DE4310194C2

DE4310194C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Zügigkeit eines fließfähigen Mediums

Info

Publication number: DE4310194C2
Application number: DE4310194A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Phys Dr Has; Helmut Dipl Ing Wordel
Original assignee: Fogra Forschungsgesellschaft Druck Ev 81673 Muenchen De; FOGRA FORSCHUNGSGESELLSCHAFT D
Current assignee: Fogra Forschungsgesellschaft Druck Ev 81673 Mue
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: DE4310194A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (gemäß dem Gat tungsbegriff der Ansprüche 1 bis 4) zur kontinuierli chen Messung der Zügigkeit eines fließfähigen Mediums.

Die Zügigkeit einer Farbe ist in DIN 16 515 (Blatt 1) über das Meßverfahren zur Feststellung der Zügigkeit wie folgt definiert:
"Die Zügigkeit einer Farbe wird durch Auftupfen mit dem Finger auf dem Papier oder zwischen den Fingern festgestellt. Hat eine Farbe viel Zug, so klebt der Finger fester auf dem Papier als bei normaler Zügig keit."

Eine "zügige" Farbe zeichnet sich beim Auseinanderzie hen der Farbe durch einen großen Widerstand gegen das Abreißen eines Farbfadens aus.

Während die diskontinuierliche Bestimmung der Zügigkeit keine besonderen Probleme aufwirft, sind die bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur kontinu ierlichen Messung der Zügigkeit mit dem grundsätzlichen Mangel behaftet, daß sie physikalisch unterschiedliche - und darüber hinaus je nach Gerätetyp verschiedene - Größen messen.

Durch die DE-B 25 40 184 ist eine Vorrichtung zur kon tinuierlichen Messung der Zügigkeit bekannt, bei der an einer Walze des Farbwerks ein Rotationskörper anliegt, der aus einem Riementrieb besteht, der von zwei durch einen Treibriemen verbundenen Riemenscheiben gebildet ist. Eine Feder hält hierbei den Riementrieb gegenüber den durch die Walze des Farbwerks ausgeübten Mitnahme kräften. Infolge der Viskosität und der Zügigkeit der Farbe wird der Riementrieb in Drehrichtung der Walze des Farbwerks durch die hierbei auftretenden Kräfte ge gen die Kraft der Feder ausgelenkt.

Bei dieser und ähnlichen bekannten Meßvorrichtungen werden somit die Kraftverhältnisse am Walzenspalt ge messen, wobei die Zügigkeit hier definiert ist als "Umfangskraft, mit der die eine Walze eines farbtragen den Walzenpaares mit Einheitslänge durch die andere an getrieben wird" (Burkhardt Wirz, Die wissenschaftlichen Grundlagen des Flachdrucks, Druck Print 11 (1972) 719). Eine genauere Betrachtung der Druckverhältnisse am Wal zenspalt zeigt jedoch, daß die vorstehende Definition nicht sinnvoll zur Messung der Zügigkeit benutzt werden kann. Am Walzenausgang (d. h. am Anfang der Divergenz zone, an der die Transportelemente beginnen, sich von einander zu entfernen), entsteht durch die Volumenver größerung ein Unterdruck. Das fließfähige Medium kann das vergrößerte Volumen zunächst noch ausfüllen, bis Kavitation auftritt, die Filmschicht schließlich ab reißt und sich die zusammenhängende Schicht in zwei Teilschichten trennt. Am Walzeneingang, d. h. in der Konvergenzzone, in der sich die Transportelemente ein ander nähern, ist dagegen ein erhöhter Druck vorhanden. Die Druckdifferenz zwischen Walzeneingang und Walzen ausgang bewirkt eine beschleunigte Bewegung des fließ fähigen Mediums im Walzenspalt in Richtung zum Walzen ausgang. Mißt man daher - wie bei den bekannten Ausfüh rungen - das auf eine der beiden Walzen ausgeübte Dreh moment, so ermittelt man tatsächlich die Summe aus ver schiedenen am Walzenspalt wirkenden Kräften. Ein derar tiger Meßwert ist jedoch kein sinnvolles Maß für die in DIN 16 515 (Blatt 1) definierte Zügigkeit.

Durch die DE-B 23 60 988 ist weiterhin eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Gattung bekannt. Sie enthält zwei Transportbänder, die unter einem kleinen spitzen Winkel zueinander geneigt angeordnet sind, wobei sich die einander zugekehrten Trums der beiden Transportbänder an einer Stelle berüh ren, an der sich zu untersuchende Farbe befindet. Die beiden Transportbänder sind jeweils über zwei Umlenk walzen geführt, von denen die eine Umlenkwalze federe lastisch aufgehängt ist. In Abhängigkeit von der Zügig keit der untersuchten Farbe werden die beiden Trans portbänder (unter elastischer Verlagerung jeweils einer der beiden Umlenkwalzen) mehr oder weniger ausgelenkt, wobei das Maß der Auslenkung zur Bestimmung der Zügig keit verwendet wird.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Ausführung der ap parate- und meßtechnische Aufwand, der mit der bewegli chen Lagerung der beiden Transportbänder verbunden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bis 4 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß der apparate- und meßtechnische Aufwand wesentlich verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich nenden Merkmale der selbständigen Ansprüche 1 bis 4 ge löst.

Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vor richtung sind in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung schema tisch veranschaulicht.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 enthält ein Transportband 1, das über zwei Umlenkwalzen 3 und 4 läuft. Die Um lenkwalzen 3 und 4 sind in einem Chassis 15 gelagert, das längs einer ortsfesten Gegenfläche 16 in Längsrich tung des Pfeiles 17 beweglich ist.

Die untere Umlenkwalze 4 ist stationär im Chassis 15 angeordnet. Die obere Umlenkwalze 3 ist demgegenüber mittels zweier Federn 23, 24 elastisch im Chassis 15 aufgehängt.

Das hinsichtlich seiner Zügigkeit zu untersuchende fließfähige Medium wird als Schicht 12 auf die Gegen fläche 16 aufgetragen. Das Transportband 1 wird dann mittels des Chassis 15 längs der ortsfesten Gegenfläche 16 in Richtung des Pfeiles 17 bewegt, wobei sich das aus unelastischem Material bestehende Transportband 1 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise verlagert, was durch die elastische Aufhängung der oberen Umlenkwalze 3 ermöglicht wird (die Umlenkwalze 3 bewegt sich hier bei aus ihrer gestrichelt angedeuteten oberen Stellung 3′ in die mit durchgezogenen Linien dargestellte untere Lage).

Wird das Chassis 15 in Richtung des Pfeiles 17 bewegt, so läuft das Transportband 1 in Richtung des Pfeiles 25 um. Die Schicht 12 des Mediums wird damit zwischen dem Transportband 1 und der Gegenfläche 16 nacheinander durch eine Konvergenz Zone 26 (mit sich der Gegenfläche 16 näherndem Transportband 1), eine Parallelzone 27 (mit parallel zur Gegenfläche 16 laufendem Transport band 1) und eine Divergenzzone 28 (mit sich von der Ge genfläche 16 entfernendem Transportband 1) geführt. Die in der Parallelzone 27 zusammenhängende Schicht des fließfähigen Mediums trennt sich dabei am Anfang der Divergenzzone 28 in zwei Teilschichten.

Als Maß für die Zügigkeit wird nun ein Meßwert entspre chend der Kraft bestimmt, die erforderlich ist, um am Anfang der Divergenzzone 28 das Transportband 1 von der Gegenfläche 16 zu entfernen. Zu diesem Zweck werden durch eine geeignete, nicht dargestellte Meßeinrichtung die Kräfte F₁, F₂ ermittelt, die bei der genannten Be wegung des Transportbandes 1 auf die elastisch aufge hängte Umlenkwalze 3 ausgeübt werden. Aus diesen Kräf ten läßt sich ein aussagekräftiger Meßwert für die Zü gigkeit des untersuchten Mediums ableiten.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind für dieselben Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Abweichend von der Anordnung gemäß Fig. 1 sind bei der Variante gemäß Fig. 2 beide Umlenk walzen 3 und 4 stationär im Chassis 15 gelagert. Das Transportband 2 besteht hierbei aus elastischem Mate rial.

Wird das Transportband 2 mittels des Chassis 15 in Richtung des Pfeiles 17 längs der mit einer Schicht 12 des zu untersuchenden Mediums versehenen ortsfesten Ge genfläche 16 bewegt, so wird das elastische Transport band 2 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise gegenüber der gestrichelten Ausgangslage um den Winkel ϕ ausge lenkt. Der durch eine geeignete (nicht dargestellte) Meßeinrichtung bestimmbare Winkel ϕ stellt ein Maß für die Zügigkeit des untersuchten Mediums dar.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist ein Trans portband 32 vorgesehen, das über zwei Umlenkwalzen 33, 34 geführt ist. Die raumfest gelagerte Gegenfläche wird durch eine Transportwalze 31 gebildet. Die Farbzufüh rung erfolgt bei 11 über eine Farbzuführwalze 10.

