DE102006057772A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen und Charakterisieren von Schaum - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen und Charakterisieren von Schaum Download PDF

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Abstract

Die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels welcher/-m einerseits verlässlich und reproduzierbar Schaum erzeugt und andererseits der erzeugte Schaum anhand objektiver, d.h. betrachterunabhängiger, Kriterien charakterisiert werden kann, wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen und Charakterisieren von Schaum gelöst, wobei die Vorrichtung einen Behälter (102, 202), welcher mit einer flüssigen Dispersion befüllbar ist, eine Gaszufuhr zum Erzeugen von Schaum aus der flüssigen Dispersion, indem Gas (103, 203) kontrolliert in die flüssige Dispersion eingeleitet wird, Mittel zum Ermittelstens zwei Elektroden (105, 205) zum zeitaufgelösten Erfassen der Leitfähigkeit des erzeugten Schaums und eine Videokamera (107, 207) zum Erfassen der Lamellengröße des erzeugten Schaums aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen und Charakterisieren von Schaum.
  • Schäume können durch chemische Reaktionen, durch das Einleiten eines Gases in eine Flüssigkeit oder durch heftige Bewegungen an der Flüssigkeitsoberfläche erzeugt werden. Durch ausreichend hohe Scher- und/oder Zugkräfte wird die kontinuierliche Phase einer Fluidgrenzfläche aufgerissen und das Gas kann eindringen. Aber auch eine hohe Oberflächenturbulenz beim Zuführen von Gas oder beim Befüll- bzw. Rührvorgang führt zu einem Einschluss von Luft in die Flüssigkeit und unter Umständen zum Entstehen von Schaumblasen.
  • Schäume finden auch in der Lebensmittelherstellung Verwendung. In Abhängigkeit von der Konsistenz der viskosen oder viskoplastischen flüssigen Phase wird das zu dispergierende Gas durch Injektion, Einschlagen, Rühren, Kneten oder Ziehen eingebracht. Die Schaumstruktur entsteht durch die feine Verteilung eines Gases in dem Fluid bspw. in einem Lebensmittel oder Halbfabrikat.
  • Im Allgemeinen stellt Schaum eine Dispersion von kleinen, einander berührenden Blasen in einer Flüssigkeit da. Ist bei homodisperser Verteilung die Volumenkonzentration des Gases kleiner als 74%, so haben die Gasblasen ein kugelförmiges Aussehen. Dieser Kugelschaum ist jedoch sehr instabil. Die kugelförmigen Blasen verändern ihre Form beim Zusammenstoß mit anderen Blasen. Es entstehen Polyeder verschiedener Flächenform und Größe. Die einzelnen Gasblasen werden von einer doppelwandigen Schaumlamelle umschlossen. Dieses Häutchen ist ca. 4–600 nm dünn. Das Innere der Doppelwand ist mit Flüssigkeit ausgefüllt. Der entstandene polyederförmige Schaum ist wesentlich stabiler. Damit die Blase durch den Normaldruck nicht zusammenfällt, herrscht in der Blase gegenüber der Umgebung ein Überdruck. Das Volumen des Schaums hängt u.a. vom Flüssigkeitsvolumen, den mechanischen Bedingungen und der Temperatur der umgebenden Atmosphäre sowie des Schaums ab.
  • Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Schaumcharakterisierung mit optischen Messtechniken, wobei der Zerfallsprozess von Schaum mit Hilfe von bspw. einer CCD-Kamera aufgenommen wird. Diese Verfahren besitzen jedoch den Nachteil dass die Schaumcharakterisierung abhängig von dem jeweiligen Betrachter vorgenommen wird und die Schaumeigenschaften nicht eindeutig quantifiziert werden können.
  • Ein kommerzielles Produkt, der Foam Tester R-2000, wird von der Firma SITA Messtechnik GmbH zum Testen der Schäumeigenschaften von Flüssigkeiten angeboten. Diese Vorrichtung erzeugt mittels eines Rotors Schaum aus der zu untersuchenden Flüssigkeit und erfasst das Volumen des erzeugten Schaums durch Bestimmen des Oberflächenprofils des Schaums mit Hilfe eines eine Vielzahl von Nadeldetektoren aufweisenden Sensormoduls.
