DE19958689A1 - Verfahren zur Auswertung von Schäumvorgängen - Google Patents
Verfahren zur Auswertung von SchäumvorgängenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/34—Auxiliary operations
- B29C44/60—Measuring, controlling or regulating
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung mindestens eines beim Verschäumen mindestens einer Substanz ablaufenden Schäumvorgangs, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: DOLLAR A a) Aufnehmen und Umwandeln mindestens eines der von dem mindestens einen Schäumvorgang ausgehenden optischen Signale in mindestens ein übertragbares elektronisches Signal mittels eines Aufnahme- und Umwandlungssystems, DOLLAR A b) Auswerten des mindestens einen übertragbaren elektrischen Signals aus Schritt a) mittels eines Verarbeitungssystems.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung von
Schäumvorgängen bzw. -reaktionen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf
ein Verfahren zur einfachen und parallelisierbaren Bestimmung kinetischer
Parameter beim Verschäumen von Substanzen, insbesondere von Reaktions
kunststoffen, wie beispielsweise Polyurethane, Polyester, Epoxide, Harnstoffe
oder Formaldehydharze.
Im Allgemeinen wird die Reaktionskinetik von Schäumreaktionen mit
sogenannten "Foamrise"-Geräten verfolgt. Dabei wird ein Ultraschallerzeuger und
Sensor oberhalb der zu verschäumenden Probe positioniert und aus
Laufzeitunterschieden der Schallwellen die Steighöhe des Schaums berechnet.
Man erhält dadurch eine sogenannte "Foamrise"-Kurve, aus deren Verlauf der
Fachmann die Schäumkinetik ableiten kann. Üblich ist es, die Reaktionszeiten
entweder während des Schäumvorgangs direkt zu beobachten oder aus der
aufgenommenen "Foamrise"-Kurve abzuleiten.
Durch die Verwendung von Ultraschall ist die Auflösung der Steighöhe nur auf
etwa einige Millimeter genau. Es müssen daher relativ große Mengen an
Kunststoff verschäumt werden, um eine hinreichende Genauigkeit zu erhalten.
Üblicherweise verwendet man hier Volumina von etwa 11 Schaum. Geräte dieser
Art sind bekannt. Das entsprechende Meßverfahren ist ebenfalls Stand der
Technik. Es wurde u. a. zusammen mit den entsprechenden Geräten auf der
Fachkonferenz "Polyurethanes Expo 98" in Dallas (Texas) vorgestellt.
Die Verwendung von Ultraschall zum Verfolgen, Beobachten und Messen der
Reaktionskinetik von Schäumreaktionen hat erhebliche Nachteile. Zum einen
erfordert dieses Meßverfahren einen erheblichen apparativen Aufwand, da der
Ultraschallsensor direkt oberhalb der zu verschäumenden Probe angebracht
werden muß. Zum anderen ist die Auflösung, wie bereits angedeutet, durch die
Wellenlänge des Schalls beschränkt und man erhält keine Informationen über die
Gestalt des Schaumes oder über sein Raumgewicht. Nachteilig ist auch, daß mit
einem einzelnen Ultraschallsensor nur jeweils ein Schäumversuch verfolgt werden
kann. Das Meßverfahren ist also nicht parallelisierbar.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine
Vorrichtung bereitzustellen, mit denen man mehrere Schäumreaktionen
gleichzeitig schnell, zuverlässig und möglichst genau auswerten kann. Ein
weiteres Ziel war, die Dichte des entstandenen Schaumes automatisch zu
bestimmen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 der
vorliegenden Erfindung und eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 10.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Auswertung mindestens
eines beim Verschäumen mindestens einer Substanz ablaufenden
Schäumvorgangs bereitgestellt, wobei das Verfahren mindestens die folgenden
Schritte aufweist:
- a) Aufnehmen und Umwandeln mindestens eines der von dem mindestens einen Schäumvorgang ausgehenden optischen Signale in mindestens ein übertragbares elektronisches Signal mittels eines Aufnahme- und Umwandlungssystems,
- b) Auswerten des mindestens einen übertragbaren elektrischen Signals aus Schritt a) mittels eines Verarbeitungssystems.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
zum aufnehmen und Umwandeln der von dem mindestens einen Schäumvorgang
ausgehenden optischen Signale eine Videokamera verwendet. Mit Hilfe dieser
Videokamera wird die Schäumreaktion aufgenommen. Die von der Videokamera
gelieferten Bilder werden sodann an ein geeignetes Verarbeitungssystem
weitergegeben und dort ausgewertet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
zur Auswertung ein Personal Computer verwendet, der mit der entsprechenden
dafür erstellten Software ausgestattet ist. Ebenso wie bei den bekannten, bereits
kurz beschriebenen Meßverfahren, wird auch hier eine Foamrise-Kurve
aufgenommen. Dabei wird die Steighöhe des Schaumes gegen die Zeit
aufgetragen. Mit Hilfe der Software erhält man auch hier über die Steigung der
Foamrise-Kurve Aussagen bezüglich einiger kinetischer Parameter der
Schäumreaktion. Man bekommt beispielsweise Information über einige
Reaktionszeiten, wie die Startzeit, die Steigzeit und den Zeitpunkt der maximalen
Steiggeschwindigkeit.
