Schüttwinkel : Übersicht

1. Pulver Charakterisierung der Fließeigenschaften : Schüttwinkel

Der Schüttwinkel wird als Indikator für die Fließeigenschaft von Schüttgütern wie Pulvern oder Granulaten verwendet. Es ist eine schnelle Methode, die einen Eindruck von der Fließeigenschaft von granularen Materialien vermittelt. Diese Seite bietet einen Überblick darüber, was der Schüttwinkel ist, warum er verwendet wird und wie er aus experimentellen Messungen berechnet wird.

Es ist tatsächlich wichtig, hervorzuheben, dass es gibt verschiedene Schüttwinkelwerte, abhängig von der Methodik die verwendet wird, um ihn zu messen. Die gebräuchlichste Methode besteht darin, das Material frei durch einen Trichter fließen zu lassen, wobei ein Haufen entsteht. Es ist jedoch auch möglich, einen Winkel durch Gleiten des Materials auf einer Platte, mittels eines rotierenden Zylinders oder durch Ausfließen des Pulvers aus einem kleineren Behälter durch ein Loch zu messen.

Abbildung 1 : Verschiedene Methoden zur Messung des Schüttwinkels von Pulvern und Granulaten

Diese unterschiedlichen Methoden liefern tatsächlich unterschiedliche Werte des Schüttwinkels. Es ist daher sehr wichtig zu wissen, gemäß welchem Protokoll der Schüttwinkel gemessen wurde, um die Fließeigenschaften von Materialien vergleichen zu können. Die Trichtermethode (externer Trichter) liefert den niedrigsten Wert des Schüttwinkels :

Winkel bei externer Trichtermethode

< Winkel bei interner Trichtermethode

< Winkel bei Gleitmethode

Je niedriger der Schüttwinkel, desto besser fließt das Material.

Der Schüttwinkel wird manchmal mit dem Innenreibungswinkel verwendet in Jenikes Theorie zur Auslegung von Trichtern und Silos, wobei die beiden Werte nicht notwendigerweise gleich sind.

Es gibt weitere Methoden zur Definition der Fließeigenschaft von Pulvern oder Granulaten (klicken Sie für weitere Infos) :

Carr-Index Hausner-Verhältnis Pulver-Rheometer Scherversuchszellen-Prüfung

2. Berechnungsformel des Schüttwinkels

Wie berechnet man den Schüttwinkel ?

Die Bestimmung des Schüttwinkels eines granularen Materials kann nur durch einen praktischen Versuch erfolgen. Die hier zugrundeliegende Methodik ist die gebräuchlichste, die externe Trichtermethode, bei der eine bestimmte Menge festen Stoffes aus einem Trichter gegossen und der Winkel des entstandenen Materialhaufens gemessen wird.

Zu beachten ist, dass auch bei dieser Trichtermethode einige Variationen in der Methodik möglich sind. Beispielsweise kann der Trichter fixiert sein oder langsam nach oben bewegt werden. Eine festgelegte Höhe des Haufens kann das Kriterium zum Beenden des Versuchs sein, oder es kann der Durchmesser des gebildeten Haufens sein.

Wird die Schüttwinkel-Methode im Labor zur Charakterisierung der Fließeigenschaft verschiedener Komponenten verwendet, ist es wichtig, ein Protokoll auszuwählen und es für alle Messungen beizubehalten.

Formel für den Schüttwinkel

Die Formel zur Berechnung des Schüttwinkels lautet wie folgt :

Angle_of_repose = arctan(h/r)

Mit

h : Höhe des Haufens (mm)
r : Radius des Haufens (mm)

3. Interpretation und Zusammenhang zur Fließeigenschaft des Schüttwinkels

Die Hauptanwendung des Schüttwinkels besteht darin, die Fließeigenschaft eines granularen Materials (Pulver, Pellets...) zu bewerten.

Die Fließeigenschaft eines Schüttguts wird durch 1 geschätzt^st Messung des Schüttwinkels, gefolgt von der Bezugnahme auf die Schüttwinkel-Tabelle unten, um die Klasse des untersuchten Pulvers zu bestimmen :

Erwartete Fließeigenschaft	Schüttwinkel
Ausgezeichnet / sehr freifließend	25-30
Gut / freifließend	31-35
Befriedigend (Entleerungshilfe möglicherweise nicht erforderlich)	36-40
Ausreichend	41-45
Schlechter Fluss / kohäsiv (aktive Entleerungshilfe erforderlich)	46-55
Sehr schlechter Fluss / sehr kohäsiv	56-65
Annähernd kein Fluss	> 66

Tabelle 1 : Schüttwinkel-Tabelle

Die Tabelle des Ruhewinkels wurde von den Autoren der Methode bestimmt, indem sie verschiedene Materialflussfähigkeiten testeten und den entsprechenden Ruhewinkel maßen.

Bitte beachten Sie, dass es sich um eine approximative Methode handelt, die Trends angibt., es kann vorkommen, dass ein Material sich im Prozess anders verhält. Die Charakterisierung der Flussfähigkeit und die Bestimmung physikalischer Parameter, die die Planung von Trichtern ermöglichen, würden eine vollständige Scherzellenprüfung erfordern.

Tabelle 2 : Ruhewinkel und erwartete Flusseigenschaften

Der Ruhewinkel ist auch wichtig, um das Volumen von Material in Trichtern oder in Lagerstätten zu berechnen (z. B. in großen Freiluftlagerstätten oder Lagerhallen, oder sogar beim Transport auf Frachtschiffen).

4. Excel-Rechner zur Berechnung des Ruhewinkels

Das folgende kostenlose Excel-Tool ermöglicht die Berechnung des Ruhewinkels.

Rechner für den Ruhewinkel Excel-Download (hier klicken)