  • Diese Art der Schaumerzeugung hat jedoch den Nachteil, dass aufgrund der für die Schaumerzeugung erforderlichen schnellen Rotation der Schaum mechanisch beansprucht wird und somit seine Struktur verändert, bevor der so erzeugte Schaum zuverlässig charakterisiert werden kann.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels welcher/-m einerseits verlässlich und reproduzierbar Schaum erzeugt und andererseits der erzeugte Schaum anhand objektiver, d.h. betrachterunabhängiger, Kriterien charakterisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Erzeugen und Charakterisieren von Schaum gelöst, wobei die Vorrichtung aufweist:
    Einen Behälter, welcher mit einer flüssigen Dispersion befüllbar ist;
    eine Gaszufuhr zum Erzeugen von Schaum aus der flüssigen Dispersion, indem Gas kontrolliert in die flüssige Dispersion eingeleitet wird;
    Mittel zum Ermitteln der Höhe des erzeugten Schaums;
    mindestens zwei Elektroden zum zeitaufgelösten Erfassen der Leitfähigkeit des erzeugten Schaums;
    eine Videokamera zum Erfassen der Lamellengröße des erzeugten Schaums.
  • Diese Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Erzeugen und Charakterisieren von Schaum in einer Vorrichtung gelöst, welche einen Behälter, eine Gaszufuhr, mindestens zwei Elektroden und eine Videokamera aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • – Einleiten einer flüssigen Dispersion in den Behälter;
    • – Erzeugen von Schaum durch kontrolliertes Einleiten von Gas in die flüssige Dispersion;
    • – Überwachen der Höhe des erzeugten Schaums;
    • – Beenden des kontrollierten Einleitens des Gases in die flüssige Dispersion, sobald der erzeugte Schaum eine vorbestimmte Höhe aufweist;
    • – Erfassen der Leitfähigkeit des erzeugten Schaums in Abhängigkeit von der Zeit mittels der mindestens zwei Elektroden; und
    • – Erfassen der Lamellengröße des erzeugten Schaums mittels der Videokamera.
  • Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung ferner eine weitere Videokamera zum zeitaufgelösten Erfassen des Volumens des erzeugten Schaums auf. Mit der weiteren Videokamera wird somit eine alternative Vorrichtung zum zeitabhängigen Erfassen des Schaumzerfalls bereitgestellt, wobei der Schaumzerfall über ein optisches Erfassen des Schaumvolumens ermittelt wird und folglich auch der Schaumzerfall von bei kleinen Feldstärken kaum oder nicht leitfähigen Schäumen abhängig von der Zeit erfasst werden kann.
  • Zweckmäßigerweise weist die Gaszufuhr einen Durchflussmesser zum Erfassen des Gasdurchflusses auf.
  • Vorteilhafterweise weist die Gaszufuhr ferner eine Fritte auf, durch welche das Gas kontrolliert in die flüssige Dispersion eingeleitet wird und wobei die Blasengröße des erzeugten Schaums mittels der Porengröße der Fritte einstellbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gaszufuhr mit der Fritte am Boden des Behälters angeordnet. Das Zuführen des Gases von unten über den Behälterboden ist besonders vorteilhaft, da einerseits ein in hohem Maße homogener Schaum erzeugt wird und andererseits die flüssige Dispersion durch die aufsteigenden Gasblasen ständig durchmischt wird. Jedoch sind andere Ausführungsformen der Erfindung ebenso denkbar, in denen bspw. das Gas von oben durch die Behälteröffnung in die flüssige Dispersion eingeleitet wird, sofern das zugehörige Rohrende der Gaszufuhr vollständig von der flüssigen Dispersion umgeben ist.
  • Vorteilhafterweise weisen die mindestens zwei Elektroden eine Vielzahl von Elektrodenpaaren zum Höhen-aufgelösten Erfassen der Leitfähigkeit des erzeugten Schaums auf.
