DE102014108406B3

DE102014108406B3 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte eines Schwimmkörpers

Info

Publication number: DE102014108406B3
Application number: DE201410108406
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2034-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dichte eines Schwimmerkörpers (2) mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Der Schwimmerkörper (2) wird in eine Prüfflüssigkeit (5) eingebracht, die sich in einem Prüfbehälter (3) befindet und deren Dichte größer als die Dichte des Schwimmerkörpers (2) ist. b) Das von dem in der Prüfflüssigkeit (5) schwimmenden Schwimmerkörper (2) verdrängte Volumen V1 wird bestimmt. c) Aus dem nach Schritt b) bestimmten Volumen V1 des Schwimmerkörpers (2) und der Dichte der Prüfflüssigkeit (5) wird die Masse des Schwimmerkörpers (2) bestimmt. d) Der Schwimmerkörper (2) wird vollständig in die Prüfflüssigkeit (5) eingetaucht. e) Das von dem vollständig eingetauchten Schwimmerkörper (2) verdrängte Volumen V2 wird bestimmt. f) Aus der nach Schritt c) bestimmten Masse des Schwimmerkörpers (2) und dem nach Schritt e) bestimmten Volumen V2 des Schwimmerkörpers (2) wird die Dichte des Schwimmerkörpers (2) bestimmt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

Description

Einleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte eines Schwimmerkörpers.
Stand der Technik
Vorgenannte Schwimmerkörper werden typischerweise in so genannten Ölabscheidern eingesetzt. Ölabscheider sind Abwasserbehandlungsanlagen, welche sich das Prinzip unterschiedlicher Dichten zwischen Wasser und Leichtflüssigkeiten, wie beispielsweise Schmieröle, Diesel und Benzin, zunutze machen. Das Abwasser wird in einem Becken aufgefangen. Wegen der unterschiedlichen Dichten schwimmt die Leichtflüssigkeit (ρ_{Leichtflüssigkeit} zwischen 0,85 g/cm³ und 0,95 g/cm³) auf dem Wasser (ρ_wasser = 1,00 g/cm²). Das Wasser kann mit zunehmender Menge der abgeschiedenen Leichtflüssigkeit nunmehr durch einen unteren Durchfluss abgelassen werden, wohingegen die Leichtflüssigkeit oberhalb des Wasserspiegels bleibt. Spätestens zu dem Zeitpunkt an dem sich fast ausschließlich Leichtflüssigkeit in dem Becken befindet, sollte die Leichtflüssigkeit abgepumpt und entsorgt werden.
Da unter keinen Umständen die Leichtflüssigkeit durch den Durchfluss fließen darf oder über einen Beckenrand treten sollte, muss vorschriftsgemäß ein Warnsystem in dem Ölabscheider angebracht sein. Ein Teil dieses Warnsystems wird von dem Schwimmerkörper gebildet. Dieser Schwimmerkörper zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er stets im Bereich einer so genannten Trennebene zwischen dem Wasser und der Leichtflüssigkeit schwimmt. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Dichte des Schwimmerkörpers größer als die Dichte der Leichtflüssigkeit und kleiner als die Dichte des Wassers ist.
Bei abfallender Wassermenge sinkt der Schwimmerkörper immer weiter in dem Becken ab, bis ein Verschlusskörper des Schwimmerkörpers schließlich einen Durchfluss, durch welchen zuvor das Wasser abfließen konnte, mechanisch verschließt (ein so genannter „selbsttätiger Abschluss“). Infolgedessen wird verhindert, dass die Leichtflüssigkeit durch den Durchfluss aus dem Becken fließen kann.
Irgendwann ist ein Punkt erreicht, an dem sich fast ausschließlich Leichtflüssigkeit in dem Becken befindet. Die Leichtflüssigkeit muss, bevor sie über den Beckenrand tritt, abgepumpt und entsorgt werden. Üblicherweise ist vorgesehen, dass das Warnsystem ein Signal abgibt, wenn die Leichtflüssigkeit aus dem Becken entsorgt werden muss.
Damit das Abwasser ausreichend gereinigt wird und zwischenzeitlich keine Leckagen oder ähnliches entstehen, muss der Ölabscheider regelmäßig nach DIN 1999-100 gewartet werden. Dazu gehört unter anderem auch die Überprüfung der Dichte des Schwimmerkörpers. Denn eine unkorrekte Dichte des Schwimmerkörpers könnte dazu führen, dass Leichtflüssigkeit durch den Abfluss entweichen kann und somit gegebenenfalls in das öffentliche Abwassersystem beziehungsweise in das Grundwasser gelangt. Normalerweise sollte die Dichte des Schwimmerkörpers auf eine Dichte der zu erwartenden Leichtflüssigkeit tariert werden, das heißt, die Dichte des Schwimmerkörpers liegt meist zwischen 0,85 g/cm³ und 0,95 g/cm³.
