DE19835090A1 - Verfahren zur Herstellung von Zellulose-Dämmstoffen und ein Bildanalyse-Verfahren zur Fehleranalyse der Zellulose-Dämmstoffe - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Zellulose-Dämmstoffen und ein Bildanalyse-Verfahren zur Fehleranalyse der Zellulose-Dämmstoffe

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zellulose-Dämmstoffen und ein Bildanalyse-Verfahren zur Fehleranalyse der Zellulose-Dämmstoffe, wobei der Zellulose-Dämmstoff aus Altpapier, Pappe oder natürlichen Fasermaterialien sowie Zusatzstoffen zum Brandschutz und gegen biologischen Befall in einer Wirbelstrom-Mühle mit veränderbarer Drehzahl und Frequenz, einstellbarem Mahlspalt sowie variablem Stoff- und Luft-Durchsatz hergestellt wird. DOLLAR A Das neue Verfahren soll es ermöglichen, einen homogenen Zellulose-Dämmstoff mit optimal verteilten Flocken-Durchmessern und niedriger Wärmeleitfähigkeit herzustellen sowie Fehler in der Morphologie und Größenklassenverteilung mit Hilfe der produktionsbegleitenden Bildanalyse zu vermeiden. DOLLAR A Gelöst wird die Aufgabe durch die Regelung der Drehzahl und Frequenz, des Mahlspaltes sowie des Luft- und Stoff-Durchsatzes, so daß der Zellulose-Dämmstoff homogen ist und aus annähernd flächengleichen Flocken mit Kernen, aus Fasern sowie Zusätzen besteht. DOLLAR A Die Dämmstoff-Partikel werden mit der Kamera aufgenommen und mit einem Bildanalysesystem der äquivalente Flocken- und Kern-Durchmesser, das Verhältnis von Kern- zu Flocken-Fläche, die Rundheit und die Verteilung der Zellulose-Partikel über die Größenklassen ermittelt. DOLLAR A Bei Abweichungen von der Flocken-Morphologie, der vorgegebenen Normalverteilung in den Größenklassen, dem Verhältnis von Kern- zu Flockenfläche und dem Formfaktor Rundheit im Prüfbild, werden die Parameter ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zellulose-Dämmstoffen und ein Bildanalyse-Verfahren zur Fehleranalyse der Zellulose-Dämmstoffe.
Es ist bekannt, daß Zellulose-Dämmstoffe aus Altpapier, Pappe oder natürlichen Fasermaterialien sowie Zusatzstoffen zum Brandschutz und gegen biologischen Befall in einer Wirbelstrom-Mühle mit veränderbarer Drehzahl und Frequenz, einstellbarem Mahlspalt sowie variablem Stoff- und Luft-Durchsatz hergestellt werden können.
Zellulose-Dämmstoffe bestehen nach dem Stand der Technik aus unterschiedlich großen Partikeln, wie Flocken, Stippen, Stützfasern, Fasern und Staub.
Die Rohdichte, die Wärmeleitfähigkeit und das Setzmaß der Zellulose-Dämmstoffe hängen wesentlich von der Art, der Herkunft, der Morphologie, der Größe und der Homogenität der im Dämmstoff enthaltenen Partikel ab.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß sich die bei der Mahlung entstehenden Partikel - insbesondere die Flocken - der Zellulose-Dämmstoffe in den Flächengröße um mehrere Größenordnungen voneinander unterscheiden.
Eine Ursache dafür besteht im Einsatz unterschiedlicher Einsatzstoffe bei einer festen Einstellung der Mühlen-Parameter.
Ein weiteres Problem sind die auf dieser Technologie beruhenden starken Schwankungen der Wärmeleitfähigkeit, des Setzmaßes und der Rohdichte der Dämmstoffe. Sie müssen vom Hersteller wöchentlich und die Rohdichte vor dem Einsatz auf der Baustelle täglich gemessen werden.
Ein weiteres Problem ist, daß mit den Baustoffprüfungen zur Rohdichte, Wärmeleitfähigkeit und zum Setzmaß entsprechend der Zulassungsverordnung nur sekundäre Merkmale des Dämmstoffes nach dem Produktionsprozeß erfaßt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung von Zellulose-Dämm­ stoffen und ein Bildanalyse-Verfahren zur Fehleranalyse der Zellulose-Dämm­ stoffe zu schaffen, wobei der Zellulose-Dämmstoff aus Altpapier, Pappe oder natürlichen Fasermaterialien sowie Zusatzstoffen zum Brandschutz und gegen biologischen Befall, der in einer Wirbelstrom-Mühle mit veränderbarer Drehzahl und Frequenz, einstellbarem Mahlspalt sowie variablem Stoff- und Luft-Durchsatz hergestellt wird, eine geringe Wärmeleitfähigkeit und Setzung hat.
