Größenvermessung von Holzpartikeln

Bei der Herstellung von Spänen aus verschiedenen Holzarten ergeben sich aufgrund der Holzanatomie verschiedene Spanformen, die zwar noch mit dem Auge, aber nicht mehr durch die Siebanalyse unterscheidbar sind.

Die obere Abbildung zeigt Buchenspäne (links) und Fichtenspäne (rechts) zur Spanplattenherstellung aus der gleichen Siebfraktion 1,25 mm - 3,15 mm.

Eine Vermessung der vereinzelten Späne mit dem FibreShape-System ergab, dass die Längenverteilung der Buchenspäne breiter ist als die der Fichtenspäne und dass sich bei den Buchenspänen ein deutlicher Anteil von Spänen länger als 1,5 mm findet.

MDF-Fasern aus einem Refineraufschluss sind mit der Methode der Rüttelsiebfraktionierung kaum charakterisierbar, weil sie sich zu Knäueln agglomerieren: Die obere Abbildung zeigt links Buchenfasern (TMP-Aufschluss) bei einem Mahlplattenabstand von 0,4 mm und auf der rechten Seite bei 1 mm Mahlplattenabstand.

Die Faserlängenverteilung wird mit dem FibreShape-Gerät bestimmt, indem die vereinzelt auf eine transparente Folie aufgebrachten Fasern automatisch mit einem Flachbettscanner vermessen werden. Größere Mahlplattenabstände bei der Herstellung im Refiner ergeben erfahrungsgemäß höhere Anteile größerer Fasern und Faserbündel (Shives). Beim Mahlplattenabstand von 1 mm (Abbildung unten rechts) erkennt man daher im Diagramm der gewichteten Längenverteilung deutlich eine Fraktion mit Längen um 10 mm (104 µm). Diese Fraktion fehlt beim Mahlplattenabstand von 0,4 mm (Abbildung unten links).

Wenn die Partikelkontingente nicht erst präpariert werden können und der Aufwand für die Bildaufnahme minimiert werden soll, müssen komplexe Bildverarbeitungsverfahren eingesetzt werden. Für Szenen mit nicht vereinzelten Spänen eignet sich die erweiterte Höhenschichtanalyse, die Grauwertbilder behandelt wie ein „Grauwertgebirge“ und Spankonturen restaurieren kann. Damit ist auch eine Größenvermessung direkt an der Plattenoberfläche mit gewissen Einschränkungen möglich.

Die Abbildung zeigt oben links einen Ausschnitt der mit einem Flachbettscanner aufgenommenen Oberfläche einer Laborplatte und oben rechts das Detektionsergebnis. Eine Probe der unverpressten Deckschichtspäne wurde zusätzlich mit dem FibreShape-Gerät aufgenommen und vermessen, wobei der Feingutanteil vorher abgesiebt wurde. Die mit 1200 dpi aufgenommenen Bilder der Spänekonturen wurden dann ebenfalls in Teilbilder zerlegt und mit Standardverfahren vermessen. In beiden Auswertungen wurden Partikel mit Flächen kleiner als 0,5 mm² und mit Formfaktoren, die auf eine irreguläre Partikelform hindeuteten, nicht berücksichtigt.

Die nach den beiden unterschiedlichen Verfahren gewonnenen gewichteten Verteilungen der Spanlängen sind wiederum sehr ähnlich. Der Anteil der längeren Späne ist bei der Einzelmessung etwas höher, die Modalwerte stimmen jedoch überein. Wenn Spanplattenoberflächen beurteilt werden, spielt auch die „Feinspanigkeit“ eine Rolle, also das Aufkommen von Flugspänen oder anderer auffällig großer Späne. Dieser Anteil findet sich in beiden Verteilungen bei Spanlängen ab etwa 5 mm wieder und lässt sich z.B. anhand der Quantile bewerten.

Die Abbildung zeigt oben links eine Szene aus CSL-Strands ähnlich einem OSB-Vlies auf dem Formstrang und oben rechts das Ergebnis der Spandetektion durch erweiterte Höhenschichtanalyse. Wenn man die Strands manuell vereinzelt, mit einem Flachbettscanner aufnimmt und ihre Konturen mit Standardverfahren vermisst, ergibt sich eine Längenverteilung mit klar ausgeprägtem Modalwert entsprechend der vom Zerspaner vorgegebenen Länge. Bei der Vermessung im Vlies werden allerdings von allen teilweise verdeckten Spänen nur die sichtbaren Konturen erfasst. Daher ergibt sich eine Längenverteilung, die den Modalwert immer noch enthält, aber auch einen zusätzlichen Anteil „kleiner“, weil nur teilweise sichtbarer Späne. Diese Verteilung hängt aber bei gleichem Orientierungsgrad der Strands nur noch von der Spanlänge selbst ab und eignet sich durchaus für die kontinuierliche Überwachung der Spangeometrie.