Schneckenförderer-Auslegung
Legen Sie einen Trog-Schneckenförderer für Schüttgut aus: Schneckendurchmesser, Steigung, Drehzahl und Füllungsgrad liefern den Volumen- und Massenstrom, aus Förderlänge, Förderhöhe und Materialbeiwert folgen Antriebsleistung und -drehmoment sowie eine Richtwertbewertung von Grenzdrehzahl und Neigungswinkel.
Berechnung
Auslegungsbewertung als Richtwert: Grenzdrehzahl und Neigungsgrenze hängen vom konkreten Schüttgut ab und sind rein informativ, kein Festigkeits- oder Tragfähigkeitsnachweis.
Durchsatz
- Füllungsgrad phi
- 0,3
- Volumenstrom Q
- 13,25 m³/h
- Massenstrom ṁ
- 10,6 t/h
- axiale Fördergeschwindigkeit v_ax
- 0,25 m/s
Antrieb
- Materialbeiwert lambda
- 2,5
- Antriebsleistung P
- 0,722 kW
- Antriebsdrehmoment M
- 115 Nm
- Neigungswinkel
- 0 °
Skizze: Trog-Schneckenförderer mit Förderrichtung
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Formeln und Grundlagen
Volumenstrom
Der Volumenstrom folgt aus dem Wendelquerschnitt (Kreisringfläche aus Schneckendurchmesser D und Wellendurchmesser d), der Steigung S je Umdrehung, der Drehzahl n und dem Füllungsgrad phi (Anteil des Trogquerschnitts, der tatsächlich mit Schüttgut gefüllt ist):
D, d und S sind in mm einzusetzen, n in 1/min; der Faktor 60 rechnet Minuten in Stunden um, die Division durch 1e9 wandelt mm³ in m³ (Q ergibt sich damit in m³/h). Ohne Wellendurchmesser (d = 0) vereinfacht sich die Kreisringfläche zur Vollkreisfläche.
Massenstrom
Mit der Schüttdichte rho des Fördergutes folgt der Massenstrom direkt aus dem Volumenstrom:
Antriebsleistung und -drehmoment
Die Antriebsleistung setzt sich aus dem Reibanteil (Förderlänge L mal Materialbeiwert lambda) und dem Hubanteil (Förderhöhe H bei geneigter oder vertikaler Förderung) zusammen:
ṁ ist in t/h, L und H in m einzusetzen; der Faktor 367 = 3600/9,81 überführt die Einheiten direkt in kW. Der Materialbeiwert lambda fasst Reibung zwischen Schüttgut, Wendel und Trog sowie die Rührarbeit des Guts zusammen und ist ein Erfahrungswert je Schüttgut. Aus der Leistung folgt das Antriebsdrehmoment:
Fördergeschwindigkeit und Grenzdrehzahl
Die axiale Fördergeschwindigkeit des Schüttguts entspricht dem Vorschub der Wendel je Zeiteinheit:
Oberhalb einer kritischen Drehzahl überwiegt die Fliehkraft die Schwerkraft am Guttopf, das Material wird mit der Wendel mitgenommen statt vorwärts geschoben ("Mitdrehen") und der Durchsatz bricht ein. Als grober Richtwert gilt:
D ist dabei in mm einzusetzen (D/1000 rechnet in Meter um). Der Rechner meldet eine Überschreitung als Hinweis - die exakte Grenze hängt vom Schüttgut (Fließverhalten, Kornform) ab und ist im Zweifel herstellerseitig zu prüfen.
Geneigte Förderung
Bei geneigtem Einbau (Förderhöhe H > 0) sinkt der Wirkungsgrad merklich, weil das Schüttgut auf der Wendel zurückrutscht - ab etwa 20° Neigung deutlich, oberhalb von rund 45° kommt eine Trogschnecke praktisch nicht mehr zum Einsatz (Domäne der lotrechten Schneckenförderer mit eigener Auslegungslogik). Für stark geneigte oder vertikale Förderung empfiehlt sich der Vergleich mit einem Förderband- bzw. Becherwerk-Rechner.
Rechenbeispiel
Referenzbeispiel: Ein horizontaler Trog-Schneckenförderer mit D = 250 mm Schneckendurchmesser (Vollquerschnitt, d = 0), Steigung S = 250 mm (Steigungsverhältnis 1) und Drehzahl n = 60 1/min fördert ein mittelschweres Schüttgut mit Füllungsgrad phi = 0,3 und Schüttdichte rho = 0,8 t/m³ über eine Förderlänge L = 10 m horizontal (H = 0).
