Fließfähigkeit von Pulvern und granularen Werkstoffen

Fließfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines pulverförmigen oder granularen Feststoffs, sich unter dem Einfluss von Schwerkraft oder äußerer Belastung kontrolliert zu bewegen. Sie ist eine zentrale Eigenschaft in der Pulvertechnologie, etwa bei Additiver Fertigung, Metallpulververarbeitung, Keramikformgebung oder Pharmaproduktion.

Die Fließfähigkeit ist kein intrinsischer Materialkonstant, sondern ein Systemparameter, der von Partikeleigenschaften (Größenverteilung, Form, Oberflächenrauigkeit, Dichte), interpartikulären Kräften (Adhäsion, Kohäsion, elektrostatische Effekte), Feuchtegehalt sowie von Prozessbedingungen (Schütthöhe, Vibrationsanregung, Flussgeometrie) abhängt. Man unterscheidet typischerweise frei fließende, bedingt fließfähige und schlecht fließende Pulver.

Experimentell wird die Pulverfließfähigkeit unter anderem über Schüttwinkel (Ruheschüttwinkel, Auslaufkegel), Fließfunktion nach Jenike (Scherzellenversuch), Zeit bis zum Auslaufen definierter Pulvervolumina aus Normdüsen (Hall‑ oder Carney‑Flusstest) sowie über Kompaktier- und Entmischungstests charakterisiert. Ergänzend kommen numerische Methoden wie die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) zum Einsatz, um Strömungsphänomene in komplexen Geometrien zu simulieren.

Für die Auslegung von Bunkern, Silos, Dosierern und Pulverbettprozessen ist die Kenntnis der Fließfähigkeit entscheidend, um Brückenbildung, Schachtfluss, Rat-Holing und inhomogene Schichtbildung zu vermeiden. Durch Partikelengineering (z.B. Sphäroidisierung, Oberflächenbeschichtungen, Zugabe von Fließregulierungsmitteln) lässt sich die Fließfähigkeit gezielt einstellen und prozessspezifisch optimieren.

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