  • Zweckmäßigerweise kann der Behälter doppelwandig ausgebildet sein.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine Elektrodenkammer auf, in welcher die mindestens zwei Elektroden angeordnet sind, wobei die Elektrodenkammer an den Behälter in der Weise anbringbar ist, dass zumindest ein Teil des aus der flüssigen Dispersion erzeugten Schaums das Innere der Elektrodenkammer zumindest teilweise füllt.
  • Zweckmäßigerweise ist die Videokamera dafür geeignet angeordnet, um die Lamellengröße des Schaums im Inneren der Elektrodenkammer zu erfassen.
  • Zweckmäßigerweise ist die weitere Videokamera dafür geeignet angeordnet, um das Volumen des Schaums im Inneren der Elektrodenkammer zeitaufgelöst zu erfassen.
  • Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung ferner eine mit der Elektrodenkammer in Verbindung bringbare Vakuumpumpe zum Erzeugen von Unterdruck innerhalb der Elektrodenkammer auf, wodurch eine Schaumbildung innerhalb der Elektrodenkammer unterstützt und erzeugter Schaum bei einem definiertem Unterdruck untersucht werden kann.
  • Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung eine Rührvorrichtung, Mittel zum Erfassen der Temperatur der flüssigen Dispersion, Mittel zum Erfassen des pH-Wertes der flüssigen Dispersion und/oder eine Heizung zum Erwärmen der flüssigen Dispersion auf.
  • In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Computerschnittstelle auf, über welche die Vorrichtung mit einem Computer ver bunden werden kann, um Messwerte automatisch zu erfassen und auf einem geeigneten Speichermedium abzuspeichern.
  • Zweckmäßigerweise enthält die flüssige Dispersion zur Erzeugung des Schaums Tenside.
  • Vorteilhafterweise ist das in die flüssige Dispersion einzuleitende Gas Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, eine beliebige Mischung dieser Gase oder eine Gasmischung gemäß der atmosphärischen Luftzusammensetzung. Bei Bedarf ist es jedoch ebenso möglich, andere geeignete Gase bzw. Gasmischungen über die Gaszufuhr der erfindungsgemäßen Vorrichtung in die flüssige Dispersion einzuleiten.
  • Vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Erfassen des Volumens des erzeugten Schaums in Abhängigkeit von der Zeit mittels einer weiteren Videokamera auf.
  • Zweckmäßigerweise weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Erfassen des Durchflusses des in die flüssige Dispersion eingeleiteten Gases mittels eines Gasdurchflussmessers auf.
  • Vorteilhafterweise wird die Leitfähigkeit des erzeugten Schaums Höhen-aufgelöst erfasst.
  • Vorteilhafterweise werden während der Ausführung des Verfahrens erfasste Werte automatisch mittels einem mit der Vorrichtung verbundenen Computer auf einem geeigneten Speichermedium gespeichert.
  • Vorteilhafterweise wird das Ausführen der einzelnen Verfahrensschritte automatisch von einem mit der Vorrichtung verbundenen Computer mittels geeigneter Software gesteuert.
  • Die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen und Charakterisieren von Schaum wird anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele in den nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Elektrodenpaaren in der Elektrodenkammer gemäß einem der in den 1 und 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine graphische Darstellung der Leitfähigkeit eines Schaums in Abhängigkeit von der Zeit.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Messzelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist zwei Grundkörper auf: einen Behälter 102, beispielsweise ein Becherglas, und eine Elektrodenkammer 123. Das Fassungsvermögen des Behälters 102 kann bspw. innerhalb eines Bereichs von 20ml bis 500ml gewählt werden, um den Anforderungen der jeweiligen gewünschten Anwendung zu genügen.
  • Zur Durchführung einer Messung wird über die Gaszufuhr Gas 103 in die im Behälter 102 befindliche flüssige Dispersion eingeleitet. Als Gas 103 kann beispielsweise Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid oder eine Mischung zweier oder mehrerer dieser Gase verwendet werden, wobei bei einer Gasmischung die jeweiligen Anteile der verwendeten Gase beliebig gewählt werden können. Somit kann die Stabilität des erzeugten Schaums auch in Abhängigkeit von dem zur Erzeugung verwendeten Gas 103 untersucht werden.
