Messprinzip Zerstäubungsprozesse in Echtzeit überwachen

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Bei Zerstäubungsprozessen schießen winzige Partikel oder Tropfen in sehr hoher Anzahl und mit hoher Geschwindigkeit über eine kurze Strecke. Wie sich dieser Prozess in Echtzeit überwachen lässt, zeigen wir hier.

Aufbringen von Beschichtungen, Einspritzen von Kraftstoffen oder Reagenzien, Zerstäuben von Wirkstoffen: Bei diesen Verfahrensschritten kommt es immer auch auf die Qualität des Sprays, das heißt des Zerstäubungsprozesses, an.

Im Nachhinein lässt sich die Qualität häufig sehr einfach bewerten, zum Beispiel wenn in der Lebensmittel- oder Pharmaproduktion der Überzug von Dragees ungleichmäßig ist. Dann wurde jedoch bereits Ausschuss produziert. Deshalb ist eine Inline-Qualitätskontrolle der bessere Weg zur Aufrechterhaltung eines hohen Qualitätsniveaus. Wie aber kann man einen Zerstäubungsprozess, bei dem winzige Partikel in sehr hoher Anzahl und mit hoher Geschwindigkeit über eine kurze Strecke hinweg schießen, inline überwachen und aufzeichnen?

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Optisches Messverfahren entwickelt

Die Antwort gibt die AOM-Systems GmbH mit dem Sprayspy-Verfahren. Das im Unternehmen und in Zusammenarbeit mit der TU Darmstadt entwickelte Messprinzip nutzt ein optisches Verfahren und macht sich dabei zunutze, dass ein bewegter Tropfen oder Partikel, der von einem inhomogenen Lichtstrahl beleuchtet wird, eine Lichtstreuung erzeugt. In den Messgeräten befinden sich Photonenempfänger, die die individuellen Streuordnungen sensieren. Dabei können Tropfen ab einer Größe von 1 µm erfasst werden, die mit Geschwindigkeiten bis 120 m/s unterwegs sind.

Aussagekräftig sind die Messungen, weil die erfassten Streuordnungen eindeutig mit Größe, Geschwindigkeit, Volumenstrom und Opazität des Tropfens oder Partikels korrelieren. Dieses direkte und zählende Messverfahren eignet sich sowohl für transparente als auch für nicht-transparente zerstäubte Flüssigkeiten.

Die Sprayspy-Geräte, die für die Inline-Prozesskontrolle entwickelt wurden, gehören zur Processline-Serie. Für die Analyse von Zerstäubungsprozessen im Labor stehen die Labline-Geräte zur Verfügung. Sie messen ortsaufgelöst Einzeltropfenereignisse und stellen die Messergebnisse als Histogramm oder aber als „digitales Spritzbild“ dar, bei dem die Volumenverteilung der zerstäubten Partikel im Spraykegel aufgezeigt wird.

Optimal lackieren, beschichten oder dragieren

Mit diesen Laborgeräten können – um nur Beispiele zu nennen – Hersteller von Lacken, von sprühfähigen Coatings, Düngemitteln oder auch von Nasensprays bereits in der Entwicklungsphase ihre Produkte optimieren beziehungsweise die Parameter für den Zerstäubungsprozess festlegen. Mindestens ebenso aufschlussreich ist das Messverfahren aber auch für die Hersteller von Zerstäubungsanlagen und deren Komponenten, beispielsweise Sprühpistolen, Zerstäuber oder Düsen.

Führende Hersteller von Automobillacken, von Lackieranlagen und Hochrotations-Zerstäubern nutzen die Labline-Messgeräte, um ihre Produkte kontinuierlich zu optimieren und um Verfahrensparameter für die Anwendung der Produkte festzulegen. Damit ist die Oberflächen- beziehungsweise die Lackiertechnik ein zentrales Einsatzgebiet der Analysegeräte von AOM-Systems.

Mikrofluidik

Dank 3D-Druck zur individuellen Therapie

Messgeräte in Produktionsanlagen integriert

Anwender von Sprühverfahren in mikrofluidischen Anwendungen und anderen Bereichen empfiehlt AOM den Einsatz der Processline-Geräte, die in die jeweiligen Produktionsanlagen integriert werden. Das Anwendungsspektrum ist ebenso vielseitig wie bei der Labline. Zu den Beispielen gehören – neben der Lackiertechnik – das Auftragen von Funktionsbeschichtungen auf Kunststoffen sowie die Überwachung von Dragieranlagen in der Pharmaproduktion und der Lebensmittelindustrie.

Die Messtechnik kann hierbei Unregelmäßigkeiten in Echtzeit detektieren, was den Anlagenbetreiber in die Lage versetzt, sofort entsprechende Parameter zu verändern und einer Qualitätsminderung gegenzusteuern.

Daten aus Zerstäubungsprozess sichern

Auch wenn die Auswertung der Spray-Daten so präsentiert wird, dass sie unmittelbar verständlich ist, muss der Betreiber dennoch die richtigen Schlüsse daraus ziehen, um seinen Spray-Prozess zu optimieren. Dabei wird er auf Wunsch von den Experten bei AOM-Systems unterstützt.

Auch Probemessungen im AOM-eigenen Labor sind möglich. Und wenn die Anlagen beim Anwender installiert sind, lassen sich die erfassten Daten aus dem Zerstäubungsprozess in einer lokalen Datenbank oder einer Cloud speichern. Zusätzlich können die Daten umfassend analysiert werden, zum Beispiel als Big-Data-Anwendung oder mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI). Entsprechende Software-Tools bietet der Messgerätehersteller AOM-Systems seinen Anwendern als Option an.

Engineeringtool

Hohe Präzision für das Dosieren kleinster Mengen

Ferrofluid-Experiment auf der ISS

Mikrofluidik im Weltraum

* Dr. Meiko Hecker ist Geschäftsführer der AOM-Systems GmbH in Heppenheim.

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