-
Die
Erfindung betrifft ein Prozessviskosimeter zum kontinuierlichen
Messen der Viskosität
einer Flüssigkeit,
das insbesondere an sich in allen Raumrichtungen bewegenden Applikationselementen,
wie z. B. Spritzdüsen
oder Spritzglocken von Spritzrobotern, anwendbar ist.
-
Aus
der
DE 197 20 911
C1 ist ein Prozessviskosimeter zum Einstellen der Spritzviskosität von Lacken
bekannt, welches mit einer Hubeinrichtung in einen offenen Behälter eingesenkt
wird. Für
die Anwendung eines derartigen Prozessviskosimeters ist nachteilig,
dass die Viskosität
nicht unmittelbar vor der Spritzdüse gemessen wird und somit Änderungen
der Viskosität
zwischen dem im Vorratsbehälter angeordneten
Messort und der Spritzeinrichtung, die durch Temperaturunterschiede,
aber auch durch Messgut- bzw. Strukturänderungen durch Scherung beim
Transport vom Vorratsbehälter
zur Spritzeinrichtung hervorgerufen werden können, nicht detektiert werden.
-
Aus
der
DE 101 48 039
A1 ist ein Verfahren zur Messung der Viskosität in einer
Druckmaschine bekannt, bei dem das Prozessviskosimeter mit einem piezoelektrischen
Kristall als Sensor eingesetzt ist. Ein solcher piezoelektrischer
Sensor kann wegen seiner minimalen geometrischen Abmessung sowohl in
einen Farbkasten, als auch in die Zuleitung des Druckwerkes, in
die Farbwanne oder an eine andere Position des Farbversorgungssystems
einer Druckmaschine eingebaut werden. Es hat sich jedoch gezeigt,
dass der Einsatz eines solchen Systems nicht für alle Flüssigkeiten gleich gut geeignet
ist. Insbesondere wenn in den Flüssigkeiten
ein wechselnder Anteil von Pigmenten enthalten ist, bringen solche Systeme
keine sicher reproduzierbaren Ergebnisse.
-
In
der
JP 61057833 A wird
eine Methode zur kontinuierlichen Messung der Viskosität von Kohle-Wasser-Schlämmen beschrieben.
Hierbei wird in einer Rohrleitung ein Volumenstrom mit einem Durchflussmesser
und der Differenzdruck einer Differenzdruckmessstrecke mit einem
Differenzdrucksensor ermittelt, wobei der Differenzdruckübertrager
aus zwei eine Membran auf weisenden Flanschdruckmittlern und eine
mit Silikonöl
gefüllte
Kapillarröhre
auf weist, die mit den Flanschdruckmittlern der Differenzdruckmesstrecke
verbunden ist. Aus den Signalen des Durchfluss messers und des Differenzdrucksensors
wird die Viskosität
ermittelt. Wegen dem Aufbau der Differenzdruckmesstrecke kann auch
mit dieser Messmethode nicht an in allen Raumrichtungen bewegten
Orten gemessen werden, weil insbesondere durch die auftretenden
Beschleunigungen in der Differenzdrucklinie und der mit Silikonöl gefüllten Kapillarröhre die
Messergebnisse verfälscht
werden.
-
In
der
US 5,315,863 wird
ein Rheometer oder Viskosimeter zur kontinuierlichen Messung von nicht-Newtonschen
Flüssigkeiten,
Flüssigkeiten
mit verschiedenen Phasen oder Schlämmen beschrieben. Es besteht
im wesentlichen aus einem vertikal angeordnetem inversem U-Rohr,
Mittel zum Einstellen eines konstanten laminaren Durchflusses und Mittel
zum Messen des Differenzdruckes zwischen Ein- und Ausgang des U-Rohres.
Es sollen insbesondere Einflüsse
durch Luft- oder Gaseinschlüsse,
bzw. grobstückige
feste Teilchen auf die Messgenauigkeit minimiert werden. Auch dieses
Viskosimeter führt
zu verfälschten
Messergebnissen, wenn es Beschleunigungen ausgesetzt wird, die nicht
parallel zu den U-Rohrschenkeln wirken.
-
Um
Messfehler zu vermeiden, die bei größeren Entfernungen zwischen
der Viskositätsmessstelle
und dem Applikationselement durch Temperaturunterschiede und/oder Änderungen
der Fließeigenschaft
der Flüssigkeit
unvermeidlich sind, ist es erforderlich die Messstelle sehr nahe
am Applikationselement anzuordnen. Hier treten aber in der Regel,
wie z. B. an Spritzdüsen
oder -glocken von Spritzrobotern in alle Richtungen wirkende hohe
Beschleunigungskräfte
auf.