Die Bestimmung der Dichte des Schwimmerkörpers kann beispielsweise derart durchgeführt werden, dass zunächst seine Masse (m) und sein Volumen (V) bestimmt werden. Anschließend lässt sich die Dichte (ρ) des Schwimmerkörpers wie folgt berechnen: ρ = m/V.
Aufgrund der Tatsache, dass ein Prüfer zwei Werte bestimmen und diese miteinander verrechnen muss, ist dieses Verfahren zeitaufwendig und fehleranfällig.
Bei einer weiteren heutzutage häufig verwendete Variante zur Bestimmung der Dichte des Schwimmerkörpers kann auf die Volumenbestimmung verzichtet werden. Es ist vorgesehen, dass der Schwimmerkörper zunächst gewogen wird, um die Masse (m_s) zu bestimmen. Anschließend wird ein Zusatzgewicht an dem Schwimmerkörper befestigt, dessen Dichte (ρ_z) man kennt. Typischerweise besteht das Zusatzgewicht aus Stahl und weist entsprechend eine Dicht (ρ_z) von 7,85 g/cm³ auf. Die Masse (m_z) des Zusatzgewichtes wird derart gewählt, dass sich der Schwimmerkörper mit dem daran befestigten Zusatzgewicht in einem Schwebezustand im Wasser befindet. Aufgrund des Schwebezustandes kann die Annahme getroffen werden, dass ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Schwimmerkörper mit dem Zusatzgewicht und dem verdrängten Volumen herrscht, da die Auftriebskraft eines Körpers in einem Medium der Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums entspricht. Mit den folgenden Berechnungen kann nunmehr die Dichte (ρ_s) des Schwimmerkörpers berechnet werden. V_gesamt = (m_s + m_z)/ρ_wasser (1) V_{zusatzgewicht} = m_z/ρ_z (2) ρ_s = m_s/(V_gesamt – V_z) (3)
Nachdem man die Ergebnisse der Gleichungen (1) und (2) in die Gleichung (3) einsetzt, ergibt sich die Dichte (ρ_s) des Schwimmerkörpers.
Dieses Verfahren ist aufwendig, da zunächst bestimmt werden muss, wie viel Zusatzgewicht an dem Schwimmerkörper angebracht werden sollte, sodass dieser im Wasser schwimmt. Anschließend können erst die weiteren Messungen durchgeführt werden.
Ein weiterer Nachteil der beiden vorgenannten Verfahren besteht darin, dass der Schwimmerkörper gewogen wird. Da der Schwimmerkörper jedoch noch „nass“ ist, wenn dieser aus dem Ölabscheider entnommen wird, kann dies zu Verfälschungen der Messergebnisse führen. Folglich ist es nicht unwahrscheinlich, dass ein zu großer Wert für die Masse abgelesen wird, was wiederum zu einer zu niedrigen tatsächlichen Dichte des Schwimmerkörpers führt. Dies hätte zur Folge, dass der Schwimmerkörper über der Trennebene schwimmt, weshalb der Durchfluss nicht rechtzeitig geschlossen werden kann. Andernfalls entstehen lange Wartezeiten, da der Schwimmerkörper erst weitestgehend getrocknet sein sollte, bevor die Messung durchgeführt wird.
Aufgabe
Es ist nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorgenannte Verfahren sowie eine dazugehörige Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Dichte des Schwimmerkörpers ohne großen Aufwand schnell und genau bestimmt werden kann.
Lösung
Die zugrunde liegende Aufgabe wird durch folgendes Verfahren gelöst:

a) Der Schwimmerkörper wird in eine Prüfflüssigkeit eingebracht, die sich in einem Prüfbehälter befindet und deren Dichte größer als die Dichte des Schwimmerkörpers ist.
b) Das von dem in der Prüfflüssigkeit schwimmenden Schwimmerkörper verdrängte Volumen V₁ wird bestimmt.
c) Aus dem nach Schritt b) bestimmten Volumen V₁ des Schwimmerkörpers und der Dichte der Prüfflüssigkeit wird die Masse des Schwimmerkörpers bestimmt.
d) Der Schwimmerkörper wird vollständig in die Prüfflüssigkeit eingetaucht.
e) Das von dem vollständig eingetauchten Schwimmerkörper verdrängte Volumen V₂ wird bestimmt.
f) Aus der nach Schritt c) bestimmten Masse des Schwimmerkörpers und dem nach Schritt e) bestimmten Volumen V₂ des Schwimmerkörpers wird die Dichte des Schwimmerkörpers bestimmt.

