DE10044491A1 - Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, Gasbeladungsmesseinrichtung und Gasbeladungsregler unter Verwendung der Dichtemesseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, insbesondere einer fließfähigen Kunststoffmasse, unter Standardbedingungen mit einer die Flüssigkeit aufnehmenden Messkammer. Um eine schnelle und zuverlässige Dichtebestimmung zu ermöglichen, wird eine Druckmesseinrichtung (7) zur Bestimmung des Druckes, unter dem sich die Flüssigkeit befindet, vorgesehen sowie eine Einrichtung (6) zur mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit oder einer dichteabhängigen physikalischen Größe, wobei des weiteren Mittel (8) vorgesehen sind, die aufgrund einer bekannten Abhängigkeit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit oder der dichteabhängigen Größe von dem äußeren Druck die Dichte der Flüssigkeit unter Standardbedingungen berechnen. Des weiteren wird eine Einrichtung zur Bestimmung der Gasbeladung sowie ein Gasbeladungsregler auf diesem Prinzip vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtemesseinrichtung zur Ermitt­ lung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, insbesondere einer fließfähigen Kunststoffmasse, mit einer die Flüssigkeit aufnehmenden Messkammer, mittels derer die Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit unter Standardbedingungen ermittelbar ist.

Derartige Dichtemesseinrichtungen werden insbesondere zur Dichtemessung von gasbeladenen Kunststoffmassen eingesetzt, die beispielsweise die Grundkomponenten einer Kunststoffmi­ schung oder die zu verarbeitende Kunststoffmasse selber dar­ stellen können. Die Bestimmung der Dichte der Kunststoffmasse bzw. der Gasbeladung derselben ist bei der Herstellung ge­ schäumter Kunststoffartikel von großer Bedeutung, da durch die Dichte und damit die Gasbeladung der fließfähigen Kunststoff­ masse die Eigenschaften des resultierenden Kunststoffartikels maßgeblich mitbestimmt werden.

Es ist bekannt, die Gasbeladung einer Flüssigkeit wie z. B. einer fließfähigen Kunststoffmasse dadurch zu bestimmen, daß die Flüssigkeit auf den jeweiligen Standarddruck entspannt wird, so daß bei diesem Standarddruck die Dichte der gasbe­ ladenen Flüssigkeit mittels geeigneter Verfahren bestimmbar ist.

Unter Standardbedingungen seien hierbei von die jeweiligen zuvor definierten Bedingungen nach Druck oder auch anderen Prozessparametern wie Temperatur usw. verstanden, z. B. solche von 23°Celsius und einer Atmosphäre, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Zur Bestimmung der Gasbeladung einer Flüssigkeit ist aus der EP 581 207 B1 eine Messeinrichtung bekannt, die die Verschie­ bung eines Messkolbens bei der Entspannung bzw. Entgasung der Flüssigkeit als Maß für die Gasbeladung der Flüssigkeit her­ anzieht. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die Entspannung der Flüssigkeit einen großen Zeitraum einnehmen kann, ins­ besondere wenn hochviskose Flüssigkeiten wie bestimmte Kunst­ stoffmassen vorliegen. Längere Messzeiten sind jedoch ins­ besondere bei der Prozesskontrolle bei der Herstellung ent­ sprechender Kunststoffartikel nicht immer akzeptabel und kön­ nen zu Messfehlern bei nicht vollständiger Entgasung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtemessein­ richtung bzw. Gasbeladungsmesseinrichtung zu schaffen, die eine schnelle Ansprechzeit aufweist und eine zuverlässige Bestimmung der Dichte bzw. Gasbeladung ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch eine Dichtemesseinrichtung gelöst, die eine Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Druckes, unter dem sich die Flüssigkeit befindet, aufweist. Des weiteren ist eine Einrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit vorgesehen. Hierunter soll jegliche Einrichtung verstanden werden, mittels welcher die Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit, ggf. unter Kenntnis weiterer Parameter und/oder nach vorheriger Eichung des Systems, bestimmbar ist wie z. B. Einrichtungen zur Bestimmung der Masse der Flüssigkeit in einem Bezugsvolumen oder andere von der Flüssigkeitsdichte abhängige Parameter wie beispielsweise thermische oder elektrische Leitfähigkeiten, dielektrische oder optische Eigenschaften usw. Des weiteren sind Mittel vorgesehen, die aufgrund einer bekannten Abhängig­ keit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit von dem äußeren Druck oder eines die Dichte bestimmenden Parameters wie z. B. der Masse eines Bezugsvolumens die Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit unter Standardbedingungen berechnen. Des weiteren können Einrichtungen zur Anzeige der bestimmten Dichte und jedes bestimmten Parameters oder Zwischenwertes der Berechnung vorgesehen ein.

