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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Konsistenz einer
Flüssigkeit,
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Die
Verarbeitung von Flüssigkeiten,
insbesondere Farben, beim Aufbringen auf Auftragflächen durch
Gießen,
Streichen, Walzen, Spritzen, Sprühen oder
durch Beschuss mit Flüssigkeitstropfen,
die beim Auftreffen auf die Auftragfläche zerplatzen und die Auftragfläche bedeckend
ineinanderfließen, hängt wesentlich
von ihrer Konsistenz ab, die unter anderem herstellungs-, temperatur-,
lagerungs- und/oder alterungsbedingt Schwankungen unterworfen sein
kann, und dies insbesondere hinsichtlich ihrer Viskosität. Je nach
Verarbeitungsart beeinflusst die Verarbeitbarkeit das Arbeitsergebnis
mehr oder weniger und bedingt entsprechende Anpassungen in der Verarbeitungsweise
oder, was zu bevorzugen ist, eine Veränderung der Konsistenz in Richtung
auf jeweils für
die Verarbeitung vorgegebene Werte.
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In
der täglichen
Praxis wird dies insbesondere bei der Verarbeitung von Farben, vor
allem Dispersionsfarben, aber auch Lacken und Lasuren deutlich, bei
denen Schwankungen in der Konsistenz, insbesondere in ihrer Viskosität, beim
manuellen Streichen oder Walzen oft noch hingenommen und durch das Geschick
des Verarbeitenden ausgeglichen werden können, beim Auftragen der Farbe
auf Auftragflächen mit
maschinellen Verfahren wie Spritzen, Sprühen oder Beschießen in Tropfenform
mithilfe von mit Fremdenergie betriebenen, insbesondere motorbetriebenen
Handarbeitsgeräten
aber gegebenenfalls sogar die Verarbeitbarkeit als solche in Frage
gestellt sein kann.
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Dementsprechend
kommt es für
die Verarbeitbarkeit und das Arbeitsergebnis wesentlich darauf an,
eine bezogen auf die jeweilige Flüssigkeit, insbesondere Farbe
wie Dispersionsfarbe oder Lacke sowie Lasuren, für die Verarbeitbarkeit nach
einem jeweiligen Verfahren und/oder mit einem jeweiligen Arbeitsgerät vorgegebene
Konsistenz, insbesondere eine jeweils vorgegebene Viskosität möglichst genau
einzuhalten. In der Herstellung kann dies weitgehend gewährleistet
werden, infolge der nachfolgend bis zur Verarbeitung vor Ort verstreichenden Zeit
und sich häufig ändernden
Umstände
ist dies bei vertretbarem Aufwand aber kaum noch zu erreichen.
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Daraus
resultiert die Notwendigkeit, die Konsistenz, insbesondere die Viskosität, der jeweiligen Flüssigkeit
vor allem bei diesbezüglich
starken Schwankungen unterworfenen Farben, wie Dispersionsfarben
oder Lacken und Lasuren, vor Ort prüfen und gegebenenfalls auch
durch Beimengungen wie Verdünnungsmittel,
verändern
zu können,
wobei Letzteres bei Dispersionsfarben durch die Beimengung insbesondere
von Wasser und/oder sonstigen, für
eine notwendige Verdünnung
geeigneten Substanzen leicht durchführbar ist.
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Allerdings
ist die Bestimmung der Viskosität zumindest
mit vor Ort einsetzbaren, einfachen Geräten sehr umständlich und
nur wenig benutzerfreundlich, da alle derzeit eingesetzten Lösungen iterativ
in aufeinander folgenden Schritten durchgeführt werden müssen. Ein
Beispiel hierfür
sind gängige
Auslaufbecher, in die die Farbe eingefüllt wird, um dann über die
benötigte
Auslaufzeit die jeweilige Viskosität festzustellen. Dies ist so
lange zu wiederholen, bis die gewünschte Konsistenz, und bezogen
auf das Hinzufügen
von Wasser zur Verdünnung
das richtige Mischungsverhältnis
erreicht ist. Dies bedeutet einen erheblichen Zeitaufwand und zusätzlich auch,
dazwischen liegend, jeweils erneute Misch- und Rührvorgänge mit der Gefahr der Verschmutzung
sowohl der Flüssigkeit
wie auch der Umgebung.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung
der Konsistenz von Flüssigkeiten,
insbesondere der Viskosität
von Flüssigkeiten
aufzuzeigen, das unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile kontinuierlich
insbesondere auch vor Ort ohne Schwierigkeiten durchzuführen ist
und das bei verkürzter
Durchführungszeit
im Ermittlungsergebnis hinreichend genau ist, um auch bei hinsichtlich
der Verarbeitungskonsistenz, insbesondere der Viskosität der Flüssigkeit,
empfindlichen Arbeitsverfahren hinreichend genaue Ergebnisse zu
liefern.