Die in den Patentansprüchen angegebene Lösung der Probleme betrifft ein Verfahren zur Herstellung und produktions-integrierten Prüfung von Zellulose-Dämmstoffen mit geringer Wärmeleitfähigkeit sowie Zellulose-Dämmstoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit und ausreichendem Setzverhalten.
Die Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffes kann wesentlich verringert werden, wenn die Rohdichte bei gleichbleibendem Setzmaß verringert wird, der Dämmstoff homogen ist und aus annähernd gleich großen Flocken besteht.
Die Drehzahl und Frequenz, der Mahlspalt sowie der Luft- und Stoff-Durchsatz einer Papier-Sorte werden an der Wirbelstrom-Mühle so eingestellt, daß der Zellulose-Dämm­ stoff homogen ist und aus annähernd flächengleichen Flocken mit Kernen, aus Fasern sowie Zusätzen besteht.
Die dabei gebildeten und mit Luft gefüllten Hohlräume zwischen den Flocken und Fasern sind so klein, daß eine konvektive Wärmeübertragung vermieden wird.
Die zugemischten Faserstoffe anderer Sorten werden so vorzerkleinert, daß im Mahlprozess ein homogener Dämmstoff mit normal-verteilten Flocken-Durchmessern entsteht.
Der äquivalente Durchmesserbereich der Zellulose-Flocken hat eine Normal-Verteilung um den Mittelwert von ca. 1,5 mm mit einer Standardabweichung von ca. 0,5 mm, das Verhältnis von Flockenkern-Fläche zu Flocken-Fläche ist kleiner 0,5 und der Formparameter Rundheit der Zellulose-Flocken hat einen Wert größer 100 (die Kreisform hat den Wert 12,57).
In der extraktiven Probenahme werden die Dämmstoff-Proben zur Fehleranalyse der Flocken-Morphologie und Flächenverteilungen mit einer Glasscheibe, die mit doppelseitig klebender Folie versehen ist, vor dem Abfüllvorgang der Dämm­ stoff-Produktion oder der Verpackung entnommen, wobei die Glasscheiben Bestandteile von Dia-Rahmen sind und nach der Probenahme geschlossen werden.
Die Folie im Dia-Rahmen hat an den Rändern eine unterteilte mm-Skala für die Auswertung mit einem Dia-Betrachter.
Die Dämmstoff-Proben in den Dia-Rahmen werden unter einem Mikroskop mit Beleuchtungseinrichtung, an das eine Kamera angeschlossen ist, aufgenommen und mit einem Bildanalysesystem der effektive Flocken- und Kern-Durchmesser, das Verhältnis von Flockenkern- zu Flocken-Fläche, die Rundheit und die Verteilung der Zellulose-Partikel über die nach der Standard-Abweichung eingeteilten Größenklassen ermittelt.
Für die kontinuierliche Fehleranalyse wird eine zusätzliche flache Rohrleitung zum Dämmstoff-Transport vom Refiner zur Packmaschine mit zwei gegenüberliegenden antistatischen Fenstern ausgerüstet, wobei an eines eine Beleuchtungs-Einrichtung und an das gegenüberliegende und eine Kamera angeschlossen ist. Die in der zusätzlichen Rohrleitung fliegenden Dämmstoff-Partikel werden mit einer Kamera aufgenommen und mit einem Bildanalysesystem der äquivalente Flocken- und Kern-Durchmesser, das Verhältnis von Kern- zu Flocken-Fläche, die Rundheit und die Verteilung der Zellulose-Partikel über die Größenklassen ermittelt.