Weiterhin vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dichte
des Schaumes bestimmt. Nach Erreichen der Steigzeit, d. h. wenn die Foamrise-
Kurve in eine Sättigung übergeht, erhält man mittels der durch die
erfindungsmäßig verwendeten Software ermittelbaren Steighöhe des Schaumes
und den bekannten Abmessungen des Reaktionsbehälters zunächst eine Aussage
über das Volumen des entstandenen Schaumes und zusammen mit der bekannten,
zu Anfang der Reaktion eingesetzten Masse der zu verschäumenden Substanz
letztlich eine Aussage über die Dichte des Schaumes.
Durch Verwendung einer Videokamera zur Dokumentation des Schäumvorgangs
erhält man eine wesentlich höhere Auflösung als bei den bisher bekannten
Meßverfahren erreicht werden konnten. Alle Punkte der Schaumoberfläche
werden vom Bildverarbeitungssystem bezüglich ihrer Lage auf eine Genauigkeit
≦ 1 mm, insbesondere < 1 mm vermessen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß bei
dem Schäumvorgang wesentlich kleinere Behälter verwendbar sind, um die
gleiche oder sogar eine bessere Genauigkeit zu erzielen als es bisher möglich war.
Behälter mit einem Fassungsvermögen im Bereich von etwa 10 bis etwa 1000 ml,
insbesondere von 10 ml bis 500 ml. In einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Endvolumen der entstandenen Schäume
≦ 1000 ml.
Vorzugsweise werden erfindungsmäßig transparente Behälter verwendet. Opake,
d. h. trübe Behälter aus Polyethylen oder Polypropylen sind geeignet. Ganz
besonders sind glasklare Behälter geeignet, wie sie beispielsweise aus Polystyrol
herstellbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden mehrere Schäumreaktionen parallel beobachtet, aufgenommen und
ausgewertet. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr effizient, schnell
und kostengünstig. Zudem lassen sich verschiedene Schäume unmittelbar
miteinander vergleichen, da absolut gleiche Versuchsbedingungen gegeben sind.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Form der bei der Schäumreaktion entstehenden Schaumköpfe
ausgewertet. Über die Form der Schaumköpfe erhält man Angaben über die
Fließfähigkeit des Schaumes.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird das Verfahren automatisiert. Das herkömmliche Verfahren läßt
sich nicht oder nur sehr schwer automatisieren, weil das Volumen des
entstandenen Schaums durch Abscheiden des Kopfes parallel zum Behälter,
dessen Volumen bekannt ist, bestimmt wird. Aus dem bestimmten Volumen und
dem Gewicht des ausgeschäumten Behälters minus des Behältergewichtes ergibt
sich die Schaumdichte. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schaumdichte
automatisch gewonnen, da mit den rotationssymmetrischen Behältern über die
durch Bildverarbeitung bestimmte Querschnittsfläche das Volumen ermittelt
werden kann. Mit Hinzunahme der eingewogenen Rohstoffmengen kann so die
Dichte vollautomatisch bestimmt werden. Auch dies ist mit einer erheblichen
Kosten- und Zeitersparnis verbunden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Aufnahmeeinheit, vorzugsweise die Videokamera an
verschiedenen Stellen zu der zu untersuchenden Probe positioniert, um so ein
dreidimensionales Bild des entstehenden Schaumes zu erhalten. Die
Positionsänderung der Videokamera kann erfindungsgemäß ebenfalls
automatisiert und gesteuert werden, sowohl hinsichtlich der gewünschten
Positionen, die die Videokamera einnehmen soll als auch hinsichtlich der
gewünschten Verweildauer an den unterschiedlichen Positionen. Durch die
Aufnahme von Bildern aus verschiedenen Perspektiven ergeben sich neue
Möglichkeiten für die Beobachtung von Schäumreaktionen, so beispielsweise