Die Abhängigkeit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit von dem äußeren Druck kann aufgrund einer vorhergehenden experi­ mentellen Bestimmung bekannt sein oder z. B. rein rechnerisch über die ideale oder reale Kompressibilität des Gases in Ab­ hängigkeit von dem Druck aufgrund allgemein bekannter physika­ lischer Gesetzmässigkeiten berechnet werden. Hierbei kann ggf. davon ausgegangen werden, daß die Flüssigkeit selber nicht kompressibel ist. Die experimentelle Bestimmung der Dichte­ abhängigkeit der gasbeladenen Flüssigkeit von dem Druck hat den Vorteil, daß Dichteanomalien z. B. aufgrund von Löslich­ keitsänderungen des Gases erfaßt und bei der Berechnung der Dichte unter Standardbedingungen berücksichtigt werden können.

Vorzugsweise umfaßt die Druckmesseinrichtung Drucksensoren, die derart angeordnet ist, daß der Druck innerhalb der Ein­ richtung zur Bestimmung der Dichte mittelbar oder unmittelbar erfassbar ist. Hierzu kann ein Drucksensor unmittelbar in der Dichtebestimmungseinrichtung, z. B. einem Durchflußmengenmes­ ser, der vorteilhafterweise als Coriolis-Messzelle ausgeführt sein kann, angeordnet sein. Es können auch Drucksensoren vor und hinter der Dichtebestimmungseinrichtung vorgesehen sein, vorzugsweise jeweils unmittelbar vor und hinter derselben, so daß durch eine Interpolation oder Mittelwertbildung der beiden Druckbestimmungen der Druck innerhalb der Dichtebestimmungs­ einrichtung bestimmbar ist. Hierdurch kann bei der Druck- bzw. bei der Dichtebestimmung unter Berücksichtigung des derart bestimmten Druckes eine höhere Genauigkeit erzielt werden.

Unter Druckmesseinrichtungen bzw. Drucksensoren seien stets solche verstanden, die den Druck unmittelbar oder auch mittel­ bar aufgrund druckabhängiger Größen ermitteln.

Die jeweiligen Parameter werden vorzugsweise an der unter Prozeßdruck stehenden Flüssigkeit bestimmt, sie können gegebe­ nenfalls auch nach einer teilweisen Entspannung der Flüssig­ keit ermittelt werden.

Die Mittel zur Berechnung der Dichteabhängigkeit der Flüssig­ keit können als externer Rechner, vorzugsweise als in eine weitergehende Prozeßsteuerung integrierter Rechner realisiert sein, wobei die Ausgabedaten der Messwerterfassungseinrichtun­ gen dem Rechner vorzugsweise automatisch zugeführt werden.

Vorzugsweise ist die Einrichtung zur mittelbaren oder unmit­ telbaren Dichtebestimmung der gasbeladenen Flüssigkeit, z. B. eine Massenbestimmungseinrichtung, gleichzeitig zur Ermittlung der Durchflussmenge der Flüssigkeit durch die Messkammer ge­ eignet. Als Messkammer sei hier jegliche Messstrecke verstan­ den. Zum einen sind derartige Durchflussmengenmesser weit verbreitet und zuverlässig in der Betriebsweise, zum anderen sind sie ohnehin in einer Prozesseinrichtung zur Prozeßüberwa­ chung zumeist vorgesehen. Eine zusätzliche Dichtemesseinrich­ tung ist hierdurch nicht mehr notwendig.