  • Das eingeleitete Gasvolumen wird beispielsweise mit Hilfe eines Durchflussmessers 104 bzw. eines Gasvolumenmessers 104 erfasst und die Messwerte über eine Computerschnittstelle an einen Computer weitergeleitet. Die Gaszufuhr weist ein Gasrohr 101 auf, welches von oben in die in dem Behälter 102 befindliche flüssige Dispersion eintaucht und am unteren Ende gekrümmt ist, so dass das Gas waagrecht direkt in die Dispersion eingeleitet wird, wobei das Ende des Gasrohres 101 vollständig von der Dispersion umgeben ist. An dem in der Dispersion befindlichen Ende des Gasrohres 101 ist eine Fritte 109 mit definierten Porengrößen an das Rohr angebracht, beispielsweise eingeschmolzen. Durch Verwendung verschiedener Fritten 109 mit unterschiedlichen Porengrößen ist es möglich, die Blasengröße des zu erzeugenden Schaums im Wesentlichen festzulegen. Somit wird die Erzeugung von Mikro- und Makroschäumen ermöglicht, welche unter gleichen Bedingungen charakterisiert werden können, wodurch ein Vergleich der jeweiligen Eigenschaften von Mikro- und Makroschäumen unter einheitlichen Voraussetzungen ermöglicht wird.
  • Der durch das Einleiten des Gases erzeugte Schaum steigt innerhalb der Elektrodenkammer 123 nach oben. Sobald die Elektrodenkammer 123 mit Schaum ausgefüllt ist, wird dies von dem Mittel zum Ermitteln der Höhe 106 des erzeugten Schaums erkannt und die Gaszufuhr beendet. Wahlweise kann nun ein Unterdruck oder Überdruck in der Elektrodenkammer 123 mit Hilfe der Vakuumpumpe 121 erzeugt werden. Daraufhin wird an den Elektroden 105 der Elektrodenkammer 123 eine Spannung angelegt. Aus dem zwischen den Elektroden 105 fließenden Strom wird bei Atmosphärendruck oder einem definierten Unterdruck die relative elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt und über die Computerschnittstelle an einen Computer weitergeleitet, auf welchem die elektrische Leitfähigkeit des erzeugten Schaums als Funktion der Zeit dargestellt werden kann. Das Erfassen der elektrischen Leitfähigkeit bietet somit die Möglichkeit, den Schaumalterungsprozess zu quantifizieren, d.h. mittels eindeutig messbarer physikalischer Größen zu charakterisieren.
  • In dem in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 105 der Elektrodenkammer 123 als eine Vielzahl von Elektrodenpaaren, beispielsweise acht Elektrodenpaare, ausgebildet. Mit Hilfe der Vielzahl von Elektrodenpaaren 105, welche übereinander an zwei gegenüber liegenden Seiten der Elektrodenkammer 123 angeordnet sind und unabhängig voneinander die Leitfähigkeit ermitteln, kann die Leitfähigkeit des erzeugten Schaums in Abhängigkeit von der Höhe ermittelt werden. D.h., die Leitfähigkeit des Schaums wird jeweils an mehreren, bspw. 8, verschiedenen Positionen auf einer gedachten vertikalen Achse entlang der Elektrodenkammer unabhängig voneinander bestimmt. 3 zeigt einen beispielhaften Aufbau der Elektrodenkammer 123 in einer Detailansicht.
  • Mit Hilfe einer Videokamera 107, beispielsweise eine digitale Videokamera, welche seitlich der Elektrodenkammer angeordnet ist, werden in bestimmten Zeitintervallen Bilder zur Be stimmung der Größe und der Struktur der Schaumlamellen in der Elektrodenkammer aufgenommen. Ferner kann die Drainage, d.h. Reduzierung des Flüssigkeitsanteils des erzeugten Schaums und bei ausreichend hoher Bildauflösung der Drain (Abtransport von Flüssigkeit) zwischen den Lamellen beobachtet bzw. sichtbar gemacht werden. Darüber hinaus kann durch Vergleich mehrerer zeitlich versetzt aufgenommener Bilder von einer Lamelle der Alterungsprozess an der Lamelle beobachtet werden. Aus den Bildern, welche über die Computerschnittstelle an einen Computer übertragen werden, kann mit Hilfe des Computers eine Größenverteilung der Schaumlamellen ermittelt werden.
