer Faktor für die Fließfähigkeit betrachtet werden sollte.

Bei Silos oder Zwischenbehältern beeinflussen die Höhe im Verhältnis zum Durchmesser, Querschnittsform, Größe und Form des Auslaufs sowie die Neigung des Entnahmetrichters das Fließverhalten. Je größer das Verhältnis Höhe/Durchmesser, desto schlechter fließt das Produkt ab. Zu kleine und eckige Ausläufe verschlechtern das Fließverhalten ebenso wie eine zu geringe Neigung des Entnahmetrichters. In Big Bags sammelt sich formbedingt bereits bei gut fließenden Schüttgütern viel Restmaterial in den Ecken und am Boden. Anbackendes Material verbleibt zusätzlich noch an den Gewebewänden.

Austragshilfen helfen dem Schüttgut auf die Sprünge

Wam bietet eine Vielzahl an vibrationstechnischen oder mechanischen Austragshilfen an, mit denen Schüttgüter aus weniger optimalen Behältnissen und/oder mit ungünstigen Fließeigenschaften ausgetragen werden können.

Unterhalb von Silos, Vorrats- oder Zwischenbehältern sind häufig Vibrationsaustragsböden oder Rotationsaustragegeräte platziert. Bei Ersterem wird mittels Vibrationsmotor ein am Behälter angebauter Austragsboden zum Schwingen gebracht, wodurch das Schüttgut zum Fließen angeregt wird und aus der Auslauföffnung austritt. Der BA von Wam besteht aus einem nahtlos geformten Konus aus Normalstahl oder Edelstahl, in welchem verschiedene Deflektoren, in Abhängigkeit von dem auszutragenden Produkt eingesetzt werden können. Die nahtlose Dichtmanschette aus SINT-Polymerwerkstoff mit oben und unten integriertem Flansch verbindet den starren Behälter mit dem Vibrationsaustragsboden und verhindert Anhaftungen sowie den Staubaustritt in diesem Bereich. Die Anzahl der Aufhängungen zur Verbindung des Schwingbodens mit dem Silo sowie der angebauten elektrischen Vibrationsmotoren wird an die gegebene Geometrie sowie das eingelagerte Schüttgut angepasst. Aufgrund verschiedenster Größen und Ausstattungsvarianten kann der BA in den unterschiedlichsten Industriezweigen, auch in der Nahrungsmittelherstellung oder der chemischen Industrie zur Produktentleerung von Silos und Trichtern verwendet werden.

Während der Vibrationsaustrageboden den Trichter ersetzt, sitzt der Rotationsaustragsboden Binsweep unter einem Trichter. Mit dessen Hilfe lassen sich Pulver und Granulate effizienter aus kleineren Behältern austragen, vorausgesetzt es besteht eine nur geringe Materialsäule. Die kreisförmige Bodenplatte des an den Auslauf des Behälters bzw. Trichters geflanschten Rotationsaustragegeräts ist mit zwei horizontalen, mittig fixierten, rotierenden Schaufelarmen ausgestattet. An deren Unterseite sind austauschbare Abstreifer angebracht, welche das Schüttgut über einen im Boden vorgesehenen Stutzen austragen.

Helfen selbst bei schwerfließenden Medien

Für den Austrag schwerfließender Medien wie Schlämme, Papierschnitzel, Holzschnitzel, Sägemehl oder Getreidemehl und Kleien aus Mühlen verwenden viele Betreiber Schneckenaustragsböden. Die Baureihe MU besteht aus einem modularen Trog mit bis zu sechs Vollblattschneckenwendeln oder Paddelwellen, geflanschten Endlagereinheiten mit außen liegenden Lagern, integrierten nachstellbaren Wellenabdichtungen sowie verschraubten Trog-Endschilden. Der Auslaufschacht mit rechteckigem Querschnitt reicht über die gesamte Trogbreite. Die Lager sind mit Evolventenkeilwellenverbindungen in der mittelschweren bzw. Flanschwellenverbindungen in der schweren Version lieferbar.

