Trockensiebanalyse: Wann sie funktioniert, Vorgehensweise und häufige Fehler

Die Trockensiebanalyse ist eine der einfachsten Methoden zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung eines trockenen Pulvers oder Granulats. Eine Probe wird auf einen Stapel Prüfsiebe gegeben, die Siebe werden geschüttelt und das auf jedem Sieb zurückgehaltene Material wird gewogen.

Das Prinzip ist einfach. Die wichtigere Frage ist jedoch, ob sich das Material unter trockenen Bedingungen tatsächlich ordnungsgemäß trennen lässt.

Eine trockene, rieselfähige Granulatprobe kann eine klare und reproduzierbare Korngrößenverteilung liefern. Ein feines Pulver, das Agglomerate bildet, am Siebgewebe haften bleibt oder die Öffnungen verstopft, kann hingegen ein völlig anderes Ergebnis liefern, selbst bei Verwendung gleicher Siebgrößen.

Aus diesem Grund beginnt eine aussagekräftige Trockensiebanalyse bereits vor dem Einschalten der Siebmaschine. Zunächst muss entschieden werden, ob die Trockensiebung die geeignete Prüfmethode für das jeweilige Material ist.

Was misst die Trockensiebanalyse eigentlich?

Bei der Trockensiebanalyse wird eine Probe in Partikelgrößenfraktionen getrennt, je nachdem, ob die Partikel durch bekannte Sieböffnungen hindurchgehen oder darauf zurückbleiben.

Ein typischer Stapel besteht aus einem Sieb mit der größten Öffnung oben und darunter sukzessive kleineren Öffnungen, mit einer Auffangwanne am Boden. Während des Tests bewegen sich die Partikel über die Sieboberfläche. Kleinere Partikel passieren geeignete Öffnungen, während größere Partikel auf dem entsprechenden Sieb zurückbleiben.

Nach dem Sieben wird das zurückgehaltene Material gewogen. Diese Werte können dann als prozentualer Rückhalt, kumulativer prozentualer Rückhalt und prozentualer Durchgang angegeben werden.

Das Ergebnis ist nicht einfach nur eine Partikelgrößenangabe. Es zeigt, wie die Probe über eine Reihe von Siebgrößenbereichen verteilt ist.

Dadurch eignet sich das Trockensieben für Routinearbeiten wie die Wareneingangskontrolle, den Vergleich von Produktionschargen, die Überprüfung von Mahl- oder Brechergebnissen und die Kontrolle, ob ein Material innerhalb eines vorgegebenen Partikelgrößenbereichs bleibt.

Das Ergebnis gibt das Material jedoch nur dann korrekt wieder, wenn sich die einzelnen Partikel während des Tests trennen können.

Wann ist die Trockensiebanalyse die richtige Methode?

Die Trockensiebung funktioniert am besten, wenn die Probe trocken genug ist, um zu fließen, und die Partikel sich unabhängig voneinander über die Sieboberfläche bewegen können.

Das bedeutet nicht, dass jedes trocken aussehende Pulver automatisch geeignet ist.

Feine Partikel können genügend Feuchtigkeit enthalten, um zu verkleben. Sehr leichte Pulver verhalten sich anders als dichte Granulate. Manche Materialien bilden während der Lagerung weiche Agglomerate, während andere am Siebdraht haften bleiben oder sich aufgrund elektrostatischer Effekte nur schwer bewegen lassen.

Vor dem Testen sollte man sich das Verhalten der Probe ansehen und nicht nur die Materialbezeichnung.

Die praktische Frage ist einfach: Misst man einzelne Partikel oder misst man, wie diese Partikel während des Tests zufällig zusammenkleben?

Dieser Unterschied ist vor allem bei feinen Pulvern von Bedeutung.

Wie man eine Trockensiebanalyse durchführt

Es gibt kein universelles Probengewicht, keine Schüttelzeit und keine Trocknungstemperatur, die für jedes Material gelten.

Metallpulver, Zuschlagstoffe, chemische Pulver und pharmazeutische Materialien können jeweils durch unterschiedliche Prüfverfahren kontrolliert werden. Die jeweils anwendbare Norm, Kundenspezifikation oder interne Qualitätskontrollmethode hat daher Vorrang.

Nachfolgend ist ein allgemeiner Arbeitsablauf dargestellt, der keine materialspezifische Norm ersetzen soll.

1. Eine repräsentative Probe entnehmen

Die Testprobe muss das Gesamtmaterial repräsentieren.

Pulver und Granulate können sich beim Abfüllen, Transportieren und Lagern entmischen. Grobe Partikel konzentrieren sich möglicherweise an einer Stelle, während sich feine Partikel an anderer Stelle sammeln. Eine einfache Probe von der Oberfläche eines Behälters kann daher eine gute Siebanalyse einer minderwertigen Probe ermöglichen.

Verwenden Sie gegebenenfalls ein geeignetes Probenahme- und Probenreduktionsverfahren.

Dieser Teil des Prozesses wird leicht unterschätzt. Eine präzise Waage und ein kalibriertes Prüfsieb können eine nicht repräsentative Probe nicht korrigieren.

2. Überprüfen Sie den Zustand der Probe.

Vor der Auswahl des Siebstapels muss das Material geprüft werden.

Suchen:

• sichtbare Feuchtigkeit;
• Klumpen oder Agglomerate;
• Partikel überziehen sich gegenseitig;
• schlechter Durchfluss;
• statische Haftung;
• Fremdmaterial;
• offensichtliche Veränderungen, die während der Lagerung entstanden sind.

Ist eine Probenvorbereitung erforderlich, befolgen Sie das entsprechende Prüfverfahren. Trocknen Sie nicht automatisch alle Materialien im Ofen bei derselben Temperatur und zerkleinern Sie nicht jedes Agglomerat von Hand. Beides kann die Eigenschaften des zu messenden Materials verändern.

3. Wählen Sie die Sieböffnungen aus

Wählen Sie Siebgrößen, die den Partikelbereich und die Spezifikation abdecken, die Sie tatsächlich auswerten müssen.

Ordnen Sie die Siebe mit der größten Öffnung oben an, gefolgt von Sieben mit zunehmend kleineren Öffnungen und der Auffangwanne.

Die Verwendung mehrerer Siebe führt nicht automatisch zu einem besseren Testergebnis. Die Siebreihe sollte das Material in nutzbare Fraktionen aufteilen.

Wenn es in der Spezifikation nur um wenige kritische Schnittgrößen geht, verdienen diese Öffnungen mehr Aufmerksamkeit als der Aufbau eines unnötig großen Stapels.

4. Notieren Sie die anfängliche Probenmasse.

Wiegen Sie die Testportion und notieren Sie den Wert vor dem Sieben.

Dies liefert die Referenzmasse, die später zur Berechnung der Rückhalteprozente und zur Überprüfung, ob bei der Handhabung oder Prüfung signifikante Materialverluste aufgetreten sind, verwendet wird.

Die Probe muss außerdem gut in die ausgewählten Siebe passen.

Zu viel Material kann eine dicke Schicht über dem Sieb bilden. Partikel unterhalb der Oberfläche haben dann weniger Möglichkeiten, eine Öffnung zu erreichen, was die Trennung verlangsamen und den zurückgehaltenen Anteil größer erscheinen lassen kann, als er tatsächlich ist.

5. Siebstapel laden und sichern.

Legen Sie die Probe auf das obere Sieb, ohne dass Material um den Rahmen herum verschüttet wird. Setzen Sie den Deckel auf und befestigen Sie den gesamten Stapel gemäß der Bedienungsanleitung der Siebmaschine.

Vor Beginn des Betriebs die Siebe auf sichtbare Beschädigungen, lose Maschen oder verstopfte Öffnungen überprüfen.

Eine nominelle Siebgröße ist nur dann sinnvoll, wenn sich das Sieb selbst in einem geeigneten Zustand befindet.

6. Führen Sie den Test unter kontrollierten Bedingungen durch.

Wenden Sie die in Ihrem Prüfverfahren vorgegebene Siebbewegung an.

Bei routinemäßigen Qualitätskontrollarbeiten ist es oft sinnvoller, die Betriebsbedingungen konstant zu halten, als die Schüttelzeit wiederholt zu ändern, um mehr Material durch das Sieb zu pressen.

Die erforderliche Prüfdauer hängt vom Material, der Sieböffnung, der Probenmenge, der Ausrüstung und der anzuwendenden Norm ab.

Länger ist nicht immer besser.

Ist ein Material spröde, können Partikel durch übermäßige mechanische Einwirkung während der Prüfung zerbrechen. In diesem Fall entspricht die Partikelgrößenverteilung am Ende der Prüfung möglicherweise nicht mehr der ursprünglichen Probe.

7. Wiegen Sie jeden Bruchteil und überprüfen Sie die Massenbilanz.

Nach dem Test die Siebe vorsichtig entnehmen und das auf jedem Sieb und in der Auffangwanne zurückgehaltene Material wiegen.

Vergleichen Sie die gesamte gewonnene Materialmenge mit der Masse der Ausgangsprobe.

Unerwartete Abweichungen sollten untersucht und nicht ignoriert werden. Möglicherweise ist Material ausgetreten, an der Ausrüstung haften geblieben, beim Transport verloren gegangen oder falsch gewogen worden.

Für formale Qualitätskontrollarbeiten sind die in der jeweiligen Verfahrensanweisung festgelegten Abnahmekriterien zu beachten.

Warum kann die Trockensiebanalyse zu irreführenden Ergebnissen führen?

Wenn eine Trockensiebprobe ein unerwartetes Ergebnis liefert, liegt das Problem nicht immer an der Sieböffnung.

In der Praxis sollte man zunächst prüfen, wie sich das Material während des Tests verhalten hat.

Durch Agglomeration kann das Material gröber wirken.

Angenommen, mehrere feine Partikel bilden einen lockeren Cluster.

Das Partikelaggregat kann auf einem relativ groben Sieb zurückbleiben, obwohl die einzelnen Partikel es passieren könnten. Die beobachtete Partikelverteilung verschiebt sich dann in Richtung des gröberen Bereichs.

Dies ist einer der Gründe, warum das Trockensieben bei einigen kohäsiven, feinen Pulvern unzuverlässig werden kann.

Feuchtigkeit kann die Partikelbewegung verändern

Bereits eine relativ geringe Feuchtigkeitsmenge kann die Haftung bestimmter Pulver erhöhen.

Partikel können aneinander haften bleiben, sich am Siebgewebe festsetzen oder sich um Öffnungen herum ansammeln. Der Test misst dann eine Kombination aus Partikelgröße und Materialzustand.

Wenn eine Charge frei fließt und die andere feucht ankommt, kann ein direkter Vergleich der beiden Ergebnisse ohne Berücksichtigung des Probenzustands irreführend sein.

Überlastung des Siebs schränkt den Zugang zum Siebgewebe ein

Eine dicke Materialschicht verhindert, dass alle Partikel effizient auf die Sieboberfläche gelangen.

Dies kann insbesondere bei feineren Sieben von Bedeutung sein, da die Durchflussrate dort ohnehin schon geringer ist.

Eine größere Probenmenge mag zwar den Anschein erwecken, als würde dies den Test repräsentativer machen, doch ein überladenes Sieb kann eine weitere Fehlerquelle darstellen. Repräsentative Probenahme und angemessene Siebbelastung sind zwei voneinander unabhängige Anforderungen.

Durch die Maschenblendung wird die effektive offene Fläche reduziert

Partikel, die der Öffnungsgröße nahekommen, können sich im Sieb festsetzen. Klebriges oder kohäsives Material kann die Öffnungen ebenfalls verdecken.

Sobald dies geschieht, verringert sich die nutzbare Bildschirmfläche.

Ein Sieb kann zwar noch mit der korrekten Nennöffnung gekennzeichnet sein, aber das Material sieht nicht mehr die volle offene Fläche, die zu Beginn des Tests zur Verfügung stand.

Statische Aufladung kann feines Pulver auf dem Sieb festhalten.

Bei manchen trockenen, leichten Pulvern können Partikel am Sieb, Rahmen oder anderen Partikeln haften bleiben, anstatt sich frei zu bewegen.

Gehen Sie nicht davon aus, dass eine Verlängerung der Schüttelzeit dieses Problem automatisch löst.

Die erste Frage sollte lauten, ob das Pulver mit der gewählten Trockenmethode zuverlässig analysiert werden kann.

Die Testbedingungen sind nicht einheitlich.

Eine Änderung der Probenmenge, der Schüttelzeit, des Siebstapels oder der Präparationsmethode zwischen den Tests erschwert den Vergleich zwischen den Chargen.

Dies ist insbesondere bei der routinemäßigen Qualitätskontrolle von großer Bedeutung.

Ein Verfahren ist dann sinnvoll, wenn die Betriebsbedingungen definiert und wiederholbar sind – nicht, wenn jeder Bediener den Test so lange anpasst, bis das Ergebnis „richtig aussieht“.

Benötigen Sie Hilfe bei Ihren Trockensiebbedingungen?

Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob das Problem vom Siebgewebe, dem Zustand der Probe oder dem Material selbst herrührt, senden Sie Sanyuantang bitte die Materialbezeichnung, den ungefähren Korngrößenbereich, die erforderlichen Sieböffnungen, die Probenmenge und eine Beschreibung des Problems.

Bei schwer zu analysierenden Pulvern sind Informationen zu Feuchtigkeit, Agglomeration, statischem Verhalten und Ihrer aktuellen Prüfmethode ebenfalls hilfreich. Unser Team kann Ihre Anwendung prüfen, bevor wir die Konfiguration des Prüfsiebs oder der Schüttelapparatur besprechen.

Trockensiebanalyse vs. Nasssiebanalyse

Die Nasssiebung sollte nicht als automatischer nächster Schritt angesehen werden, wenn eine Trockensiebung nur langsam Ergebnisse liefert.

Der Grund für die Änderung der Methoden sollte sich aus dem Materialverhalten und den geltenden Prüfanforderungen ergeben.

Die Trockensiebung wird üblicherweise angewendet, wenn sich Partikel mechanisch ohne Flüssigkeit trennen lassen. Die Nasssiebung kann in Betracht gezogen werden, wenn feine Partikel an größeren Partikeln haften bleiben oder unter trockenen Bedingungen dauerhaft verklumpen und das vorgegebene Prüfverfahren eine flüssigkeitsunterstützte Trennung zulässt.

Die Flüssigkeit selbst wirft eine weitere Frage auf: Ist sie mit der Probe kompatibel?

Ein Material kann sich auflösen, quellen, reagieren oder sich anderweitig verändern, wenn es mit einer bestimmten Flüssigkeit in Kontakt kommt. In solchen Fällen würde das Waschen der Probe durch ein Sieb nicht unbedingt ein aussagekräftigeres Ergebnis liefern.

Es gibt keine einheitliche Partikelgröße, ab der jedes Material von der Trocken- zur Nassanalyse übergehen muss.

Das Material, der erforderliche Messbereich und der Prüfstandard gehören zusammen.

Welche Normen gelten für die Trockensiebanalyse?

Dies ist ein Bereich, in dem oft unterschiedliche Standards miteinander vermischt werden.

ASTM E11 legt die technischen Anforderungen an Siebgewebe und Prüfsiebe aus Drahtgewebe fest. ISO 3310-1 legt ähnliche technische Anforderungen und Prüfverfahren für Prüfsiebe aus Metallgewebe fest.

Diese Normen helfen bei der Definition der Messgeräte.

Es handelt sich nicht um ein universelles Trockensiebanalyseverfahren, das für jedes Pulver oder Granulat geeignet ist.

Für einen Werkstoff kann es eine eigene Prüfnorm geben. ASTM B214 beispielsweise regelt die Trockensiebanalyse von Metallpulvern unter definierten Bedingungen. Für Zuschlagstoffe und andere Werkstoffe werden andere Methoden angewendet.

Vor der Einrichtung eines Qualitätskontrollverfahrens ist Folgendes zu bestätigen:

• welche Norm für das Material gilt;
• wie die Probe vorbereitet werden sollte;
• welche Sieböffnungen erforderlich sind;
• die zulässige Probenmenge;
• die festgelegten Testbedingungen;
• wie die Ergebnisse berichtet werden sollten.

Vermeiden Sie es, eine für einen bestimmten Werkstoff entwickelte Vorgehensweise als allgemeine Regel für einen anderen Werkstoff anzuwenden.

Wie werden die Ergebnisse der Trockensiebanalyse berechnet?

Sobald die auf jedem Sieb zurückgehaltene Masse bekannt ist, sind die grundlegenden Berechnungen unkompliziert.

Einbehaltener Prozentsatz

Prozentualer Rückhalt = (Auf dem Sieb zurückgehaltene Masse ÷ Ausgangsmasse der Probe) × 100

Kumulierter Prozentsatz der einbehaltenen

Addieren Sie den auf diesem Sieb zurückgehaltenen Prozentsatz zu den auf allen darüber liegenden, größeren Sieben zurückgehaltenen Prozentsätzen.

Prozentsatz der bestandenen Prüfungen

Bestehensquote = 100 − kumulative Bestehensquote

Wenn Sie ein vollständiges Berechnungsbeispiel mit einer Mehrsiebtabelle benötigen, schauen Sie in unserem Artikel „Siebanalyse: Ein praktischer Leitfaden zur Partikelgrößenprüfung“ nach.

Benötigen Sie eine mechanische Siebschüttelmaschine?

Für gelegentliche Prüfungen kann gemäß einigen Verfahren eine manuelle Siebung zulässig sein. Für die routinemäßige Qualitätskontrolle trägt eine mechanische Siebschüttelmaschine zu einer kontrollierteren Prüfbewegung bei und reduziert Abweichungen, die durch unterschiedliche Schüttelbewegungen der Bediener entstehen.

Der Lab Test Sieve Shaker von Sanyuantang ist für die Partikelgrößenverteilungsmessung in Labor- und Qualitätsprüfungsanwendungen mit gestapelten Prüfsieben vorgesehen.

Die Geräteauswahl sollte weiterhin auf der Testmethode basieren.

Ein mechanischer Rüttelapparat kann Folgendes nicht korrigieren:

• eine nicht repräsentative Stichprobe;
• ein ungeeignetes Trockensiebverfahren;
• übermäßige Agglomeration;
• falsche Siebauswahl;
• überladene Siebe;
• beschädigtes Netz.

Deshalb fragen wir normalerweise zuerst nach dem Material und dem Testziel, bevor wir über die Maschine selbst sprechen.

Von der Trockensiebanalyse bis zum industriellen Screening

Die Ergebnisse einer Laborsiebung können bei der Planung der Produktionsprüfung hilfreich sein, die beiden Verfahren sollten jedoch nicht verwechselt werden.

Die Trockensiebanalyse zeigt, wie sich eine kleine Probe über bestimmte Sieböffnungen verteilt.

Eine industrielle Vibrationssiebmaschine muss ein Produktionsgut kontinuierlich trennen.

Die Kenntnis, dass ein Produkt beispielsweise einen 500 μm Schnitt erfordert, gibt dem Anlagenhersteller nicht alle Informationen, die er für die Auswahl der Produktionsmaschine benötigt.

Die Auswahl von Industriesieben kann auch Folgendes erfordern:

• erforderliche Kapazität;
• Schüttdichte;
• Partikelgrößenverteilung des Zufuhrmaterials;
• Feuchtigkeit;
• Partikelform;
• Anzahl der fertigen Brüche;
• Materialflussverhalten;
• Aktuelle Probleme mit der Netzblockierung.

Die Laborergebnisse liefern uns wertvolle Informationen zur Partikelgröße. Die Produktionsanlage muss jedoch weiterhin den tatsächlichen Materialfluss bewältigen.

Senden Sie uns Ihre Anforderungen an die Partikelgrößenanalyse.

Wenn Sie ein neues Trockensiebanalyseverfahren einrichten oder verschiedene Laborsiebschüttler vergleichen , bereiten Sie bitte folgende Informationen vor:

• Materialbezeichnung;
• ungefähre Korngröße des Aufgabematerials;
• erforderliche Sieböffnungen oder Maschenweite;
• Probenmenge;
• Anzahl der Größenanteile;
• Feuchtigkeit oder Materialzustand;
• anwendbare ASTM-, ISO- oder interne Prüfnorm, sofern bekannt;
• Aktuelles Testproblem;
• Fotos oder Videos, falls vorhanden.

