DD264350A3 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen rheologischer Stoffwerte nichtnewtonischer Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Der Messwertaufnehmer ist in Verbindung mit der dargestellten Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen rheologischer Stoffwerte nichtnewtonscher Fluessigkeiten, insbesondere fuer die Prozessmessung in den Betrieben der Suesswarenindustrie, aber auch der Fluessiggummiverarbeitung und der Lack- und Farbenherstellung vorgesehen. Ziel der Erfindung ist es, einen Messwertaufnehmer zu schaffen, der integriert in eine kontinuierliche rheologische Messvorrichtung genau und schnell misst sowie zur Rohstoff- und Arbeitszeiteinsparung beitraegt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Messwertaufnehmer fuer eine kontinuierliche rheologische Messvorrichtung mit Mehrfachpunktmessung zu schaffen. Ein Getriebemotor treibt mit konstanter Drehzahl zwei Schaufelraeder an, die mit jeweils fuenf Quadern bestueckt sind. Jeder Quader erzeugt beim Eintauchen in das Messgut ein direktes oder indirektes Drehmoment, das entsprechende Messeinrichtungen erfassen. Die sukzessiv gewonnenen drehmomentproportionalen elektrischen Signale werden von der elektronischen Auswerteeinheit verarbeitet. Sie fuehrt die Berechnung der Viskositaet und Fliessgrenze durch, die von Messgeraeten angezeigt und/oder registriert werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung I

Die Erfindung dient dem kontinuierlichen Messen der Theologischen Größen Viskosität und Fließgrenze von flüssigen und i

pastösen nicht-newtonschen Flüssigkeiten, insbesonderer heller und dunkler Schokoladenmassen. Der erfindungsgemäße Meßwertaufnehmer ist in Verbindung mit der Theologischen Vorrichtung für die Prozeßmessung in den Betrieben der Süßwarenindustrie, aber auch der Flüssiggummiverarbeitung und ci?r Lack- und Farbenherstellung vorgesehen. !

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der DE-PS 290987 ist eine diskontinuierlich arbeitende rheologische Meßvorrichtung bekannt. Ein auswechselbarer

Meßkörper wird motorisch mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben und einmal durch das Meßmedium bewegt. Der als '

Kugel ausgebildete Meßkörper ist über einen Schaft mit der Kraftmeßeinrichtung verbunden. Das Drohmoment oder die Länge

der am Meßkörper haftenden Meßgutfahne ist ein Maß für die Fließeigenschaften. >

Diese Vorrichtung weist den Mangel auf, daß sich nur ein einzelner Meßkörper auf einer nichtgeschlossenen Kreisbahn bewegt.

Sie ist nur für die Bestimmung der Fließeigenschaften von newtonschen Medien einsetzbar, dient der orientierenden '

Viskositätsmessung bei geringer Meßgenauigkeit im Labormaßstab und laßt keine kontinuierliche Meßwerterfassung zu.

Die Vorrichtung erlaubt nur Einzelpunktmessungen in großem zeitlichen Abstand. Für den Einsatz zur Prozeßregelung ist sie

ungeeignet. Der Herstellungsprozeß von nicht-newtonschen Medien ist meßtechnisch nicht absicherbar. Dies führt zu .

Produktionsverlusten, nicht optimalem Rohstoffeinsatz teurer Importrohstoffe, der Nichteinhaltung der i

Materialverbrauchsnormen und einer Verschleißerhöhung oer Verarbeitungsmaschinen.

Ziel der Erfindung '

Ziel der Erfindung ist es, einen Meßwertaufnehmer zu schaffen, der in Verbindung mit weiteren Vorrichtungselementen ein genaues Messen der Fließeigenschaften, insbesondere von nicht-nowtonschen Flüssigkeiten, gestattet, wodurch eine Regelung

derVfarbeitungsmaschinen bei optimiertem Rohstoffeinsatz ermöglicht wird. '

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertaufnehmer für eine kontinuierlich arbeitende rheologische Meßvorrichtung mit Mehrfachpunktmessung zu schaffen. !