An dieser Stelle sei vermerkt, dass wenn lediglich Schwimmerkörper geschrieben wird, sowohl nur der Schwimmerkörper gemeint sein kann als auch eine Kombination des Schwimmerkörpers und des Verschlusskörpers, falls dieser vorhanden ist. Falls mehrere Körper vorhanden sind, sind diese miteinander gekoppelt und verhalten sich im schwimmenden Zustand wie ein Körper.
Aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass auf ein Abwiegen des Schwimmerkörpers verzichtet werden kann. Der Schwimmerkörper kann aus der in dem Ölabscheider befindlichen Flüssigkeit in den Prüfbehälter, in dem sich die Prüfflüssigkeit befindet, eingebracht werden, ohne dass die noch vorhandenen Tropfen auf dem Schwimmerkörper einen Einfluss auf die Messung der Dichte haben, da die Dichte über das verdrängte Volumen bestimmt wird. Verhältnismäßig sind die an dem Ölabscheider befindlichen Tropfen gegenüber der in dem Prüfbehälter befindlichen Prüfflüssigkeit vernachlässigbar, weshalb die Genauigkeit der Messung der Dichte gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert wird.
Weiterhin kann die Messung der Dichte mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschleunigt werden. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass das Verfahren vorzugsweise automatisiert ist. Das heißt, ein Prüfer braucht den Schwimmerkörper, an dem vorzugsweise auch der Verschlusskörper angeordnet ist, lediglich in den Prüfbehälter einzubringen und nach einer gewissen Zeit die Dichte des Schwimmerkörpers an der Vorrichtung abzulesen. Daraus ergibt sich außerdem der Vorteil, dass die Fehleranfälligkeit verringert wird, da der Prüfer nicht mehr, wie dieses im Stand der Technik der Fall war, mehrere Zwischenwerte selbst ablesen und miteinander verrechnen muss.
Das Verfahren innerhalb der Vorrichtung läuft dabei derart ab, dass der Schwimmerkörper in eine Prüfflüssigkeit in dem Prüfbehälter eingebracht wird, ein Volumen V₁ der Prüfflüssigkeit verdrängt. Mittels dieses verdrängten Volumens V₁ lässt sich die Masse (m_p) der Prüfflüssigkeit mit folgender Formel berechnen: m_p = V₁/ρ_p, da die Dichte (ρ_p) der Prüfflüssigkeit bekannt ist. Aufgrund des Archimedes Prinzips, welches besagt, dass die Auftriebskraft der Gewichtskraft entspricht, kann angenommen werden, dass die Masse (m_p) der verdrängten Prüfflüssigkeit der Masse (m_s) des Schwimmerkörpers entspricht.
Vorteilhafterweise wird die Prüfflüssigkeit von Wasser gebildet, da die Dichte von Wasser bekannt ist (1,00 kg/m³) und der Faktor 1,00 einfach für Berechnungen eingesetzt werden kann. Außerdem ist Wasser überall leicht verfügbar und in jeder Hinsicht unbedenklich.
Anschließend ist vorgesehen, dass der Schwimmerkörper vollständig in die Prüfflüssigkeit eingetaucht wird, wodurch das Volumen V₂ der verdrängten Prüfflüssigkeit ermittelt werden kann, wobei dieses verdrängte Volumen V₂ dem Volumen des Schwimmerkörpers und falls vorhanden des Verschlusskörpers entspricht. Aus der zuvor ermittelten Masse (m_s) und dem ermittelten Volumen V₂ des Schwimmerkörpers lässt sich schließlich die Dichte (ρ_s) des Schwimmkörpers berechnen. Diese Dichte ρ_s kann schließlich beispielsweise auf einem Monitor angezeigt werden.