-
Es
ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Prozessviskosimeter zum
kontinuierlichen Messen der Viskosität insbesondere an sich in allen
Raumrichtungen bewegenden Applikationselementen, insbesondere für die Anwendung
an Spritzdüsen
oder Spritzglocken von Spritzrobotern zu schaffen, die ein weitestgehend
beschleunigungsunabhängiges
Messen ermöglicht.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
Die Unteransprüche
sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
-
Ausgehend
von einem Viskosimeter zum kontinuierlichen Bestimmen der Viskosität einer
Flüssigkeit,
das aus einer Durchflussmesseinrichtung, einer Differenzdruckmesstrecke
mit an deren Anfang und Ende angeordneten Drucksensoren zur Bestimmung
der Druckdifferenz sowie einer zumindest der Messwertverarbeitung
und Messwertausgabe dienenden Elektronikeinheit besteht, die mit
der Durchflussmesseinrichtung und den Drucksensoren der Differenzdruckmesstrecke
verbunden ist, wird die Erfindung dadurch gelöst, dass die Differenzdruckmessstrecke
aus zwei nahe beieinander und parallel zueinander angeordneten Messräumen mit über Membranen
angekoppelten Drucksensoren oder einem zwischen den Messkammern
angeordneten über
Membranen angekoppelten Differenzdrucksensor besteht, wobei am Eingang
des ersten Messraumes die Zuleitung und am Ausgang des zweiten Messraumes
die Ableitung für
die zu bestimmende Flüssigkeit
angeschlossen ist und zwischen dem Ausgang des ersten Messraumes
und dem Eingang des zweiten Messraumes eine Verbindungsleitung so angeordnet
ist, das die Flüssigkeit
den zweiten Messraum in der gleichen Richtung zu durchströmen vermag
wie den ersten Messraum und die Verbindungsleitung so angeordnet
ist, dass sich der Masseschwerpunkt der in der Verbindungsleitung
befindlichen Flüssigkeit
auf oder zumindest nahe einer senkrecht zur Durchströmungsrichtung
der Messräume durch
den Mittelpunkt des Differenzdrucksensors bzw. der beiden Drucksensoren
liegenden Ebene befindet.
-
Durch
diese Anordnung heben sich die Beschleunigungskräfte in der Differenzdruckmessstrecke
weitestgehend gegeneinander auf, so dass eine Verfälschung
des Messergebnisses durch Beschleunigungskräfte weitestgehend ausgeschlossen
werden kann.
-
Um
die Bewegbarkeit des Applikationselementes durch Masseerhöhung nicht
wesentlich zu beeinflussen, ist die Differenzdruckmessstrecke nahe
am Applikationselement angeordnet. Die Durchflussmesseinrichtung
und die zumindest der Messwertverarbeitung und Messwertausgabe dienenden
Elektronikeinheit werden an einer Stelle der Applikationseinrichtung
angeordnet, die nur geringen Beschleunigungskräften ausgesetzt ist.
-
Der
Messblock mit den Messräumen
und der Verbindungsleitung des Prozessviskosimeters sind unmittelbar
in die Zuleitung für
das Applikationselement eingegliedert. Um Messfehler zu vermeiden und
die Arbeitsparameter der Applikationseinrichtung wie Volumenstrom
und Druck nicht wesentlich zu beeinflussen, weisen die Messräume des
Messblocks und die zwischen diesen angeordnete Verbindungsleitung
zumindest näherungsweise
den gleichen Querschnitt wie die Zu- und Ableitung des Messblocks
auf.
-
Da
die Temperatur der zu applizierenden Farben einen wesentlichen Einfluss
auf deren Viskosität
und damit sowohl auf deren Oberflächenqualität wie auch dem Verhältnis von
Nassschichtdicke zu Trockenschichtdicke hat, ist es erforderlich,
die Viskosität
bei Isttemperatur und temperaturkompensiert zu ermitteln. Dazu ist
in vorteilhafter Weise in der Differenzdruckmesstrecke oder in deren
unmittelbarer Nähe
in der Zuleitung oder der Ableitung ein Temperaturmessfühler angeordnet,
der mit der Elektronikeinheit in Verbindung steht.