lassen sich Aussagen gewinnen über die Hafteigenschaften des Schaumes an
speziellen Oberflächen und/oder über an der Oberfläche des entstehenden
Schaumes herrschende Eigenschaften.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Auswertung mindestens eines
beim Verschäumen mindestens einer Substanz ablaufenden Schäumvorgangs,
wobei die Vorrichtung mindestens die folgenden Elemente aufweist:
- A) mindestens eine Aufnahme- und Umwandlungssystem zur Aufnahme und Umwandlung optischer Signale in übertragbare elektronische Signale,
- B) mindestens ein Verarbeitungssystem zur Auswertung elektronischer Signale.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Aufnahme- und Umwandlungssystem eine
Videokamera.
Ferner wird für das mindestens eine Verarbeitungssystem ein mit einer Software
ausgestattetes Rechensystem, vorzugsweise ein Computer, eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist
die Vorrichtung zusätzlich noch eine Kontroll- und Steuereinheit auf, mit deren
Hilfe die Vorrichtung automatisch gesteuert und gleichzeitig kontrolliert werden
kann.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist die Vorrichtung ferner noch eine Einheit auf, mit deren Hilfe
das Aufnahme- und Umwandlungssystem in seiner Position gegenüber der zu
untersuchenden Probe automatisch verschoben werden kann.
Claims (12)
1. Verfahren zur Auswertung mindestens eines beim Verschäumen
mindestens einer Substanz ablaufenden Schäumvorgangs, wobei das
Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
- a) Aufnehmen und Umwandeln mindestens eines der von dem mindestens einen Schäumvorgang ausgehenden optischen Signale in mindestens ein übertragbares elektronisches Signal mittels eines Aufnahme- und Umwandlungssystems,
- b) Auswerten des mindestens einen übertragbaren elektrischen Signals aus Schritt a) mittels eines Verarbeitungssystems.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) das
Aufnahme- und Umwandlungssystem eine Videokamera ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verarbeitungssystem in Schritt b) ein mit einer Software ausgestattetes
Rechensystem, vorzugsweise ein Computer, ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt b) eine Foamrise-Kurve erstellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt b) mindestens ein kinetischer Parameter des mindestens einen
Schäumvorgangs bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
bei dem mindestens einen Schäumvorgang ein Schaum mit einem
Endvolumen ≦ 1000 ml entsteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine Schäumvorgang in einem transparenten Behälter
stattfindet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt b) die Dichte des bei dem mindestens einen Schäumvorgang
entstehenden Schaums bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verfahren automatisierbar ist.
10. Vorrichtung zur Auswertung mindestens eines beim Verschäumen
mindestens einer Substanz ablaufenden Schäumvorgangs, wobei die
Vorrichtung mindestens die folgenden Elemente aufweist:
- A) mindestens eine Aufnahme- und Umwandlungssystem zur Aufnahme und Umwandlung optischer Signale in übertragbare elektronische Signale,
- B) mindestens ein Verarbeitungssystem zur Auswertung elektronischer Signale.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
mindestens eine Aufnahme- und Umwandlungssystem eine Videokamera
ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
mindestens eine Verarbeitungssystem ein mit einer Software ausgestattetes
Rechensystem, vorzugsweise ein Computer, ist.
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