  • Zusätzlich kann mit Hilfe einer weiteren Videokamera 108 der Schaumzerfall zeitaufgelöst aufgenommen werden. Auf diese Weise kann nach geeigneter Verarbeitung auf einem Computer das Schaumvolumen als Funktion der Zeit dargestellt werden. Diese optische Erfassung des Schaumzerfalls in Abhängigkeit von der Zeit kann vorteilhafterweise für Schäume verwendet werden, die aufgrund zu geringer Leitfähigkeit bei kleinen Feldstärken nicht mittels einer Messung der Leitfähigkeit charakterisiert werden können, wie dies oft bei schäumenden Dispersionen in der Lebensmittelindustrie der Fall ist.
  • Ein Einleiten einer definierten Menge an flüssiger Dispersion in den Behälter kann automatisch aus einem Füllbehälter oder direkt aus einem Produktionsprozess erfolgen. Es ist natürlich ebenso möglich, die zu untersuchende Dispersion manuell in den Behälter einzufüllen. Der Füllbehälter kann beispielsweise direkt an einen Industrieprozess angeschlossen werden, um die in dem Prozess erzeugten Dispersionen automatisch und in regelmäßigen Abständen, sozusagen "online", zu testen und zu charakterisieren. Da alle Messwerte automatisch erfasst und über die Computerschnittstelle an einen Computer weitergegeben werden, stehen diese einem Prozessmanagement zur Überprüfung des Produktionsprozesses in kürzester Zeit zur Verfügung, um bei eventuellen Unregelmäßigkeiten, d.h. der erzeugte Schaum weist nicht die vorgegebenen Eigenschaften auf, rasch geeignete Maßnahmen zu ergreifen.
  • Ferner ist es möglich, zu einer bereits in dem Behälter 102 befindlichen Dispersion zusätzlich Substanzen zur Stabilisierung bzw. Destabilisierung des Schaums hinzuzufügen und deren Auswirkung auf die Beschaffenheit des zu erzeugenden Schaums sowie auf dessen Zerfallsprozess zu erfassen.
  • Zur weiteren Charakterisierung der im Behälter befindlichen Dispersion ist ein pH-Messgerät 114 und ein Temperaturmessgerät 115 zum Messen des pH-Wertes bzw. der Temperatur der Dispersion vorgesehen. Ferner weist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Rührvorrichtung, beispielsweise einen Magnetrührer 117, zusammen mit einer Rührpille 116, auf, um eine gleichmäßige Durchmischung der Dispersion zu gewährleisten. Eine gleichmäßige Durchmischung der Dispersion begünstigt einerseits eine homogene Struktur des erzeugten Schaums, andererseits ist für eine exakte Messung des pH-Wertes und der Temperatur der Dispersion eine gleichmäßige Durchmischung der Dispersion erforderlich. Zusätzlich ist unter dem Behälter eine Heizfolie 118 angeordnet, mittels derer die Dispersion, sofern gewünscht, bis zu einer Temperatur von 80°C erhitzt werden kann. Auch diese Parameter (pH-Wert und Temperatur) können vollständig von einem über die Computerschnittstelle verbundenen Computer erfasst, gesteuert und ausgewertet werden. Zum Wechseln der Dispersion im Behälter 102 weist der Behälter 102 einen Abfluss 122 auf, über welchen die flüssigen Dispersion abgelassen werden kann. Zum Reinigen kann entweder manuell Spülflüssigkeit in den Behälter 102 gegeben werden, oder automatisch Spülflüssigkeit aus dem Spülbehälter 113 in den Behälter 102 eingeleitet werden. Die Messzelle ist ferner so konstruiert, dass durch einen einfachen Handgriff der Behälter 102 und die Elektrodenkammer 123 getrennt und separat gereinigt werden können.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 im Wesentlichen durch eine modifizierte Gaszufuhr. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird das Gas 203 über ein Gasrohr 201 am Boden des Behälters 202 zugeführt, d.h. das Gasrohr 201 durchdringt den Behälterboden durch eine geeignete, abgedichtete Öffnung im Zentrum des Behälterbodens. Das Gas 203 wird somit über eine am Ende des Rohres eingeschmolzene Fritte 209 in unmittelbarer Nähe des Behälterbodens senkrecht nach oben in die Dispersion eingeleitet. Die Gaszufuhr von unten hat den Vorteil, dass einerseits die Dispersion durch die infolge des Einleitens des Gases 203 am Behälterboden entstehenden und nach oben steigenden Gasbläschen durchmischt wird und andererseits eine in hohem Maße homogene Schaumstruktur erzielt werden kann, da das Einführen des Gases 203 am Mittelpunkt des Behälterbodens eine gleichmäßige Schaumbildung ermöglicht. Des weiteren ist herausgefunden worden, dass ein zusätzliches Vermischen der Dispersion über eine entsprechende Rührvorrichtung nicht mehr erforderlich ist. Demgemäß weist das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel keine Rührvorrichtung auf.