Bei Abweichungen von der Flocken-Morphologie, der vorgegebenen Normalverteilung in den Größenklassen, dem Verhältnis von Kern- zu Flockenfläche und dem Formfaktor Rundheit im Prüfbild, werden die Parameter Einsatzstoffe, Durchsatz, Drehzahl, Frequenz und Spaltbreite der Wirbelstrom-Mühle nachgeregelt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit geringerem Stoff- und Energie-Einsatz ein homogener Dämmstoff niedrigerer Wärmeleitfähigkeit und Rohdichte entsteht, bei dem innerhalb der von den Flocken und Fasern eingeschlossenen Luftvolumina - wegen der geringen Abmessungen - eine konvektive Energie-Übertragung vermieden wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Fehleranalyse die Morphologie, Größenverteilung und Rundheit der Dämmstoff-Partikel während des Produktionsprozesses geprüft werden kann und in Abhängigkeit von den Einsatzstoffen die Parameter der Mühle, wie Durchsatz, Drehzahl und Frequenz nachgeregelt werden können.
Die Schritte zur Ermittlung der Dämmstoff-Morphologie und der Kennwerte durch das Erfassen und Analysieren von Einzelbildern werden im nachfolgenden Beispiel beschrieben:
Die ausgeleuchtete Probe wird unter dem Mikroskop justiert und die erforderliche Vergrößerung/Scharfstellung für ein auswertbares Bild eingestellt.
Der Informations-Gehalt des Bildes wird im Histogramm kontrolliert.
Das Kalibrier-Normal wird in der Proben-Ebene bei gleicher Einstellung des Mikroskops an Stelle der Probe angeordnet.
Die Kalibrierung wird überprüft bzw. neu vorgenommen.
Die aktuelle Kalibrierung wird mit Datum und Nummer (Such-Kriterien) in einer Bild-Datei und in der Configurations-Datei gespeichert, so daß sie für weitere Untersuchungen zur Verfügung steht.
Erfassung eines Bildes von der Probe, Wandlung des Bildes in ein Pixel-Format und Speicherung der Bild-Information in einer Bild-Datei.
Die Eignung der Bild-Datei für die Analyse wird im Histogramm überprüft.
Die Bild-Information wird zur Trennung der Objekte durch Einstellung der Schwellenwerte für die einzelnen Dämmstoff-Bestandteile im Falsch-Farben-Bild segmentiert.
Die Schwellwerte sind aus vorhergehenden Untersuchungen bekannt und in einem MAKRO gespeichert bzw. neu zu ermitteln. Für die ermittelten Schwellwerte werden
die Flocken-Kerne (ke→blau),
die anhaftenden und losen Fasern (fa→rot),
die Feinteile (st→grün) sowie
der Untergrund ( →gelb) dargestellt.
Das Falsch-Farben-Bild wird gespeichert.
Die Objekte werden für die Bearbeitung (Bestimmung der Anzahl und Flächen) in weiß gespeichert.
Für die Auswertung der Bild-Information zu den Dämmstoff-Proben sind entsprechend den Größenklassen (→Grenzwerte) in einem Makro gespeichert.
Die gesamte Bild-Information wird in ein schwarz-weiß-Bild gewandelt und gespeichert.
Die einzelnen Dämmstoff-Partikel (Flocken und vereinzelte Fasern) sollten getrennt voneinander vorliegen oder durch Bild-Bearbeitung getrennt werden.
Die vereinzelten Partikel der Proben werden mit einem Makro intern nummeriert.
Die mit einer Nummer versehenen Partikel werden als Bild gespeichert.
Die gesamte Bild-Information (Flocken, Fasern, Staub) wird in einer Gruppe Makros analysiert und die ermittelten Werte an eine EXCEL-Datei zur Auswertung übertragen:
die Anzahl der Partikel in den einzelnen Größenklassen;
die Durchmesser der äquivalenten Kreise der Partikel;
die Flächengrößen der Partikel;
der Umfang der einzelnen Partikel,
der Formfaktor Rundheit,
die Darstellung der Verteilung in Tafeln und Balken-Diagrammen.
Die Flocken und Flocken-Kerne werden aus dem Ursprungs-Bild separiert und in schwarz-weiß-Bildern gespeichert.
Das Verhältnis [K/F] von (Durchmesser des Faser-Kerns) zum (Außendurchmesser der Flocke mit herausragenden Fasern) sowie die Flächen-Verhältnisse in den einzelnen Größenklassen (errechnet aus den Flächen-Größen eines entsprechend flächengleichen Kreises) werden errechnet.
Bei Abweichungen von der Flocken-Morphologie, der vorgegebenen Normalverteilung in den Größenklassen, dem Verhältnis von Kern- zu Flockenfläche und dem Formfaktor Rundheit im Prüfbild, werden die Parameter Einsatzstoffe, Durchsatz, Drehzahl, Frequenz und Spaltbreite der Wirbelstrom-Mühle nachgeregelt.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit automatischer Merkmals-Erfassung im Dämmstoff-Strom zur Anlagensteuerung.
