Silo
Ein Silo (der oder das, von spanisch: silo[1]) oder Hochsilo ist ein großer Speicher für Schüttgüter. Silos werden zum Speichern von Zement, Kalksteinmehl, Kunststoffgranulat, Getreide, Futtermitteln und Ähnlichem verwendet.
Funktion
Silos werden grundsätzlich von oben befüllt und von unten entleert. Trotzdem arbeiten sie nicht nach dem First-in-first-out-Verfahren. Vielmehr bildet sich beim Zapfen durch den unten liegenden Auslassstutzen ein Trichter, in den Ware aus den unterschiedlichen Füllschichten läuft und als Gemenge von zeitlich früher und später in den Silo eingefüllten Warenmengen wieder austritt. Bei dem durch den Auslassstutzen gezapften Produkt handelt es sich also um eine Mischung über die zeitlich zugeführten Mengen.
Aus diesem Grunde ist es im Falle einer Silofalschbefüllung unbedingt zu vermeiden, unbedacht von unten zu zapfen in der irrigen Annahme, dass das falsch zugefüllte Produkt oben auf dem zuvor korrekt in den Silo geladenen liegen bleibt und erst zeitlich nach ihm austreten wird. Sinnvoll ist es in solchem Fall, zu versuchen, das falsch von oben zugeladene Produkt von oben her mittels Sauger oder Ähnlichem wieder aus dem Silo herauszuholen. Im kommerziellen Bereich wird in derartigen Situation vielfach ein Havariekommissar mit entsprechender Fachkenntnis hinzugezogen.[2]
Je nach Material genügt zur Entnahme ein Schieber oder, falls die Schwerkraft nicht ausreicht, um das Material zum Fließen zu bringen, eine mechanische Fördereinrichtung wie eine Förderschnecke.
Physik
Die Druckverhältnisse in einem Silo mit Schüttgut begünstigen eine relativ leichte Bauweise im Vergleich zu einem gleich hohen Tank für Flüssigkeiten. Während in einem Tank der horizontale (hydrostatische) Druck auf die Seitenwände linear mit der Höhe von oben nach unten zunimmt, erfolgt die Zunahme dieser Druckkomponente beim Schüttgutsilo wesentlich langsamer, nämlich nur proportional zum Logarithmus der Höhe. Die genaue Berechnung des Drucks im Ruhezustand des Lagergutes ist mit der Janssen-Gleichung[3] möglich. Ein Problem stellen die beim Entleeren vorkommenden Kräfte dar, da diese von Janssen nicht berücksichtigt werden und zu Beschädigungen des Silos führen können. Schüttguttechnische Experimente, wie etwa Scherversuche am zu lagernden Schüttgut, sind somit unumgänglich.
Der Grund liegt darin, dass sich ein Teil der Gewichtskraft von Schüttgut über die Scherkraft der Relativbewegung im Schüttgut und Reibungskraft an der Silowand hier vertikal abstützt. Eine Tankwand trägt in Schwerkraftrichtung nur ihr eigenes Gewicht, eine Silowand auch einen – mitunter beträchtlichen – Teil der Gewichts der Füllung.
Unerwünschte Prozesse im Schüttgutsilo
Dehnt sich Schüttgut thermisch stärker aus als die Silowand, kommt es zu deutlicher horizontaler Mehrbelastung, weil Schüttgut nicht reibungsfrei wie Flüssigkeit nach oben steigen kann. Dringt Wasser – etwa durch Regen – in einen Silo ein, und quillt etwa trockenes Getreide dadurch auf, können ebenfalls große Horizontalkräfte auf die Wand wirken. Wird Zementpulver gelagert und Wasser dringt ein, verfestigt es das Zementpulver zwar unter Volumenkontraktion, doch der abgebundene Zement kann danach nur mit großer Mühe herausgebohrt und -gestemmt werden. Gips bindet mit Wasser unter Ausdehnung ab, was jeden Silo sprengen kann. Backt Zucker oder Salz in einem feuchten Silo fest, können diese wasserlöslichen Stoffe durch Spülen mit Wasser herausgelaugt werden.
