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Filterzentrifuge zur gravimetrischen Analyse von Partikeln in Suspensionen

Rochowicz, Markus - Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) (2010)


Speziell in der Automobilindustrie steigt der Bedarf für Sauberkeitsanalysen von Flüssigkeiten aus Produktionsprozess und Betrieb stark an. Die stetig höher belasteten Bau-teile reagieren funktionssensibel auf Partikelverschmutzungen, weshalb Sauberkeitsgrenzwerte spezifiziert und gemessen werden müssen. Etablierte Analyseverfahren, wie die in zahlreichen Standards genormte, gravimetrische Analyse, können diesen wachsenden Bedarf nicht mehr decken. Der manuelle Ablauf aus Vakuumfiltration der Analyseflüssigkeit, Ofentrocknung des Analysefilters und Wägung der Rückstände, kann mehre Stunden dauern. Damit ist der Aufbau kurzer Regelkreise zur Steuerung sauberkeitsrelevanter Produktionsparameter nicht möglich und das steigende Probenaufkommen nicht zu bewältigen.

Ein schnelles Analyseverfahren, das konform zu den bestehenden Gravimetriestandards arbeitet ist derzeit nicht verfügbar und muss konzipiert, realisiert und verifiziert werden.

Es stehen eine Vielzahl von direkten Verfahren zur Bewertung von Partikelverunreinigungen in Flüssigkeiten zur Verfügung, von den Streulicht basierten Einzelpartikelzählern bis hin zu integral messenden Trübungssensoren. Auch indirekte Verfahren, wie die Bestimmung der Verblockung von Analysesieben durch Differenzdruckmessung, sind im Einsatz. Die meisten dieser Verfahren erfüllen die Anforderung nach einer kurzen Analysezeit. Allerdings liefert keines dieser Verfahren Werte, die mit den etablierten Standards und der über die Jahre gewachsenen Datenbasis bei den betroffenen Unternehmen kompatibel sind und können folglich somit nicht als Entwicklungsgrundlage für ein neues Verfahren verwendet werden.

Basierend auf dem Prinzip einer Filterzentrifuge mit integrierter Unwuchtsensorik wird ein Prüfstand zur schnellen gravimetrischen Analyse von Feststoffen in Flüssigkeiten konzipiert.

Zur Erfüllung des Anforderungsprofils eines schnellen und normkompatiblen Analysegerätes werden unterschiedliche Varianten überprüft und ausgewählt. Der realisierte Prüfstand lässt die schnelle Abscheidung von Partikeln durch Zentrifugalfiltration, die vollständige Trocknung und die gleichzeitige Massenbestimmung der Filtrationsrückstände in einem Arbeitsschritt zu. Bei der Entwicklung einer arbeitstechnisch sicheren Methode zur Durchführung von Analysefiltrationen wird durch eine angepasste Messwertaufnahme und Datenverarbeitung sowie eine systematische Auslegung der Filtrationsparameter eine exakte und normkompatible Analyse gesichert sowie die Prüfprozesseignung nachgewiesen. Die entwickelte Filterzentrifuge und die Analysemethodik wurden hinsichtlich der Erfüllung des erarbeiteten Anforderungsprofils mithilfe experimenteller Untersuchungen verifiziert.

Die Verifikationsexperimente zeigen, dass die erarbeiteten Anforderungskriterien durch das entwickelte Verfahren zur gravimetrischen Analyse von Partikeln in Suspensionen mittels Filterzentrifuge erfüllt werden. Im Ergebnis wird eine Zeitersparnis von bis zu 90% im Vergleich zu konventionellen gravimetrischen Analysen erreicht. Das entwickelte Verfahren eignet sich dabei nicht nur zur Messung von Verunreinigungen in Flüssigkeiten, sondern kann zur Bestimmung jeglicher Art von Feststoffen eingesetzt werden. Dies bildet eine gute Basis für die Etablierung der neuen Technik als universelles, industrielles Analyseverfahren.


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