DE2509264C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Fließeigenschaften von Bitumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Fließeigenschaften von Bitumen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, die Viskosität einer Flüssigkeit zu messen, indem eine Probe unter laminaren Strömungsbedingungen durch einen hydraulischen Widerstand geleitet und die Durchflußmenge gemessen wird. Die Messung erfolgt bei gleichbleibender Temperatur, z. B. in einem Bad, das mit einem Thermostaten bei konstanter Temperatur gehalten wird. Dieses Arbeiten bei konstanter Temperatur ist absolut wichtig für Produkte wie Schmieröle und Heizöle. Bei Anwendungen, bei denen Flüssigkeitsviskositäten, insbesondere hohe Viskositäten in einem weiten Bereich, wie beispielsweise bei Bitumen, auftieten, sowie für Messungen in der laufenden Produktion sind solche Viskosimeter jedoch ungeeignet.

Ferner ist ein Viskosimetersystem bekannt, bei dem flüssig Brennstoff durch ein Kapillarrohr geleitet wird und die Regelung der Heiztemperatur in Abhängigkeit von dem Druck am Anfang des Kapillarrohres vorgenommen wird. Auf diese Weise soll die Viskosität des Brennstoffs innerhalb eines bestimmten Bereiches gehalten werden. Zweck dieser Einrichtung ist es, die Brennstoffzufuhr zu einer Injektionsmaschine unabhängig von der Qualität des verwendeten Brennstoffs konstant zu halten. Der Brennstoff wird daher soweit erwärmt, daß er die gewünschte Viskosität hat. Die Temperatur, auf die der Brennstoff in dem Viskosimetersystem erwärmt wird, wird nicht gemessen.

Zwar sind Kapillar-Viskosimeter zur Bestimmung der Viskosität von ölprodukten bekannt. Diese Viskosimeter arbeiten bei konstanter Temperatur unter Verwendung eines Ölbades. Ihre maximale Betriebstemperatur liegt bei ca. 1 35"C, so daß härtere Bitumenarten eine viel zu hohe Viskosität haben, um mit derartigen Viskosimetern Messungen durchführen zu können. Außerdem hat sich die Beziehung zwischen der Penetrationszahl und der Viskosität bei Bitumen als nicht linear erwiesen, so daß von der Eindrückbarkeit eines Stoffes nicht mit hinreichender Genauigkeit auf die Viskosiläl geschlossen werden kann,

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das sich bei der laufenden Produktion und Verladung von Bitumen einsetzen läßt Und bei Mischvorgängen unverzüglich das Meßergebnis zur Verfügung stellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß

vorgesehen, daß die Viskosität des Bitumens mit der Temperatur als Stellgröße auf einen vorgegebenen und konstanten Wert geregelt und die Temperatur gemessen wird.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß man eine zuverlässige Kenngröße für die mechanischen Bitumeneigenschaften erhält, wenn an Stelle einer Viskositätsmessung bei konstanter Temperatur eine Temperaturmessung bei konstanter Viskosität durchgeführt wird. Die Beziehung zwischen der äquiviskosen Temperatur und dem Logarylhmus der Penetrationszahl hat sich als linear erwiesen, obwohl die genaue Eichung für Bitumenarten von sehr unterschiedlichen Rohölen verschiedenartig ist Das Verfahren eignet sich fur die laufende Überwachung bei der Herstellung von Bitumenmischungen sowie auch für die Untersuchung einzelner Proben im Labor.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer an die Enden eines von dem Bitumen mit konstantem Durchsatz durchflossenen Kapiüarrohrcs angeschlossenen Dificrenzdrückrneßeinrichtung, die über einen Regler auf eine Heizvorrichtung im Sinne einer konstanten Druckdifferenz einwirkt, ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kapillarrohr ein Temperaturfühler angeordnet ist.

Der Regler, dem die Ausgangssignale der Differenzdruckmeßeinrichtung zugeführt werden, hält einen vorbestimmten Differenzdruck in dem von dem Kapillarrohr gebildeten Widerstand aufrecht. Als Regler kann ein Proportional-Integral-Regler mit Vorhalt verwandt werden. Die Heizvorrichtung sollte eine geringe Wärmeträgheit haben, damit die Regelung mit möglichst geringer Verzögerung erfolgt. Das Kapillarrohr sollte eine Länge von wenigstens 50 cm vorzugsweise von 50 bis 500 cm haben, und sein Bohrungsdurchmesser sollte 2 bis 5 mm betragen.