-
Sollen
unterschiedliche Flüssigkeiten,
wie z. B. verschiedene Farben appliziert werden, ist, um nicht für jede Flüssigkeit
eine Viskositätsmesseinrichtung
anordnen zu müssen,
das Prozessviskosimeter in Flussrichtung hinter einer Flüssigkeitswechseleinrichtung
angeordnet. Diese Farbwechseleinheit enthält neben den Farbzuleitungen
vorteilhafter Weise eine Spülmittelleitung über die
vor einem Flüssigkeitswechsel
das Prozessviskosimeter gereinigt werden kann.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In
den zugehörigen Zeichnungen
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Prozessviskosimeters für einen
Farbspritzroboter
-
2 eine
schematische Schnittdarstellung einer Differenzdruckmessstrecke
mit zwei Drucksensoren
-
3 eine
schematische Schnittdarstellung einer Differenzdruckmessstrecke
mit einem Differenzdrucksensor
-
4 eine
konstruktive Ausführung
eines die Differenzdruckmessstrecke enthaltenden Messblocks in Schnitt- und Draufsichtdarstellung
-
Das
in 1 schematisch dargestellte Prozessviskosimeter
ist für
einen Farbspritzroboter konzipiert und weist ein für den Farbauftrag
vorgesehenes als Spritzdüse
ausgebildetes Applikationselement 2, einen Messblock 6,
welcher die hier nicht näher
dargestellte Differenzdruckmessstrecke 4 enthält, eine
Durchflussmesseinrichtung 3, eine Elektronikeinheit 5 sowie
eine Farbwechseleinheit 7 auf. An der Farbwechseleinheit 7 sind
die Farbleitungen 21, 22 und 23 sowie
eine Spülmittelleitung 24 angeschlossen.
Der Messblock 6 ist eingangsseitig über die Zuleitung 1 mit
der Durchflussmesseinrichtung 3 und der Farbwechseleinheit 7 verbunden.
Ausgangsseitig ist der Messblock 6 über die Ableitung 17 mit dem
als Spritzdüsen
ausgebildeten Applikationselement 2 verbunden.
-
Die
Innenquerschnitte der Flüssigkeitsleitung
durch die Durchflussmesseinrichtung 3, der Differenzdruckmessstrecke 4 und
der Zuleitung 1 sowie der in den 2, 3 und 4 dargestellten
Verbindungsleitung 18 und der Ableitung 17 sind
gleich groß gehalten.
-
Die
Durchflussmesseinrichtung 3, die im Messblock 6 enthaltene
in 1 nicht näher
dargestellte Differenzdruckmessstrecke 4 und der Temperaturfühler 20 sind
ferner mit der Elektronikeinheit 5 verbunden, in welcher
deren Messwerte verarbeitet werden. In der Elektronikeinheit 5 werden über die Verbindung
zur Farbwechseleinheit 7 auch die Farbauswahl und das Spülprogramm
beim Farbwechsel gesteuert.
-
Da
der die Differenzdruckmessstrecke 4 enthaltende Messblock 6 und
der Temperaturfühler 20 nahe
dem als Spritzdüse
ausgebildeten Applikationselement 2 angeordnet sind, wird
die Viskosität
der Farbe unmittelbar vor dem Applizieren ermit telt, so dass diese
für eine
hohe Qualität
der Farbschicht optimal eingestellt werden kann. Um die Masse und
damit die Beschleunigungsfähigkeit
des als Spritzdüse ausgebildeten
Applikationselementes 2 nicht zu beeinträchtigen,
sind die übrigen
Bestandteile des Prozessviskosimeters, wie Durchflussmesseinrichtung 3 und
Elektronikeinheit 5 an einem Ort des nicht näher dargestellten
Spritzroboters angeordnet, der nur kleineren Beschleunigungskräften ausgesetzt
ist.
-
In 2 ist
ein Messblock 6 mit zwei Drucksensoren 12 und 13 dargestellt,
die über
die Membranen 10 und 11 an die Messräume 8 bzw. 9 angekoppelt
sind. Die in ihrer Viskosität
zu bestimmende Farbe wird mit der Zuleitung 1 über den
Eingang 8E dem ersten Messraum 8 zugeführt. Vom
Ausgang 8A wird die Farbe über die Verbindungsleitung 18 dem Eingang 9E des
zweiten Messraumes 9 so zugeführt, dass die Flussrichtung
der Farbe in den parallel liegenden Messräumen 8 und 9 die
gleiche ist. Die Verbindungsleitung 18 ist ferner so angeordnet,
dass sich der Masseschwerpunkt 25 der in der Verbindungsleitung 18 befindlichen
Farbe auf einer senkrecht zur Durchströmungsrichtung der Messräume 8 und 9 durch
den Mittelpunkt 27 des Differenzdrucksensors 16 bzw.
der beiden Drucksensoren 12 und 13 liegenden Ebene 26 befindet.
