DE10148039A1 - Verfahren zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit und zum Einstellen des Sollwertes der Viskosität - Google Patents
Verfahren zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit und zum Einstellen des Sollwertes der ViskositätInfo
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Abstract
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit mittels eines Prozeßviskosimeters mit einem piezoelektrischen Kristall als Sensor (Sonde), wobei an den Kristall ein hochfrequentes elektrisches Feld angelegt wird und die Viskosität der Flüssigkeit aus der durch die externe Kraftwirkung (Schubspannung) behinderten Bewegung des Kristalls bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit zumindest teilweise Druckfarbe verwendet wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zum Einstellen des Soll-Werts der Viskosität eines Druckfarbengemischs, bei dem zunächst ein Verfahren nach Anspruch 5 durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der auf diese Weise gemessene Ist-Wert der Viskosität mit dem Soll-Wert verglichen wird und aus diesem Differenzwert die Menge des erforderlichen Verschnitts und/oder Lösemittels und/oder Wassers berechnet und zugegeben wird. DOLLAR A Und erfindungsgemäß ist schließlich ein Verfahren zum Erreichen des Soll-Werts des Deckungsgrades eines Druckprodukts, bei dem die tatsächliche Druckdichte durch eine Messung an dem fertigen Druckprodukt festgestellt und mit dem Soll-Wert des Deckungsgrades verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem erhaltenen Differenzwert eine Viskositätsänderung für das verwendete Druckfarbengemisch errechnet wird und diese Viskositätsänderung für nachfolgende Druckprodukte in einem Verfahren nach Anspruch 6 eingestellt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit mittels
eines Prozeßviskosimeters mit einem piezoelektrischen Kristall als Sensor (Sonde).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an den Kristall ein hochfrequentes
elektrisches Feld angelegt und die Viskosität der Flüssigkeit aus der durch die externe
Kraftwirkung (Schubspannung) behinderten Bewegung des Kristalls bestimmt. Die
Erfindung betrifft auch ein darauf aufbauendes Verfahren zum Einstellen des
Sollwertes der Viskosität.
Zur Messung der Viskosität von Flüssigkeit werden häufig Rotationsviskosimeter
eingesetzt. Bei diesen rotiert ein rotationssymetrischer Körper mit einem konstanten
Moment in der Flüssigkeit. Die Stärke der Dämpfung der Drehbewegung kann dann als
Maß für die Viskosität der umgebenden Flüssigkeit benutzt werden. Allerdings ist diese
Dämpfung nicht nur von der Viskosität, sondern auch von verschiedenen Störgrößen
und anderen Einflüssen abhängig. Entscheidend ist insbesondere der mechanische
Aufbau der Sonde selbst, aber auch die Lagerung der Achse des Rotationskörpers
und der Zustand der Rotationsachse. Die Existenz dieser Störgrößen entstellt das
Meßergebnis je nach Zustand der genannten Teile erheblich, wobei der Meßkörper
(Körperform und Material) entscheidenden Einfluß auf das Meßergebnis hat. Zudem ist
eine Messung nur in beruhigten oder stehenden Flüssigkeiten möglich, da Strömungen
und Turbulenzen Störgrößen sind, die brauchbare Meßergebnisse für viele
Anwendungen verhindern. Das Meßverfahren ist zudem nicht temperaturkompensiert
und die Einbaulage muß vertikal sein, um negative Einflüsse der Gravitation auf das
mechanische System gering zu halten. In der praktischen Anwendung ergibt sich ein
weiteres Problem daraus, daß keine mathematisch aufgelöste Funktion existiert, mit
der die Viskosität der einzelnen Rotationsmeßkörper in Abhängigkeit von der
gemessenen Dämpfung dargestellt werden könnte. Auch aus diesem Grund ist eine
manuelle Eichung und Kalibrierung des Systems in kurzen definierten Zeitabständen
notwendig.
Zur Messung der Viskosität von Druckfarben wird die Rotationsmeßsonde daher nach
einem bereits bekannten Verfahren in einem speziellen Behälter (Bypassbehälter)
neben dem Farbvorratsbehälter eingebaut. Die Zulaufmenge dieses Bypassbehälters
ist so bemessen, daß Strömungen und Turbulenzen minimiert sind.