Um die Bestimmung des von dem Schwimmerkörper verdrängten Volumens V₁ gemäß Schritt b) und/oder des von dem Schwimmerkörper verdrängten Volumens V₂ gemäß Schritt e), zu vereinfachen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass eine Differenz einer Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit in dem Prüfbehälter bestimmt wird, wobei eine Abhängigkeit des Querschnitts des Prüfbehälters von der Spiegelhöhe bekannt ist. Mittels der Bestimmung der Differenz der Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit lässt sich auf eine besonders einfach Art und Weise das verdrängte Volumen der Prüfflüssigkeit bestimmen. Dazu wird zunächst die Spiegelhöhe (h₀) der Prüfflüssigkeit bestimmt, bevor der Schwimmerkörper in den Prüfbehälter eingesetzt wird. Anschließend wird der Schwimmerkörper in den Prüfbehälter eingebracht, so dass der Schwimmerkörper auf der Prüfflüssigkeit schwimmt. Da der Schwimmerkörper zumindest teilweise in die Prüfflüssigkeit eindringt, wird letztere um das Volumen V₁ verdrängt, weshalb der Spiegel der Prüfflüssigkeit auf eine Spiegelhöhe (h₁) ansteigt. Zwischen der Spiegelhöhe und dem Querschnitt des Prüfbehälters liegt eine Abhängigkeit vor. Das heißt, beispielsweise dass bei einem gleich bleibenden verdrängten Volumen, eine größere Differenz zwischen der Spiegelhöhe (h₀) und der Spiegelhöhe (h₁) vorliegt, wenn der Prüfungsbehälter lediglich einen kleinen Querschnitt hat, als wenn der Prüfungsbehälter einen großen Querschnitt aufweist. An dieser Stelle sei vermerkt, dass der Querschnitt des Prüfbehälters variabel sein kann und vor der Messung in ein entsprechendes Programm eingetragen werden muss, so dass eine korrekte Berechnung der Dichte des Schwimmerkörpers erfolgen kann.
Analog zu der ersten berechneten Differenz der Spiegelhöhe sollte auch noch eine zweite Differenz der Spiegelhöhe berechnet werden. Dazu wird eine zweite Spiegelhöhe (h₂) bestimmt, wenn der gesamte Schwimmerkörper in die Prüfflüssigkeit eingetaucht und somit das Volumen V₂ der Prüfflüssigkeit verdrängt wird. Mittels der Differenz zwischen der Spiegelhöhe (h₀) und der Spiegelhöhe (h₂) lässt sich nunmehr das Volumen V₂ des Schwimmerkörpers berechnen.
In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass beim Einbringen des Schwimmerkörpers in die in dem Prüfbehälter befindliche Prüfflüssigkeit und/oder beim vollständigen Eintauchen des Schwimmerkörpers in die in dem Prüfbehälter befindliche Prüfflüssigkeit, letztere jeweils in einen mit dem Prüfbehälter hydraulisch kommunizierenden Messbehälter verdrängt wird. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass zur Bestimmung des von dem Schwimmerkörper verdrängten Volumens V₁ oder V₂ jeweils eine Differenz einer Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit in dem Messbehälter bestimmt wird, wobei eine Abhängigkeit des Querschnitts des Prüfbehälters und des Querschnitts des Messbehälters jeweils von der Spiegelhöhe in dem Prüfbehälter bzw. dem Messbehälter bekannt ist. Aufgrund der hydraulischen Verbindung zwischen dem Prüfbehälter und dem Messbehälter steht die Prüfflüssigkeit im dem Prüfbehälter fluidtechnisch in Kontakt mit der Prüfflüssigkeit in dem Messbehälter. Das heißt, wenn die Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit in dem Prüfbehälter ansteigt, steigt auch die Spiegelhöhe in dem Messbehälter an, wobei die Differenz der Spiegelhöhe in dem Prüfbehälter und dem Messbehälter vorzugsweise gleich groß ist. Der zusätzliche Messbehälter bringt den Vorteil mit sich, dass die Messung der Spiegelhöhe in dem Messbehälter schneller durchgeführt werden kann als in dem Prüfbehälter. Dies lässt sich damit begründen, dass die Oberfläche der Prüfflüssigkeit in dem Prüfbehälter durch das Einbringen des Schwimmerkörpers aufgeschaukelt wird und sich erst beruhigen muss bevor eine glatte Oberfläche zur Ablesung der Höhe entsteht. Im Gegensatz dazu ist die Oberfläche der Prüfflüssigkeit in dem Messbehälter glatt und hat sich schneller eingependelt. Das verdrängte Volumen, welches vorteilhafterweise mittels der Differenz der Spiegelhöhen berechnet wird, kann somit schneller bestimmt werden. Das Volumen lässt sich beispielsweise durch die Abhängigkeit, welche zwischen der jeweiligen Spiegelhöhe in dem Prüfbehälter und dem Messbehälter sowie dem Querschnitt des Prüfbehälters und Messbehälters vorliegt, berechnen. Analog zu einem frei wählbaren Querschnitt des Prüfbehälters, kann auch der Querschnitt des Messbehälters frei gewählt werden. Auch in diesem Fall kann der Querschnitt vor der Messung in das entsprechende Programm eingetragen werden.
Um eine besonders genaue und schnelle Messung der Differenz der Spiegelhöhen zu erzielen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Differenz der Spiegelhöhen über die Differenz des statischen Drucks in dem Prüfbehälter oder dem Messbehälter bestimmt wird. Die Fehleranfälligkeit bei der Bestimmung der Werte ist durch die Messung der Druckdifferenz ist nur sehr gering, weshalb der Endwert der Dichte sehr genau wiedergegeben werden kann. Folglich ist eine bessere Austarierung des Schwimmerkörpers möglich.
