DE19514270C1 - Viskositätsmesser und Verfahren zur Viskositätsregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Viskositätsmesser gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ein Verfahren zur Viskositätsregelung gemäß dem Oberbegriff des 7. Anspruches. Sie ist vorzugsweise bei Tief- und Flexodruck­ maschinen einsetzbar.

Es sind diskontinuierlich arbeitende Viskosimeter bekannt, bei denen die Vis­ kosität aus der Ausflußzeit einer bestimmten Menge durch ein Rohr bestimm­ ter Weite ermittelt wird. Diese Messung erfolgt meist von Hand und liefert kei­ ne kontinuierlichen Werte.

Bei einem anderen System wird eine quer zu ihrer Längsachse rotierende Stange in eine Flüssigkeit getaucht und aus dem jeweils erforderlichen Motor­ strom oder einer entsprechenden Größe auf eine Viskositätsänderung der Flüssigkeit geschlossen. Auf dieses System können sich allerdings viele Stör­ größen messungsverfälschend auswirken, wie zum Beispiel die nicht konstante Füllhöhe eines Flüssigkeitsbehälters, eine Erhöhung der Reibungskraft durch Austrocknung der Farbe, häufig auftretende leichte Beschädigungen eines Fühlers bei der Reinigung, erhöhter Widerstand bei Flüssigkeiten mit Metall­ partikeln wie z. B. in Metallic-Lacken, einem temperaturabhängigen Dreh­ zahldrift oder einer veränderlichen Lagerreibung des Motors. Nachteilig ist weiterhin die bedienerunfreundliche Handhabung, da stets der komplette Sensor in den Flüssigkeitsbehälter getaucht werden muß, die Reinigung bei angetrockneter Farbe erschwert wird und für verschiedene Viskositätsbereiche verschiedene Fühler zur Anwendung kommen müssen.

Weiterhin ist nach der EP 264 670 ein Verfahren mit einer Meßturbine be­ kannt, bei dem die Viskosität einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit mit einem gewünschten Wert verglichen und eingestellt wird. Diese Meßturbi­ ne ist dabei im Hauptflüssigkeitsstrom plaziert, der durch eine relativ große und leistungsfähige Pumpe erzeugt wird.

Nachteilig hieran ist, daß die Messung von Druck- und Geschwindigkeits­ schwankungen in der Versorgungsleitung abhängig ist. Weiterhin ist die Pum­ pe als Arbeitspumpe und nicht als Meßpumpe ausgeführt, so daß auftretender temperaturabhängiger Drehzahldrift, veränderliche Lagerreibung und sonsti­ ge Nachteile, die in der Größe und der eigentlichen Aufgabe der Pumpe be­ gründet sind, bei einem solchen Antrieb nicht optimal kompensiert und Ände­ rungen im Pumpenstrom aufgrund geänderter Viskosität nicht exakt erkannt werden können. Auch kann ein solches System nur Vergleichsmessungen vor­ nehmen, wobei die Viskosität einer Flüssigkeit zuerst, wie oben beschrieben, von Hand gemessen und abgeglichen werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen gegenüber Viskositätsänderungen empfindlicheren und echte Viskositätswerte liefernden Viskositätsmesser und ein verbessertes Verfahren zur Viskositätsregelung zur Verfügung zu stellen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkma­ len erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Teile der in den Patentan­ sprüchen 1 bzw. 7 angegebenen technischen Lehren vermittelt. Die Erfindung dient insbesondere dazu, die Viskosität der Farbe eines Druckwerkes über den gesamten Produktionsablauf kontinuierlich zu messen und ggf. Viskositätsän­ derungen selbständig zu korrigieren, so daß eine gleichbleibende farbab­ hängige Druckqualität erzielt wird.