Bei Nahrungsmitteln in Silos ist ein Schädlingsbefall möglich. Ein Schutzgas wie Stickstoff verhindert das Wachstum von Insekten. Bei Schädlingsbefall einer Zelle können auch insektizid wirkende Gase eingeleitet werden. Alternativ ist ein Erhitzen durch Einleiten oder Umwälzen heißen Gases möglich. Die gleichzeitige Entnahme von Schüttgut fördert das bessere Eindringen von Gasen in die Schüttgutmenge.
Bildet sich ein Hohlraum im Schüttgut, weil es sich darüber zu einer (Bogen-)Brücke verfestigt hat, und bricht die Brücke dann zusammen, kommt es zu einem Kraft- und Druckstoß, der zu Belastungsspitzen an der Silowand führt.
Bauformen
Grundsätzlich wird bei Silos aufgrund der Bau- wie Funktionsweise zwischen Flach- bzw. Fahr- und Hochsilos zu unterschieden. Der Unterschied zwischen einer Erdmiete und einem Flachsilo ist fließend. Gebräuchliche Bauformen von Silos sind Rundsilos, Rechteck- und Achtecksilos. Vielecksilos haben den Vorteil, dass diese in Modulbauweise gefertigt werden und unter Voraussetzung einer geeigneten Stahlkonstruktion nachträglich verändert (vergrößert) werden können. Durch eine solche Modulbauweise können großvolumige Silos, die im Endzustand nicht mehr mit einem LKW transportierbar wären, leicht und kostengünstig befördert werden.[4] In der Landwirtschaft sind Hochsilos, etwa 10 bis 20 Meter hohe zylindrische Bauwerke aus Beton, Stein, Stahl, Holz oder Kunststoff, in denen Getreide oder Silage aufbewahrt wird, verbreitet. Es existieren auch außergewöhnlich hohe Silos wie der Henninger-Turm in Frankfurt oder das Getreidesilo der Schapfenmühle bei Ulm, die über 100 Meter hoch sind. Diese Bauwerke werden Siloturm genannt.
Eine technische Besonderheit stellt der Getreidesilo Am Stadthafen von 1949 in Gelsenkirchen-Schalke dar, der zum dort ansässigen Mühlenbetrieb Müller’s Mühle gehört. Die 37 Meter hohe Siloanlage wurde 1949 aus Teilen von ehemaligen U-Boot-Rümpfen errichtet.[5]
Zur Konservierung von Grünfuttermitteln in der Landwirtschaft wurden Hochsilos in den vergangenen Jahrzehnten weitgehend durch die arbeitswirtschaftlich günstigeren Fahrsilos (auch: Flachsilos) abgelöst. Diese bestehen aus einer Bodenplatte und verfügen über Seitenwände. Wird die Silage nur auf einer Bodenplatte oder auch ohne befestigte Bodenplatte gelagert, spricht man von einem Freigärhaufen. Die obere Abdeckung erfolgt meist durch eine luftdichte Kunststoffplane, die in der Regel mit Reifen oder Sandsäcken beschwert wird. Zum Schutz vor Beschädigungen der Plane wird meist noch ein Vogelschutzgitter verwendet. Fahrsilos werden mit gehäckselter frischer oder angewelkter Biomasse beschickt, die gleichmäßig verteilt, verdichtet und luftdicht abgedeckt wird. Die Entnahme erfolgt in der Regel mit speziellen Geräten am Traktor (Siloblockschneider) oder durch Radlader mit ähnlichen Adaptern. Zum Silieren und Aufbewahren pflanzlicher Gärsubstrate für die Biogaserzeugung werden ebenfalls Fahrsilos genutzt.
In der Landwirtschaft, Getreidemühlen, Großbäckereien, aber auch in der Industrie werden seit vielen Jahren textile Silos, auch Gewebesilos genannt, eingesetzt. Die Kapazität derartiger Silos kann bis zu 50 t je Einheit betragen. Aufgrund der „flexiblen“ Bauweise sind Größen von bis zu 300 m³ möglich. In jüngster Zeit werden derartige Silos gerne für Lager bei Pelletheizungen verwendet. Zur Lagerung von Pellets oder zur Lagerung von Tierfutter gibt es mittlerweile so genannte Kleinsilos, die etwa 400 Liter fassen.