Fig. 2 die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit extraktiver Probenahme zur Anlagensteuerung.
Fig. 3 das Verfahrensfließbild zur Ermittlung der geometrischen Merkmale des Zellulose-Dämmstoffes im Herstellungs-Prozess.
Fig. 4 eine Dämmstoff-Probe aus Flocken und Kernen, aus Fasern und Staub.
Fig. 1 zeigt die Anordnung der Apparate zur Herstellung des Zellulose-Dämmstoffes 1 nach Anspruch 9.
Der Ausgangs-Faserstoff 2 und die Zusatzstoffe 3 werden über eine Stoff-Zuführung 4 der Wirbelstrom-Mühle 5 zugeführt. Der in der Wirbelstrom-Mühle 5 erzeugte Dämmstoff 1 wird im Rohr 6a und über ein zusätzliches Rohr zur Fehleranalyse 6b mit Fenstern 7 und 8 der Packmaschine 9 zugeführt.
An dem Fenster 7 ist eine Beleuchtungseinrichtung 10 angebracht. Am Fenster 8 ist eine Kamera 11 angebracht. Die mit der Kamera 11 aufgenommenen Bilder 12 werden im Computer 13 mit Bildverarbeitungskarte 14, Bildverarbeitungs-Programm 15 und Bildspeicher 16 verarbeitet.
Die Merkmale der Bilder 12 werden mit den Sollwert-Bildern 17 verglichen und die Stellwerte 18 dem Steuerungsrechner 19 der Wirbelstrom-Mühle 5 zugeführt. Der Steuerungsrechner 19 regelt die Drehzahl, Frequenz, Spaltbreite, sowie den Durchsatz an Luft und Stoffen, bis der Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt. Die Luftzuführung 20 wird vom Steuerungsrechner 19 eingestellt.
Fig. 2 zeigt die Anordnung der Apparate zur Herstellung des Zellulose-Dämmstoffes 1 nach Anspruch 6.
Der Ausgangs-Faserstoff 2 und die Zusatzstoffe 3 werden über eine Stoff-Zuführung 4 der Wirbelstrom-Mühle 5 zugeführt. Der in der Wirbelstrom-Mühle 5 erzeugte Dämmstoff 1 wird über ein Rohr 6 mit einem Fenster 21 der Packmaschine 9 zugeführt.
Am Fenster 21 oder aus der Verpackung werden die Dämmstoff-Proben 22 mit einer Dia-Glas-Scheibe 23 und doppelseitig klebender Folie 24 aus dem Dämmstoff-Strom entnommen und in der Proben-Aufbereitung 25 bearbeitet. Die Dias mit den Proben 26 werden in eine Aufnahme für Dias 29 unter das Mikroskop 27 mit der Beleuch­ tungs-Einrichtung 28 gelegt. Die mit der an das Mikroskop 27 angeschlossenen Kamera 11 aufgenommenen Bilder 12 werden im Computer 13 mit Bildverarbeitungskarte 14, Bildverarbeitungs-Programm 15 und Bildspeicher 16 verarbeitet.
Die Merkmale der Bilder 12 werden mit den Sollwert-Bildern 17 verglichen und die Stellwerte 18 dem Steuerungsrechner 19 der Wirbelstrom-Mühle 5 zugeführt. Der Steuerungsrechner 19 regelt die Drehzahl, Frequenz, Spaltbreite, sowie den Durchsatz an Luft und Stoffen, bis der Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt. Die Luftzuführung 20 wird vom Steuerungsrechner 19 eingestellt.
Fig. 3 zeigt das Verfahrensfließbild zur Ermittlung der geometrischen Merkmale des Zellulose-Dämmstoffes im Herstellungs-Prozeß.
Der in der Probenahme 22 oder am Fenster 8 des Rohres 6b vorliegende Dämmstoff 1 wird mit der Kamera 11 aufgenommen und die aufgenommenen Bilder 12 werden im Computer 13 mit Bildverarbeitungskarte 14, Bildverarbeitungs-Programm 15 und Bildspeicher 16 verarbeitet.
Die Arbeitsschritte sind dabei die Aufnahme des Prüfbildes 30, die bildrelevante Signalerzeugung 31, die Digitalisierung des Bildes 32, die digitale Verarbeitung des Bildes 33, die Extraktion der Merkmalsvektoren 34, die pixel/objekt-bezogene Klassifizierung der Partikel im Prüfbild 35 und die Bildinterpretation 36.