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Gemäß der Erfindung
wird dies mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und einer
Vorrichtung gemäß dem Anspruch
7 erreicht.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die zur Verarbeitung der Flüssigkeit
geeignete Konsistenz durch maschinelles Verrühren der Flüssigkeit und Erfassen des beim
Verrühren
der Flüssigkeit
zu überwindenden
Rührwiderstandes
ermittelt. Dem bezogen auf ein jeweiliges Rührwerk sich einstellenden Rührwiderstand
entspricht einerseits die zu ermittelnde Konsistenz, insbesondere
Viskosität,
und andererseits ein dem Rührwiderstand
entsprechendes Drehmoment, bzw. eine Abstützkraft für das Rührwerk, die je nach Gestaltung
des Rührkopfes
des Rührwerkes
als anteilige Umfangs- oder Auftriebskraft erfasst werden kann.
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Wird
der beim Verrühren
der Flüssigkeit
zu überwindende
Rührwiderstand
in seiner Abweichung zu einem dem Rührwiderstand einer vorgegebenen Verarbeitungskonsistenz,
so auch einer vorgegebenen Viskosität entsprechenden Rührwiderstand
ermittelt, so macht es das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise
möglich,
entsprechend der jeweiligen Abweichung auch die zur Korrektur der
Abweichung erforderliche Beimengung, also beispielsweise bei Beimengung
von Wasser zu Dispersionsfarben die erforderliche Wassermenge, zu
bestimmen und/oder zuzuführen,
so dass das erfindungsgemäße Verfahren
einen zumindest im wesentlichen kontinuierlichen Ablauf bei der
Einstellung der Konsistenz der Flüssigkeit mit entsprechender
Vermischung ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Ermittlung der Konsistenz von Flüssigkeiten wie auch zur Durchführung des
Verfahrens umfasst ein Rührwerk
mit einem Rührwerksmotor
und einen Rührkopf und
ist mit Mitteln zur Erfassung des Rührwiderstandes des in die Flüssigkeit
eintauchenden Rührkopfes versehen,
wobei ein solcher Rührkopf
im Rahmen der Erfindung bevorzugt konventionell ausgestaltet und
mit Rührflügeln oder
Rührwendeln
versehen und über
eine Rührwelle
mit dem Rührwerksmotor
verbunden sein kann. Im Rahmen der Erfindung liegt aber auch die
Verwendung anderer, zum Beispiel lediglich drehgeführter und
in sonstiger Weise angetriebener Rührköpfe.
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Die
Mittel zur Erfassung des Rührwiderstandes
können
in Ausgestaltung der Erfindung dem Rührwerksmotor oder auch der
Abstützung
des Rührwerkes
oder des Rührwerkmotores
innerhalb des Rührwerkes
zugeordnet sein, wobei eine bevorzugte Lösung darin besteht, bei über einen
elektrischen Rührwerksmotor
angetriebenem Rührkopf
den Rührwiderstand über den
Motorstrom zu erfassen, der ein direktes Maß für das Drehmoment des bevorzugt
als DC-Motors ausgebildeten Elektromotores darstellt.
