DE102013003636B4

DE102013003636B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von Partikeln, insbesondere von Fasern, hinsichtlich ihrer Größe

Info

Publication number: DE102013003636B4
Application number: DE102013003636.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hasener; Oliver Pieper; Martin Ohlmeyer
Original assignee: Fagus Grecon Greten GmbH and Co KG
Current assignee: Fagus Grecon Greten GmbH and Co KG
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: DE102013003636A1

Abstract

Verfahren zum Vermessen von Partikeln, insbesondere von Fasern, hinsichtlich ihrer Größe und Morphologie, bei dem die Partikel mit einer Luftströmung beaufschlagt werden,dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (2) in der Luftströmung zusätzlich mit einem Ultraschallsignal beaufschlagt werden und nach Führen über eine Lufttransportstrecke auf einem Flächenabschnitt abgelegt werden und anschließend auf diesem Flächenabschnitt messtechnisch erfasst werden, wobei das Ultraschallsignal zur Vereinzelung der Partikel bzw. Fasern eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen von Partikeln, insbesondere von Fasern, hinsichtlich ihrer Größe und Morphologie, bei dem die Partikel mit einer Luftströmung beaufschlagt werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Vermessen von Partikeln, insbesondere von Fasern, hinsichtlich ihrer Größe, insbesondere zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens.
Partikel, wie Fasern, Holzspäne, Textilfasern und andere organische sowie mineralische Fasern werden in verschiedenen Industriezweigen verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von Matten oder Platten auch bei der Herstellung von Formteilen. Für verschiedene Bearbeitungsschritte ist es notwendig, die Größe der zu verarbeitenden Partikel zu kennen, daher werden Partikel vor oder während ihrer Verarbeitung regelmäßig hinsichtlich ihrer Größe gemessen.
Bei bekannten Verfahren werden Partikel mit einer Luftströmung beaufschlagt, so dass sich für die Partikel ein Schwebezustand ergibt. In diesen Schwebezustand hinein wird dann gegebenenfalls mit bildgebenden Verfahren gemessen, um so Größenverhältnisse der Partikel ermitteln zu können. Da sich die Partikel in dieser Luftströmung in einem dreidimensionalen Raum frei bewegen können, ist ihre Ausrichtung gegenüber einer Messvorrichtung variabel, so dass ein genaues Messen der Partikelgröße sehr schwierig ist. Im Ergebnis läuft es bei den bekannten Verfahren und den dazu verwendeten Vorrichtungen auf eine Schätzung der Größe der Partikel hinaus.
Ein Verfahren der eingangs genannten Gattung ist aus der WO 2003/ 089 907 A1 bekannt. Verfahren dieser Gattung werden auch in der DE 39 33 681 A1 , der EP 0 364 786 A1 , der CH 637 468 A5 und der US 2005 / 0 247 868 A1 gezeigt.
In der DE 10 2009 056 503 A1 ist ein Verfahren zum Vermessen von Partikeln, insbesondere von Fasern beschrieben. Die Partikel werden dort mit einer Luftströmung beaufschlagt, so dass Partikel aus einer Dosiereinrichtung herausgestreut werden und im freien Fall vermessen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, mit dem die Größe von Partikeln, insbesondere von Fasern, präziser gemessen werden kann. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung aufgezeigt werden, mit der dieses präzise Messen gelingt und die vorzugsweise zum Ausführen des oben genannten Verfahrens geeignet ist.
Hinsichtlich des Verfahrens ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Partikel zusätzlich mit einem Ultraschalsignal beaufschlagt werden und nach Führen einer Lufttransportstrecke auf einem Flächenabschnitt abgelegt werden und anschließend messtechnisch erfasst werden, wobei das Ultraschallsignal zur Vereinzelung der Partikel bzw. Fasern eingesetzt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Partikel wie im Stand der Technik mit einer Luftströmung beaufschlagt. Dadurch gelingt ein Aufwirbeln der Partikel. Nun wird aber nicht in diesem Aufwirbelungszustand eine Größenmessung vorgenommen, sondern die Partikel erfindungsgemäß über eine Lufttransportstrecke geführt. Beim Eintritt in diese Lufttransportstrecke wurden die Partikel bereits zusätzlich mit einem Ultraschallsignal beaufschlagt, dieses Ultraschallsignal bewirkt eine Impulsgebung auf die Partikel mit der vorteilhaften Folge, dass sie sich voneinander jeweils entfernen und somit vereinzeln. Die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ultraschallsignals mittels Luft bzw. Dampf ist in der WO 2006/ 086 993 A1 beschrieben.
In dem vereinzelten Zustand werden die Partikel über die Lufttransportstrecke geführt und anschließend auf einem sich bewegten Flächenabschnitt abgelegt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren treffen die Partikel in vereinzelter Form auf dem Flächenabschnitt auf, aufgrund des einzelnen Auftreffens legen sich die Partikel entlang ihrer Schwerpunktausgestaltung auf dem Flächenabschnitt ab und sind so in vereinzelter, abgelegter Auflageform einer messtechnischen Erfassung zugänglich. Es soll ja gerade die Größe der Partikel, insbesondere der Fasern, wenn sich eine derartige Faser entlang ihrer Längserstreckung auf dem Flächenabschnitt ablegt, in ihrer Größe gut messbar.
Die Beaufschlagung der Partikel erfolgt vorzugsweise mit einem Ultraschallsignal. Der bevorzugte Frequenzbereich zwischen 16-50 kHz hat sich insbesondere bei Holzfasern als gut geeignet für die Vereinzelung der Fasern herausgestellt, aber auch andere Ultraschallfrequenzen können für verschiedene Fasern und Partikel geeignet sein.
Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lufttransportstrecke für die Fasern nach ihrer Beaufschlagung mit Luft und Ultraschall über eine Lufttransportstrecke geführt werden, die zunächst weiter und anschließend enger ausgebildet ist. Die Weiterausbildung der Lufttransportstrecke führt zur Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit an dieser Stelle, was zur Folge hat, dass die Fasern länger dem Ultraschallsignal ausgesetzt sind. Dies ermöglicht das voneinander Entfernen der einzelnen Partikel. Partikel können in diesem Bereich der Lufttransportstrecke vereinzelt werden, dafür ist genug Raum vorhanden. Nach der Vereinzelung kann die Lufttransportstrecke enger ausgebildet sein, dadurch erfolgt ein Beschleunigen der transportierten Partikel. Durch Einwirken von Beschleunigungskräften auf die Partikel können schwerere Partikel sich von leichteren Partikeln trennen, die schwereren Partikel werden schneller transportiert. Das trägt zur Vereinzelung der Partikel voneinander bei.
Vor Erreichen des Flächenabschnitts kann die Lufttransportstrecke für die Partikel wieder weiter ausgebildet werden. Dadurch tritt vor Auftreffen auf den Flächenabschnitt eine Verringerung der Transportgeschwindigkeit der Partikel ein, Partikel sollen weich und langsam auf dem Flächenabschnitt auftreffen, überschüssige Transportluft ist in diesem Moment abzuführen, ohne dass Partikel mit der Luft von dem Flächenabschnitt weggebracht werden. In diesem Bereich werden die Partikel aus der Luftströmung herausgetrennt, auf dem Flächenabschnitt abgelegt und anschließend vermessen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, für die selbständiger Schutz beansprucht wird, zeichnet sich dadurch aus, dass sie zumindest einen Ultraschallsensor hat und dass eine Partikelleitung vorgesehen ist, die bis zu einer Auflagefläche für die Partikel verläuft, wobei der Auflagefläche eine Messeinrichtung für die Partikel zugeordnet ist, wobei der Ultraschallgenerator einer in die Partikelleitung einmündenden Druckluftleitung zugeordnet ist.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Ultraschallsensor sorgt für das Ultraschallsignal, mit dem die Partikel beaufschlagt werden, um sie voneinander zu vereinzeln. Die Partikelleitung stellt dann die Lufttransportstrecke bereit, sie führt bis zu einer Auflagefläche für die Partikel, welche den verfahrensgemäß vorgesehenen Flächenabschnitt darstellt. Partikel können sich auf die Auflagefläche auflegen und dann vermessen werden.
Der Ultraschallsensor ist erfindungsgemäß der als Druckluftleitung ausgebildeten Partikelleitung zugeordnet. Auf die Partikel werden verfahrensgemäß zeitgleich Druckluft und Ultraschall aufgebracht, dies erfolgt in der als Druckluftleitung ausgebildeten Partikelleitung.
Die Partikelleitung hat nach einer Weiterbildung der Erfindung zunächst einen aufgeweiteten Abschnitt, diesem schließen sich verengende Abschnitte folgend an. Der aufgeweitete Abschnitt dient verfahrensgemäß zur Vereinzelung der Partikel, in den verengenden Abschnitten folgt dann eine Erhöhung der Transportgeschwindigkeit der Partikel. Damit Partikel beim Übergang aus einem weiteren Abschnitt in einen engeren Abschnitt der Partikelleitung nicht an den Übergängen der Abschnitte hängen bleiben, ist jeder Übergang von einem Abschnitt in den nächsten Abschnitt über trichterförmige Bereiche ausgebildet. So sind für die Partikel zum Beispiel Einlaufschrägen oder auch Auslaufschrägen ausgebildet, welche keine Hinterschneidungen oder andere Bereiche ausbilden, an denen sich Partikel verfangen können.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein verengter Abschnitt der Partikelleitung einen bogenförmigen Verlauf hat. Werden die Partikel durch diesen engen Abschnitt mit bogenförmigem Verlauf geführt, so wirken Fliehkräfte auf die Partikel ein. Diese Fliehkräfte besorgen eine weitere Separierung der einzelnen Partikel, da schwerere Partikel aufgrund höherer Fliehkräfte nach außen gedrängt werden, während leichtere in einem inneren Bereich mit kleinerem Radius im bogenförmigen Verlauf verbleiben können.
Bevor die Partikel auf die Auflagefläche auftreffen, folgt dem verengten Abschnitt noch ein aufgeweiteter Abschnitt in der Partikelleitung. Dieser Abschnitt dient zur Verringerung der Transportgeschwindigkeit und dem Heraustrennen der Partikel aus der Transportluft.
Zur weiteren Ausbildung der Erfindung ist noch vorgesehen, dass der Auflagefläche für die Partikel eine Einrichtung zu ihrem Bewegen zugeordnet ist. Diese z. B. rotierende Bewegung der Auflagefläche dient dazu, einen Bereich, auf dem bereits Partikel aufgetroffen sind, aus der Ausfallstrecke der Partikel herauszunehmen, um nachfolgenden Partikeln wieder eine Auflagefläche ohne bereits vorhandene Partikel zur Verfügung zu stellen. Dadurch wird verhindert, dass sich Partikel aufeinanderlegen, vorteilhaft kann so weitestgehend jeder Partikel einzeln vermessen werden. Sich dennoch überlagernde Fasern oder Partikel werden durch eine softwarebasierte Kreuzungsanalyse voneinander getrennt. Nachdem in dem Bereich unterhalb der Partikelleitung genügend Fasern auf der Auflagefläche aufliegen, wird diese wegbewegt und vorzugsweise in einen Bereich geführt, in dem die aufliegenden Fasern messtechnisch erfasst werden können.
Die Einrichtung zum Bewegen der Auflagefläche umfasst vorzugsweise einen Drehantrieb. Dieser bewirkt vorzugsweise ein fortlaufendes Drehen der Auflagefläche, so dass ständig Bereiche der Auflagefläche von der Partikelleitung weggeführt werden. Die Auflagefläche kann dabei an einer Drehwelle gehalten sein, wobei die Drehwelle mit dem Drehantrieb in Wirkverbindung steht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