-
Über den
Ausgang 9A und die Ableitung 17 wird die Farbe
dem hier nicht näher
dargestellten Spritzkopf des Farbspritzroboters zugeführt. An
der Verbindungsleitung 18 ist ein Temperaturmessfühler 20 angeordnet,
mit dem die Temperatur der Farbe ermittelt werden kann.
-
Die
Messergebnisse der Drucksensoren 12 und 13 werden
der in 1 dargestellten Elektronikeinheit zugeführt, in
welcher die Druckdifferenz zwischen den beiden Messräumen 8 und 9 und
durch Einbeziehung der Werte des Temperaturmessfühler 20 und der in 1 dargestellten
Durchflussmesseinrichtung 3 die Viskosität der Farbe
ermittelt.
-
Um
Messfehler durch Änderung
der Flussgeschwindigkeit der Farbe zu vermeiden, haben die Zuleitung 1,
die Messräume 8 und 9,
die Verbindungsleitung 18 und die Ableitung 17 weitestgehend
den gleichen Querschnitt. Dies bewirkt geringe Druckverluste im
System und ermöglicht,
da auch Toträume
im Leitungssystem vermieden werden, dass Farbwechsel schnell und
mit geringen Spülverlusten
möglich sind
-
In 3 ist
eine vorteilhafte Variante des in 2 beschriebenen
Messblocks 6 dargestellt. Der einzige Unterschied besteht
darin, dass an Stelle der in 2 dargestellten
beiden über
die Membranen 10 und 11 angekoppelten Drucksensoren 12 und 13 ein
einziger Differenzdrucksensor 16 angeordnet ist, der zwischen
den beiden Messräumen 8 und 9 liegend über die
Membranen 14 und 15 an die Messräume 8 und 9 angekoppelt
ist.
-
Durch
diese Anordnung kann der Elektronikeinheit 5 die Druckdifferenz
direkt übermittelt
werden. Die sonst erforderliche Berechnung aus den beiden Messwerten
der Drucksensoren 12 und 13 kann entfallen.
-
In 4 ist
eine konstruktive Ausführung
eines Messblocks 6 in einer Drauf- und einer Schnittansicht
dargestellt. Der Messblock 6 weist einen Differenzdrucksensor 16 auf,
der über
die Membranen 14 und 15 an die Messräume 8 und 9 angekoppelt
ist. Die Messräume 8 und 9 werden
durch zylindrische Aussparungen aufweisende Abdeckplatten 28 und 29 gebildet,
in die für
die Anschlüsse
der Zuleitung 1, der Ableitung 17 und der Verbindungsleitung 18 jeweils
diametral gegenüberliegend
Schlauchstutzen 30 eingebracht sind. Die in den Abdeckplatten 28 und 29 befindlichen
zylindrischen Aussparungen für
die Messräume 8 und 9 sind
auf der von den Membranen 14 und 15 abgewandten
Flächen
durch gewölbte Deckflächen 31 und 32 strömungstechnisch
optimiert. Durch Druckschrauben 33 sind die Abdeckplatten 28 und 29 unter
Vermittlung nicht näher
dargestellter Dichtungselemente mit dem Differenzdrucksensor 16 verbunden.
-
Die
Erfindung ist nicht an diese Ausführungsbeispiele gebunden.
-
- 1
- Zuleitung
- 2
- Applikationselement
- 3
- Durchflussmesseinrichtung
- 4
- Differenzdruckmessstrecke
- 5
- Elektronikeinheit
- 6
- Messblock
- 7
- Farbwechseleinheit
- 8
- erster
Messraum
- 8E
- Eingang
erster Messraum
- 8E
- Ausgang
erster Messraum
- 9
- zweiter
Messraum
- 9E
- Eingang
zweiter Messraum
- 9A
- Ausgang
zweiter Messraum
- 10,
11
- Membrane
- 12,
13
- Drucksensor
- 14,
15
- Membrane
- 16
- Differenzdrucksensor
- 17
- Ableitung
- 18
- Verbindungsleitung
- 20
- Temperaturmessfühler
- 21,
22, 23
- Farbleitung
- 24
- Spülmittelleitung
- 25
- Masseschwerpunkt
- 26
- Ebene
- 27
- Mittelpunkt
- 28,
29
- Abdeckplatte
- 30
- Schlauchstutzen
- 31,
32
- Deckfläche
- 33
- Druckschraube