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Verfahren zur Korngrößenbestimmung durch Sedimentation Die üblichèn
Kdrngroßenzbestimmungsverfahren erreichen ihr Ziel durch Siebung, Aufmessung, Schlämmung,
Sedimentation oder Windsichtung. Ihre Hilfsmittel zur Auswartung sind: Gewichtsbestimmung,
mechanische oder optische Aufmessung, Fallzeitmessung oder Dichtemessung der Schlämme.
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Auf dem Gebiet der Sedimentation gibt es zwei Hauptgruppen: I. Unmittelbare
Messung oder Wägung der nach bestimmten Zeiträumen abgesetzten Körnern, 2. mittelbare
rechnerische oder graphische Ermittelung der Kornzusammensetzung auf Grund der Veränderung
der mittleren Dichte der Suspension.
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Bei den ersteren Verfahren unterscheidet man: a) Die Sedimentation
des Schlämmgutes in einer reinen Flüssigkeiit unter Beobachtung der Fallzeit und
die Wägung oder Aufmessung des Abgesetzten, b) die Sedilnentation
der
im Fallraum innig gemischten Suspension nach Fallzeit und die Wägung des Abgesetzten.
c) die Sedimentation der Suspension und die Pipettierung nach Zeiträumen aus der
Dispersion.
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Diese Verfahren erfassen von der Kornanalyse größtenteils nur den
Kornbereich unterhalb des feinsten Normensiebes von 0,06 mm Maschenweite, da die
Fallzeiten für gröbere Korngrößen in Sekundenfolge bei der Einzelabfangung des abgesetzten
zur späteren Abwägung nicht schnell genug eingehalten werden können. Die Kornanlyse
teilt sich daher im Bereich des Mehlsandes in Sieb- und Sclllälllmallalvse.
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Die zusammengesetzten Analysen haben zwei Fehlerquellen. Ab Grobsand
wird mit Ruudlocllsielj gesiebt. kleiner 0,06 mm setzt die Sedimentation mit genauer
Korngrenzeneinhaltung ein, die Lücke wird durch die Maschensiebe erfaßft, Diese
haben quadratische Löcher, die in der Diagonale die maschenweite um 41% überschreiten,
d. h. das 0,1-mm-Sibe läßt theoretisch längliche Körner bis 0,141 mm passieren.
Also wird bei der zusammengesetzten Analyse in der Auswertung für den Mehlsand nicht
der genaue Kornbereich von 0,02 bis 0,1 mm, sondern voll 0.02 bis 0,141 mm verrechnet.
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Hier entsteht ein VErschiebungsfehler in der Kornzuteilung von etwa
50%. Ähnlich überschneiden sich die Korngruppen an der Rundlochsiebgrenze.
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Beim Pipettierverfahren erfordert die Allswägung der Meßgläschen
einen thermostatischen Raum, denn Kondenserscheinungen an den Wägegläschen können
die erforderliche Wägegenauigkeit auf 0,0001 g fehlerhaft beeinflussen. Man schließt
von 10 ccm Pipettefüllung auf 1000 ccm Gesamtschlämme, Genauigkeitsfehler verhundertfachen
sich dadurch. Die hohen anforderungen an Zahl und Güte der Nebengeräte, die Temperaturbeobachtungen.
Zeit und Arbeitsaufwand beschränken die Verfahren nur auf Institute und berufsmäßige
Laboratorien.
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Ähnlich liegt die Umständlichkeit auch bei den Sedimentationsverfahren,
die die mittelbare Bestimmung durch die Beobachtung der mittleren Dichte in der
ruhigstehenden Dispersion durchführen.
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Bei den Aräometeerverfahren sind die Mängel: Die große Länge des
tauchenden Aräometers veranlaßt störende Strömungserscheinungen über den größten
Teil der sich nach KornUrößen siede runden Dispersion. Bei der Dichteprüfung der
Mehlsanddispersion setzen sich auf dem langsam einpendelnden Aräometer zunehmend
und ati flastend telchen ab.