1: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Vermessen von Partikeln, insbesondere von Fasern, und
2: eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß 1, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung in 1 hat eine Partikelleitung 1 mit verschiedenen Abschnitten, über die Partikel 2 von einem Aufgabeort 3 bis zu einer Auflagefläche 4 transportiert werden. Der Aufgabeort 3 für die Partikel 2 wird über eine Leitung 5 mit Druckluft entlang Pfeil 6 beaufschlagt. Die Partikel 2 werden darüber hinaus über eine Ultraschalldüse 7 im Aufgabeort 3 mit einem Ultraschallsignal beaufschlagt.
In Folge der Druckluft- und Ultraschallbeaufschlagung werden die Partikel 2 in der Partikelleitung 1 aufgewirbelt und voneinander vereinzelt. Die Partikelleitung 1 stellt dafür zunächst einen erweiterten Abschnitt 8 zur Verfügung, an den sich verengte Abschnitte 9, 10 anschließen. Der engere Abschnitt 10 hat dabei einen bogenförmigen Verlauf, so dass eine Umkehr der Transportrichtung der Partikel 2 erfolgt. An diesen engeren Abschnitt 10 schließen sich zwei weitere Abschnitte 11 und 12 an. Die Übergänge zwischen den einzelnen Abschnitten 8, 9, 10, 11, 12 ist jeweils über trichterförmige Bereiche ausgestaltet.
Unterhalb des weiteren Abschnittes 12 treffen die Partikel 2 auf die Auflagefläche 4 auf, die Transportluft entweicht aus der Partikelleitung 1 entlang Pfeile 13, sie wird hier von den Partikeln 2 getrennt.
2 zeigt die Auflagefläche 4 als kreisrunde Platte, dieser Auflagefläche 4 ist ein Pfeil 14 zugeordnet, welcher eine vorzugsweise fortlaufende Bewegung der Auflagefläche 4 andeutet. Nach Aufliegen der Partikel 2 auf der Auflagefläche 4, werden die Partikel 2 durch Drehen der Auflagefläche 4 einer Messeinrichtung 15 zugeführt. Mit dieser Messeinrichtung 15, welche eine Beleuchtung 16 unterhalb der Auflagefläche 4 umfasst, wird die Größe der Partikel 2 vermessen. Durch ein weiteres Drehen der Auflagefläche 4 werden die Partikel 2 einer Absaugeinrichtung 17 zugeführt, mit dieser werden bereits vermessende Partikel 2 von der Auflagefläche 4 entfernt, so dass diese für eine Neuaufnahme von Partikeln 2 zur Verfügung steht.
2 zeigt noch, dass die Messeinrichtung 15 mit der Auflagefläche 4 in einem abgeschlossenen Bereich 18 angeordnet ist, in dem unter Laborbedingungen genaue Messungen erfolgen können. Die Partikel 2 werden von außen über die Partikelleitung 1 in diesen geschlossenen Bereich 18 eingeführt und über die Absaugeinrichtung 17 wieder aus diesem geschlossenen Bereich 18 herausgeführt.

