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"Vorrichtung zum Messen der Säuredichte, insbesondere fIlr Säuren
zum Polieren von Glas" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Säuredichte,
insbesondere tr Säuren zum Polieren von Glas, mit einem in vorbestimmter Höhe mit
Säure füllbaren Meßbehälter und darin gehaltenem Schwimmer sowie mit einem von der
jeweiligen Schwimmerstellung beeinflußbaren Indikator.
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Es ist bekannt, die Dichte von Säuren oder Säuremischungen mit Hilfe
von Schwimmeranordnungen zu messen, indem der Schwimmer in einen Mebehälter eingebraoht
wird, der seinerseits mit einem vorbestimmten Volumen der zu messenden Säure gefüllt
wird. Je nach Dichte der Säure ergeben sich unterschiedliche Auftriebskräfte, die
auf den Schwimmer wirksam werden und damit unterschiedliche Schwimmerstellungen,
die ein Kriterium für die Säuredichte sind. Mit Hilfe einer an dem Neßbehälter angeordneten
Meßskala und einer mit dieser Skala zusammenwirkenden Schwimmerstange kann dann
bei entsprechender Eichung der Skala an dieser unmittelbar die Säuredichte abgelesen
werden.
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Derartige von Hand zu betätigende Einrichtungen, die auch als sog.
Spindeln bekannt geworden sind, dienen u.a. auch für die Messung der Säuredichte
von Polierbädern, die zum Polieren von Glas, insbesondere Bleikristallglas, Verwendung
finden.
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Die Einhaltung einer bestimmten Säurekonzentration bei den vorgenannten
Polierbädern ist für die Erzielung günstiger Arbeitsbedingungen von großer Bedeutung.
Eine Änderung der Säuredichte führt bei derartigen Polierbädern weiterhin dazu,
daß die Behandlungseit der Gläser mit Verringerung der Säuredichte erheblich zunimmt
und sich je nach Glasart von 10 - 15 Minuten, bei frischer Säure bis auf 75 Minuten,
verlängern kann, wenn die Säuredichte nicht in kurzen Zeitabständen ermittelt und
entßprechende Mengen Frisch säure zugegeben werden.
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Um die Säuredichte in engen Grenzen einzuhalten, ist es somit erforderlich,
die Messungen in relativ kurzen Zeitabständen vorzunehmen. Derartige häufige Messungen
erfordern nicht nur einen erheblichen Zeitaufwand, sondern bilden auch eine beachtliche
Gefabrenquelle, da die Säuren der Polierbäder sehr aggressiv sind und von Hand den
Bädern entnommen werden müssen sowie nach der Messung wieder in die Bder zurückzuführen
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile
zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art eo weiterzubilden,
daß ohne die bisher notwendige manuelle Arbeit zu jeder Zeit die Säuredichte feststellbar
und bei entsprechender Ausbildung des Indikators die Vorrichtung als Glied eines
Regelkreises für die Konstanthaltung der Säuredichte innerhalb vorbestimmter Grenzwerte
verwendbar ißt.
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Zur Lösung vorstehender Aufgabe kennzeichnet sich die genannte Vorrichtung
erfindungsgemäß dadurch, daß der Meßbehälter zur kontinuierlichen Messung und kontinuierlichen
Beeinflussung der Indikators mit einer Säurepumpe verbunden und als t;berlaufgefäß
mit konzentrisch zum Schwimmer angeordneten Zu-und Abströmöffnungen für die Säure
zum Schwimmerraum ausgebildet ist, wobei die Zuströmöffnungen zugleich als Drosselöffnungen
mit im Vergleich zum Meßbehälterquer.ohnitt geringem Gesamtquerschnitt ausgebildet
sind.
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Der neuen Vorrichtung kann somit mittels der im allgemeinen aus Kunststoff
hergestellten 8§urepumpe laufend die zu messende Säure zugeführt und durch die vorgesehenaiüberströmöffnungen
wieder dem Entnahmebehälter, beispielsweise dem Säurearbeitebehälter, zugeleitet
werden, so daß eine kontinuierliche Messung der Säuredichte ermöglicht wird. Die
Zuströmöifhungen sorgen dabei dafür, daß die Strömungageschwindigkeit der Säure
im Schwimmerraum in solchen Grenzen
gehalten wird, daß der hierdurch
bedingte zusätzliche Auftrieb des Schwimmers in vernachlässigbar kleinen Grenzen
bleibt. Durch die symmetrische Zuführung und Abführung der Säure wird eine fcrtlaufende
Erneuerung der Säure über den gesamten Querschnitt des Neßgefäßes sichergestellt
und gleichzeitig eine Auslenkung des Schwimmers vermieden, so daß dieser frei von
der Meßflüssigkeit getragen wird.