Als besonders zuverlässig haben sich zur Dichte- bzw. Massen­ bestimmung und zur Durchflussmengenbestimmung Coriolis-Mess­ zellen erwiesen, die als solche bekannt sind. Die Messung kann beispielsweise auf der Auswertung der Resonanzschwingungen von zwei Messrohren basieren, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Liegt ein System vor, bei welchem die gasbeladene und unter Druck stehende Flüssigkeit durch Leitungssysteme geführt wird, so sind vorzugsweise die Einrichtungen zur Bestimmung der Dichte bzw. des Druckes in der flüssigkeitsführenden Leitung integriert oder mit dieser strömungsgekoppelt. Eine Überfüh­ rung der gasbeladenen Flüssigkeit in eine separate Messzelle ist hierdurch nicht notwendig. Die erforderlichen Messein­ richtung bzw. Sensoren können jedoch auch in einem Leitungs­ abschnitt angeordnet sein, der durch geeignete Ventileinrich­ tungen von den durchströmbaren Leitungen der Prozesseinrichtung getrennt ist, so daß der Rohrabschnitt nur bei Einleitung einer Dichtemessung freigegeben wird. Der Auslass dieses Rohr­ leitungsabschnittes kann mit einer flüssigkeitsführenden Lei­ tung des Prozeßsystems oder mit einer weiteren Einrichtung, z. B. einer Aufnahmeeinrichtung für die Flüssigkeit nach der Dichtemessung verbunden sein.

Vorteilhafterweise sind in einem flüssigkeitsführenden System mit Zwangsdurchströmung, z. B. in einem Kreislaufsystem mit Zwangsumwälzung, die die Messeinrichtungen zur Dichtebe­ stimmung aufweisenden Leitungsabschnitte mit Mitteln zur Un­ terbrechung der Zwangsdurchströmung versehen, so daß die ent­ sprechenden Messeinrichtungen (Druck-, Dichte- bzw. Massen­ bestimmungseinrichtung o. dgl.) zumindest nach der Unterbre­ chung der Zwangsdurchströmung Daten zur Bestimmung der Dichte unter Standardbedingungen erfassen können. Hierdurch können Messfehler der Dichte aufgrund eines zusätzlich auf die Flüs­ sigkeit wirkenden dynamischen Druckes bzw. Staudruckes kor­ rigiert werden, die eine verglichen mit einer ruhenden Flüs­ sigkeit erhöhte Kompression und damit erhöhte Dichte ergeben würden. Die Mittel zur Unterbrechung der Zwangsdurchströmung können mit dem die Zwangsdurchströmung bewirkenden Mitteln wie z. B. eine Umwälzpumpe, gekoppelt sein, so daß zu dem Zeit­ punkt, zu dem eine Dichtebestimmung erfolgen soll z. B. die Umwälzpumpe ausgeschaltet wird. Sind die entsprechenden Mess­ einrichtungen in einem abtrennbaren Leitungsabschnitt angeord­ net so kann der Einlass dieses Leitungsabschnittes versperrt werden, so daß die Flüssigkeit weiterhin das System durch­ strömt bzw. umgewälzt wird. Zur Verringerung von Messfehlern kann in dem abtrennbaren Leitungsabschnitt ein geeigneter Druckausgleich vorgesehen sein. Eine Korrektur bezüglich des Staudruckes kann auch empirisch erfolgen, z. B. aufgrund der gemessenen Fließgeschwindigkeit bzw. des gemessenen Massen­ flusses der Flüssigkeit oder aufgrund von Näherungsrechnungen unter Berücksichtigung der gegebenen Leitungsquerschnitte, Viskosität der Flüssigkeit usw.. Die Messeinrichtungen können auch in einem abtrennbaren Bereich der Leitung angeordnet sein, so daß ein Teilstrom abgerenzt wird, wobei eine paralleler Teilstrom desselben Leitungsquerschnittes weiter fließt.