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, d»R die Vorrichtung einen Meßwertaufnehmer aufweist, der vorzugsweise j

als Schaufelradanordnung ausgebildet und mit einem Anti ieb direkt oder indirekt gekoppelt ist. Der Meßwertaufnehmer besteht j

aus einem oder jwei odar mehreren Schaufelrädern. Jedes Schaufelrad ist mit vom Meßgut abhängiger Anzahl, symmetrisch '

versetzter, nicnt biegsamer, das Meßgut verdrängender, vorzugsweise Quadern, von unterschiedlicher Verdrängungsfläche j

bestückt. Die Schaufelräder besitzen die gleiche Anzahl, aber in der Größe untarschiedliche Verdrängungskörper. D^!" !

Schaufelräder sind so auf einer gemeinsamen Achse versetzt angeordnet, daß ein gleichzeitiges Eintauchen der Verdrängungskörper ausgeschlossen ist.

Weiterhin besteht die Vorrichtung aus einer direkten oder indirekten Drehmomentmeßeinrichtung, elektrischem Signalwandler, j

A/D-Wandler, Temperaturmeßeinrichtung und Mikrorechner. i

Ein Motor, vorzugsweise ein Synchrongetriebemotor, treibt mit vom Meßgut abhängiger, aber konstanter Drehzahl, einen !

drehbaren Meßwertaufnehmer, der vorzugsweise als Schaufelradanordnung ausgebildet ist und dessen Drehachse parallel zur j

Meßgutoberfläche liegt, an. Jeder auf dem Schaufelrad befestigte Verdrängungskörper, vorzugsweise Quader, erzeugt beim j

Eintauchen in das Meßgut ein direktes oder indirektes Drehmoment, das entsprechende elektronische Meßeinrichtungen erfassen und in ein drehmomentproportionales alektrisches Signal umwandeln. Ein A/D-Wandler bereitet dieses für den Mikrorechner auf. Dieser übernimmt die Auswertung der Einzelmeßwerte nach den bekannten Berechnungsformeln für die ι

Viskosität und Fließgrenze.

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Ausführungsbeispiele j

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1: Schematische Darstellung der Meßvorrichtunp nach dem Prinzip der direkten Drehmomentmessung

Figur 2: Schematische Darstellung der Meßvorrichtung nach dem Prinzip der indirekten Drehmomentmessung !

(Messung der Stromaufnahme des Antriebselementes) {

Figur3: Darstellung eines Schaufelrades {

Figur 4: abgerollte Manteloberfläche eines Schaufelrades {

Beispiel 1 :

Gemäß Figur 1 ist der Synchrongetriehemotor 1 mit der Torsionsmeßeinrichtung 2 und diese mit dem Schaufelrad 3 verbunden. ;

Die Meßvorrichtung ist um das Schaufelrad 4 erweiterbar, welches nach dem Schaufelrad 3 angeordnet Ist. Schaufelrad 3 ist ,. ι

gemäß Figur 3 mit den Quadern 5 bis 9 und Schaufelrad 4 mit den Quadern 10 bis 14 bestückt. Alle Quader sind symmetrisch j

untereinander versetzt und unterschiedlich in ihrer Verdrängungsfläche. Die Funktionselemente 1 bis 4 sind gemeinsam auf der Platte montiert. Die Meßvorrichtung besteht weiterhin aus den A/D-Wandlern 15,21, der Temperaturmeßeinrichtung 20 und dem Mikrorechner 16. Der Synchrongetriebemotor 1 treibt mit konstanter Drehzahl etwa 0,1 see"¹, über die i

Torsionsmeßeinrichtung 2 die auf einer gemeinsamen Drehachse befindlichen Schaufelräder 3 und 4 an. Jeder der zehn Quader 5 bis 14 erzeugt beim Eintauchen in das Meßgut 19 ein Drehmoment, das die Torsionsmeßeinrichtung 2 erfaßt und in die drehmomentproportionalen Spannungssignale a₆ bis a₁₄ umwandelt. Oer A/D-Wandler 15 bereitet diese für den Mikrorechner 16 !

auf. Dieser berechnet die Viskosität c und die Fließgrenze d, deren Wert durch bekannten periphere Geräte angezeigt und/oder !

registriert werden.