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Eine bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung ist mit einem Meßbehälter
ausgerüstet, der eine Vorkammer mit einem Anschlußstutzen für die Verbindung zur
Säurepumpe aufweist, wobei zwischen der Vorkammer und dem Schwimmerraum eine mit
den Zuströmöffnungen versehene Trennwand vorgesehen ist. Durch diese Vorkammer wird
trotz der einseitigen Zuströmung der Neßflüssigkeit eine gleichmäßige Verteilung
auf den gesamten Meßbehälterquerschnitt in einfacher Weise erzielt.
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Eine besondere kompakte Ausbildung der Vorrichtung ergibt sich, wenn
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Meßbehälter mit symmetrisch angeordneten
Überlaufrohren ausgerüstet ist, die sich parallel zur Längsachse des Neßbehälters
durch den Schwimmerraum und durch die Vorkammer hindurch zu einem Sammelraum für
die rückzuführende Säure erstrecken. Bei dieser Ausführung dienen die Überlaufrohre
gleichzeitig als Zentrierhilfen fur den Schwimmerkörper,
da er bei
entsprechender Anordnung der Rohre, selbst bei seitlicher Auslenkung, nicht an die
Wandung des Meßbehälters gelangen kann, sondern allenfalls an die Überlaufrohre-und
somit weitgehend im Zentrum des Meßbehälters verbleibt.
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Um eine Stabilisierung des Schwimmers in der Meßflüssigkeit zu erzielen
und auch Rotationsbewegungen des Schwimmers zu unterbinden, ist bei einer bevorzugten
Ausführung der Vorrichtung vorgesehen, daß der Schwimmer mit Flügeln und daran angeordneten
oder angeformten Führungsnocken ausgerüstet ist. Wenn sich die Flügel zwischen die
Uberlaufrohre erstrecken, wird eine Rotationsbewegung des Schwimmers automatisch
verhindert, wobei im Falle der Berührung der Flügel mit den Rohren oder mit der
Wandung des Meßbehälters nur geringe Haftkräfte auftreten können und der Schwimmer
auf diese Weise allein durch die geringfügige Strömungsbewegung wieder in die freischwimmende
Lage überführt wird.
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Der von der jeweiligen Schwimmerstellung beeinflußbare Indikator kann
in verschiedenster Weise ausgebildet sein.
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So ist seine Ausführung als reine Anzeigeeinrichtung oder aber als
in einen Regelkreis einschaltbare Meßeinrichtung möglich. Die jeweilige Ausführung
richtet sich danach, ob die Messung kapazitiv, induktiv, magnetisch oder mit Isotopen
ausgeführt werden soll. In all diesen Fällen stellt sich das Meßergebnis als eine
elektrische Größe dar, welche
einem Verstärker zugeleitet und fUr
eine Fernanzeige und/oder zur Regelung, beispielsweise durch Kontaktgabe, verwendet
werden kann.
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Es empfiehlt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, den Schwimmerkörper
oder ein mit dem Schwimmerkörper verbundenes Element, wie beispielsweise eine Schwimmerstange
oder dgl., als Teil des Indikators oder Träger eines Indikator teilee auszubilden.
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Im Falle einer gewünschten kapazitiven Messung kann der Schwimmer
mit einem zusätzlichen Meßzylinder versehen werden, der in die Zylinderwandung eines
Meßkörpers mit einer Metalleinlage hineinragt, wobei die beiden Zylinder auf unterschiedliche
Potentiale gebracht werden, so daß bei Veränderung der Schwimmerstellung die Kapazität
zwischen den beiden Zylindern verändert und diese Veränderung über einen entsprechenden
elektrischen Kreis nach Verstärkung zur Anzeige und Regelung verwendet wird.
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Im Falle der magnetischen Messung kann ein Teil des Schwimmerkörpers
als Dauermagnet ausgeführt werden, der mit einem an dem Meßkörper angebrachten Empfänger;
mit Geber zusammenwirkt.
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Bei der Isotopenmessung wird beispielsweise die mit dem Schwimmer
verbundene Meßetange mit einem mit Kobalt 60 bestrahlten Geber, s.t.nzu«ttgp$tup,
ausgerüstet und im
Deckel des Gehäuses zur Aufnahme des Indikators
ein strahlungsempfindlicher Empfänger eingebaut, der die Intensität der Strahlung
mißt, die dann durch eine entsprechende Verstärkereinrichtung ausgewertet werden
kann.
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Außer den geschilderten MeBmöglicbkeiten läßt sich in bekannter Weise
auch eine induktive Messung oder aber eine Messung mittels fotoelektrischer Einrichtungen
vornehmen, die in gleicher Weise wie die beschriebenen Vorrichtungen geeignet sind,
über Verstärkereinrichtungen Kontakte zu betätigen, die beispielsweise mit elektrischen
Zulaufventilen in Verbindung stehen, so daß je nach Stellung des Schwimmers Frisobsäure
in einem entsprechenden Maße zugeführt wird. Dabei besteht die Möglichkeit einer
stufenweisen Regelung oder aber einer Proportionalitätsregelung, wobei im einfachsten
Falle, d.h. bei einer Zweipunktregelung, eine zeitgesteuerte Zugabe der Frischsäure
oder bei Polierbädern für Glas der verschiedenen Säuremedien erfolgt, bis der durch
das Meßgerät festgestellte Sollwert erreicht ist.
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Die beschriebene Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen und zur kontinuierlichen
Beeinflussung des Indikators eröffnet in Verbindung mit einer Einrichtung zur Vorreinigung
der Säuren durch Befreiung von Fremdstoffen, insbesondere Bestatoffteilchen, die
Möglichkeit, eine automatische
Konstanthaltung der Säuredichte in
einem Polierbad vorzunehmen, so daß optimale Arbeitsbedingungen für dieses Polierbad
eingehalten werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
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Fig. 1 zeigt die neue Vorrichtung in Verbindung mit einem Säurebehälter.
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Fig. 2 atellt den Meßbehälter der neuen Vorrichtung in Schnittansicht
dar.
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Fig. 3 zeigt den Meßbehälter in Seitenansicht mit aufgesetzte, geschnitten
dargestelltem Indikator.
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In den Figuren ist eine Vorrichtung zum Messen der Säuredichte für
Säuren zum Polieren von Glas dargeetellt. Die Säure, deren. Dichte erfindungsgemäß
kontinuierlich bestimmt werden soll, befindet sich in einem Behälter 1; es kann
sich dabei um das Arbeitsgefäß handeln, in dem das Glas poliert wird.
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Eine säurebeständige Pumpe 2 saugt atändig Säure über ein Saugrohr
3 aus dem Bester 1. Von der Förderseite der Pumpe 2 wird die Säure über ein Förderrohr
4 in einem Meßbehälter 5 eingeleitet. Das Ergebnis der im Meßbehälter 5 durchgeführten
Dichtemessung wird von einem Indikator 6
angezeigt und/oder in
die Form geeigneter elektrischer Signale umgewandelt. Der Indikator 6 ist oben auf
den Meßbehälter 5 aufgesetzt. Die ggfs. abgegebenen elektrischein Signale werden
nicht gezeigten Regeleinrichtungen zugeführt, welche die Säuredichte selbsttätig
auf einem gewählten Wert konstant halten. Aus dem Meßbehälter 5 wird die Säure über
ein Ablaufrohr 7 in den Behälter 1 zurückgeleitet. So wird ein ständiger SäurekreislauS
zwischen dem Behälter i'und dem Meßbehälter 5 erzeugt, und es besteht die Gewähr
dafür, daß jegliche eintretenden Dichteänderungen der Säure bm Behälter 1 kurzfristig
danach auch vom Indikator 6 angezeigt werden.
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Der Aufbau des Meßbehälters 5 ist aus der Schnittansicht in Fig. 2
ersichtlich. Ein aufrechtstehender Hohlzylinder 8 ist am unteren Ende mit einer
Bodenplatte 9 verschlossen.
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In einem Abstand oberhalb der Bodenplatte 9 ist in dem Hohlzylinder
8 eine Trennwand 10 eingesetzt, die entweder nur einige wenige Zuströmöffnungen
mit bestimmtem geringem Querschnitt aufweist oder mit radialem Spiel in den Hohlzylinder
8 eingepaßt ist, so daß eine Zuströmöffnung 11 in Gestalt eines schmalen Ringspaltes
zwischen dem Außenrand der Trennwand 10 und der Innenseite des Hohlzylinders 8 entsteht.