Zur Kombination können beispielsweise Schwebekörper-Durchflußmesser ge­ mäß der DE 34 11 156 A1 oder DE 39 41 981 A1 und Durchflußmesser mit ro­ tierendem Meßkörper gemäß der DE 36 12 714 C2, DE 31 13 112 C2, DE-AS 23 37 948, DE 37 03 117 A1 oder auch hochgenaue Meßpumpen eingesetzt werden, wobei letztere auch vor dem Schwebekörper-Durchflußmesser pla­ ziert sein können.

Von besonderem Vorteil ist dabei, daß jeweils für ihre Aufgabe optimierte Bauteile eingesetzt werden können und daß durch die Kombination zweier bekannter, aber auf unterschiedlichen Prinzipien beruhenden Durchflußmen­ genmesser zwei von einander unabhängige Meßwerte erzeugt werden, die es ermöglichen, bei bekannter Temperatur und bekanntem Systemdruck über die Regel- und Anzeigeeinheit, beispielsweise mittels gespeicherte Viskositätskur­ ven des eingesetzten Fluids, echte Viskositätswerte angeben zu können. Dies ist bei den bekannten kontinuierlich arbeitenden Viskositätsmessern nicht möglich, sie liefern in Verbindung mit diskontinuierlichen Meßverfahren nur relative Werte in Bezug auf geänderte Viskositäten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung weist der Viskositätsmesser eine eigene, entsprechend der zu fördernden Pro­ benmenge kleine Förderpumpe auf, die über elektrische Verbindungen mit der Regel- und Anzeigeeinheit verbunden ist. Der Viskositätsmesser kann damit unabhängig von einer großen Leistungspumpe betrieben werden, so daß er an jedem denkbaren Gerät, welches mit Fluiden arbeitet, nachrüstbar ist. Vorteilhafterweise kann er auch mit einem Temperaturfühler oder zusätz­ lich mit einem Drucksensor ausgestattet sein, da bekanntlich die Viskosität mit steigender Temperatur und z. T. mit steigendem Druck fällt.

Solche verkleinerten und optimierten Bauteile haben nicht nur den Vorzug genauer hergestellt werden zu können und genauer messen zu können, bzw. empfindlicher auf Viskositätsänderungen anzusprechen, sondern sie erzeugen auch einen sehr viel geringeren Strömungswiderstand und verringern die auf­ tretenden Druckverluste.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schwebekörper des Schwebekörper-Durchflußmessers selbst als rotierender Meßkörper ausgeführt ist, der von vorbeiströmendem Fluid um seine vertikale Achse in Drehung versetzbar ist und dessen Drehung bevorzugt, ebenso wie seine Lage, von berührungsfreien Meßwertaufnehmern detektierbar ist.

Mit Hilfe dieses erfinderischen Viskositätsmessers läßt sich ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Viskositätsregelung von Fluiden verwirklichen, was bisher so nicht möglich gewesen ist.

Wenn die gewünschte Viskosität dem gemessenen Viskositätswert entspricht, befindet sich das System in einem Ruhezustand, in dem sich der Schwebekör­ per im Schwebekörper-Durchflußmesser in einer Referenzlage befindet und der Durchflußmesser mit rotierendem Meßkörper einen bei bekanntem Druck und bekannter Temperatur für die Viskosität charakteristischen Wert liefert. Erfolgt beispielsweise durch Zufüllen von Farbstoff in das Flüssigkeitsreservoir eine Erhöhung der Viskosität, wird bei gleichbleibender Fördermenge der Schwebekörper die Referenzlage verlassen und nach oben steigen. Dieses wird von der Regel- und Anzeigeeinheit registriert, die daraufhin den Durch­ fluß entsprechend vermindert, was dazu führt, daß zwar der Schwebekörper wieder seine Referenzlage einnimmt, nun aber die Drehzahl des rotierenden Meßkörpers des zweiten Durchflußmessers gegenüber der Solldrehzahl ab­ sinkt. Diese Drehzahldifferenz ist proportional zur Viskositätsänderung. Die Regel- und Anzeigeeinheit sorgt nun über ein angeschlossenes Stellglied da­ für, daß der im Flüssigkeitsreservoir vorhandenen Flüssigkeit so lange viskosi­ tätssenkende Stoffe, wie zum Beispiel Verdünnung, zugeführt werden, bis das die Drehzahl des rotierenden Meßkörpers des zweiten Durchflußmessers bei gleichzeitiger Referenzlage des Schwebekörpers des Schwebekörper-Durch­ flußmessers wieder mit der Solldrehzahl übereinstimmt.