In der Bauwirtschaft wird Fertigmörtel zum Verputzen in mobilen Silos angeliefert. Diese Silos sind meist direkt an die Mischanlage gekoppelt.
Gefahren
Bei landwirtschaftlichen Silos besteht die Gefahr von Gärgasunfällen durch sich sammelndes Silogas. Gärgase bestehen hauptsächlich[6] aus dem unsichtbaren und geruchslosen Kohlendioxid (CO2), daneben aus gelb-bräunlichen, beißend-stechend riechenden nitrosen Gasen,[7] das sind Gemische von Stickoxiden, hauptsächlich Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2),[8] die unmittelbar bei Silierbeginn entstehen.[9] Da die Gärgase schwerer als Luft sind, ist mit hohen Konzentrationen und entsprechender Erstickungsgefahr in Bodennähe und im Bereich der Siloabdeckung[10] (Flachsilos, aber auch an der Oberfläche des Schüttguts im Hochsilo) zu rechnen. Auch Tiere in umgebenden Stallungen können gefährdet sein.[11]
Arbeitskräfte können beim Versuch, im Schüttgut zu stehen, darin versinken bzw. davon verschüttet werden und dann am in die Atemwege eindringenden Schüttgut[12] oder durch dessen Druck auf den Brustkorb[13] ersticken. „Die Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gastgewerbe, BGN, bekommt mit erschreckender Regelmäßigkeit Fälle gemeldet, bei denen die Gefahr des Versinkens teilweise komplett unterschätzt wird“ heißt es in einer Mitteilung der BGN.[14]
Bevor man das Silo betritt, ist das Silogas durch Belüftung zu entfernen. Silo-Einfahrhosen sollen wie allgemein Gurte die Rettung von Arbeitskräften aus dem Silo durch Sicherungsposten ermöglichen, bieten aber keine absolute Sicherheit.[12] Für Arbeiten im Silo gilt die Regel 113–004 (BGR 117–1): Behälter, Silos und enge Räume der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung.[15] Die Notwendigkeit von Siloeinstiegen (Störungsbeseitigung, Reinigungsarbeiten) ist zu verringern, die Gefährdung ist sorgfältig zu beurteilen, und der Einstieg ist mit einer jährlich sicherheitstechnisch überprüften Siloinfahreinrichtung unter Aufsicht und mit Sicherungsposten durchzuführen.[12]
Zudem kann es bei Hochsilos abhängig vom Schüttgut zur Gefahr von Staubexplosionen kommen.
Höhe von Silos
Auflistung der höchsten Silos für Produkte der Futter- oder Lebensmittelindustrie:
| Name/Bezeichnung | Stadt | Land | Höhe | Baujahr | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| Silo der Schapfenmühle | Ulm | Deutschland | 116 m | 2005 | 125 m inklusive Antennenmast |
| Henninger-Turm | Frankfurt am Main | Deutschland | 120 m | 1961 | mit 2 Drehrestaurants, 2013 abgerissen |
| Swissmill-Silo | Zürich | Schweiz | 118 m | 2015 | 2013 bis 2016 von 40 auf 118 Meter aufgestockt.[16][17] |
Steht ausreichend Platz zur Verfügung und/oder sollen unterschiedliche Sorten oder Lieferanten getrennt gehalten werden, werden mehrere niedrigere Siloschächte nebeneinander errichtet. In Stahlbeton werden typisch Zellen mit abgerundet quadratischem Lumen in eine rechteckige Außenkontur integriert (z. B. Taggermühle Graz seit etwa 2018 Nachnutzung als Künstlerstudios)[18] oder aber ein oder zwei Reihen von Zylindern die über eine gemeinsame Trennwand von etwa 70 % Breite des Durchmessers verbunden sind.