Ungenauigkeiten bei der Viskositätsmessung von Flüssigkeiten nach diesem
bekannten Verfahren sind durch eine Vielzahl von Umständen bedingt. Erstens
verfälscht eine Veränderung der Flüssigkeitsmenge, die sich in dem Bypassbehälter
befindet, das Meßergebnis, da eine konstante Eintauchtiefe der Meßsonde erforderlich
ist. Eine Veränderung des Flüssigkeitsniveaus im Behälter kann sich aber sehr leicht
insbesondere durch die Ablagerung von Farbresten und Verunreinigungen ergeben,
die trotz einer üblichen Überlaufvorrichtung nicht zur Gänze zu verhindern sind.
Zweitens können sich Ablagerungen auf der Rotationsachse und an dem
Rotationskörper selbst bilden, was jeweils zu empfindlichen Störungen der Messung
führt. In diesem Zusammenhang ist besonders problematisch, daß sich die
Ablagerungen im Normalfall zu unterschiedlichen Zeitpunkten bilden. Ablagerungen
auf der Achse entstehen meist während des Druckprozesses und sind daher als
Störgröße nur durch eine Reinigung mit notwendigem Stillstand der Maschine zu
beseitigen. Während eines solchen Stillstandes bilden sich aber typischerweise
Farbablagerungen auf dem Rotationskörper, da dabei zwangsläufig auch die
Farbzufuhr in den Bypassbehälter unterbrochen werden muß. Diesen vielfältigen
Quellen für Ungenauigkeiten kann nur dadurch Rechnung getragen werden, daß in
regelmäßigen Abständen die Sonden kalibriert und geeicht werden.
Insgesamt kann festgestellt werden, daß die Genauigkeit, die mit dem bekannten
Verfahren zur Messung der Viskosität von Druckfarben erzielt werden kann, in hohem
Maße von der mechanischen Beschaffenheit der Systemkomponenten abhängt. Es ist
insbesondere dieser Umstand, der den hohen Wartungsaufwand der bekannten
Systeme bedingt.
Für Flüssigkeiten, die keine Druckfarbe enthalten, ist mit dem Prozeßviskosimeter
QVis 01/o der flucon fluid control GmbH ein Verfahren bekannt, bei dem ein
piezoelektrischer Kristall in der Form eines Torsionsschwingers als Sensor zur
Anwendung gelangt. Bei diesem bekannten Verfahren wird an dem Schwinger ein
hochfrequentes elektrisches Feld angelegt und dadurch eine Bewegung des Sensors
bewirkt. Die dadurch verursachte Scherung des umgebenden Mediums behindert
durch die hieraus resultierende Schubspannung die Bewegung des Sensors und
beeinflußt somit auch seine elektrische Antwort. Nach einer im Stand der Technik
bekannten Kalibrierung dieses Meßsystems (Bode, B., Entwicklung eines
Quarzvikosimeters für Messungen bei hohen Drücken, Dissertation TU Clausthal, 1984
und Tribologie und Schmierungstechnik, 5/1988) können mit diesem Verfahren
Viskosimeterdaten erreicht werden, die im wesentlichen unabhängig von
mechanischen Komponenten des Systems sind. Der Grundgedanke dieses bekannten
Systems beruht darauf, daß der Einfluß der externen viskosen Dämpfung auf das
mechanische Übertragungsverhalten des Quarzes durch die mechanische Impedanz,
d. h. durch den Quotienten von Kraft und Schwinggeschwindigkeit, bestimmt wird. Aus
der Resonanzbedingung der überlagerten Impedanzen des extern ungedämpften
Schwingers und des dämpfenden Fluids leitet sich die Kalibrierfunktion ab.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, für Flüssigkeiten, die teilweise Druckfarbe
enthalten, ein Verfahren zur Messung der Viskosität zu schaffen, das eine sehr hohe
und sehr zuverlässige, d. h. über lange Zeit hinweg konstante, Genauigkeit erreicht.
