Zeit sparende Alternative

Dipl.-Ing. Gert Beckmann

Im Rahmen der Qualitätssicherung ist häufig sowohl die schnelle und genaue Bestimmung der Partikelgröße als auch die simultane Analyse der Partikelform gefragt. Diese Aufgabe kann durch digitale Bildverarbeitung mit Hilfe von Matrixkameras gelöst werden. Dieses optische Messprinzip kommt im Camsizer zur Anwendung (Bild 1). Sein Messbereich für die Partikelanalyse deckt ein Korngrößenspektrum von 30 µm bis 30 mm ab. Darüber hinaus bietet das Gerät die Möglichkeit, Schüttgüter und Granulate hinsichtlich ihrer Form zu bewerten, um Qualitätsspezifikationen mit geringem Aufwand zu überwachen oder erstmals zu definieren. Die Prozessoptimierung in den Bereichen Rohstoffe, Produktion und Fertigprodukte kann im Resultat, beispielsweise durch die Verringerung von Ausschussquoten, erhebliche Kosten einsparen. Und: Die sichere und quantitativ korrekte Beurteilung von Korngröße und Kornform, die bisher nur mit einem hohen Aufwand an Personal und Arbeitszeit möglich war, kann mit dem Camsizer in kurzer Zeit bedienerfreundlich und zuverlässig, sowie mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit durchgeführt werden. Zudem erfolgt die Messung berührungslos und damit zerstörungsfrei und ist daher auch für empfindliche Materialien besonders vorteilhaft. Überdies können auch optisch schwierige Materialien wie transparente Zucker- und Salzproben problemlos analysiert werden. Gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Partikelgrößenanalyse wie Laserbeugung und Siebanalyse bietet der Camsizer folgende Vorteile:

Bei der Größenanalyse kann die Partikelgröße so definiert werden, dass sie dem bei der Siebanalyse vorgenommenen Vergleich zwischen Partikel und Siebmasche entspricht. Mit dieser Option erhält der Anwender Resultate, die mit denen der Siebanalyse kompatibel sind. Ein weiterer Pluspunkt des Systems ist, dass neben der Bestimmung der Größenverteilung von Schüttgutproben gleichzeitig auch die Kornform des Probengutes exakt und zuverlässig ermittelt werden kann. Die detaillierte Auswertung der Projektionsflächen der einzelnen Teilchen erlaubt dabei die Angabe spezieller Formcharakteristika wie absolute Länge, Rundheit und Längen-Breiten-Verhältnisse, Symmetrie und Konkavität bzw. Konvexität. Die Ausgabe dieser Kenngrößen erfolgt mengenabhängig, größenklassenspezifisch oder als Mittelwert für die Gesamtprobe. Die statistische Absicherung der erhaltenen Werte kann aufgrund der Anzahl erfolgter Partikeldetektionen direkt angegeben werden. Die Darstellung der Ergebnisse kann als Kenngröße, tabellarisch oder auch in Grafikform erfolgen.

Bei der Herstellung von Kristallzucker wird eine aufwändige Qualitätskontrolle der Partikelgrößenverteilung durch Siebanalysen durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse erfolgt dann die Spezifikation der verschiedenen Qualitäten. Der Camsizer stellt hier eine viel schnellere und mit minimalem manuellem Aufwand verbundene Alternative dar. Voraussetzung für den Einsatz des Gerätes bei der Qualitätskontrolle von Zucker ist, dass es die gleichen Ergebnisse wie die Siebanalyse liefert. Möglich wird dies durch die in den Camsizer integrierte Software. Sie stellt eine direkte Vergleichbarkeit der Messergebnisse von Siebanalyse und Camsizer her.