Vorteilhafterweise sind des weiteren Mittel zur zeitabhängi­ gen, z. B. kontinuierlichen oder stufenweisen, Erfassung der zur Bestimmung der Dichte erforderlichen Parameter vorgesehen, so daß der zumindest annähernde Gleichgewichtszustandes des Systems bei unterbrochener Zwangsdurchströmung bestimmbar sind und die erforderlichen Parameter im zumindest annähernden Gleichgewichtszustand erfaßt werden können. Hierdurch kann die Relaxationszeit der Flüssigkeit nach Unterbrechung der Zwangs­ durchströmung bzw. Zwangsumwälzung erfaßt werden, so daß die entsprechende Dichtebestimmung erfolgt, wenn die ruhende Flüs­ sigkeit sich zumindest annähernd im Gleichgewichtszustand befindet und Fehler aufgrund des dynamischen Druckes bzw. Staudruckes eliminiert werden können. Eine Abweichung von dem Gleichgewichtszustand der unter Druck stehenden Flüssigkeit kann hierbei in Abhängigkeit von der erwünschten Messgenau­ igkeit zugelassen werden. Die Einstellung des Gleichgewichts­ zustandes kann beispielsweise durch eine zeitabhängige Druck­ messung der Flüssigkeit erfolgen. Die Änderung zumindest eines der relevanten Parameter bei der Gleichgewichtseinstellung des Systems kann auch über einen bestimmten Zeitraum verfolgt werden, wobei nach einer gewissen Zeit eine rechnerische Ex­ trapolation des oder der Parameter und damit auch der zu be­ stimmenden Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit auf den Gleichgewichtszustand erfolgt, so daß die Messzeit ins­ gesamt verkürzt werden kann.

Des weiteren können an geeigneten Stellen, vorzugsweise un­ mittelbar benachbart oder integriert mit der Druckmessein­ richtung sowie Einrichtung zur Dichtemessung Temperaturmess­ einrichtungen zur mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung der Temperatur der Flüssigkeit vorgesehen sein. Temperatur­ änderungen aufgrund der Zwangsdurchströmung bzw. -umwälzung der Flüssigkeit oder äußeren Einflüssen können erfaßt werden. Des weiteren kann eine rechnerische Ermittlung der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit bei von der vorgegebenen Standardtemperatur abweichenden Temperaturen berücksichtigt werden bzw. eine Temperaturkorrektur erfolgen.

Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung ist allgemein zur Dichtemessung von gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüs­ sigkeiten geeignet, bei welcher die Dichte der Flüssigkeit unter vorgegebenen Standardbedingungen zu bestimmen ist. Der­ artige Flüssigkeiten können beispielsweise Schäume, insbeson­ dere Kunststoffschäume darstellen, bei welchen eine Komponente des Kunststoffes oder die zu einem Gegenstand zu verarbeitende Kunststoffmasse aufgeschäumt bzw. gasbeladen sind, ohne hier­ auf beschränkt zu sein. So kann z. B. die Dichte von Polyu­ rethanschäumen bestimmt werden oder die Dichte des mit einem Gas wie Luft oder Stickstoff beladenen Polyols, das der Her­ stellung eines Polyurethans dient. Entsprechendes gilt bei­ spielsweise auch für die Basiskomponenten bzw. vernetzten Komponenten bei der Herstellung von geschäumten Silikonen.

Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung ist sowohl zur Bestimmung der Dichte von tixotropen als auch von nichttixo­ tropen Schäumen geeignet.

Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung ist insbesondere bei gasbeladenen Flüssigkeiten mit einem Gasgehalt von mehr als 5 Gew.-% Gas bezogen auf das Gewicht der gasbeladenen Flüssigkeit einsetzbar, ohne hierauf beschränkt zu sein, ins­ besondere auch im dem bei der Herstellung von Kunststoffschäu­ men oftmals relevanten Bereich von bis 50 Gew.-%, z. B. im Bereich von 20 bis 35 Gew.-% Gas bezogen auf die gasbeladene Flüssigkeit. Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung ist jedoch auch bei geringeren Gewichtsanteilen des Gases einsetz­ bar, z. B. im Bereich von unter 5 Gew.-% Gas in dem aufge­ schäumten Polymer, oder bei Gasbeladungen von größer 50 Gew.- %. Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung z. B. auch zur Ermittlung der Dichte des luftbeladenen Polyols bei der Polyu­ rethanherstellung dienen, bei welchem die Luftbeladung des Polyols für die Umsetzung des Polyols mit dem Polyisozyanat und die resultierende Aufschäumung des Polyurethans von Bedeutung ist.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Gasbeladungsmessein­ richtung zur Bestimmung der Gasbeladung einer Flüssigkeit, die eine erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung aufweist, wobei Mittel zur Berechnung der Gasbeladung aufgrund der mittelbar oder unmittelbar ermittelten Dichte oder einer von dieser abhängigen physikalischen Größe der gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit und dem gemessenen Druck vorgese­ hen sind. Als derartiges Mittel kann insbesondere ein Rechner einer Prozeßsteuerung für das die Flüssigkeit enthaltende Prozeßsystem vorgesehen sein. Als physikalische Größen können insbesondere solche ausgewählt werden, mittels welcher die Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit, ggf. unter Kenntnis weiterer Parameter und/oder nach vorheriger Eichung des Systems, bestimmbar ist wie z. B. die Masse der Flüssigkeit in einem Bezugsvolumen oder andere von der Flüssigkeitsdichte abhängige Parameter wie beispielsweise thermische oder elek­ trische Leitfähigkeiten, dielektrische oder optische Eigen­ schaften usw. Eine unmittelbare Bestimmung der Dichte als solche ist hierbei nicht erforderlich, sie würde sich mittel­ bar z. B. aufgrund der Eichung ergeben.

Bei bekannter (z. B. vorbestimmter) Dichte der Flüssigkeit ohne Gasbeladung und unter Voraussetzung einer Inkompressibilität der Flüssigkeit kann bei gemessener Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit bei dem jeweiligen Druck und der Messung dieses Druckes bzw. Messung des Überdruckes bezogen auf den Standard­ druck die Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit bei dem Stan­ darddruck berechnet werden. In Kenntnis der Dichte der Flüs­ sigkeit ohne Gasbeladung sowie der Dichte des Gases, die gege­ benenfalls auch vernachlässigt werden kann, und der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit unter dem jeweiligen Druck kann somit das Gewichtsverhältnis von Gas und Flüssigkeit und damit die Gasbeladung der Flüssigkeit bestimmt werden. Gegebenenfalls können auch Korrekturen für die Druckabhängigkeit der Dichte bzw. der Kompressibilität der gasunbeladenen Flüssigkeit auf­ grund experimenteller zuvor bestimmter Daten angebracht werden. Entsprechendes gilt, wenn eine von der Flüssigkeitsdichte abhängige Größe gemessen wird, deren Abhängigkeit von der Dichte bekannt ist, z. B. aufgrund theoretischer Zusammenhänge oder experimenteller Eichungen.

Die entsprechende Gasbeladung der Flüssigkeit ist somit ver­ gleichsweise schnell und über einen großen Bereich der mögli­ chen Gasbeladung zuverlässig bestimmbar. Die Dichte- bzw. Gasbeladungsbestimmung kann insbesondere in einem Bereich von 0,5 bis 3 bar Überdruck, z. B. bei einem Überdruck von 0,5 bis 1,5 bar erfolgen, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Mittels der erfindungsgemäßen Gasbeladungsmesseinrichtung kann ein Gasbeladungsregler geschaffen werden, der eine zuverlässi­ ge und genaue Regelung der Gasbeladung der Flüssigkeit er­ möglicht. Bei Abweichungen der ermittelten Gasbeladung bzw. der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit oder einer von dieser abhängigen Größe von dem vorgegebenen Sollwert kann dem die Flüssigkeit führenden System, z. B. einem Kreislaufsystem, mehr Gas zugesetzt werden. Bei zu hohem Gasanteil kann weitere Flüssigkeit zugeführt werden, die gasunbeladen oder einen geringeren, definierten Gasgehalt, z. B. entsprechend der Lös­ lichkeitsgrenze des Gases, aufweist, um den Gasgehalt der Flüssigkeit in dem System zu senken. Die Regelung der Gasbela­ dung kann insbesondere automatisch erfolgen, wobei nach vorde­ finierten Zeiträumen oder frei wählbar die Gasbeladung der Flüssigkeit ermittelt werden kann.

Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Dichte­ bestimmung mittels der erfindungsgemäßen Dichtemesseinrichtung sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Gasbeladung bzw. Gasbe­ ladungsregelung mittels der erfindungsgemäßen Gasbeladungs­ messeinrichtung bzw. des Gasbeladungsreglers.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen können z. B. sowohl bei dem Anfahren eines Systems, d. h. der Einstellung der Solldichte bzw. Sollgasbeladung einer Flüssigkeit, verwendet werden als auch bei der fortwährenden Prozesskontrolle.

Die Erfindung sei beispielhaft erläutert und anhand der Zeich­ nungen beispielhaft beschrieben.

Nach der Zeichnung liegt ein System mit einem Rührbehälter 1 vor, bei dem mittels eines Rührwerkes 2 ein Gas, z. B. Luft oder Stickstoff, in eine fließfähige Kunststoffkomponente eingearbeitet und fein verteilt wird. Zur Einarbeitung des Gases können auch beliebige andere Techniken wie z. B. dyna­ mische Mischer eingesetzt werden. Die fließfähige Kunststoff­ komponente ist im vorliegenden Fall ein Polyol zur Herstellung von Polyurethanen, welches mit dem Gas vorbeladen wird, um die Gasentwicklung bei der Umsetzung des Polyols mit dem gewünsch­ ten Polyisocyanat zu initieren bzw. zu steuern.

An dem Behälter 1 ist eine Umlaufleitung 3 angeordnet, die einerseits mit dem Auslass 4 des Behälters 1 verbunden ist und andererseits in der Leitung 3 mittels der Umwälzpumpe 5 umge­ wälztes Kunststoffmaterial dem Behälter 1 zurückführt. In der Leitung 3 ist eine Coriolis-Messzelle zur direkten Massen- oder auch Dichtebestimmung des umgewälzten Kunststoffmaterials vorgesehen, wobei die Messzelle 6 gleichzeitig der Ermittlung der Durchflussmenge der Kunststoffkomponente dienen kann. Der Messzelle 6 ist ein Druckaufnehmer 7 nachgeschaltet, der den Druck der in der Leitung 3 befindlichen Kunststoffmasse be­ stimmt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Druckaufnehmer auch vor der Einrichtung zur Massen- bzw. Dichtebestimmung oder an einer anderen Stelle des Systems vorgesehen sein. Die Messzelle 6 und der Druckaufnehmer 7 sind somit in Reihe ge­ schaltet und in der Leitung 3 integriert, so daß Bypässe oder separate Leitungsabschnitte nicht notwendig sind. Vorteilhaf­ terweise ist ein Drucksensor unmittelbar in bzw. unmittelbar vor und hinter der Einrichtung zur Massen- bzw. Dichtebestim­ mung angeordnet, wobei im letzteren Fall der Druck innerhalb der Einrichtung durch Interpolation oder Mittelwertbildung bestimmbar ist.

Die von der Messzelle 6 ermittelten Grössen wie Masse, Dichte und/oder Durchflussmenge des in der Leitung 3 geführten Mediums sowie der von dem Druckaufnehmer 7 ermittelte Druck werden einer elektronischen Steuerung 8 zugeführt. Die Steuerung 8 ist über eine Tastatur 9 als Eingabeeinrichtung konfigurier­ bar, z. B. mit entsprechenden Eichkurven bezüglich der dichte­ abhängigen Parameter, und dient der Steuerung des Rührwerkes 2, der Pumpe 5 und gegebenenfalls weiterer Einrichtungen wie einem Auslassventil des Auslasses 4 sowie der gesteuerten Zuführung von Kunststoffmasse oder dem Beladegas aus entspre­ chenden Vorratseinrichtungen.

Des weiteren ist ein Temperaturfühler 10 im Bereich der Mess­ zelle 6 sowie des Druckaufnehmers 7 zur Messung der Temperatur der in der Leitung 3 geführten Flüssigkeit vorgesehen, der gegebenenfalls auch einem Drucksensor nachgeschaltet sein kann. Der Temperaturfühler 10 kann auch an einer anderen ge­ eigneten Stelle angeordnet sein. Hierdurch können Einflüsse der Temperatur auf die für die Dichte- bzw. Gasbeladungsbe­ stimmung relevanten Parameter berücksichtigt werden, z. B. Änderungen der Dichte der Flüssigkeit mit der Temperatur oder Volumenausdehnungen des Gases.

Durch Bestimmung der Masse der Kunststoffkomponente in einem bekannten Bezugsvolumen oder unmittelbarer Bestimmung der Dichte derunter Druck, z. B. einem Überdruck von ca. 0,8 bar, stehenden Kunststoffmasse kann unter Berücksichtigung der Dichte der Kunststoffmasse ohne Gasbeladung und unter Bestim­ mung des Druckes, unter dem die gasbeladene Kunststoffmasse steht, die Dichte der gasbeladenen Kunststoffmasse unter einem Standarddruck, z. B. Atmosphärendruck, über bekannte physika­ lische Gesetzmäßigkeiten berechnet werden. Aufgrund der be­ rechneten Dichte der gasbeladenen Kunststoffkomponente unter Standarddruck kann unter Berücksichtigung der Dichte der Kunststoffmasse ohne Gasbeladung die Gasbeladung selber er­ mittelt werden, wobei gegebenenfalls Korrekturen für die Kom­ pressibilität der Kunststoffmasse bzw. für die Dichte des Gases vorgenommen werden können.

Um einen Einfluß der Strömung der Flüssigkeit auf die Dichte- bzw. Gasbeladungsbestimmung auszuschließen kann die Pumpe 5 mittels der Steuerung 8 zeitweilig außer Betrieb gesetzt wer­ den oder die Strömung durch andere Mittel zumindest im Bereich der Meßeinrichtungen unterbrochen werde, wobei über die Zeit­ abhängigkeit der von der Messzelle 6 und/oder dem Druckauf­ nehmer 7 oder anderer geeigneter Messeinrichtungen die Gleich­ gewichtseinstellung der Flüssigkeitsparameter unter dem gege­ benen statischen Druck in dem System verfolgt werden kann. Die zusätzliche Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit, die für deren Zwangsumwälzung notwendig ist und zu einer über den statischen Druck hinausgehenden Kompression der gasbeladenen Flüssigkeit führt, kann so berücksichtigt werden. Hierzu kann z. B. abge­ wartet werden, bis sich die Flüssigkeitsparameter unter dem gegebenen statischen Druck ins Gleichgewicht gesetzt haben oder bei Verfolgung der zeitabhängigen Veränderung der rele­ vanten Parameter auf die Gleichgewichtsbedingungen rechnerisch extrapoliert werden.

Mittels der zuvor beschriebenen Messeinrichtungen 6, 7 kann unter Zuhilfenahme der Steuerung 8 die Gasbeladung auf einen gewünschten Sollwert geregelt werden, wozu bei Unterschreitung der Soll-Gasbeladung aus einem nicht dargestellten Gasvorrats­ behälter Gas dem System, z. B. dem Rührbehälter 1, zugeführt werden kann, und bei Überschreitung des Sollwertes die Kunst­ stoffkomponente aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter z. B. dem Rührbehälter 1 zugeführt werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Rührbehälter

2

Rührwerk

3

Leitung

4

Auslass

5

Pumpe

6

Messzelle

7

Druckaufnehmer

8

Steuerung

9

Eingabeeinrichtung

10

Temperaturfühler

Claims (18)

1. Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, ins­ besondere einer fließfähigen Kunststoffmasse, unter Stan­ dardbedingungen mit einer die Flüssigkeit aufnehmenden Messkammer, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmesseinrichtung (7) zur Bestimmung des Druc­ kes, unter dem sich die Flüssigkeit befindet, vorgesehen ist, das eine Einrichtung (6) zur mittelbaren oder unmit­ telbaren Bestimmung der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit oder einer dichtabhängigen physikalischen Größe vorgesehen ist, und das Mittel (8) vorgesehen sind, die aufgrund einer bekannten Abhängigkeit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit oder der dichtabhängigen Größe von dem äußeren Druck die Dichte der Flüssigkeit unter Standardbedingungen berechnen.

2. Dichtemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Bestimmung der Dichte der Flüssigkeit ein Durchflussmen­ genmesser ist.

3. Dichtemesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Dichtebestimmung eine Coriolis-Messzelle aufweist.

4. Dichtemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ messeinrichtung (7) und die Einrichtung (6) zur Bestimmung der Dichte in einem flüssigkeitsführenden System in einer von der Flüssigkeit durchströmten Leitung (3) integriert sind.

5. Dichtemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ messeinrichtung (7) Drucksensoren umfaßt, die derart an­ geordnet ist, daß der Druck innerhalb der Einrichtung (6) zur Bestimmung der Dichte mittelbar oder unmittelbar er­ fassbar ist.

6. Dichtemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem flüssigkeitführenden System mit Zwangsdurchströmung Mittel (5, 8) zur Unterbrechung der Zwangsdurchströmung zumindest in der Messkammer vorgesehen sind und daß mittels der Dichtemesseinrichtung (6) und der Druckmesseinrichtung (7) zumindest nach der Unterbrechung der Zwangsdurchströmung Daten zur Bestimmung der Dichte unter Standardbedingungen erfassbar sind.

7. Dichtemesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (6, 7, 8) zur zeitabhängigen Erfassung der zur Bestimmung der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit erforderlichen Parameter vorgesehen sind mittels derer der zumindest annähernde Gleichgewichtszustand des Systems mit unterbrochener Zwangsdurchströmung bestimmbar und die Parameter im zu­ mindest annähernden Gleichgewichtszustand erfassbar sind.

8. Dichtemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturmesseinrichtung (10) vorgesehen ist, deren Ausgabe­ wert den Mitteln (8) zur Berechnung der Dichte der gasbe­ ladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit übermittel­ bar sind und von dieser bei der Dichteberechnung verwend­ bar sind.

9. Gasbeladungsmesseinrichtung zur Bestimmung der Gasbeladung einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Dichtemesseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 vorgesehen ist und das Mittel zur Berech­ nung der Gasbeladung aufgrund der mittelbar oder unmittel­ bar ermittelten Dichte oder einer dichteabhängigen Größe der gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit und dem gemessenen Druck vorgesehen sind.

10. Gasbeladungsregler mit einer Gasbeladungsmesseinrichtung nach Anspruch 9 und Mitteln (8) zur Regelung der Gasbela­ dung der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Abweichung des durch die Gasbeladungsmesseinrichtung ermittelten Beladungswertes von einem vorgegebenen Sollwert.

11. Verfahren zur Bestimmung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, insbesondere einer fließfähigen Kunststoffmasse, unter Standardbedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck bestimmt wird, unter dem die Flüssigkeit steht und daß mittelbar oder unmittelbar die Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit oder eine dichteabhängige Größe derselben bestimmt wird und daß aufgrund einer bekannten Abhängigkeit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit oder der dichteabhängigen Größe von dem äußeren Druck die Dich­ te der Flüssigkeit unter Standardbedingungen berechnet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtebestimmung der in einer Leitung (3) geführten Flüssigkeit mittels geeigneter in der Leitung (3) angeordneter Messeinrichtungen erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druck der Flüssigkeit innerhalb der Einrichtung (6) zur Bestimmung der Dichte mittelbar oder unmittelbar erfasst wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einem flüssigkeitsführenden System mit Zwangsdurchströmung zur Bestimmung der Dichte der Flüssigkeit unter Druck die Zwangsdurchströmung zeitweilig unterbrochen wird und die Erfassung der zur Bestimmung der Dichte erforderlichen Parameter bei unterbrochener Zwangsdurchströmung erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zur Bestimmung der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit erforderlichen Parameter zeitabhängig erfasst werden und daß die Dichte der Flüs­ sigkeit unter Standardbedingungen durch Extrapolation der abweichend vom Gleichgewichtszustand erfassten Parameter auf den Gleichgewichtszustandes bestimmt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flüssig­ keit eine Gasbeladung < 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der gasbeladenen Flüssigkeit aufweist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Tempera­ tur der unter Druck stehenden gasbeladenen Flüssigkeit ermittelt wird und die Temperaturabhängig einer oder meh­ rerer Parameter zur Bestimmung der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit bei der Berechnung der Dichte unter Standardbestimmungen berücksichtigt wird.

18. Verfahren zur Bestimmung der Gasbeladung einer gasbelade­ nen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, insbesondere einer fließfähigen Kunststoffmasse, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittelbare oder unmit­ telbare Bestimmung der Dichte oder einer dichteabhängigen Größe nach einem der Ansprüche 11 bis 17 erfolgt und daß die Gasbeladung aufgrund der derart ermittelten Dichte bzw. Größe der gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit und dem gemessenen Druck berechnet wird.