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Insbesondere
ermöglicht
eine solche Erfassung des Rührwiderstandes
auch eine einfache Umsetzung in Signale und die Darstellung in einer
Anzeigevorrichtung, über
die entsprechend dem jeweiligen Rührwiderstand Hinweise auf die
Konsistenz der Flüssigkeit
vermittelt werden können,
indem beispielsweise, abgestimmt auf die vorgegebene Verarbeitungskonsistenz
einer jeweiligen Flüssigkeit,
die zum Erreichen dieser Verarbeitungskonsistenz noch bestehenden
Abweichungen angezeigt werden. Bevorzugt ist eine solche Anzeigeeinrichtung
mit der zugeordneten, zur Erfassung des Rührwiderstandes vorgesehenen
Messanordnung gegebenenfalls auch in Anpassung an die Vorgaben für eine jeweilige Flüssigkeit
einstellbar und/oder hinsichtlich der Ergebnisse für die Zumessung
der jeweiligen Beimengung zu nutzen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich insbesondere
auch mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
realisieren, bei der das Rührwerk
Bestandteil einer Baueinheit ist, die ein Flüssigkeitsgefäß, insbesondere
ein Farbgefäß für die zu
verarbeitende Farbe sowie einen Vorratsbehälter für die erforderliche Beimengung,
insbesondere Wasser, enthält, aus
dem die Beimengung dem Farbgefäß in Abhängigkeit
von der zu erreichenden Sollkonsistenz zugeführt wird. Dies kann in Abhängigkeit
vom Grad der Abweichung zwischen gegebener Flüssigkeitskonsistenz und Sollkonsistenz,
also vorgegebener Verarbeitungskonsistenz erfolgen, so dass der
Mischvorgang als Regelvorgang selbsttätig und vom jeweiligen Benutzer
der Vorrichtung unbeeinflusst ablaufen kann, somit Bedienungsfehler
auf die etwaige Einstellung der jeweilig gerätespezifisch für die Flüssigkeitskonsistenz
vorgegebenen Werte reduziert sind. Besonders vorteilhaft ist ein
solches Verfahren, wenn als Farbgefäß der Farbbehälter einer
Farbauftrageinrichtung, beispielsweise einer Spritzpistole oder
dergleichen, dient, so dass auch der apparative Aufwand für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
minimiert ist. Dies wiederum ist insbesondere von Bedeutung für den Heimwerkerbetrieb
und die Nutzung in Verbindung mit handgeführten Farbauftrageinrichtungen,
die bereits über
ein entsprechendes Farbgefäß verfügen.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines bekannten, handgeführten Rührwerkes
mit Rührwerksmotor
und Rührkopf
sowie, nicht dargestellt, eine dem elektrischen Rührwerksmotor
zugeordnete Messanordnung für
das auf den Rührkopf
jeweils ausgeübte
Drehmoment,
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2 eine
schematisierte Schnittdarstellung, die den Einsatz des Rührwerks
und die Zugabe von Wasser als Beimengung über einen Schüttbecher
zur über
das Rührwerk
zu verrührenden,
in einem Vorratsbehälter
befindlichen Flüssigkeit
zeigt,
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3 eine
Schemadarstellung einer handgeführten
Spritzpistole mit zugeordnetem Farbgefäß für die zu verarbeitende Flüssigkeit,
und
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4 in
einer schematisierten Schnittdarstellung den Farbbehälter der
Spritzpistole gemäß 3 als
Farbgefäß und Träger für einen
aufgesetzten Vorratsbehälter,
der die der Flüssigkeit
im Farbbehälter
bei gegebener Veränderung
in der Konsistenz beizumengende Flüssigkeit aufnimmt und der in der
gezeigten Gestaltung mit dem Rührwerk
eine aufzusetzende Baueinheit bildet.
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Das
in 1 im Schema perspektivisch dargestellte Rührwerk 1 herkömmlicher
Bauform weist einen Rührkopf 2 und
einen Handhabungs- und Antriebsteil 3 auf, der mit dem
Rührkopf 2 über eine Rührwelle 4 antriebsverbunden
ist. Der Handhabungs- und Antriebsteil 3 ist ähnlich einer
Bohr- oder Schlagbohrmaschine mit einer Handhabe 5 versehen und
läuft gegenüberliegend
zur Handhabe 5 auf die Rührwelle 4 in einer
Aufnahme 6 für
die Rührwelle 4 aus,
die mit dem im Übergang
zwischen der Aufnahme 6 und der axial gegenüberliegenden
Handhabe 5 liegenden, nur in seinen Umrissen angedeutenden Rührwerksmotor 7 antriebsverbunden
ist. Axial anschließend
zum Handhabungs- und Antriebsteil 3 liegt im Übergang
auf die Aufnahme 6 ein Spritzschutz 8, der schüsselförmig ausgebildet
ist und in dessen Bereich, radial auskragend zur Rührwelle 4, ein
weiteres Griffteil 9 vorgesehen ist, das krückstockartig
ausgebildet einen zum Stock 10 winklig abstehenden Handgriff 11 aufweist,
der etwa auf Höhe der
Handhabe 7 liegt, so dass das Rührwerk 1 auch bezüglich der
notwendigen Führung
und Abstützung gut
zu beherrschen ist. Der Rührkopf 2 weist
mehrere, hier winklig zueinander stehende Rührarme 12 auf, die
radial außen
in einen umschließend
zur Rührwelle 4 liegenden
Ringkörper 13 auslaufen,
in dessen Bereich wendelförmige
und axial beabstandet zu den Rührarmen 12 mit
der Rührwelle 4 verbundene
Rührflügel 14 befestigt
sind.