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Die Dichtemeßverfahren nach der Methode verschiedener kommunizierender
Röhren erstreben einen ausreichenden Fallweg des Ablesemeniskus. Dies versanlaßt
lange Fallrohre und lange Fallzeiten. Die damit zunehmende Koagulationsgefahr zwingt
zu schwachen Konzentrationen der Suspension, die wiederum die Meniskusbewegung im
Ableserohr einschränken. Fllzeiten bis 60 Stunden und mehr verlangen besondere Registriergeräte,
automatische Temperaturregelung und fürdie auswertung vorgebildete Fachkräfte.
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Die Kornanaylse ist in vielen Geräten ein Experiment. Für die allgemeine
Benutzung in der Prasis bedarf es einfacherer zeitsparender und übersichtlicherer
Verfahren.
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Sach der Erfindung wird die Korngrößenerkennung und -bestimmung durch
Sedimeiitation durch Zusatz von Leitkorn zum Schlämmgut vereinfacht. Die Korngrößen-Lestimmung
erfolgt durch das einfache Hilfsmittel des Leitkorns nur durch Schichtablesungen
ohne besonderen Arbeitsaufwand mit Zwischenfallzeitbeobachtungen für die @inzelnen
Korngruppen und ohne Kornklassengewichtsbestimmjungen. Die Mitwirkung des Leitkorns
ermöglicht einen beschleunigten vorzeitigen Überblick über das sich entwickelnde
Ergebnis schon während der Schlämmaualvse.
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Ein bekanntes Leitkornmischverfahren zur Korngräßenbestimmung von
staubkörnigen Stoffen stellt die Korngröße nach inniger Mischung des Staubgutes
in einem bestimmten Mischungsverhältnis mit einem gleichförmig gekörnten Stauh voll
möglichst abweichen- -der Helligkeit oder Farbton durch Messung von Helligkeitsgraden
oder Farbtonwerten im Vergleich zu Eichwerten fest, die an genau gleichfarbigen
staubförmigen Stoffen vorher aufgestellt sind.
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Dieses Mischverfahren zur Bestimmung der mittleren Korngrößen von
Stauben und Nl ahlgütern beschränkt sich sinngemäß auf staubförmige, d. h. lufttrockene
gemischtkörnige Stoffe von mittlerer Korngröße.
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Feinste Korngrößen Haften im staubförmigen Zustand zum größten Teil
fest an den niittleren und größeren Körnern an. besonders wenn der gemischtkörnige
Stoff aus einem feuchten Zustand hervorgegangen ist (wie z. B. bei Erdböden und
Naßmahlgütern). Es ist bekannt, daß diese nur durch eine Aufbereitung als schlämme
gelöst werden können. Eine innige Mischung im staul>-förmigen Zustand ist für
diese Stoffe also nicht mehr möglich. Aber auch größere Korngrößen können in solchen
gemischtkörnigen Stoffgemischen mit der optischen Helligkeitsgradmessung nach Graureihen
(nach Ostwald) nicht mehr eindeutig klar gemessen werden. Weiterhin benötigt man
zur Auswertung
des Mischverfahrens für staubförmige Stoffe eine
Eichkurve von Vergleichshelligkeitsgradwerten an stets' gleichfarbigem Stoffgut.
ein großes Gebiet der gemischtkörnigen Stoffe, z. B. Erdböden, besitzt keine Gleichfarbigkeit.
Das genannte Korngrößenbestimmungsverfahren für staubförmige Stoffe beschränkt sich
daher als Vergleichs-und Mischverfahren auf die Reihenuntersuchung von genau gleichfarbigen
Stoffen bzw. Mahlgütern.
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Die Messung von Helligkeitsgrad- oder Farbtonwerten zur Vergleichsfeststellung
benötigt ferner hochwertige optische Hilfsmittel, die nicht zu einer einfachen Korngrößenbestimmung
außerhalb eines wissenschaftlichen Laboratoriums angewandt werden können. die praktische
Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung gestaltet sich folgendermaßen: Dem
in einem flüssigen Medium aufbereiteten Schlämmgut wird zur Erkennung seiner znteilmäßigen
Zusammensetzung aus verschiedenen Kornklassen für den entmischenden Sedimentationsvorgang
im Schlämm-oder Fallraum Leitkorn mit besonderen meßbaren physikalischen Eigenschaften
in bestimmter Menge und Korngröße beigefügt.
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Dieses Leitkorn kann aus Teilchen von annähernd in sich gleichem spezifischem
Gewicht und gleicher Kornform bestehen; es muß für die Kennzeichnung der Kornklassenzugehörigkeit
den sogenannten gleichen hydraulischen Radius für die bestimmt begrenzte Kornklassenkennzeichnung
besitzen.
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Bei dem Vorgang des Sedimentierens gruppiert sich das Leitkorn entsprechend
seiner Größe in die sich gliedernden Korngrößen des zu untersuchenden Schlämmgutes
ein und unterteilt durch seine kennzeichnenden Eigenschaften (z. B. Färbung) trennend
oder erweiternd die sich gliedernden Korngrößen des Schlämmgutes. Besteht das Leitkorn
aus mehreren auseinanderliegenden Kornklassen, die Kornklassenlücken zwischen sich
freilassen, dann wird das Cchlämmgut bei seiner Gliederung während der Sedimentation
meßbar (z. B. sichtbar) in Streifen unterteilt und im Gesamtbild klar nach Korngrößenklassen
gekennzeichnet.
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Zur Erläuterung sei folgendes Geispiel angeführt: Einem Schlämmgut
(Lehmboden) bestehend aus Korngrößen von etwa 2 mm bis herab unter 0,01 mm ist vor
der Sedimentation bei der Aufbereitung des Schlämmgutes Leitkorn (als Präparat)
bestehend aus drei Kornklassen von je 1,0 ccm in schwarzer und roter Färbung beigemengt,
und zwar 1,0 ccm der Kornklasse 0,5 bis 0,2 mm (feiner schwarzer Mittelsand), 1,0
ccm der Kornklasse 0,1 bis 0,05 mm (roter grober Mehlsand) und 1,0 ccm der Kornklasse
0,05 bis 0,02 mm (schwarzer feiner Mehlsand).
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Bei der Sedimentation gruppierten sich die drei leitkornklassen trennend
als waagerechte Streifen zwischen die Kornklassen des Schlämmgutes ein. Nach Beendigung
der Sedimentation war das abgelagerte Schlämmgut durch drei farbige Leitkornschichten
in sieben Korngrößengrupp en' gegliedert. Soweit von einer Leitkornklasse gleichgroße
Körner anteilmäßig im Schlämmgut vorhanden sind, erweitern sich die Leitkornstreifen
im abgelagerten Sediment und gehen von der intensiven Förbung zur einschlägig matten
Färbung durch den hellfarbenen Kornanteil des Schlämmgutes über. Also z. B. die
Leitkornklasse 0,5 bis 0,2 mm ergibt mit dem Schlämmgut zusammen in der Absitzschicht
statt des beigemengten Leitkornanteils von 1,0 ccm eine dunkelfarbige Schicht laut
Skalenablesung von 0,k30 bis 2,45 ccm, das sind 2,15 ccm von dieser Kornklasse 0,5
bis 0,2 mm; abzüglich des zugesetzten 1 ccm Leitkorn sind im Schlämmgut somit 2,15
- 1,00 = I,I5 ccm als feiner Mittelsand anteilig im Schlämmgut vorhanden.
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Folfende wesentlichen Fortschritte der Korngrößenbestimmung durch
Leitkornsedimentation gegenüber den üblichen Verfahren sind festzustellen.
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Das Leitkorn zeigt durch seine Färbungen das Ergebnis selbsttätig
an.
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Es bedarf keiner Vergleichswerte eines gleichfarbigen Schlämmgutes
oder der Mith@lfe optischer Meßinstrumente.
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Es erübrigt sich auch jegliche Auswertungsarbeit durch Gewichtsermittlung
der Kornklassen oder ihre Einzelbeobachtung nach Fallzeiten.
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Während des Sedimentierens kann an der Verteilung und Eingliederung
der Leitkofnklassen die Entwicklung des Ergebnisses schon frühzeitig übersehen werden.
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Für eine anschließende Kiesanalyse hat die Leitkornanalyse ihren
Bereich bis zur Korngröß 2 mm, dem Beginn der Rundlochsiebe, so daß die Benutzung
von Maschensieben mit quadratischen Löchern, die eine Überschreitung der Korngrenzen
bringen können, fortfällt.