Beispiel 2

Gemäß Figur 2 ist der Synchrongetriebemotor 1 direkt mit dem Schaufelrad 3 und dem Schaufelrad 4 verbunden. Alle drei

Vorrichtungselemente sind auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet und auf der Platte 20 montiert. Die Schaufelräder 3,4 j

sind ebenfalls mit den zehn Quadern 5 bi<? 9 bzw. 10 bis 14 entsprechend Figur 3, bestückt. Die Größe und Anordnung der Quader ist analog dem Ausführungsbeispiel 1.De Meßvorrichtung besteht aus dem Strommesser 17,1/U-Wandler 18, A/D-Wandler 15 und 21, Temperaturmeßeinrichtung 20 und Mikrorechner 16.

Der Synchrongetriebemotor 1 treibt mit konstanter Drehzahl etwa 0,1 see"¹ direkt das Schaufelrad 3 und 4 an. Jeder der zehn Quader 5 bis 14 verursacht beim Eintauchen in das Meßgut 19 aufgrund der verschiedenen Verdrängungsflächen eine unterschiedliche Stromaufnahme des Antriebselementes 1 im Vergleich zum Leerlauf betr" )b. Der Strommesser 17 ermittelt den zu jedem Quader gehörenden Stromwert b₆ bis b,₄. Diese drehmomentproportionalen St.omsignale b₅ bis bu wandelt der I/U-Wandler 18 in die drehmomentproportionaien Spannungen b_sbisb|₄um. die wie im Ausführungsbeispiel 1 weiter verarbeitet, die Signale c und d angezeigt und/oder registriert werden.

Der erfindungsgemäße Meßwertaufnehmer gestattet es, in Verbindung mit den weiteren Vorrichtungselementen, die Theologischen Stoffwerte Viskosität und Fließgrenze von nicht-newtonschen Medien, nach dem Prinzip der Mehrfachpunktmessung mit hoher Genauigkeit zu messen. Eine derartige Theologische Meßvorrichtung ist für Prozeß- und Labormessung geeignet. Mit ihr können klein- und grob^Hicpersive Meßgüter gemessen werden. Die kleinen Meßzeiten gestatten das Erfassen kurzzeitiger Viskositäts- und Fließgrenzenänderungen von nicht-newtonschen Flüssigkeiten. Eine mit diesem Meßwertaufnehmer ausgerüstete Meßvorrichtung ist für den Einsatz zur Rezepturoptimierung in der schokoladenmassenherstollenden Industrie einsetzbar.

Die Meßbarkeit der Viskosität und der Fließgtenze ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung einer vollautomatisierten Schokoladenmassenherstellungsanlage. Beide Theologischen Parameter sind entscheidende Regelgrößen im automatisierten Herstellungsverfahren. Die Einsparung hochwertiger Impoftrohstoffe (z.B. Kakaobohne und Kakaobutter), Verschleißminderungen an den Verarbeitungsmaschinen, Energieeinsparung und Produktionssteigerung wäre die positive ökonomische Bilanz.

Claims (1)

1. Meßwertaufnehmer für kontinuierliches Messen Theologischer Stoffwerte nicht-newtonscher
   Flüssigkeiten mit einer mikrorechnergestützten elektronischen Auswerteinheit, wobei ein
   drehzahlkonstanter Motor divekt oder indirekt über eineTorsionsmeßeinrichtung mit einem drehbaren
   Meßsystem, dessen Drehachse parallel zur Meßgutoberfläche liegt, gekoppelt ist, dadurch
   gekennzeichnet, daß das drehbare Meßsystem als Schaufelradanordnung (3,4) ausgebildet ist, die
   aus einem oder mehreren Schaufelrädern besteht, und daß jedes Schaufelrad mit mindestens zwei
   nicht biegsamen, das Meßgut verdrängende Körper unterschiedlicher Verdrängungsfläche bestückt
   ist, wobei die Anzahl der Verdrängungskörper von der Art des Meßgutes abhängt und diese
   untereinander symmetrisch versetzt und angeordnet sind.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen