DE3317486A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der gasbeladung einer fluessigen kunststoffkomponente - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur messung der gasbeladung einer fluessigen kunststoffkomponenteInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Messung der Gasbeladung einer unter den Systemdruck einer Anlage zur Herstellung von
Schaumkunststoff, insbesondere einer Polyurethan-Schäumanlage stehenden, flüssigen Kunststoffkomponente,
bei dem aus einem Tank in periodischen Zeitabständen eine Probemenge in ein Meßgefäß abzweigbar
ist.
Aus der US-PS 4 089 206 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei dem das Meßgefäß
als Dekompressionskammer dient und der Meßwert über den Anstieg der Flüssigkeitssäule aufgrund einer Dekompression
erhalten wird. Dieses Meßverfahren arbeitet verhältnismäßig träge und ermöglicht insbesondere
bei mit Feststoffen, wie z.B. Glasfasern, beladenen flüssigen Kunststoffen nur geringe Meßgenauigkeit, da
die sich verändernde Füllstandshöhe weder mit dem Auge noch mit Füllstandsmeßgeräten mit vertretbarem Aufwand
in der erforderlichen Genauigkeit und Schnelligkeit erfaßbar ist. Auch wird dabei lediglich ein relativer,
kein absoluter Dichtewert gemessen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen
die Messung exakter, absolut und schneller, d.h. auch in kurzen Zeitabsitänden, entsprechend einem quasikontinuierlichen
Meßverfahren durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch wird mit einer
präzise und schnell wirkenden Meßmethode erreicht, daß die Schwankungen im Gas-Beladungsgrad der flüssigen
Kunststoffkomponente in engen Grenzengehalten werden können, wodurch die Erzeugung von Schaumstoffteilen
mit gleichbleibenden Qualitätseigenschaften gewährleistet werden kann.
Vorrichtungstechnisefe wird die Aufgabe zur Durchführung
dee Verfahrens durch die Merkmale aus dem-Kennzeichen
des Anspruchs 2 gelöst. Dadurch lassen sich mit geringem gerätetechnischen Aufwand die für die
Schaumkunststoffherstellung notwendigen Meßergebnisse erzielen» wobei die Messungen in kurzen Zeitabständen
vorgenosaaen werden können, so daß der Grad der
Gasbeladung ständige ähnlich einem kontinuierlich wirkenden Meßverfahren, überprüft werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsfoni weist die ¥orrichtung
zur Messung der Gasbeladung einer flüssigen Kunststoffkomponente dem Kennzeichen des Anspruchs 3
entsprechende Merkmale auf, wodurch die Messung in jedem beliebigen Drucksustand vom Niveau des Systemdrucks
bis zum Atmosphärendruck und Unterdruck vorgenommen werden kann. Dabei ist die Möglichkeit, bei
Atmosphärendruck messen zu können besonders vorteil=» haft, da sich die Herstellerangaben über die spezifischen
Eigenschaften insbesondere das Gasbeladun^er=
mögen der Kunststoffkomponenten in der Regel auf den
Zustand bei Atmosphärendruck beziehen. Dieser Zustand
entspricht auch den Verarbeitungsbedingungen in den Formwerkzeugen, beispielsweise einer Polyurethan-Schäumanlage.
Zweckmäßigerweise besteht die Dichtemeßeinrichtung aus einem am Boden oder der Seitenwand des Meßgefäßes
angeordneten Druckmeßfühler beispielsweise einer Bourdon Meßdose mit der die Meßwerte exakt und verzögerungsfrei
erhalten werden können.
Vorzugsweise ist die Dichtemeßeinrichtung mit Einrichtungen zur Kompensation des über der Flüssigkeitssäule
herrschenden, vom atmosphärischen Druck abweichenden Druckniveaus ausgerüstet, wodurch sich die Dichtewerte
der gasbeladenen Flüssigkeit bei federn beliebigen
Druckzustand ermitteln lassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtemeßeinrichtung ein Rechner nachgeschaltet, in dem
mit Hilfe einiger Anfangs-Meßwerte und im Rechner eingespeicherter Bezugswerte, beispielsweise empirisch
ermittelter Eichwerte und/oder einer physikalischen Gesetzmäßigkeiten entsprechenden mathematischen
Funktion, der Dichtewert der gasbeladenen Kunststoffkomponente vor dem Abschluß der Entspannungsphase
vorbestimmbar ist. Diese Maßnahme trägt besonders zur Verkürzung des Meßvorgangs bei.
Eine weitere Maßnahme zur Beschleunigung des Meßvorgangs kann darin bestehen, die Steuereinheit mit einem,
den Öffnungsvorgang des Entlüftungsventils verzögernden
Zeitschaltglied zu versehen, wodurch bei abgesperrten Ein- und Auslaßventilen und abgesenkten Kolben
die Flüssigkeitssäule einem Unterdruck aussetzbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert, die in schematischer
Darstellung eine Polyurethan-Schäumanlage mit einer Vorrichtung zur Messung, der Gasbeladung
einer flüssigen Kunststoffkomponente zeigt.
Die Polyurethan-Schäumanlage weist einen Mischkopf auf, dem aus einem Polyoltank 2 über eine Polyolleitung
3 mittels einer Polyolpumpe 31 die Kunststoffkomponente
Polyol und dem aus einem Isocyanattank über eine Isocyanat-Leitung 5 mittels einer Isocyanatpumpe
5' die Kunststoffkomponente Isocyanat zuführbar ist. Das in der Polyol-Leitung 3 geförderte Polyol
ist, gesteuert von Ventilen 31 f und 3lfl, zu einem
Gasbeladungsblock 6 abzweigbar, über den,gesteuert
von einem Gas-Regelventil 7, Gas G in das flüssige Polyol eintragbar ist. Das derart ait Gas angereicherte
Polyol wird in den Polyoltank 2 zurückgeleitet.
Yon diesem Polyoltank 2 zweigt eine mit einem steuerbaren Einlaßventil 8 versehene Zuführleitung
9 ab, die in ein Meßgefäß 10 mündet. Das Meßgefäß
ist über einen überlauf 11 mit einem Überlaufgefäß 12 verbunden, dessen Rauminhalt mittels eines Kolbens
13 veränderbar ist. Yom Überlaufgefäß 12 führt
eine mit einem steuerbaren Auslaßventil 14 versehene Auslaßleitung 15 in den Polyoltank 2 zurück. You
Überlaufgefäß 12 führt ferner eine mit einem steuerbaren Entlüftungsventil 16 versehene Druckluftlei»
tung 17 zu einem 4/3-Wegeventil 18, dessen drei Schaltstellungen mit a, b und c gekennzeichnet sind.
Eine weitere Druckleitung 19 führt vom 4/3-Wegeventil
18 zur Unterseite des Kolbens 13. Von den vier gesteuerten Anschlüssen des 4/3-Wegeventils 18
zweigen zwei Anschlüsse zu den Druckleitungen 17 und 19 ab. Die beiden übrigen Anschlüsse führen zu
einer Druckluft-Speiseleitung 20 wad einer mit
einem Dämpfer versehenen Auslaßöffnung 21.
Der Kolben 13 ist über eine Kolbenstange mit eines Stellkolben 22 verbunden, dessen Stellung mittel©
zweier Meßfühler 23 und 24 ermittelter ist» Der Stellkolben 22 ist über ein 4/2-¥egeventil 25 »it
Druckluft steuerbar.
An Boden des Meßgefäßes 10 ist ein Druck-Meßfühler
26, beispielsweise eine Bourdon Dose, ein piezoelektrisches Element oder ein Dehnneßstreifen angeordnet.
Dem Druckmeßfühler 26 sind ein Verstärker
27, ein Rechner 28 mit einer Speichereinheit und eine Anzeigeneinheit 29 nachgeschaltet. Von der
Anzeigeneinheit 29 sind Ausgangssignale einer Vergleicherschaltung 30 zuführbar in der ein gewünschter
Sollwert S mit Grenzwerten einstellbar ist, so daß nach Vergleich mit dem von der Anzeigeeinheit
29 ausgegebenen, den Istwert darstellenden Ausgangssignal über eine Steuerleitung 31 ein entsprechender
Steuerimpuls zu dem Gasregelventil 7 ergibt, wodurch der Gasbeladungsblock 6 mit Druckgas
G beaufschlagbar ist.
Der Kolben 13 weist in der dargestellten Ausführungsform zwei Einrichtungen zum Verstellen auf, von denen
die erste von dem 4/3-Wegeventil 18 und den beiden Druckluftleitungen 17 und 19 gebildet wird, und von
denen die zweite von dem 4/2-Wegeventil 25 gebildet wird, über das der Stellkolben 22 wechselweise mit
Druckluft beaufschlagbar ist.
Das Einlaßventil 8, die Ventile 3" und 3)fl, das
Auslaßventil 14, das Entlüftungsventil 16, die Einrichtungen zum Verstellen des Kolbens 13, die von
dem 4/3-Wegeventil 18 oder von dem 4/2-Wegeventil 25 steuerbar sind, und die Meßleitungen der Meßfühler
23 und 24 sowie der Druckmeßfühler 26 sind an die Steuereinheit 32 angeschlossen.
Mit der Steuereinheit 32 közmen die mcfofolgend geschilderten
VerfahrensseJaritte durchgeführt weräens
A. Füllen und Spülen des Meßzylinders 10.
In der oberen Totpunktlage des Kolbens 13» die über den Meßfühler 23 signalisiert wird, ist da® Einlaßventil
8 geöffnet und das Auslaßventil 14 sowie"das Entlüftungsventil 16 sind geschlossen. Über die
Schaltung des 4/3-Wegeventils 18 in die Schaltstellung,
b kann die unterhalb des Kolbens 13 befindliche Luft nach außen abweichen, worauf der Kolben 13 durch
den vom Tankvordruck des Polyoltanks 2 vorhandenen
Druck zum unteren Totpunkt bewegt wird. Dabei strömt das mit Gas beladene Polyol vom Meßgefäß 10 über den
Überlauf 11 in das Überlaufgefäß 12. Beim Erreichen der unteren Totpunktlage des Kolbens 13 wird der
untere Meßfühler 24 aktiviert, worauf über die Steuereinheit
32 das Einlaßventil 8 geschlossen und das Auslaßventil 14 geöffnet wird. Über die Schaltung
des 4/3-Wegeventils 18 in die Schaltstellung a irird
der Kolben 13 auf der Unterseite mit Druckluft beaufschlagt, worauf der Kolben 13 nach oben bewegt wird
und die im Überlaufgefäß befindliche Menge an Polyol über die Auslaßleitung 15 in den Polyoltank 2 zurückfordert.
Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das mit Gas beladene Polyol im Meßgefäß 10 vollständig
ausgetauscht ist.
Der Vorgang des Füllens und Entleerens des Überlaufgefäßes
mit damit bewirktem Spülen des Meßgefäßes kann auch über den Stellkolben 22 erfolgen, der über
eine vom 4/2-Wegeventil 25 gesteuerte Druckluft D beaufschlagt werden kann und den Kolben 13 über
eine Kolbenstange 33 in der vorbeschriebenen Weise bewegt. Dieser Aufbau erlaubt ein autarkes arbeiten
des Meßgerätes.
- 10 -
B. Messung der Gasbeladung der flüssigen Kunststoffkomponente
Polyol.
Nach einer von der Steuereinheit 32 gesteuerten Folge
von Spülvorgängen wird der Meßvorgang eingeleitet, der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens 13
beginnt, wobei das Einlaßventil 8 und das Auslaßventil 14 geschlossen sind. Das 4/3-Wegeventil 18 wird
in die Schaltstellung c geschaltet, wodurch der Kolben 13 mittels Druckluft in die untere Totpunktstellung
gedrückt wird. Hierauf erfolgt eine Öffnung des Entlüftungsventils .16,So daß die im Meßgefäß 10
befindliche Flüssigkeitsmenge Atmosphärendruck ausgesetzt wird. Die mit Gas beladene Kunststoffkomponente
dehnt sicll aufgrund des Druckabfalls vom Systemdruck auf Atmosphärendruck aus und quillt
dabei über den Überlauf 11, der stets für eine
konstante Höhe h der im Meßgefäß 10 eingeschlossenen Flüssigkeitssäule sorgt.