Alternativ lässt sich die Differenz der Spiegelhöhen mittels einer Abstandsmessung zwischen einem Sensor und dem Spiegel bestimmen, wobei der Sensor den Abstand mittels eines Lasers oder mittels Ultraschall oder induktiv oder kapazitiv misst. Auch mittels dieser Art der Messung ist ein sehr genaue Wiedergabe der Dichte des Schwimmerkörpers möglich, wobei allerdings darauf zu achten ist, dass die Oberfläche der Prüfflüssigkeit glatt sein sollte.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass nach dem Einbringen und/oder dem vollständigen Eintauchen des Schwimmerkörpers in die Prüfflüssigkeit eine bestimmte Zeitdauer abgewartet wird, bis mit der Bestimmung des verdrängten Volumens V₁ beziehungsweise V₂ begonnen wird, wobei vorzugsweise ein gleitender Mittelwert und/oder eine Standardabweichung des verdrängten Volumens V₁ oder V₂ ermittelt wird. Der jeweilige Messwert wird erst akzeptiert, wenn die Standardabweichung einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Diese niedrige Standardabweichung war bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht möglich. Durch die niedrige Standardabweichung werden nur sehr geringe bis gar keine Messfehler eingerechnet, weshalb der Endwert der Dichte besonders exakt wiedergegeben werden kann.
Ferner ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar ist, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte eines Schwimmerkörpers folgende Merkmale aufweist:

a) Einem Prüfbehälter, in dem sich eine Prüfflüssigkeit befindet, deren Dichte kleiner als die Dichte des Schwimmerkörpers ist.
b) Einer Einrichtung zur Bestimmung des von dem in der Prüfflüssigkeit schwimmenden Schwimmerkörpers verdrängten Volumens V₁ der Prüfflüssigkeit.
d) Einer Einrichtung zur Bestimmung des Volumens V₂, das von dem vollständig in die Prüfflüssigkeit eingetauchten Schwimmerköper verdrängt wird.
e) Einer Auswerteinrichtung zur Bestimmung der Masse des Schwimmerkörpers aus dessen Volumen V1, das mittels der Einrichtung über das Merkmal b) bestimmbar ist und der Dichte des Schwimmerkörpers, aus der wie vorstehend bestimmten Masse und dem Volumen V1, das mittels der Einrichtung gemäß Merkmal d) bestimmbar ist.

Daraus ergeben sich die zuvor zum Verfahren hervorgebrachten Vorteile, dass beispielsweise die Messung weniger fehleranfällig und schnell Durchführbar ist. Die Dichte des Schwimmerkörpers wird lediglich mit einer Messapparatur bestimmt und nicht, wie dieses im Stand der Technik der Fall ist, mittels mehrerer Geräte, somit ist Wartung auf ein Gerät beschränkt. Zudem kann auf eine Waage, wie bereits beim Verfahren beschrieben wurde, verzichtet werden. Folglich ist der Endwert der Dichte des Schwimmerkörpers genauer. Weiterhin braucht ein Prüfer nicht die einzelnen Schritte selbst durchzuführen, sondern kann zwischenzeitlich anderen Tätigkeiten nachgehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Halteeinrichtung, zum Halten des Schwimmerkörpers in einer Position in der er vollständig in die Prüfflüssigkeit eingetaucht ist, vorgesehen. Mittels dieser Halteeinrichtung kann das verdrängt Volumen V₂ bestimmt werden. Die Halteeinrichtung kann sowohl mitsamt dem Schwimmerkörper in die Prüfflüssigkeit eintauchen als auch nur den Schwimmerkörper herunterdrücken. Sollte die Halteeinrichtung sich zumindest teilweise mit in der Prüfflüssigkeit befinden, muss darauf geachtet werden, dass dadurch der Teil des verdrängten Volumens vergrößert wird. Das verdrängte Volumen, welches von der Halteeinrichtung verursacht wird, muss bei der Berechnung berücksichtigt und somit von dem gesamten verdrängten Volumen abgezogen werden, um das Volumen V₂ des Schwimmerkörpers, und falls vorhanden des Verschlusskörpers, zu bestimmen.