Bei Anwendungen, bei denen die Flüssigkeit eine hohe Viskosität hat, kann ein chemischer Verschluß

■to zwischen Flüssigkeit und Differenz,iruck-Meßeinrichtung angeordnet werden, um zu starkes Erhitzen der Leitungen zur Aufrechterhaltung der Dünnflüssigkeit der Flüssigkeit zu vermeiden. Geeignet ist hierbei eine Methode, bei der eine Membran aus nichtrostendem Stahl verwendet wird, die den Druck von der Arbeitsflüssigkeit auf eine Absperrflüssigkeit auf der Meßumformerseite überträgt. Diese Methode ist bei Bitumen anwendbar.

Die Viskosität von Bitumen wird normalerweise als »Penetrationszahl«, d. h. als Eindringtiefe einer Spezialnadel in eine Bitumenprobe bei 25°C unter bestimmten Bedingungen, angegegeben. Zur Kontrolle und Regelurg kann diese »Penetrationszahl« mit der Temperatur, bei der das Bitumen eine bestimmte Viskosität hat, in Beziehung gebracht werden. Die beschriebene Vorrichtung kann somit auch zur Überwachung der Qualität von Bitumen verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildung näher erläutert, in der eine beispielhafte Vorrichtung schemalisch dargestellt ist.

Die Probe gelangt durch eine Leitung 1 in die Vorrichtung. Die gesamte Vorrichtung muß bei einer solchen Temperatur gehalten werden, daß die Probe dünnflüssig bleibt. Dies kann durch entsprechendes

f>5 elektrisches Beheizen erreicht werden. Für Bitumen beträgt diese Temperatur etwa 120⁰C. Die Probe läuft dann durch eine als Zahnradpumpe ausgebildete PräzisiönsdosierpUmpe 2, die von einem Synchronmo-

tor 3 mit konstanter Drehzahl angetrieben wird.

Ein Erhitzer 4 mit niedriger Wärmekapazität dient zum Stellen der Temperatur der Probe, bevor sie in die MeOkapillare 5 (hydraulischer Widerstand) gelangt. Die Meßkapillare 5 aus nichtrostendem Stahl hat im allgemeinen eine Länge von 1 m und eine Bohrung von 3 mm und ist gewandelt. Sie hat eine niedrige Wärmekapazität, so daß ein schnelles Ansprechen auf Temperaturänderungen in der Probe erreicht wird. Nach dem Durchgang durch die Meßkapillare 5 verläßt die Probe das Viskosimeter durch Leitung 13.

Der Druck an beiden Enden der Kapillare wird mit einem üblichen Differenzdruck-Meßumformer 6 gemessen. Zur Verhinderung einer Verstopfung der Leitung, die im Meßumformer im Falle eines Temperaturabfalles eintreten kann, werden flexible Membranen 7 aus nichtrostendem Stahl als Verschlüsse zum Übertragen des Drucks von der Arbeitsflüssigkeit auf die Sperrflüssigkeit, z.B. ein Siliconöl, auf der Meßumformerseite verwendet.

Der Regler 8 erhält vom Differenzdruck-Meßumformer 6 ein elektrisches Signal, das mit dem gewünschten Wert verglichen wird. Der Regler 8 steuert dann die Stromzufuhr zum Erhitzer 4 vom Transformator 10 durch Ein- und Abschalten der Stromzufuhr durch die Vorrichtung 9 in einer solchen Weise, daß eine Abweichung null zwischen dem gemessenen und dem gewünschten Wert, d.h. ein vorbestimmter Differenzdruck und eine vorbestimmte Viskosität aufrechterhalten werden.

ίο Die durchschnittliche Temperatur des Öls in der Kapillare 5 wird bei dieser festgesetzten Viskosität gemessen. Diese Temperatur wird als Durchschnittswert von vier Fühlern (Thermoelemente) 11 (a—d), die an der Kapillare 5 befestigt sind, gemessen.

Ein geeichter Schreiben 12 registriert die Durchschnittstemperatur der Probe. Ein Vorratsbehälter 14 mit leichtflüssigem öl, z.B. Schmieröl, dient zum Betreiben oder Spülen des Systems während der Betriebsbereitschaft, bei Stillständen oder bei einem Stromausfaf oder Ausfall des Erhitzers.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Füeßeigenschaften von Bitumen, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des Bitumens mit der Temperatur als Stellgröße auf einen vorgegebenen und konstanten Wert geregelt und die Temperatur gemessen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer an die Enden eines von dem Bitumen mit konstantem Durchsatz durchflossenen Kapillarrohres angeschlossenen Differenzdruckmeßeinrichtung, die über einen Regler auf eine Heizvorrichtung im Sinne einer konstanten Druckdifferenz einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kapillarrohr (5) ein Temperaturfühler (11) angeordnet ist