Nach Abschluß der Entspannungaphase, die in der Regel nach 2 bis 3 Minuten beendet ist, wird, gesteuert
von einem Zeitschaltglied, die Dichtmessung mittels des am Boden des Meßgefäßes 10 angeordneten
Druck- Meßfühlers 26 vorgenommen. Die Dichte $ der Flüssigkeitssäule mit der Höhe h bestimmt sich
danach nach der Fprmel
- ETg
wobei ρ der hydrostatische Druck und g die Erdbeschleunigung darstellen. Da die Werte h und g konstant
sind, ist der vom Druck- Meßfühler 26 erhaltene Meßwert der Dichte der Flüssigkeitssäule direkt proportional
.
- 11 -
Der im Druck- MeßfUhler 26 erhaltene Meßwert kann in
einem Verstärker 27 noch verstärkt werden und in eine
Anzeigeeinheit 29 eingegeben werden, in der die Dichtwerte bzw. Gasbeladungswerte der flüssigen
Kunststoffkossponente visuell kontrolliert werdea,
können.
Von der Anzeigeeinheit 29 können die Meßwerte zu einer
Vergleicherschaltung 30 weitergeleitet werden, in der ein gewünschter Sollwert S mit Grenzwerten' einstellbar ist, so daß nach Vergleich mit dem von der Anzeigeeinheit 29 ausgegebenen über eine Steuerleitung
31 ein entsprechender Steuerimpuls zu de® Gasregel-» ventil 7 ergehtt wodurch der Gasbeladungsblock 6
mit dem Gas G zur Gasanreicherung der flüssigen Kunststoffkomponente beaufschlagbar ist.
Der vorbeschriebene Meßvorgang kann mit geringem Aufwand noch durch die nachfolgend beschrieben®
Maßnahme beschleunigt werden: Der Druckmeßfühler 26 wird bereits zu Beginn der Sntspannungsphae©
geschaltet, worauf in kurzen Zeitabständen Meßwerte über den Verstärker 27 einem mit einer Speichereinheit
ausgestatteten Rechner 28 zugeführt werden. In diesem Rechner 28 werden die über einen kurzen
Zeitraum eingegebenen Werte aufgrund in der Speichereinheit eingespeicherter Bezugswerte» beispielsweise empirisch ermittelter Sichwerte und/oder einer
mathematischen Funktion, auf einen Endwert rechnet,, der sich nach Beendigung der Entspannungsphase
einstellt. Dies hat den Vorteil 9 daß sich das
Abwarten auf die Beendigung der Entspannungsphase
erübrigt, so daß in kurzer Zeit (ca 15 see - 30 see]
ein verläßlicher Dichtemeßwert zur Verfügung steht.
- 12
Eine weitere Maßnahme zur Beschleunigung des Meßvorgangs kann darin bestehen, daß nach der Einleitung
des Meßvorgangs, bei dem bei geschlossenem Einlaßventil 8 und Auslaßventil 14 der Kolben 13 von der oberen
Totpunktstallung nach unten bewegt wird. Die
Kolbenbewegung wird dabei Über den Stellkolben 22 bewirkt, wobei das 4/2-Wegeventil 25 so geschaltet
ist, daß der Stellkolben 22 mit dem Kolben 13 zur unteren Totpunktstellung bewegt wird. Das 4/3-Wegeventil
18 wird in die Schaltstellung b gebracht, so daß sich bei geschlossenem Entlüftungsventil 16 ein
Unterdruck im Überlaufgefäß 12 und im Meßgefäß 10 einstellt. Durch diesen Unterdruck wird der Entspannungsprozeß
der mit Gas beladenen Kunststoffkomponente, der bei Atmosphärendruck in der Regel 3 Minuten
erfordert, auf ca. 0,5 Minuten verkürzt. Die Dauer der Unterdruckbeaufschlagung wird von einem
mit dem Entlüftungsventil 16 gekoppelten Zeitschaltglied bestimmt.
Die vorbeschriebenen Maßnahmen und Einrichtungen zur Messung der Gasbeladung einer flüssigen Kunststoffkomponente,
wie z.B. Polyol, ermöglichen somit die exakte Bestimmung des Gasanteils in kurzer Aufeinanderfolge,
so daß der Gasbeladungsgrad stets in engen Grenzen konstant gehalten werden kann.
Damit lassen sich bei der Herstellung von Schaumkunststoffen bestimmte Qualitätseigenschaften des
Endprodukts zuverlässig einhalten.
Claims (7)
- Kraus s *Maf ie i
Aktiengesellschaft
8000 München 50 TK 249Verfahren und Vorrichtung zur Messing der GasTbeladumg einer flüssigen KunststoffkosaponentePatentansprüchef 1. /Verfahren zur Messung der Gasbeladimg einer unter den Systemdruck einer Anlage zur Herstellung von Sc kunststoff insbesondere einer Polyurethan-Schäumanlage stehenden, flüssigen Kunststoffkomponente, bei dem. aus einem Tank in periodischen Zeitatoständen eine Probeenge ein Meßgefäß abzweigbar ist, dadurch gekennzeichnetj daß- im Meßgefäß (10) eine konstante H6he h des Flüssigkeitsspiegel der gasbeladenen Kunststoffkoaponente eingestellt wird und- der hydrostatische Druck ρ der im Meßgefäß, (10) eingestellten Flüssigkeitssäule als Maß der Dichte der gasbeladenen Kunststoffkomponente gemessen wird. - 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch- ein, eine Flüssigkeitssäule aus gasbeladener Kunststoffkoisponente einschließendes Meßgefäß (1O)9- eine den hydrostatischen Druck ρ der Flüssigkeitssäule als Maß für die Dichte S <&er gasbeladenen Kunststoffkomponente wertende DichteaeßeinricSxtung und- einen im Meßgefäß (10) angeordneten und eine bestimmte Höhe h der Flüssigkeitssäule einstellenden Überlauf (11).- 2
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch- ein dem Überlauf (11) nachgeordnetes Überlaufgefäß (12) dessen Rauminhalt mittels eines Kolbens (13) veränderbar ist,- Einrichtungen zum Verstellen des Kolbens (13),- eine an das Meßgefäß (10) angeschlossene, mit einem Einlaßventil (8) versehene Zuführleitung (9),- eine an das Überlaufgefäß (12) angeschlossene mit einem Auslaßventil (14) versehene Auslaßleitung (15),- ein mit dem Meßgefäß (10) in Verbindung stehendes Entlüftungsventil (16) und- eine Steuereinheit (32), mit der das Einlaßventil (8), das Auslaßventil (14), das Entlüfungsventil (16), der Druck-Meßfühler (26), die Ventile (3", 311O und die Einrichtungen zum Verstellen des Kolbens steuerbar sind, wobei die Steuereinheit (32) so programmiert ist, daß zum Zweck der Dichtemessung . bei abgesperrten Ein- und Auslaßventilen (8, 14) der Rauminhalt des Überlaufgefäßes (12) durch Verstellen des Kolbens (13) soweit vergrößert wird, daß sich im Meßgefäß (10) durch Überlauf die bestimmte Höhe h der Flüssigkeitssäule einstellt.
- 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 39 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtemeßeinrichtung aus einem am Boden des Meßgefäßes (10) angeordneten Druckmteßfühler (26) besteht.
- 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtemeßeinrichtung Einrichtungen zur Kompensation des über der Flüssigkeitssäule herrschenden, vom atmosphärischen Druck abweihenden Druckniveaus aufweist.
- 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5» dadurchgekennzeichnet, daß der Bichtea©B-einrichtung ein Rechner (28) naehgesehaltet ist, ±n dem mit Hilfe einiger Anfangs-Meßwerte und im Rechner eingespeicherter Bezugswerte, beispielsweise empirisch ermittelter Eichwerte und/oder einer physi» kaiischen Gesetzmäßigkeiten entsprechenden math©^ matischen Funktion, der Dichtewert der gasbeladenen Kunststoffkomponente vor dem Abschluß der Entspamrasgsphase vorbestimmbar ist.
- 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinheit (32) ein den Öffnungsvorgang des Entlüftungsventil^. (16J verzögerndes Zeitschaltglied aufweist, wodurch bei abgesperrten Ein- und Auslaßventilen (8, 14) und. abgesenktem Kolben (13) die Flüssigkeitssäule zwecks Beschleunigung der Entspannungsphase einen Unterdruck aussetzbar ist.
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