In einer erfindungsgemäßen Weiterentwicklung ist weiterhin vorgesehen, dass ein Messbehälter über eine Verbindungsleitung mit dem Prüfbehälter hydraulisch kommuniziert. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Messungen in dem Messbehälter stattfinden können und nicht auch noch in dem Prüfbehälter durchgeführt werden müssen. Der Prüfbehälter, welcher vorzugsweise einen runden Querschnitt hat, kann dadurch derart ausgestaltet sein, dass lediglich der Schwimmerkörper hinein passen muss. Außerdem ergibt sich daraus der Vorteil, dass die Messungen schneller durchgeführt werden können, weil sich die Prüfflüssigkeit in dem Messbehälter zügig einpendelt und nicht derart aufschaukeln wird, wie die Prüfflüssigkeit, welche sich in dem Prüfbehälter in dem der Schwimmerkörper eingebracht wird, befindet.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Einrichtung zur Bestimmung einer Differenz der Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit in dem Prüfbehälter oder dem Messbehälter angeordnet ist. Je nachdem ob ein Messbehälter vorhanden ist, wird die Einrichtung in dem Messbehälter oder in dem Prüfbehälter untergebracht. Die Differenz der Spiegelhöhe lässt sich insbesondere durch die hydraulische Verbundenheit zwischen dem Prüfbehälter und dem Messbehälter, in dem Messbehälter bestimmen, da die Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit in dem Prüfbehälter und dem Messbehälter gleich hoch ist.
Vorteilhafterweise befindet sich in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Druckmesseinrichtung, mit der der statische Druck in der dem Prüfbehälter oder dem Messbehälter befindlichen Prüfflüssigkeit bestimmbar ist. Über die Druckdifferenz lässt sich die Differenz der Spiegelhöhen und somit das Volumen V₁ sowie V₂ der verdrängten Prüfflüssigkeit bestimmen. Die Druckmesseinrichtung ist vorteilhafterweise in dem Messbehälter angeordnet. Die Druckdifferenz in dem Messbehälter entspricht nämlich der Druckdifferenz in dem Prüfbehälter.
Schließlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung noch gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung der Halteeinrichtung, wobei der Schwimmerkörper mittels der Antriebseinrichtung entgegen der auf den Schwimmerkörper wirkenden Auftriebskraft vollständig in die Prüfflüssigkeit eintauchbar ist. Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise in dem oder oberhalb des Prüfbehälters angeordnet und vorzugsweise elektrisch, insbesondere elektromotorisch oder elektromagnetisch oder pneumatisch oder hydraulisch antreibbar. Folglich braucht der Prüfer selbst nicht mehr handwerklich tätig werden, da die Halteeinrichtung automatisch von der Antriebseinrichtung betätigt wird.
Ausführungsbeispiele
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren dargestellt werden, näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 mit einem Schwimmerkörper,
3: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 mit einem eingetauchten Schwimmerkörper, und
4: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dargestellt mittels der ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer Dichte (ρ_s) eines Schwimmerkörpers 2 gemäß 2 bestimmt werden kann. Die Vorrichtung 1 weist einen Prüfbehälter 3 sowie einen Messbehälter 4 auf, wobei sich sowohl in dem Prüfbehälter 3 als auch in dem Messbehälter 4 eine Prüfflüssigkeit 5 befindet. Weiterhin stehen der Prüfbehälter 3 und der Messbehälter 4 hydraulisch über einen Verbindungsleitung 6 miteinander in Verbindung.
In einem ersten Schritt wird mittels einer Einrichtung 7, in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Sensors zur Abstandmessung, eine Spiegelhöhe h₀ der Prüfflüssigkeit 5 in dem Messbehälter 4 bestimmt, wobei die Spiegelhöhe h₀ auch einer Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit 5 in dem Prüfbehälter 3, aufgrund der hydraulischen Verbindung, entspricht. Die Prüfflüssigkeit 5 wird vorzugsweise von Wasser gebildet, da Wasser typischerweise eine größere Dichte als der Schwimmerkörper 2 besitzt.
Wie aus der 2 ersichtlich wird, wird der Schwimmerkörper 2 in einem zweiten Schritt in den mit der Prüfflüssigkeit 5 gefüllten Prüfbehälter 3 eingebracht. Typischerweise schwimmt der Schwimmerkörper 2 auf einer Oberfläche 8 der Prüfflüssigkeit 5 in dem Prüfbehälter 3. Allerdings wird ein Teil der Prüfflüssigkeit 5 von dem Schwimmerkörper 2 verdrängt, weshalb die Spiegelhöhe h₀ nunmehr auf die Spiegelhöhe h₁ ansteigt. Da weiterhin ein Querschnitt Q_M einer Oberfläche 9 der Prüfflüssigkeit 5 in dem Messbehälters 4 und ein Querschnitt Q_p der Oberfläche 8 der Prüfflüssigkeit 5 in dem Prüfbehälter 3 bekannt ist, lässt sich mit der Differenz der beiden Spiegelhöhen (h₁ – h₀) ein von dem Schwimmerkörper 2 verdrängtes Volumen (V₁) der Prüfflüssigkeit 5 berechnen.