Bild 2 zeigt Messungen von zwei unterschiedlichen Zuckerproben. Die blaue Kurve stellt einen groben Zucker dar, die grüne eine Mischung aus zwei unterschiedlichen Zuckersorten. Beide Proben wurden mit derselben Siebanpassung gemessen. Die Ergebnisse der Siebung sind durch schwarze Punkte dargestellt. Es lässt sich deutlich erkennen, dass die Messergebnisse des Camsizers denen der Siebung im erforderlichen Umfang entsprechen.

Bei verschiedenen industriellen Anwendungen werden Gemische von Komponenten hergestellt, die im gleichen Korngrößenbereich liegen. Um die Volumenverhältnisse der einzelnen Komponenten zu bestimmen, nutzt man häufig die unterschiedliche physikalische Dichte der Komponenten aus. Man gibt die Mischung in eine Flüssigkeit, deren Dichte so gewählt wird, dass eine Komponente absinkt, die andere flotiert. Durch Dekantieren der flotierenden Komponente trennt man dann das Gemisch auf und bestimmt für beide Komponenten nach der Trocknung bzw. Separation der Flüssigkeit die Volumenanteile. Bei Komponenten, die eine unterschiedliche Kornform aufweisen, kann der Camsizer diese aufwändige und zeitintensive Trennungsprozedur ersetzen und die Volumenanteile direkt bestimmen. Als Beispiel sei hier die Produktion von Wasserfiltern genannt, bei der die Volumenanteile von Aktivkohle und Ionenaustauscher bestimmt werden müssen. Der Camsizer löst diese Aufgabe einfach und schnell über eine Ermittlung des Breiten-Längen-Verhältnisses. Dazu misst man einmalig die reinen Komponenten, um deren Kornformcharakteristik zu erhalten. Bei runden Partikeln ist die Breite gleich der Länge, d. h. der b/l-Wert liegt bei ca. 1.

Für das genannte Beispiel sind die Messwerte in Bild 3 dargestellt: Für den Ionenaustauscher ergibt sich die grüne Kurve. Sie zeigt, dass fast alle Partikel aufgrund ihrer Rundheit einen b/l-Wert von über 0,9 aufweisen. Die rote Kurve ist das Ergebnis der Messung der reinen Aktivkohle. Diese sehr splittrige Probe hat ein b/l-Verhältnis von < 0,9. Das heißt: Ein b/l-Schwellenwert von 0,9 kann als Unterscheidungsmerkmal der beiden Materialien Aktivkohle und Ionenaustauscher genutzt werden.

Die blaue Kurve entspricht dem Ergebnis einer kontinuierlichen Messung zur Qualitätskontrolle. Sie lässt sich nach der erfolgten Kornformcharakterisierung so interpretieren, dass der Anteil der Aktivkohle 66,5 % beträgt (b/l <0,9) und der des Ionenaustauschers bei 33,5 % (b/l>0,9) liegt. Diese Werte werden auch als Zahlenwert ausgegeben, was die Auswertung vereinfacht.

Das Beispiel zeigt, dass sich mit dem Camsizer die Volumenverteilung der einzelnen Komponenten in der Gesamtprobe einfach und schnell ermitteln lässt. Neben dem Breiten-Längen-Verhältnis werden natürlich auch die Partikelgrößenverteilung und andere Kornformparameter simultan ermittelt.

dei 434

Camsizer

Powtech 2005

Seminar Partikelgrößenmesstechnik

Der Camsizer nutzt das Prinzip der Schattenprojektion. Die Partikel fallen senkrecht zur optischen Achse zwischen einer Flächenlichtquelle und zwei digitalen CCD-Kameras hindurch und werden von diesen in schneller Folge aufgezeichnet. Auf diese Weise wird jedes Partikel des gesamten Schüttgutstroms analysiert. Die extrem kurze Belichtungszeit garantiert dabei die verzerrungsfreie Ermittlung der Projektionsflächen der Partikel in den auszuwertenden Digitalaufnahmen. Der Camsizer speichert die Messergebnisse automatisch in mindestens 1000 Größen- klassen.