Der Volumenstrom ergibt sich zu Q = (pi/4)·250²·250·60·0,3·60/1e9 = 13,25 m³/h, daraus der Massenstrom ṁ = 13,25·0,8 = 10,60 t/h. Mit dem Materialbeiwert lambda = 2,5 (mittelschweres Gut) folgt die Antriebsleistung P = 10,60·(10·2,5+0)/367 = 0,72 kW und das Antriebsdrehmoment M = 0,72·9550/60 = 115,0 Nm.
Die axiale Fördergeschwindigkeit beträgt v_ax = 250·60/60000 = 0,25 m/s. Die Grenzdrehzahl-Prüfung liefert n·√(D/1000) = 60·√0,25 = 30 - deutlich unter dem Richtwert von 45 (Ampel grün); da horizontal gefördert wird, entfällt die Neigungsbewertung (0°, ebenfalls grün).
Häufige Fragen
Wie viel fördert eine Förderschnecke?
Der Volumenstrom folgt aus Q = (pi/4)·(D² − d²)·S·n·phi·60/1e9 [m³/h]: Er wächst quadratisch mit dem Schneckendurchmesser D, linear mit Steigung S, Drehzahl n und Füllungsgrad phi. Für Massenstrom in t/h wird Q mit der Schüttdichte des Förderguts multipliziert. Praktisch limitieren Grenzdrehzahl und die maximal sinnvolle Wendelgröße den erreichbaren Durchsatz.
Wie wird der Füllungsgrad gewählt?
Der Füllungsgrad phi gibt an, welcher Anteil des Trogquerschnitts mit Schüttgut gefüllt ist. Richtwerte: leicht fließende, nicht schleißende Güter (z. B. Getreide) phi ≈ 0,45, mittelschwere Güter (z. B. Sand, Kies) phi ≈ 0,30, schwere oder schleißende Güter (z. B. scharfkantiges Schüttgut) phi ≈ 0,15. Ein zu hoher Füllungsgrad erhöht das Rückwärtsrutschen und den Verschleiß am Trog - der Rechner warnt oberhalb von 0,45.
Wie wird die Antriebsleistung einer Förderschnecke berechnet?
Die Antriebsleistung P = ṁ·(L·lambda + H)/367 [kW] setzt sich aus dem Reibanteil (Förderlänge L mal Materialbeiwert lambda für Reibung und Rührarbeit) und dem Hubanteil (Förderhöhe H bei geneigter Förderung) zusammen. Der Materialbeiwert lambda ist ein Erfahrungswert: leicht fließende Güter lambda ≈ 1,2, mittelschwere Güter lambda ≈ 2,5, schwere oder schleißende Güter lambda ≈ 4,0. Das Antriebsdrehmoment folgt aus M = P·9550/n.
Kann eine Förderschnecke geneigt fördern?
Ja, bis zu einem gewissen Winkel - der Rechner berücksichtigt die Förderhöhe H im Hubanteil der Leistung. Der Wirkungsgrad sinkt jedoch mit zunehmender Neigung merklich, da das Schüttgut auf der Wendel zurückrutscht; ab etwa 20° warnt der Rechner. Für stark geneigte oder senkrechte Förderung sind spezielle vertikale Schneckenförderer mit anderer Auslegungslogik üblich.
Was ist die Grenzdrehzahl einer Förderschnecke?
Oberhalb einer kritischen Drehzahl überwiegt am Schüttgut die Fliehkraft die Schwerkraft, das Gut dreht mit der Wendel mit statt vorwärtsgeschoben zu werden, und der Durchsatz bricht ein. Als grober Richtwert gilt n·√(D/1000) <= 45 (D in mm); der Rechner meldet eine Überschreitung als Hinweis. Die exakte Grenze ist materialabhängig (Fließverhalten, Kornform, Kohäsion) und im Zweifel mit dem Herstellerkatalog abzugleichen.
Was bedeutet der Materialbeiwert lambda?
Der Materialbeiwert lambda (auch Widerstandsbeiwert genannt) fasst die Reibung zwischen Schüttgut, Wendel und Trog sowie die Rührarbeit im Gut zu einem Erfahrungswert zusammen, der direkt in die Leistungsformel eingeht. Er ist kein physikalisch scharf definierter Reibwert, sondern ein aus Praxiswerten abgeleiteter Auslegungsfaktor je Schüttgutklasse - für die Endauslegung empfiehlt sich der Abgleich mit Herstellerangaben oder Versuchswerten.
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