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Im
Rührprozess
taucht der Rührkopf 2 in
ein zu verrührendes
Medium, beispielsweise in eine Flüssigkeit oder in eine pastöse Masse
ein, die in Abhängigkeit
von ihrer Konsistenz, insbesondere ihrer Viskosität dem angetriebenen
Rührkopf 2 einen Rührwiderstand
entgegensetzt, der dem über
den Rührwerksmotor 7 aufzubringenden
Drehmoment entspricht und der eine Abstützung des Handhabungs- und
Antriebsteiles 3 über
die hier nicht dargestellte Bedienperson mit einer zum Rührwiderstand korrespondierenden
Stützkraft
bedingt. Diese weist entsprechend den zum Rührwiderstand korrespondierenden über die
Rührarme 12 und
die Rührflügel 14 auf
das Rührmedium übertragenen
radialen und axialen Kraftkomponenten entsprechende Kraftkomponenten
auf, so dass bezogen auf eine konstruktiv vorgegebene Konfiguration
des Rührkopfes 2 der Rührwiderstand
sowohl als Drehmoment wie auch als Auftriebskraft erfasst werden
kann und damit Aussagen über
die Konsistenz der Flüssigkeit,
insbesondere deren Viskosität
ermöglicht.
Entsprechende Messwerte können
als Arbeitshinweise am Handhabungs- und Antriebsteil 3 in
einem Sichtfeld 15 visualisiert werden können. Eine
diesbezügliche
Konfiguration veranschaulicht schematisch 2, bei der das
Rührwerk 1 eintauchend
in ein Flüssigkeitsgefäß 16 dargestellt
ist, das als Farbgefäß zu verrührende Flüssigkeit 17,
hier Dispersionsfarbe, aufnimmt und in das das Rührwerk 1 mit seinem
Rührkopf 2 eintaucht.
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Bezüglich der
in dieser Darstellung durch Dispersionsfarbe gebildeten Flüssigkeit 17 ist
vorliegend eine bezogen auf eine vorgegebene Verarbeitungskonsistenz
zu dickflüssige
Konsistenz unterstellt, und es wird dementsprechend im Sichtfeld 15 ein
entsprechender Hinweis gegeben. Dieser kann skaliert den Grad der
Abweichung der gegebenen Konsistenz der Flüssigkeit 17 von einer
vorgegebenen Verarbeitungskonsistenz angeben, oder lediglich einen
Hinweis darauf geben, dass noch keine verarbeitungsgerechte Konsistenz
vorliegt, und es wird dementsprechend verdünnendes Medium, hier Wasser
der im Flüssigkeitsgefäß 16 befindlichen
Flüssigkeit 17 zugegeben,
wobei aufgrund des Rühreffektes bei
der Verdünnung
nicht nur die gesamte, im Gefäß 16 befindliche
Flüssigkeit
erfasst wird, sondern in Verbindung mit der Verdünnung auch die sich ändernde
Konsistenz, also der sich ändernde
Rührwiderstand
drehmomentenabhängig
erfasst und über das
Sichtfeld kontinuierlich oder mit dem Endergebnis, vorgegebene Verarbeitungskonsistenz
erreicht, visualisiert wird.
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Die 3 und 4 veranschaulichen
das erfindungsgemäße Verfahren
in Verbindung mit einer Vorrichtung, bei der, wie 3 zeigt,
ein Farbspritzsystem einen Farbspritzteil 20 in Gestalt
einer Spritzpistole und ein Flüssigkeits-,
insbesondere Farbgefäß 21 aufweist,
aus dem der Farbspritzteil 20 versorgt wird. Das Farbgefäß 21 ist
zur Befüllung
vom Farbspritzteil 20 zu entfernen und dient in der Ausgestaltung
gemäß 4 als
Sockel 22 für
ein aufzusetzendes Rührwerk 23,
das mit einem Vorratsbehälter 24 für zur Verdünnung genutzte
Substanz 19, insbesondere Wasser, zu einer auf den Sockel 22 aufzusetzenden
Einheit 25 verbunden ist. Die Einheit 25 weist
als unteren Abschluss des Vorratsbehälters 24 einen bodenseitigen,
zum Sockel 22 festzulegenden Anschlussteil 26 auf,
der zum Sockel 22 zur Erfassung der Stützkraft bzw. des Drehmomentes
gegebenenfalls bajonettverschlussartig in Umfangsrichtung nachgiebig
abgestützt
ist und zu dem der Antriebsteil 27 des Rührwerkes,
der innerhalb des Verdünnungsbehälters 24 liegt,
festgelegt ist. Weiter ist es auch möglich, den Anschlussteil 26 zum
Sockel 22 zu fixieren und den Antriebsteil 27 zum
Anschlussteil 26 in einer Weise festzulegen, die eine Erfassung
der in Verbindung mit dem Rührwiderstand
auftretenden Stützkräfte ermöglicht.