Wenn der Viskositätsmesser an einer Vorrichtung mit bestehender Druckver­ sorgung angeschlossen wird, kann die Steuerung des Durchflusses über ein vorgeschaltetes Ventil erfolgen, anderenfalls über eine separate Förderpumpe für den geringen Probenstrom der zu kontrollierenden Flüssigkeit. In diesem Fall könnten die Förderpumpe und der Durchflußmesser mit rotierendem Meßkörper auch einteilig ausgeführt und auch vor dem Schwebekörper- Durchflußmesser angeordnet sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich zusammen mit den weiteren Unteransprüchen.

Nachfolgend ist der prinzipielle Aufbau des Viskositätsreglers anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines mit einer Regel- und Anzeige­ einheit ausgestatteten Viskositätsmessers.

Der Viskositätsmesser weist einen Kreislauf für das Fluid 6 auf, dessen Viskosi­ tät zu bestimmen ist. Der Zulauf 12 taucht in ein Reservoir ein, aus dem das Fluid von einer Förderpumpe 4 durch den Schwebekörper-Durchflußmesser 1 und anschließend durch den Durchflußmesser 2 mit rotierendem Meßkörper durch den Rücklauf 11 zurück in das Reservoir gefördert wird.

Der Schwebekörper-Durchflußmesser 1, der Durchflußmesser 2 mit dem rotie­ renden Meßkörper und die Förderpumpe 4 sind über elektrische Verbindun­ gen 7, 8, 10 mit der Regel- und Anzeigeeinheit 3 verbunden, die aus den mit Hilfe der Durchflußmesser 1, 2 gewonnenen Meßwerten die tatsächliche Vis­ kosität errechnet und anzeigt. Weiterhin ist sie über eine elektrische Verbin­ dung 9 mit einem Stellglied 5 zur Viskositätsänderung verbunden, welches je nach Bedarf viskositätssenkende oder viskositätserhöhende Stoffe dem im Re­ servoir befindlichen Fluid zumischt.

Claims (11)

1. Viskositätsmesser zur kontinuierlichen Messung der Viskosität von Fluiden einer bekannten Temperatur in einem Rohrsystem mit einem Zulauf für das Fluid, einem kontinuierlichen Fluidförderer, einem einen rotierenden Meßkör­ per aufweisenden Durchflußmengenmesser mit daran angeschlossener Anzei­ gevorrichtung für Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert und mit einem Rücklauf, gekennzeichnet durch die Kombination eines ersten Schwe­ bekörper-Durchflußmessers (1) für vertikale Meßströmungen als Sollwertvor­ geber und eines zweiten Durchflußmengenmessers (2) mit rotierendem Meß­ körper, sowie durch eine mit diesen beiden Durchflußmessern über elektri­ sche Verbindungen (7, 8) angeschlossene Regel- und Anzeigeeinheit (3) für die gemessene Viskosität.

2. Viskositätsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu­ lauf (12) in ein Reservoir eintaucht und in dem Rohrsystem eine eigene För­ derpumpe (4) für die Probemenge des Fluids (6), vorzugsweise vor den Durchflußmessern (1, 2), angeordnet und die Förderpumpe (4) über elektri­ sche Verbindungen (10) an die Regel- und Anzeigeeinheit (3) angeschlossen ist.

3. Viskositätsmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebekörper des Schwebekörper-Durch­ flußmessers (1) als durch das durchfließende Fluid um seine vertikale Achse in Drehung versetzbarer rotierender Meßkörper ausgebildet ist und der Schwe­ bekörper-Durchflußmesser (1) zusätzlich zu den Meßwertaufnehmern der Schwebehöhe Meßwertaufnehmer für die Drehgeschwindigkeit des Schwebe­ körpers aufweist und beide Meßverfahren in einem Durchflußmesser zusam­ mengefaßt sind.

4. Viskositätsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel- und Anzeigeeinheit (3) durch elektri­ sche Verbindungen (9) mit einem Stellglied (5) verbunden ist, über das viskosi­ tätssenkende oder viskositätserhöhende Zusätze in das Fluidreservoir zu­ mischbar sind.

5. Viskositätsmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem separaten Temperaturfühler versehen und in einem Handgerät integriert ist.

6. Viskositätsmesser nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er für alle Anwendungsfälle und Fluidformen anpaßbar und nachrüstbar ist.

7. Verfahren zur Viskositätsregelung, bei dem ein Fluid (6) bekannter Tempe­ ratur aus einem Reservoir durch ein mit einem Meßrotor versehenen Leitungs­ system gefördert wird, wobei die Umdrehungszahl des Meßrotors in einen elektrischen Vergleichswert umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid (6) zunächst durch einen Schwebekörper-Durchflußmesser (1) gelei­ tet wird, wobei die Lage des Schwebekörpers durch Erhöhung oder Verminde­ rung des Durchflusses auf eine mittlere Referenzlage eingeregelt wird, wonach das Fluid (6) durch einen Durchflußmengenmesser (2) mit rotierendem Meß­ körper und durch einen Rücklauf (11) mindestens teilweise wieder in das Reser­ voir zurückfließt und die gewonnenen Meßwerte einer Regel- und Anzeigeein­ heit (3) zugeführt werden, die einen Viskositätswert errechnet, mit einem vor­ gewählten Wert vergleicht und über ein Stellglied (5) dem Reservoir viskosi­ tätssenkende oder viskositätssteigernde Zusätze beimischt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Durchflusses bei vorhandener konstanter Pumpenleistung ein Durchfluß­ ventil weiter geöffnet oder geschlossen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Durchflusses bei Fluidförderung mittels einer eigene Förderpumpe (4) de­ ren Pumpenleistung bzw. Strom und/oder Spannung verändert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstantem Durchfluß und einer uner­ wünschten Erhöhung der Viskosität der Schwebekörper im Schwebekörper- Durchflußmesser (1) aus der Referenzlage nach oben steigt, worauf der Durchfluß von der Regel- und Anzeigeeinheit (3) so weit verringert wird, daß der Schwebekörper wieder die Referenzlage erreicht, wobei die Drehzahl des rotierenden Meßkörpers absinkt und diese Drehzahldifferenz proportional zur Viskositätsänderung ist, wonach dem Fluid (6) so lange viskositätsvermindern­ de Stoffe beigefügt werden, bis die Solldrehzahl des Meßkörpers bei Refe­ renzpunktlage des Schwebekörpers wieder erreicht ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstantem Durchfluß und einer uner­ wünschten Verringerung der Viskosität der Schwebekörper im Schwebekörper- Durchflußmesser (1) aus der Referenzlage nach unten sinkt, worauf der Durchfluß von der Regel- und Anzeigeeinheit (3) so weit erhöht wird, daß der Schwebekörper wieder die Referenzlage erreicht, wobei die Drehzahl des ro­ tierenden Meßkörpers steigt und diese Drehzahldifferenz proportional zur Vis­ kositätsänderung ist, wonach dem Fluid (6) so lange viskositätssteigernde Stoffe beigefügt werden, bis die Solldrehzahl des Meßkörpers bei Referenz­ punktlage des Schwebekörpers wieder erreicht ist.