Das Transportband 32 besteht bei dem Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 3 aus einem in Längsrichtung elasti schen Material.

Der Anfang der Divergenzzone befindet sich dort, wo das Transportband 32 von der Transportwalze 31 abläuft. So lange kein fließfähiges Medium zugeführt wird, liegt dieser Anfang der Divergenzzone somit bei A. Bei Zufüh rung eines fließfähigen Mediums (Schicht 12, in über triebener Stärke veranschaulicht) verlagert sich - je nach der Zügigkeit dieses Mediums - der Anfang der Di vergenzzone mehr oder weniger weit in Drehrichtung der Transportwalze 31 (Punkt B).

Als Maß für die Zügigkeit wird der dem Bogenmaß AB ent sprechende Winkel ϕ ermittelt, um den sich bei Einführung von fließfähigem Medium der Beginn der Divergenzzone verlagert. Aus diesem Winkel wird auf die Längenänderung des Transportbandes 32 geschlossen. Im Hookeschen Bereich entspricht die Dehnung des Transportbandes 32 der Kraft, die zur Trennung der (in Fig. 3 an der Stelle B aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellten) Schicht des fließfähigen Mediums erforderlich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind für glei che Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 3 ver wendet. Das Transportband 42 besteht bei diesem Ausfüh rungsbeispiel aus einem in Längsrichtung unelastischen Material. Während die Umlenkwalze 34 eine ortsfeste La gerung aufweist, ist die Umlenkwalze 33 in vertikaler Richtung beweglich aufgehängt; die Umlenkwalze 33 hängt daher mittels des Transportbandes 42 an der Umlenkwalze 34.

Wird kein fließfähiges Medium zugeführt, so nimmt die Umlenkwalze 33 die gestrichelte Lage 33′ ein. Die linke Bandlänge 42′ verläuft gerade. Wird fließfähiges Medium zugeführt, so haftet das Transportband 42 an der Ab laufseite der Transportwalze 31, bis sich die Band länge 42′′ bei B von der Transportwalze 31 trennt (Anfang der Divergenzzone).

Als Maß für die Zügigkeit wird die Wegstrecke d ermit telt, um die sich bei Einführung von fließfähigem Me dium der Mittenabstand zwischen den Umlenkwalzen 33, 34 verringert. Auch dieser Abstand ist ein Maß für die am Punkt B aufgrund der Zügigkeit des fließfähigen Mediums wirkende Kraft.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung läßt sich auf ein fache Weise derart ausgestalten, daß zusätzlich zur Zü gigkeit auch die Viskosität eines fließfähigen Mediums gemessen werden kann.

So kann beispielsweise das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zur zusätzlichen Messung der Viskosität Verwen dung finden, indem die Transportwalze 31 und das Trans portband 42 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ange trieben werden, so daß die zwischen diesen beiden Transportelementen befindliche Schicht des fließfähigen Mediums auf Scherung beansprucht wird. Auch hierbei läßt sich durch Messung des Antriebsdrehmomentes die Viskosität des fließfähigen Mediums ermitteln.

Claims

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Zügig keit eines fließfähigen Mediums, enthaltend ein über zwei Umlenkwalzen geführtes, kontinuierlich bewegtes Transportband aus einem in Längsrichtung unelasti schen Material sowie eine Gegenfläche, wobei eine Schicht des fließfähigen Mediums zwischen dem Trans portband und der Gegenfläche nacheinander durch eine Konvergenzzone mit sich der Gegenfläche näherndem Transportband, eine Parallelzone mit parallel zur Gegenfläche laufendem Transportband sowie eine Divergenzzone mit sich von der Gegenfläche entfer nendem Transportband geführt wird und sich die in der Parallelzone zusammenhängende Schicht des fließ fähigen Mediums am Anfang der Divergenzzone in zwei Teilschichten trennt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die beiden Umlenkwalzen (3, 4) sind in einem Chassis (15) angeordnet, wobei die eine Umlenk walze (4) stationär im Chassis gelagert und die andere Umlenkwalze (3) elastisch im Chassis auf gehängt ist;
b) das Chassis (15) ist längs der ortsfest angeord neten Gegenfläche (16) beweglich, wobei sich das Transportband (1) bei Berührung mit der auf die Gegenfläche (16) aufgetragenen Schicht (12) des fließfähigen Mediums unter Ausbildung der Paral lelzone (27) verlagert;
c) als Maß für die Zügigkeit des fließfähigen Medi ums wird die auf die elastisch aufgehängte Um lenkwalze (3) ausgeübte Kraft (Komponenten F₁, F₂) ermittelt, die erforderlich ist, um am An fang der Divergenzzone (28) das Transportband (1) von der Gegenfläche (16) zu entfernen (Fig. 1).

2. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Zügig keit eines fließfähigen Mediums, enthaltend ein über zwei Umlenkwalzen geführtes, kontinuierlich bewegtes Transportband sowie eine Gegenfläche, wobei eine Schicht des fließfähigen Mediums zwischen dem Trans portband und der Gegenfläche nacheinander durch eine Konvergenzzone mit sich der Gegenfläche näherndem Transportband, eine Parallelzone mit parallel zur Gegenfläche laufendem Transportband sowie eine Di vergenzzone mit sich von der Gegenfläche entfernen dem Transportband geführt wird und sich die in der Parallelzone zusammenhängende Schicht des fließfähi gen Mediums am Anfang der Divergenzzone in zwei Teilschichten trennt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die beiden Umlenkwalzen (3, 4) sind stationär in einem Chassis (15) gelagert;
b) das Chassis (15) ist längs der ortsfest angeord neten Gegenfläche (16) beweglich, wobei das aus in Längsrichtung elastischem Material bestehende Transportband (2) bei Berührung mit der auf die Gegenfläche (16) aufgetragenen Schicht (12) des fließfähigen Mediums unter Ausbildung der Paral lelzone ausgelenkt wird;
c) als Maß für die Zügigkeit des fließfähigen Medi ums wird der Winkel (ϕ) bestimmt, um den sich der Beginn der Divergenzzone verlagert, wenn das Transportband (2) mittels des Chassis (15) längs der die Schicht (12) des fließfähigen Mediums tragenden Gegenfläche (16) bewegt wird (Fig. 2).

3. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Zügig keit eines fließfähigen Mediums, enthaltend ein über zwei Umlenkwalzen geführtes, kontinuierlich bewegtes Transportband sowie eine Gegenfläche, die durch eine ortsfest gelagerte Transportwalze gebildet wird, wo bei eine Schicht des fließfähigen Mediums zwischen dem Transportband und der Gegenfläche nacheinander durch eine Konvergenzzone mit sich der Gegenfläche näherndem Transportband, eine Parallelzone mit par allel zur Gegenfläche laufendem Transportband sowie eine Divergenzzone mit sich von der Gegenfläche ent fernendem Transportband geführt wird und sich die in der Parallelzone zusammenhängende Schicht des fließ fähigen Mediums am Anfang der Divergenzzone in zwei Teilschichten trennt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) das Transportband (32) besteht aus einem in Längsrichtung elastischen Material;
b) es ist eine Meßeinrichtung vorgesehen, die als Maß für die Zügigkeit den Winkel (ϕ) ermittelt, um den sich bei Einführung von fließfähigem Me dium zwischen Transportband (32) und Transport walze (31) der Beginn der Divergenzzone verla gert (Fig. 3).

4. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Zügig keit eines fließfähigen Mediums, enthaltend ein über zwei Umlenkwalzen geführtes, kontinuierlich bewegtes Transportband aus einem in Längsrichtung unelasti schen Material sowie eine Gegenfläche, die durch eine ortsfest gelagerte Transportwalze gebildet wird, wobei eine Schicht des fließfähigen Mediums zwischen dem Transportband und der Gegenfläche nach einander durch eine Konvergenzzone mit sich der Ge genfläche näherndem Transportband, eine Parallelzone mit parallel zur Gegenfläche laufendem Transportband sowie eine Divergenzzone mit sich von der Gegenflä che entfernendem Transportband geführt wird und sich die in der Parallelzone zusammenhängende Schicht des fließfähigen Mediums am Anfang der Divergenzzone in zwei Teilschichten trennt, gekennzeichnet durch fol gende Merkmale:

a) von den beiden Umlenkwalzen (33, 34) ist die eine (34) ortsfest gelagert und die andere (33) in vertikaler Richtung beweglich aufgehängt;
b) es ist eine Meßeinrichtung vorgesehen, die als Maß für die Zügigkeit die Wegstrecke (d) ermit telt, um die sich bei Einführung von fließfähi gem Medium zwischen Transportband (42) und Transportwalze (31) der Mittenabstand zwischen den beiden Umlenkwalzen (33, 34) verringert (Fig. 4).