Ist das Material in kleinen Einheiten wie Big Bags oder Säcken verpackt, kommen spezielle Austragshilfen zum Einsatz. Die Big-Bag-Entleerstation SBB besteht aus einem Stahlrahmen mit einem Trichter in der Mitte, durch den das ausgetragene Material später nach unten fällt. Dazu wird der bis zu 180 cm hohe Big Bag in ein Hebekreuz eingehängt und mittels Gabelstapler, Kran oder Kettenzug in der Haltevorrichtung des Rahmens platziert. Liegt der Big Bag sicher auf dem Trichter auf, kann der Auslaufstutzen geöffnet werden und das Material fließt ab. Ein Aspirationsstutzen am Trichter sorgt dafür, dass entstehende Stäube abgeführt werden.

Für Einweg-Big-Bags besitzt die Entleerstation eine Vorrichtung für das Einsetzen eines Schneidmessers, mit dem Big Bags bereits beim Einsetzen in den Trichter aufgeschnitten werden. Ist die Fließfähigkeit ungenügend, gibt es die Option, den Trichter mit Vibrationsmotoren ins Schwingen zu bringen. Um selbst schwerstfließende Schüttgüter auszutragen, hat Wam ein System mit vier Walkpaddeln entwickelt, das den Big Bag von allen Seiten gleichzeitig, rotierend oder paarweise eindrückt und das Material im Inneren löst. Die Auswahl der Paddelsequenzen kann dabei individuell über die optionale Steuerung eingestellt werden.

Sackware sicher und staubfrei entleeren

Für ein bequemes und staubfreies Entleeren von Sackware, bieten sich manuelle Sackentleerer wie die RSM an. Diese besteht aus einem vierbeinigen Trichter mit Gitterrost und vorgesetzter Sackauflagenkonsole. Eine stabile Schutzhaube mit frontseitiger Tür deckt Gitterrost und Trichter ab. Der Bediener legt den Sack auf die Konsole und schiebt ihn auf den Gitterrost. Nun wird der Sack mithilfe eines Messers aufgeschlitzt und durch den Gitterrost ausgeschüttet. Durch Schließen der Tür schützt sich der Bediener vor Staub. Während der Sackinhalt über den Trichter oder das Rotationsaustragsgerät Binsweep in ein nachgeschaltetes Dosierorgan geleitet wird, saugt der eingebaute Entstaubungsfilter den beim Öffnen der Säcke freigesetzten Staub ab. Die Abreinigung der Filterelemente erfolgt pneumatisch. Leere Säcke werden in den seitlichen Verbindungsschacht zum optionalen Leersackverdichter COM geworfen.

Wenn es auf die genaue Menge ankommt

Soll die Austragsmenge dosiert abgegeben werden, kommen vor allem zwei Komponenten infrage: die Zellenradschleuse und der Mikrodosierer.

Eine einfache, zuverlässige und wartungsarme Lösung stellt die Zellenradschleuse dar. Sie wird zur Austragung und zur volumetrischen Dosierung aus Silos, Trichtern, Filteranlagen oder Zyklonen eingesetzt. Sowohl in mechanischen als auch pneumatischen Fördersystemen findet sie Anwendung. Unter Lagerbehältern kommen Austragschleusen zum Einsatz. Bei diesem Typ gelangt das Material aus dem Silo über den Einlaufschacht in die Rotortaschen, bevor es durch die Drehung des Zellenrades und dank der Schwerkraft senkrecht aus dem Auslauf an der Unterseite in ein nachgeschaltetes Organ, z.B. einen Schneckenförderer, fällt. Mit den Typen RV, RVR und RVC sind bei Wam drei Typen von Austragschleusen erhältlich. Die Dosierleistung dieser Schleusen liegt bei 0,3 bis 55 m3/h bei einer Standard-Rotordrehzahl von zehn, 20 oder 30 UpM. Zur Auswahl stehen zwei Antriebsversionen: Über einen mechanischen Regelantrieb lässt sich die Drehzahl des Zellenrades manuell oder über einen elektrischen Impuls einstellen. Erhältlich ist auch ein drehzahlgesteuerter Festantrieb über Frequenzumformer.