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Der zwischen der Trennwand 10 und der Bodenplatte 9 liegende Raum
bildet eine Vorkammer 12. In diese Vorkammer 12
mündet das Förderrohr
4, in das ein Absperrventil 13 (Fig.1) eingeschaltet ist, seitlich durch die Wandung
des Hohlzylinders 8 ein. Der Säurefluß ist in der Fig. 2 durch Pfeile angezeigt.
Die gesamte Querschnittsfläche der Zuströmöffnung, d.h. des Ringspaltes, ist so
klein gehalten, daß eine starke Drosselung der Strömung der Säure in einen oberhalb
der Vorkammer 12 liegenden Schwimmerraum 14 erreicht wird.
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Diese Drosselung ist wichtig, um zu verhindern, daß ein im Schwimmerraum
14 befindlicher spindelförmiger Schwimmer 15 außer durch dichteabhängigen Auftrieb
auch einen Auftrieb durch Strömungakräfte erfährt.
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Eine Anzahl von Überlaufrohren 16, die parallel und konzentrisch zur
Achse des Hohlzylinders 8 verlaufen, definieren durch die Lage ihrer in einer gemeinsame
Ebene angeordneten oberen Enden die Höhe des Säurestandes im Schwimmerraum 14.
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Die Uberlaufrohre 16 durchsetzen die Bodenplatte 9 und münden mit
den unteren Enden in einen Sammelraum 17, der unter der Vorkammer 12 liegt. Das
Ablaufrohr 7 mündet in diesen Sammelraum 17.
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Die Uberlaufrohre 16 dienen zur Zentrierung des Schwimmers 15. Dieser
ist zu diesem Zweck mit Flügeln 18 ausgerüstet, welche Nocken 19 tragen. Die Nocken
19 sollen dem Entstehen
von Haftkräften vorbeugen, die durch flächige
Berührungszonen zwischen den Flügeln 18 und den Überlaufrohren entstehen können.
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Die Höhenlage des Schwimmers 15 im Schwimmerraum 14 wird von einer
Stange 20, die am oberen Ende des Schwimmers 15 befestigt ist und im wesentlichen
längs der Hohl zylinderachse verläuft, im Indikator 6 angezeigt.
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Der Indikator 6 ist unmittelbar auf das obere Ende des Hohlzylinders
8 aufgesetzt und bildet dessen oberen AbschluB.
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Bei dem im Ausführungebeispiel in Fig. 3 gezeigten Indikator handelt
es sich um eine Anzeigevorrichtung.
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Der Indikator 6 besitzt zwei hermetisch gegeneinander abgedichtete
Räume 21,22. Der Raum 21 ist gegen das Innere des Meßbehälters 14 abgedichtet und
nimmt eine Lichtquelle 23, z.B. eine Leuchtstofflampe, auf. Der andere Raum 22 steht
über eine Durchgangsöffnung 24 in einer Bodenplatte 25 des Indikators 6 mit dem
Meßbehälter in Verbindung und fluchtet auch mit der Stange 20. Die Stange 20 ist
mit radialem Spiel durch die Durchgangs öffnung 24 hindurchgefügt.
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Die zur Lichtquelle 23 weisende Innenwand 26 und die gegenüberliegende
Außenwand 27, welche den Raum 22 begrenzen,
sind lichtdurchlässig
ausgebildet, z.B. aizglasklarem oder transparentem Kunststoff, wie Polyvinylchlorid,
hergestellt. Die Außenwand 27 ist außerdem mit einer Skala 28 auagerüstet.
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Der Schatten, den das obere Ende 29 der Stange 20, das im Raum 22
dichteabhängig auf- und abbewegt wird, auf die Skala 28 wirft, weil die Stange ein
Hindernis für das von der Lichtquelle 23 ausgestrahlte Licht darstellt, erlaubt
eine einwandfreie Ablesung an der Skala.
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Der Raum 22 muß wegen des aggressiven Charakters der Säure auch gegen
die Atmosphäre dicht abgeschlossen sein. Durch das Ein- und Ausfahren der Stange
20 in bzw. aus diesem Raum wird aber das Luft- bzw. Gasvolumen dieses Raumes verkleinert
oder vergrößert, Damit dadurch keine Beeinflussung bzw. Verfälschung der Schwimmerlage
eintreten kann, ist der mit dem Raum 22 über die Durchgangsöffnung 24 kommunizierende
obere Bereich des Schwimmerraumes 14 mittels einer Rohr- und/oder Schlauchleitung
30 entlüftet. Das offene Ende dieser Leitung 30 wird an einer Stelle angeordnet,
an der keine Luftverunreinigung verursacht werden kann.