Claims

Verfahren zum Vermessen von Partikeln, insbesondere von Fasern, hinsichtlich ihrer Größe und Morphologie, bei dem die Partikel mit einer Luftströmung beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (2) in der Luftströmung zusätzlich mit einem Ultraschallsignal beaufschlagt werden und nach Führen über eine Lufttransportstrecke auf einem Flächenabschnitt abgelegt werden und anschließend auf diesem Flächenabschnitt messtechnisch erfasst werden, wobei das Ultraschallsignal zur Vereinzelung der Partikel bzw. Fasern eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufttransportstrecke für die Partikel (2) nach ihrer Beaufschlagung mit Luft und Ultraschall zunächst weiter und anschließend enger ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufttransportstrecke für die Partikel (2) vor Erreichen des Flächenabschnitts durch die Partikel (2) wieder weiter ausgebildet wird.
Vorrichtung zum Vermessen von Partikeln, insbesondere von Fasern, hinsichtlich ihrer Größe und Morphologie, bei dem die Partikel mit einer Luftströmung beaufschlagt sind, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Ultraschallgenerator (7) hat und dass eine Partikelleitung (1) vorgesehen ist, die bis zu einer Auflagefläche (4) für die Partikel (2) verläuft, wobei der Auflagefläche (4) eine Messeinrichtung (15) für die Partikel (2) zugeordnet ist, wobei der Ultraschallgenerator (7) einer in die Partikelleitung (1) einmündenden Druckluftleitung (5) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelleitung (1) zunächst einen aufgeweiteten Abschnitt (8) hat, dem sich verengende Abschnitte (9, 10) folgend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Übergang von einem Abschnitt in den nächsten Abschnitt über trichterförmige Bereiche erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein verengter Abschnitt (10) der Partikelleitung (1) einen bogenförmigen Verlauf hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Partikelleitung (1) dem verengten Abschnitt (10) ein aufgeweiteter Abschnitt (12) folgt, der der Auflagefläche (4) für die Partikel (2) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagefläche (4) eine Einrichtung zu ihrem Bewegen zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bewegen der Auflagefläche (4) ein Drehantrieb umfasst, wobei die Auflagefläche (4) an einer mit dem Drehantrieb in Wirkverbindung stehenden Drehwelle gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagefläche (4) eine Einrichtung (17) zum Entfernen der Partikel (2) von ihrer Oberfläche zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15), die Beleuchtung (16) und die Auflagefläche (4) in einem von der Umgebung geschützt abgetrennten Bereich (18) angeordnet sind.