Das Archimedes Prinzip besagt, dass die Auftriebskraft der Gewichtskraft entspricht, weshalb sich mittels des verdrängten Volumens (V₁) der Prüfflüssigkeit 5 und der Dichte (ρ_p) der Prüfflüssigkeit 5 eine Masse (m_p) der verdrängten Prüfflüssigkeit 5 und somit einer Masse (m_s) des Schwimmerkörpers 2, wie folgt m_p = m_s = V₁/ρ_p, berechnen lässt.
Ein nächster Schritt wird in 3 dargestellt. Mittels einer Halteeinrichtung 10 wird der Schwimmerkörper 2 vollständig in die Prüfflüssigkeit 5 eingetaucht, woraufhin die Prüfflüssigkeit 5 eine Spiegelhöhe h₂ aufweist. Aus einer Differenz (h₂ – h₀) zwischen der Spiegelhöhe h₀ und der Spiegelhöhe h₂ und dem Querschnitt Q_M des Messbehälters und dem Querschnitt Q_p des Prüfbehälters 3 lässt sich nunmehr ein von dem Schwimmerkörper 2 und einem an dem Schwimmerkörper 2 befindlichen Verschlusskörper 11 verdrängtes Volumen (V₂) der Prüfflüssigkeit bestimmen, wobei dieses Volumen (V₂) dem Volumen des Schwimmerkörpers 2 und des Verschlusskörpers 11 entspricht. Sollte zusätzlich die Halteeinrichtung 10 teilweise oder ganz in die Prüfflüssigkeit 5 eingetaucht sein, muss deren Volumen von einem gesamten verdrängten Volumen (V_ges) abgezogen werden, um das Volumen (V₂) zu erhalten.
Die Halteeinrichtung 10 wird vorzugsweise mit einer hier nicht dargestellten Antriebseinrichtung gesenkt und wieder hochgefahren.
Da nunmehr sowohl das Volumen (V₂) des Schwimmerkörpers 2 sowie die Masse (m_s) des Schwimmerkörpers 2 bekannt sind, lässt sich dadurch die Dichte (ρ_s) des Schwimmerkörpers 2 ermitteln. Die Dichte wird auf einem Monitor 12 einer Auswerteeinrichtung 13 angezeigt.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1’ wird in der 4 dargestellt. Die Einrichtung 7’ zur Ermittlung der Differenz der Spiegelhöhe wird von einer Druckmesssonde 14 gebildet, sodass beispielsweise die Messung auch dann durchgeführt werden kann, wenn die Prüfflüssigkeit 5 noch keine glatte Oberfläche aufweist. Die Messung der Druckdifferenz in den verschiedenen Schritten entspricht dabei der Differenz der Spiegelhöhen, sodass die Berechnung gleich bleiben und die Dichte bestimmt werden kann.
Die gemessenen Werte werden automatisch innerhalb der Vorrichtung 1, 1’ gemäß 1 und 4 gemessen und ein Endwert der Dichte des Schwimmerkörpers 2 generiert.
Bezugszeichenliste

h₀: Spiegelhöhe
h₁: Spiegelhöhe
h₂: Spiegelhöhe
Q_M: Querschnitt des Messbehälters
Q_P: Querschnitt des Prüfbehälters
1, 1’: Vorrichtung
2: Schwimmerkörper
3: Prüfbehälter
4: Messbehälter
5: Prüfflüssigkeit
6: Verbindungsleitung
7, 7’: Einrichtung
8: Oberfläche
9: Oberfläche
10: Halteeinrichtung
11: Verschlusskörper
12: Monitor
13: Auswerteeinrichtung

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Dichte eines Schwimmerkörpers (2) mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Der Schwimmerkörper (2) wird in eine Prüfflüssigkeit (5) eingebracht, die sich in einem Prüfbehälter (3) befindet und deren Dichte größer als die Dichte des Schwimmerkörpers (2) ist. b) Das von dem in der Prüfflüssigkeit (5) schwimmenden Schwimmerkörper (2) verdrängte Volumen V₁ wird bestimmt. c) Aus dem nach Schritt b) bestimmten Volumen V₁ des Schwimmerkörpers (2) und der Dichte der Prüfflüssigkeit (5) wird die Masse des Schwimmerkörpers (2) bestimmt. d) Der Schwimmerkörper (2) wird vollständig in die Prüfflüssigkeit (5) eingetaucht. e) Das von dem vollständig eingetauchten Schwimmerkörper (2) verdrängte Volumen V₂ wird bestimmt. f) Aus der nach Schritt c) bestimmten Masse des Schwimmerkörpers (2) und dem nach Schritt e) bestimmten Volumen V₂ des Schwimmerkörpers (2) wird die Dichte des Schwimmerkörpers (2) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des von dem Schwimmerkörper (2) verdrängten Volumens V₁ gemäß Schritt b) und/oder zur Bestimmung des von dem Schwimmerkörper (2) verdrängten Volumens V₂ gemäß Schritt e), wird eine Differenz einer Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit (5) in dem Prüfbehälter (3) bestimmt, wobei eine Abhängigkeit des Querschnitts (Q_P) des Prüfbehälters (3) von der Spiegelhöhe bekannt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen des Schwimmerkörpers (2) in die in dem Prüfbehälter (3) befindliche Prüfflüssigkeit (5) und/oder beim vollständigen Eintauchen des Schwimmerkörpers (2) in die in dem Prüfbehälter (3) befindliche Prüfflüssigkeit (5), letztere jeweils in einen mit dem Prüfbehälter (3) hydraulisch kommunizierenden Messbehälter (4) verdrängt wird, wobei zur Bestimmung des von dem Schwimmerkörper (2) verdrängten Volumens V₁ oder V₂ jeweils eine Differenz einer Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit (5) in dem Messbehälter (4) bestimmt wird, wobei eine Abhängigkeit des Querschnitts (Q_P) des Prüfbehälters (3) und des Querschnitts (Q_M) des Messbehälters (4) jeweils von der Spiegelhöhe in dem Prüfbehälter (3) bzw. dem Messbehälter (4) bekannt ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Spiegelhöhen über die Differenz des statischen Drucks in dem Prüfbehälter (3) oder dem Messbehälter (4) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Spiegelhöhen mittels einer Abstandsmessung zwischen einem Sensor und dem Spiegel bestimmt wird, wobei der Sensor den Abstand mittels eines Lasers oder mittels Ultraschall oder induktiv oder kapazitiv misst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen und/oder dem vollständigen Eintauchen des Schwimmerkörpers (2) in die Prüfflüssigkeit (5) eine bestimmte Zeitdauer abgewartet wird, bis mit der Bestimmung des verdrängten Volumens V₁ bzw. V₂ begonnen wird, wobei vorzugsweise ein gleitender Mittelwert und/oder eine Standardabweichung des verdrängten Volumens V₁ oder V₂ ermittelt wird und der jeweilige Messwert erst akzeptiert wird, wenn die Standardabweichung einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.
Vorrichtung (1, 1’) zur Bestimmung der Dichte eines Schwimmerkörpers (2) mit den folgenden Merkmalen: a) Einem Prüfbehälter (3), in dem sich eine Prüfflüssigkeit (5) befindet, deren Dichte kleiner als die Dichte des Schwimmerkörpers (2) ist. b) Einer Einrichtung (7, 7’) zur Bestimmung des von dem in der Prüfflüssigkeit (5) schwimmenden Schwimmerkörpers (2) verdrängten Volumens V₁ der Prüfflüssigkeit (5). c) Einer Einrichtung zur Bestimmung des Volumens V₂, das von dem vollständig in die Prüfflüssigkeit (5) eingetauchten Schwimmerköper (2) verdrängt wird. d) Einer Auswerteinrichtung (13) zur Bestimmung der Masse des Schwimmerkörpers (2) aus dessen Volumen V₁, das mittels der Einrichtung (7, 7’) über das Merkmal b) bestimmbar ist und der Dichte des Schwimmerkörpers (2), aus der wie vorstehend bestimmten Masse und dem Volumen V₁, das mittels der Einrichtung (7, 7’) gemäß Merkmal d) bestimmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einer Halteeinrichtung (10) zum Halten des Schwimmerkörpers (2) in einer Position in der er vollständig in die Prüfflüssigkeit (5) eingetaucht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen Messbehälter (4), der über eine Verbindungsleitung (6) mit dem Prüfbehälter (3) hydraulisch kommuniziert.
Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7, 7’) zur Bestimmung einer Differenz der Spiegelhöhe der Prüfflüssigkeit (5) in dem Prüfbehälter (3) oder dem Messbehälter.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Druckmesseinrichtung, mit der der statische Druck in der dem Prüfbehälter (3) oder dem Messbehälter befindlichen Prüfflüssigkeit (5) bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung der Halteeinrichtung (10), wobei der Schwimmerkörper (2) mittels der Antriebseinrichtung entgegen der auf den Schwimmerkörper (2) wirkenden Auftriebskraft vollständig in die Prüfflüssigkeit (5) eintauchbar ist, wobei die Antriebseinrichtung vorzugsweise in dem oder oberhalb des Prüfbehälters (3) angeordnet und vorzugsweise elektrisch, insbesondere elektromotorisch oder elektromagnetisch oder pneumatisch oder hydraulisch antreibbar ist