Die Merkmale der Bilder 12 werden mit den Sollwert-Bildern 17 verglichen und die sich aus den Abweichungen (Fehlern) ergebenden Stellwerte 18 dem Steuerungsrechner 19 der Wirbelstrom-Mühle 5 zugeführt. Der Steuerungsrechner 19 regelt die Drehzahl, Frequenz, Spaltbreite, sowie den Durchsatz an Luft und Stoffen, bis der Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt. Die Luftzuführung 20 wird vom Steuerungsrechner 19 eingestellt.
Fig. 4 zeigt eine Dämmstoff-Probe aus Flocken mit Kernen, aus Fasern und Staub nachdem Stand der Technik.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Zellulose-Dämmstoffen, bei dem der Zellulose-Dämm­ stoff aus Altpapier, Pappe oder natürlichen Fasermaterialien sowie Zusatzstoffen zum Brandschutz und gegen biologischen Befall in einer Wirbelstrom-Mühle mit veränderbarer Drehzahl und Frequenz, einstellbarem Mahlspalt sowie variablem Stoff- und Luft-Durchsatz hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl und Frequenz, der Mahlspalt sowie der Luft- und Stoff-Durchsatz einer Papier-Sorte an der Wirbelstrom-Mühle so eingestellt werden, daß der Zellulose-Dämmstoff homogen ist und aus annähernd flächengleichen Flocken mit Kernen, aus Fasern sowie Zusätzen besteht, wobei die Zusätze als Feinstaub an die Fasern und Flocken angelagert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zugemischte Faserstoffe anderer Sorten so vorzerkleinert werden, daß im Mahlprozeß ein homogener Dämmstoff mit normal-verteilten Flocken-Durchmessern entsteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äquivalente Durchmesserbereich der Zellulose-Flocken eine Normalverteilung um den Mittelwert von ca. 1,5 mm mit einer Standardabweichung von ca. 0,5 mm hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis von Flockenkern-Fläche zu Flocken-Fläche kleiner 0,5 ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formfaktor Rundheit der Zellulose-Flocken einen Wert größer 100 hat.
6. Bildanalyse-Verfahren zur Fehleranalyse der Zellulose-Dämmstoffe,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämmstoff-Proben zur Qualitätssicherung der Flocken-Morphologie in der extraktiven Probenahme mit einer Glasscheibe, die mit doppelseitig klebender Folie versehen ist, vor dem Abfüllvorgang der Dämmstoff-Produktion bzw. der Verpackung entnommen werden, daß die
Dämmstoff-Proben unter einem Mikroskop mit Beleuchtungseinrichtung, an das eine Kamera angeschlossen ist, aufgenommen werden und mit einem Bildanalysesystem der äquivalente Flocken- und Kern-Durchmesser, das Verhältnis von Kern- zu Flockenfläche, der Formfaktor Rundheit und die Verteilung der Zellulose-Partikel über die nach der Standard-Abweichung eingestellten Größenklassen ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasscheiben Bestandteile von Dia-Rahmen sind, die nach der Probenahme geschlossen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie im Dia-Rahmen an den Rändern eine unterteilte mm-Skala für die Auswertung mit einem Dia-Betrachter hat.
9. Bildanalyse-Verfahren zur Fehleranalyse der Zellulose-Dämmstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Rohrleitung für den Dämmstoff-Transport vom Refiner in die Packmaschine eine flache Rohrleitung mit zwei gegenüberliegenden, antistatisch beschichteten Fenstern ausgerüstet ist, wobei an eines eine Beleuchtungs-Einrichtung und an das gegenüberliegende eine Kamera angeschlossen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zusätzlichen flachen Rohrleitung zur Packmaschine fliegenden Dämmstoff-Partikel mit der Kamera aufgenommen werden und mit einem Bildanalysesystem der äquivalente Flocken- und Kern-Durchmesser, das Verhältnis von Kern- zu Flocken-Fläche, die Rundheit und die Verteilung der Zellulose-Partikel über die Größenklassen ermittelt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichungen von der Flocken-Morphologie, der vorgegebenen Normalverteilung in den Größenklassen, dem Verhältnis von Kern- zu Flockenfläche und dem Formfaktor Rundheit im Prüfbild, die Parameter Durchsatz, Drehzahl, Frequenz und Spaltbreite der Wirbelstrom-Mühle nachgeregelt werden.
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