Typische Silohöhen sind 10–20 m bei landwirtschaftlichen Betrieben und 30–60 m bei Mühlen, Lagerhäusern und an Umschlagplätzen.
Baumaterial
Bei Landwirten kommt häufig Stahlblech, emailliert zum Einsatz, nicht nur für Schüttgut (Futter), sondern auch für Gülle und ihre Vergärung zu Biogas. Aus am Rand gelochten – begrenzt biegsamen – Blechstreifen von etwa 1,5 Höhe und 3 m Länge werden durch Verschrauben mit Stütz- und Versteifungselementen durch Überlappung ringweise Silos aufgebaut.[19][20]
Auch NiRo-Stahl wird eingesetzt.[21]
Wellblech verzinkt ist kostengünstiger, muss in genau passender Wölbung hergestellt und geliefert werden und ist innen durch die Rillenstruktur eher von Brückenbildung beim Entleeren des Füllguts betroffen.
Silos für Streusalz werden gerne aus korrosionsfestem Glasfaserkunststoff (Epoxid oder Polyester), emailliertem Stahlblech oder aus etwas kostengünstigerem Holz hergestellt. Holzlatten/-bretter aus Lärche werden mit konischem Profil gefertigt und mit zahlreichen Stahlbandagen über den Umfang zum Zylinder zusammengespannt.
Entnahmetechniken für Schüttgut
- Vibrator(en) am Entnahmekegel gegen Brückenbildung
- Rieseln, Fließen unter Schwerkraft – Verschlussschieber, oder Schlauchende knicken
- Austragschnecke, Förderschraube
- Austragharke
- Wiegeeinrichtungen in den Stützen des Silos, etwa um Streusalz genau zu dosieren
Siehe auch
- Bei einer Kokerei befindet sich der Kohlenvorrat in Kohlebunkern. Hier spricht man nicht von einem Silo, obwohl auch hier ein Schüttgut in einem hohen turmartigen Gebäude gelagert wird.
- Landwirtschaft:
- Silage (Silofutter)
- Siloballen – mit Kunststfolienband umwickelte Grasschnittportion, werden auf der Wiese gelagert
- Getreideheber zum Befüllen von Silos
- Siloreinigung
- Güllesilo
- Silage (Silofutter)
Ähnlich wie ein Silo funktionieren:
- Big Bags für Schüttgut wie Sand mit Auslassstutzen unten ähneln kleinen Textilsilos
- Betontransportkübel zur Verkranung mit/ohne Auslaufschlauch
- Futterspender für loses Körnerfutter etwa für das Haustier Hamster oder für Vögel im Freien
- Zement wird auf der Bahn in Silowagen mit 2 oder 3 Kammern transportiert
- Silowagen als Lkw können mehrere getrennte Flachsilos aufweisen, etwa für das Mischen von Mischfutter oder aber einen einzigen bis 50 oder 60 m3großen, liegenden Kessel, der vorne durch eine Teleskophydraulik fast vertikal – auf etwa 80° – aufgerichtet und nach unten pneumatisch entleert wird.
- Bremssandbehälter in Schienenfahrzeugen
- Vorratsbehälter für Kaffeebohnen auf Kaffeemaschinen mit Mahlwerk
- Verkaufsautomaten für Kaugummikugeln, Erdnüsse und Ähnliches
Einzelnachweise
- Eintrag im Duden
- Handbuch Mehl- und Schälmüllerei P. Erling (Hrsg.) Verlag Agrimedia GmbH, Spithal 4, 29468 Bergen/Dumme, ISBN 3-86037-230-0.
- H. A. Janssen: Getreidedruck in Silozellen. in: Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure. Düsseldorf 1895, ISSN 0341-7255.
- 44 S. P&A Oktober 2009:Innovatives Silodesign, S. 37.