  • Abgesehen von den oben beschriebenen Modifikationen ist das in 2 abgebildete Ausführungsbeispiel analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ausgebildet.
  • Wie bei der Beschreibung der obigen bevorzugten Ausführungsbeispiele an mehreren Stellen angedeutet, ist eine Automatisierung des Messablaufs und der Datenerfassung für die erfindungsgemäße Vorrichtung bereits vorgesehen und für einen Fachmann leicht umzusetzen. Auch das Befüllen, Entleeren und Reinigen des Behälters 102 bzw. 202 kann automatisiert, d.h. computergesteuert, über entsprechenden Vorratsbehälter sowie Zu- und Abläufe des Behälters 102 bzw. 202 vorgenommen werden.
  • 3 zeigt eine Anordnung von Elektrodenpaaren 305a–h in der Elektrodenkammer 123 bzw. 223 gemäß einem der in 1 und 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiele detaillierter. Hierin ist die räumliche Anordnung der Elektrodenpaare 305 gut zu erkennen. An zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der Elektrodenkammer sind acht Elektrodenpaare 305a–h äquidistant entlang der vertikalen Achse der Elektrodenkammer übereinander angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht, wie bereits oben beschrieben, eine Höhen-aufgelöste Messung der Leitfähigkeit des Schaums in der Elektrodenkammer.
  • 4 zeigt eine graphische Darstellung der Leitfähigkeit eines Schaums in Abhängigkeit von der Zeit. Es wurde die Leitfähigkeit von Schaum im Labor untersucht, wobei ähnliche Versuchs- bzw. Messbedingungen wie bei einer Messung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorlagen. Deutlich zu sehen ist der anfängliche starke Anstieg der Leitfähigkeit, welcher auf die Bildung bzw. Erzeugung des zu untersuchenden Schaums zurückzuführen ist. Nach Erreichen einer maximalen Leitfähigkeit zu dem Zeitpunkt, an welchem die Schaumerzeugung eingestellt wurde, nimmt die Leitfähigkeit infolge eines schnellen Zerfalls des untersuchten Schaums stark ab.

Claims (26)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung und Charakterisierung von Schaum, aufweisend: einen Behälter (102, 202), welcher mit einer flüssigen Dispersion befüllbar ist; eine Gaszufuhr zum Erzeugen von Schaum aus der flüssigen Dispersion, indem Gas (103, 203) kontrolliert in die flüssige Dispersion eingeleitet wird; Mittel zum Ermitteln der Höhe (106, 206) des erzeugten Schaums; mindestens zwei Elektroden (105, 205) zum zeitaufgelösten Erfassen der Leitfähigkeit des erzeugten Schaums; eine Videokamera (107, 207) zum Erfassen der Lamellengröße des erzeugten Schaums.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung weiter aufweist: eine weitere Videokamera (108, 208) zum zeitaufgelösten Erfassen des Volumens des erzeugten Schaums.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Gaszufuhr einen Durchflussmesser (104, 204) zum Erfassen des Gasdurchflusses aufweist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gaszufuhr ferner eine Fritte (109, 209) aufweist, durch welche das Gas (103, 203) kontrolliert in die flüssige Dispersion eingeleitet wird.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Gaszufuhr mit der Fritte (109, 209) am Boden des Behälters (102, 202) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Elektroden (105, 205) eine Vielzahl von Elektrodenpaaren zum Höhen-aufgelösten Erfassen der Leitfähigkeit des erzeugten Schaums aufweisen.