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Auch
bei dieser Lösung
ist es, analog zu einer Ausgestaltungsvariante gemäß 1 möglich, das
abzustützende
Drehmoment über
den Motorstrom des elektrischen Rührwerkmotors zu erfassen, der
ein direktes Maß für das Drehmoment
des Motores bildet, so dass die Konsistenz der zu verrührenden
Flüssigkeit,
und damit die Viskosität
der zu verrührenden
Flüssigkeit über den über den
Rührwerksmotor
fließenden
Strom erfasst werden kann, der ein direktes Maß für das Drehmoment des Motores
und damit für
die Konsistenz und die Zähigkeit
der zu verarbeitenden Flüssigkeit
darstellt, die daraufhin zu überprüfen ist,
ob die gegebene Konsistenz der Flüssigkeit, also beispielsweise
der Dispersionsfarbe von der für
die Verarbeitung jeweils vorgegebenen Verarbeitungskonsistenz abweicht.
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Es
liegen im Rahmen der Erfindung also unterschiedliche Möglichkeiten
zur Erfassung der zum Rührwiderstand
als Reaktionskräfte
korrespondierenden Stützkräfte vor,
wobei auch mechanische Messanordnungen möglich sind, beispielsweise
in der Abstützung
des Antriebsteiles 27 zum Anschlussteil 26 oder
in der Abstützung
des Anschlussteiles 26 zum Sockel 22. Eine entsprechende,
bevorzugt vorzusehende Anzeigevorrichtung kann bei einer Lösung gemäß 4 beispielsweise
dem Anschlussteil 26 zugeordnet sein. Im Rahmen der Erfindung
liegt es gegebenenfalls auch, die dem Rührwiderstand entsprechende
Stützkraft
als Drehmoment oder auch als Auftriebskraft insbesondere in der
Verbindung der Rührwelle 4 zum
Handhabungs- und
Antriebsteil 3 zu erfassen, wobei sich bei einer derartigen
Lösung
insbesondere auch die Kupplung zwischen Rührwelle 4 und Handhabungs-
und Antriebsteil 3 zur Ausgestaltung als Mess- und gegebenenfalls
Anzeigeeinrichtung anbietet.
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4 veranschaulicht
schematisch über
die Anordnung des Ventiles 28 im Anschlussteil 26 zwischen
Farbgefäß 21 und
Vorratsbehälter 24 auch eine
Möglichkeit
der Beimengung des Verdünnungsmediums,
hier insbesondere Wasser zur im Farbgefäß 21 befindlichen
Dispersionsfarbe, bei der, was nicht gezeigt ist, das Ventil 28 in
Abhängigkeit
von der Abweichung der Konsistenz der im Farbgefäß 21 enthaltenen, über das
Rührwerk
zu verrührenden Dispersionsfarbe
von einer vorgegebenen Verarbeitungskonsistenz angesteuert werden
kann, so dass ich eine automatisierte Einstellung der Flüssigkeit
auf eine vorgegebene Verarbeitungskonsistenz ergibt. Eine händische
Zugabe von zur Konsistenzveränderung,
insbesondere von zur Verdünnung
dienender Substanzen mit einem Schüttbecher 29, veranschaulicht 2.
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Die
Erfindung betrifft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Ermittlung der Konsistenz einer Flüssigkeit, insbesondere von
Dispersionsfarben und die Einstellung der Dispersionsfarben in ihrer
Viskosität
auf eine vorgegebene Verarbeitungskonsistenz 1 über die
Erfassung eines beim Verrühren
einer zu verarbeitenden Dispersionsfarbe auftretenden Rührwiderstandes
und dessen Abgleich mit dem Rührwiderstand,
der bezogen auf eine vorgegebene Verarbeitungskonsistenz gegeben
ist, wobei entsprechend dem Abgleich eine Korrektur zur Anpassung
an die vorgegebene Verarbeitungskonsistenz vorgenommen wird.