- Vgl. NRW in Rekorden. NRWs größter Reisspeicher (Memento vom 25. Dezember 2014 im Internet Archive) . Programminformation und Begleittext auf der Website des WDR (Stand: 25. November 2014), sowie zugehöriger Radiobeitrag im Hörfunkprogramm WDR 5:
Peter Lautsch: Gelsenkirchen hat NRWs größten Reisspeicher (Memento vom 25. Dezember 2014 im Internet Archive), Radiobeitrag in der Westblick-Serie NRW in Rekorden im Hörfunkprogramm WDR 5, Sendung vom 9. Dezember 2014, Länge: 4:20 Minuten (Audiostream; benötigt Flash Player); jeweils abgerufen am 25. Dezember 2014. - Gärgase sind giftig. AGRAVIS Raiffeisen AG, 2020, abgerufen am 1. Februar 2020 (Abschnitt 2. Gibt es noch weitere gasförmigen Verbindungen, die im Silo gebildet werden?).
- Gärgase sind giftig. AGRAVIS Raiffeisen AG, 2020, abgerufen am 1. Februar 2020 (Abschnitt 3. Da die Gärgase überwiegend aus Kohlendioxid bestehen, wie gefährlich ist dieses Gas?).
- Gärgase sind giftig. AGRAVIS Raiffeisen AG, 2020, abgerufen am 1. Februar 2020 (Abschnitt 4. Was sind nitrose Gase?).
- Gärgase sind giftig. AGRAVIS Raiffeisen AG, 2020, abgerufen am 1. Februar 2020 (Abschnitt 1. Was geschieht zurzeit bei der Silierung?).
- Gärgase sind giftig. AGRAVIS Raiffeisen AG, 2020, abgerufen am 1. Februar 2020 (Abschnitt 7. Wie sollte man sich richtig verhalten?).
- Gärgase sind giftig. AGRAVIS Raiffeisen AG, 2020, abgerufen am 1. Februar 2020 (Abschnitt 9. Und in diesem Jahr?).
- Jörg Bergmann: Tödliche Falle Schüttgut. In: sifa-sibe.de. Dr. Curt Haefner-Verlag, 2012, abgerufen am 1. Februar 2020 (Abschnitt Fall 3: Versunken und erstickt – Rettungsgurt bietet keine Sicherheit): „Selbst wenn dem Beschäftigten das Schüttgut zunächst als gut begehbare Oberfläche erscheint, ist es ein fließendes Medium, das keineswegs immer homogen und formstabil den gesamten Raum ausfüllt.“
- Jörg Bergmann: Tödliche Falle Schüttgut. In: sifa-sibe.de. Dr. Curt Haefner-Verlag, 2012, abgerufen am 1. Februar 2020 (Abschnitt Fall 1: Keine Chance – Standfläche wird plötzlich zum Trichter).
- Jörg Bergmann: Tödliche Falle Schüttgut. In: sifa-sibe.de. Dr. Curt Haefner-Verlag, 2012, abgerufen am 1. Februar 2020.
- DGUV Regel 113-004 (BGR 117-1): Behälter, Silos und enge Räume. Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse , abgerufen am 1. Februar 2020.
- Eva Eckinger: Swissmill Tower: Das höchste Getreidesilo der Welt agrarheute.com, 7. September 2018, abgerufen 5. August 2020. – Mit Video (3:46): SageGlass - SwissMill Tower Dynamic Glass Installation SageGlass, youtube.com, 3. Mai 2016, abgerufen 5. August 2020.
- Felix E. Müller: Swissmill-Turm – 118 Meter Hässlichkeit. In: Neue Zürcher Zeitung, 17. April 2016.
- Walter Klampfer: 1969 erbauter Silo in Mattersburg abgerissen meinbezirk.at, 20. Januar 2017, abgerufen 5. August 2020. – 30 m Höhe, Stahlbeton, Kammern während Abriss geöffnet.
- https://www.harvestore.de/referenzen/hochsilo/gaerfutter-hoppmann.html
- https://www.glstanks.com/de/produktion GLS Glass Lined Sheet, gebogen, emailliert bei 800 °C, plan zu transportieren.
- https://www.harvestore.de/referenzen/abwasser/trinkwasser-aethiopien.html V4A für Trinkwasser in Äthiopien
Weblinks
- Berechnung von Spannungen in Silos (Janssen-Gleichung), aufgerufen am 17. Januar 2010.