Bei schwierigen Werkstoffen kann eine Probe hilfreicher sein als die alleinige Auswahl von Geräten aus einem Katalog. Sanyuantang bietet Materialprüfungsoptionen für Screening-Anwendungen an und kann das Materialverhalten überprüfen, bevor eine Konfiguration endgültig festgelegt wird.

Häufig gestellte Fragen

Kann die Trockensiebanalyse für feine Pulver verwendet werden?

Ja, aber die Partikelgröße allein ist kein ausreichendes Kriterium für die Eignung. Feine Pulver, die trocken bleiben und sich leicht trennen lassen, können durch Sieben geprüft werden, während kohäsive, agglomerierende oder statisch empfindliche Pulver zu irreführenden Ergebnissen führen können. Der sinnvolle Prüfbereich sollte anhand des Materialverhaltens und der anwendbaren Prüfmethode bestimmt werden.

Wie lange sollte eine Trockensiebanalyse dauern?

Es gibt keine allgemeingültige Siebzeit für alle Materialien. Die Prüfdauer hängt von der Probe, der Partikelgröße, den Sieböffnungen, der Beladung, dem Siebgerät und der geltenden Norm ab. Verwenden Sie für die routinemäßige Qualitätskontrolle die vorgegebene Methode und halten Sie die Bedingungen konstant, anstatt die Prüfdauer einfach so lange zu verlängern, bis mehr Partikel das Sieb passieren.

Worin besteht der Unterschied zwischen trockener und nasser Siebanalyse?

Die Trockensiebung beruht auf der mechanischen Bewegung, die Partikel durch die Öffnungen des Prüfsiebs trennt. Bei der Nasssiebung wird, sofern zulässig, eine geeignete Flüssigkeit zur Unterstützung der Trennung eingesetzt, insbesondere wenn feine Partikel bei der Trockensiebung verklumpt oder aneinanderhaften. Die korrekte Methode hängt sowohl von der Probe als auch vom jeweiligen Prüfverfahren ab.

Ist in ASTM E11 das vollständige Verfahren zur Trockensiebanalyse festgelegt?

Nein. ASTM E11 definiert primär die Anforderungen an Drahtgewebe und Prüfsiebe. Das vollständige Prüfverfahren kann aus einer anderen materialspezifischen Norm stammen. Metallpulver, Zuschlagstoffe, Böden und andere Materialien sollten nicht automatisch mit derselben Probenvorbereitung, Probenmasse oder denselben Siebbedingungen geprüft werden.

Warum erscheint mein Trockensiebergebnis gröber als erwartet?

Prüfen Sie die Probe, bevor Sie von einem fehlerhaften Sieb ausgehen. Verklumpungen, Feuchtigkeit, feine Partikel, die größere Partikel umhüllen, Verstopfungen des Siebs und Überbeladung können den effizienten Durchlass kleiner Partikel behindern. Beschädigte Siebe und uneinheitliche Testbedingungen sollten ebenfalls untersucht werden.

Können Daten aus der Trockensiebanalyse zur Auswahl eines industriellen Vibrationssiebs verwendet werden?

Es liefert zwar nützliche Informationen zur Partikelgrößenverteilung und zur angestrebten Trenngröße, ist aber allein nicht ausreichend. Die Auswahl der Industriemaschine hängt auch von der Kapazität, der Schüttdichte, dem Feuchtigkeitsgehalt, der Partikelform, der Aufgabeverteilung, der Anzahl der Fraktionen und dem tatsächlichen Siebverhalten des Produktionsmaterials ab.

Fazit

Die Trockensiebanalyse ist dann am besten geeignet, wenn sich die Probe frei trennen lässt und die Testbedingungen dem Material und dem jeweiligen Verfahren entsprechen. Wenn Agglomeration, Verklebung, Feuchtigkeit oder anhaltendes Verstopfen des Siebs das Ergebnis beeinflussen, ist eine einfache Verlängerung der Schüttelzeit keine zuverlässige Lösung.

Prüfen Sie zuerst das Material, dann die Methode, den Zustand des Siebs und die Testeinstellungen.

Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob das Trockensieben für Ihr Pulver geeignet ist, kann Sanyuantang Ihr Material, die angestrebten Siebgrößen und die Testanforderungen überprüfen, bevor eine Laborsiebschüttelanlage oder ein Materialtest empfohlen wird.