Sollen Pulver, Granulate, Fasern und Flocken noch feiner dosiert werden, bietet sich der Einsatz von Mikrodosierern an. Selbst wenn die Produkte zum Anbacken oder zum Verstopfen neigen, erzielen Mikrodosierer eine sehr hohe Genauigkeit und fördern von Kleinstmengen bis hin zu mehreren Kubikmetern Material pro Stunde.

Die Mikrodosierer bestehen aus einem Troggehäuse mit integrierter Homogenisierwendel, die das Material auflockert und somit fließfähig hält. Im Material enthaltene Agglomerate können aufgebrochen werden und das Risiko einer Verstopfung oder Brückenbildung wird deutlich reduziert. Unterhalb des Auflockerungswerkzeugs ist eine Schneckenwendel als Dosierorgan angebracht, die das Medium in der definierten Menge austrägt.

Optional ist ein Verschluss der Auslauföffnung erhältlich, welcher ein unerwünschtes Nachrieseln des zu dosierenden Mediums verhindert. Muss die Dosiergenauigkeit an das jeweilige Produkt angepasst werden, besteht die Möglichkeit mit einem Frequenzumformer die Drehzahl der Dosierwendel und somit die Dosiermenge zu verändern. Der Mikrodosierer MBF deckt ein breites Spektrum an Baugrößen mit Durchsatzleistungen von drei bis 4000 dm3/h ab.

Auflockerung von Klumpen, Agglomeraten & Co.

Selbst wenn die Inhalte von Silos, Zwischenbehältern, Big Bags oder Säcken letztlich mehr oder weniger problemlos ausgetragen werden, können zum Klumpen neigende Schüttgüter unerwünschte Agglomerate bilden.

Der Klumpenbrecher LBC mit rundem Gehäuse besteht aus einem Aluminium-Druckgussgehäuse mit Ein- und Auslaufflansch, einem integriertem Brechwerkzeug, das von einem seitlich angebauten Getriebemotor angetrieben wird, und einem starren Gitter, durch welches das Schüttgut in den nächsten Prozessschritt gelangt. Der LBC eignet sich besonders für hygroskopische Materialien und solche, die unter Druck verdichtet werden, wie Zucker, Salz, Silikate, Chemikalien und Lebensmittelprodukte. Verwendung findet er vor allem unter Sackschütten oder Big-Bag-Entleerstationen.

Der Klumpenbrecher DLP besitzt ein Gehäuse mit quadratischem Querschnitt und integriertem oberen und unteren Flansch. Darin rotieren zwei Messerwellen mit hoher Drehzahl, erfassen die Klumpen durch das starre Rückhaltegitter und brechen die Agglomerate auf. Da zwei Messerwellen installiert sind, können entsprechend hohe Durchsatzleistungen von 25 bis 50 m3/h erreicht werden. Der DLP ist das geeignete Gerät zum Aufbrechen von Materialklumpen, die sich während des Handlings gebildet haben und weich genug sind, um zerkleinert zu werden.

Ausblick: Obwohl am Markt eine Vielzahl bewährter Konzepte für schwerfließende Schüttgüter existieren, stellt das Austragen immer noch eine große Herausforderung für Anlagenbauer und Betreiber dar. Das hängt damit zusammen, dass sich das Fließverhalten vieler Stoffe je nach Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Lagerungsdauer, Qualität usw. fundamental verändern kann. Für die Anlagenplanung bedeutet das zum einen, möglichst konstante Bedingungen in der Anlage zu schaffen, und zum anderen Vorkehrungen zu treffen, mit denen auf Änderungen der Fließeigenschaften (z.B. mit entsprechenden Austragshilfen) reagiert werden kann. Nur dann ist sichergestellt, dass Produktströme nicht abreißen, die Produktion oder weiterführende Prozesse ungehindert weiterlaufen und alles im Fluss bleibt. 

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