  7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (102, 202) doppelwandig ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: eine Elektrodenkammer (123, 223), in welcher die mindestens zwei Elektroden (105, 205) angeordnet sind, wobei die Elektrodenkammer (123, 223) an den Behälter (102, 202) in der Weise anbringbar ist, dass zumindest ein Teil des aus der flüssigen Dispersion erzeugten Schaums das Innere der Elektrodenkammer (123, 223) zumindest teilweise füllt.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Videokamera (107, 207) geeignet angeordnet ist, um die Lamellengröße des Schaums im Inneren der Elektrodenkammer (123, 223) zu erfassen.
  10. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 2 und 8, wobei die weitere Videokamera (108, 208) geeignet angeordnet ist, um das Volumen des Schaums im Inneren der Elektrodenkammer (123, 223) zeitaufgelöst zu erfassen.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: eine mit der Elektrodenkammer (123, 223) in Verbindung bringbare Vakuumpumpe (121, 221) zum Erzeugen von Unterdruck innerhalb der Elektrodenkammer (123, 223).
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Blasengröße des Schaums mittels der Porengröße der Fritte (109, 209) einstellbar ist.
  13. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Rührvorrichtung (116, 117) aufweist.
  14. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung Mittel zum Erfassen der Temperatur (115, 215) der flüssigen Dispersion aufweist.
  15. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung Mittel zum Erfassen des pH-Wertes (114, 214) der flüssigen Dispersion aufweist.
  16. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Heizung (118, 218) zum Erwärmen der flüssigen Dispersion aufweist.
  17. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Computerschnittstelle aufweist.
  18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Vorrichtung über die Computerschnittstelle mit einem Computer verbunden ist, um Messwerte automatisch zu erfassen und auf einem geeigneten Speichermedium abzuspeichern.
  19. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flüssige Dispersion zur Erzeugung des Schaums Tenside enthält.
  20. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in die flüssige Dispersion einzuleitende Gas (103, 203) Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid oder eine beliebige Mischung dieser Gase ist.
  21. Verfahren zum Erzeugen und Charakterisieren von Schaum mit den folgenden Schritten: – Einleiten einer flüssigen Dispersion in einen Behälter (102, 202); – Erzeugen von Schaum durch kontrolliertes Einleiten von Gas (103, 203) in die flüssige Dispersion; – Überwachen der Höhe des erzeugten Schaums; – Beenden des kontrollierten Einleitens des Gases (103, 203) in die flüssige Dispersion, sobald der erzeugte Schaum eine vorbestimmte Höhe aufweist; – Erfassen der Leitfähigkeit des erzeugten Schaums in Abhängigkeit von der Zeit mittels mindestens zweier Elektroden (105, 205); und – Erfassen einer Lamellengröße des erzeugten Schaums mittels einer Videokamera (107, 207).
  22. Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei das Verfahren ferner aufweist: Erfassen des Volumens des erzeugten Schaums in Abhängigkeit von der Zeit mittels einer weiteren Videokamera (108, 208).
  23. Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, wobei das Verfahren ferner aufweist: Erfassen des Durchflusses des in die flüssige Dispersion eingeleiteten Gases (103, 203) mittels eines Gasdurchflussmessers (104, 204).
  24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21–23, wobei die Leitfähigkeit des erzeugten Schaums Höhen-aufgelöst erfasst wird.
  25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21–24, wobei während der Ausführung des Verfahrens erfasste Werte automatisch mittels einem mit der Vorrichtung verbundenen Computer auf einem geeigneten Speichermedium gespeichert werden.
  26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21–25, wobei das Ausführen der einzelnen Verfahrensschritte automatisch von einem mit der Vorrichtung verbundenen Computer mittels geeigneter Software gesteuert wird.
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