Das Verfahren mit diesen Eigenschaften läßt sich insbesondere zum präzisen und
zuverlässigen Einstellen des Sollwerts der Viskosität eines Gemischs von Druckfarben
und Lösemittel und/oder Verschnitt zu nutzen. Zudem kann damit für Druckprodukte
ein Verfahren zum Erreichen des Sollwerts des Deckungsgrades vorgeschlagen
werden, das eine hohe und zeitlich gleichbleibende Genauigkeit aufweist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, das die dem Prozeßviskosimeter Qvis 01/0
zugrundeliegenden Grundgedanken aufnimmt, ist auch für Flüssigkeiten, die
zumindest teilweise Druckfarbe enthalten, ein komfortables Viskositätsmeßverfahren
mit einer hohen und zeitlich konstanten Genauigkeit geschaffen. Dies äußert sich im
wesentlichen in den folgenden Punkten.
Die Stärke der Strömung sowie die Strömungsform (laminar/turbulent) haben keinen
Einfluß auf das Meßergebnis. Insgesamt wird eine weitgehende Unabhängigkeit von
unkontrollierbaren (insbesondere mechanischen) Störfaktoren erreicht.
Durch die minimalen geometrischen Abmessungen der Meßsonde ist es zudem
möglich, den Einbau nicht nur wie im Stand der Technik bereits bekannt in den
Farbkasten einzubauen, es ist vielmehr in einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung möglich, daß die Sonde in der Zuleitung des Druckwerkes, in der Farbwanne
oder an einer anderen Position des Farbversorgungssystems einer Druckmaschine
eingebaut ist. Damit ist eine erhebliche Flexibilität im konstruktiven Aufbau des
benötigten System möglich.
Durch die Unabhängigkeit des Verfahrens von Ablagerungen und Farbresten auf der
Rotationsachse und an dem Rotationskörper ist es in einer vorteilhaften Ausführung
des Verfahrens möglich, daß die Sonde vorteilhaft nur einmal kalibriert wird. Dies ist
möglich, da die Parameter der Sonde sich über deren Lebenszeit nicht ändern. Somit
ist kein hoher Wartungs- und Instandhaltungsaufwand nötig.
Vorteilhaft kann als Flüssigkeit entweder reine Druckfarbe oder das für den Druck
benötigte Druckfarbengemisch verwendet werden. Bei einem solchen wird die
eigentliche Druckfarbe mit Verschnitt, Lösemittel und/oder Wasser versetzt.
In dem letztgenannten Fall kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Viskositätsmessung der gemessene Istwert der Viskosität bei Druckmaschinen
vorteilhaft dazu verwendet werden, den Sollwert der Viskosität eines
Druckfarbengemischs einzustellen. Dazu ist der gemessene Istwert mit dem Sollwert
zu vergleichen und aus diesem Differenzwert die Menge des erforderlichen
Lösungsmittels zu berechnen und zuzugeben. Die Vorteile der Erfindung (hohe
zeitliche Stabilität des Meßergebnisses der Viskosität, hohe Genauigkeit durch
weitgehende Unabhängigkeit von Störfaktoren) setzen sich hierbei direkt fort in das
Verfahren zur Einstellung einer bestimmten Viskosität.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung des Viskositätswertes kann in
einer vorteilhaften Durchführung bereits vor Beginn des eigentlichen Druckvorgangs
durchgeführt werden und ist somit für die sogenannte Prozeßvoreinstellung geeignet.
Dies beruht im wesentlichen darauf, daß die Funktion der Viskosität bei dem hier
vorgeschlagenen Meßverfahren mathematisch aufgelöst und zeitlich invariant ist.
Durch Berechnung aus Druckformdaten und mathematisch aufgelöster Funktion kann
die gewünschte Viskosität daher bereits vor Druckbeginn festgelegt werden. Auch die
angestrebten Farbintensitäten können somit bereits vor Anlaufen des Druckprozesses
eingestellt werden.
In einer anderen vorteilhaften Durchführung kann das Verfahren zur
Temperaturkompensation genutzt werden, indem während des Druckvorgangs die
Temperatur des Druckfarbengemischs gemessen wird und bei Temperaturänderung
der Sollwert der Viskosität gemäß den rheologischen Eigenschaften des zum Drucken
verwendeten Druckfarbengemischs geändert wird.
Der Sollwert der Viskosität kann dabei jeweils vorteilhaft in Abhängigkeit von der
beabsichtigten Druckdichte oder anderen für den Druckvorgang entscheidenden
Parametern bestimmt werden.
Das Verfahren kann zudem dazu genutzt werden, den Deckungsgrad eines
Druckprodukts einzustellen. Dazu kann zunächst die tatsächliche Druckdichte durch
eine Messung an dem fertigen Druckprodukt festgestellt und mit dem Sollwert des
Deckungsgrades verglichen werden. Vorteilhaft kann sodann aus dem erhaltenen
Differenzwert eine Viskositätsänderung für das Druckfarbengemisch errechnet werden
und diese Viskositätsänderung kann sodann für nachfolgende Druckprodukte nach
einem der soeben beschriebenen Verfahren eingestellt werden.
Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung wird im folgenden anhand der Abbildung
beispielhaft näher beschrieben.
Die Abbildung Fig. 1 zeigt schematisch eine Druckmaschine mit dem Druckwerk 1 und
der Farbwanne 2. Unterhalb der Farbwanne befindet sich der Farbkasten 3, der der
Speicherung des gewünschten Druckmediums dient. Als Druckmedium wird
beispielsweise ein Gemisch von Druckfarben und Lösemittel verwendet. Die Zuführung
dieser Druckflüssigkeit in die Farbwanne geschieht über die Pumpe 4, die den
gleichmäßigen Zulauf der Druckflüssigkeit in die Farbwanne 2 gewährleistet. Die
Meßsonde des Prozeßviskosimeters kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
grundsätzlich an jeder Stelle des Systems positioniert werden, an der eine volle
Umspülung mit der Druckflüssigkeit gewährleistet ist. Dabei kommt insbesondere in
Betracht, die Meßsonde 6 unmittelbar im Farbkasten 3 unterzubringen. Bei
besonderen konstruktiven Gegebenheiten der Druckmaschine kann es jedoch auch
wünschenswert sein, die Meßsonde 7 direkt in einem Rohr oder Schlauch des
Zuführsystems, beispielsweise hinter der Pumpe, vorzusehen. Aber auch die
Farbwanne 2 kann die Meßsonde 8 tragen, wodurch eine besonders direkte Messung
der Viskosität im Zeitpunkt der Auftragung gewährleistet ist. Durch die Vielzahl dieser
Möglichkeiten kann die benötigte Druckmaschine konstruktiv sehr flexibel gestaltet
werden, insbesondere ist nicht erforderlich, einen gesonderten Behälter zur
Viskositätsmessung vorzusehen. Die Durchführung des Verfahrens auf einer solchen
dargestellten Druckmaschine ermöglicht ein komfortables Viskositätsmeßverfahren mit
einer hohen und zeitlich konstanten Genauigkeit, das unabhängig ist von der Stärke
der Strömung sowie von der Strömungsform.
Claims (10)
1. Verfahren zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit mittels eines
Prozeßviskosimeters mit einem piezoelektrischen Kristall als Sensor (Sonde),
wobei an den Kristall ein hochfrequentes elektrisches Feld angelegt wird und die
Viskosität der Flüssigkeit aus der durch die externe Kraftwirkung
(Schubspannung) behinderten Bewegung des Kristalls bestimmt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit zumindest teilweise Druckfarbe verwendet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde in dem
Farbkasten (3, 6), in der Zuleitung des Druckwerkes (7) in der Farbwanne (2, 8)
oder an einer anderen Position des Farbversorgungssystems einer
Druckmaschine eingebaut ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde nur
einmal kalibriert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als
Flüssigkeit reine Druckfarbe verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als
Flüssigkeit ein Gemisch von Druckfarben und Verschnitt und/oder Lösemittel
und/oder Wasser (Druckfarbengemisch) verwendet wird.
6. Verfahren zum Einstellen des Soll-Werts der Viskosität eines
Druckfarbengemischs, bei dem zunächst ein Verfahren nach Anspruch 5
durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der auf diese Weise
gemessene Ist-Wert der Viskosität mit dem Soll-Wert verglichen wird und aus
diesem Differenzwert die Menge des erforderlichen Verschnitts und/oder
Lösemittels und/oder Wassers berechnet und zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren vor
Beginn des Druckvorgangs durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des
Druckvorgangs die Temperatur des Druckfarbengemischs gemessen wird und bei
Temperaturänderung der Soll-Wert der Viskosität gemäß den rheologischen
Eigenschaften des Druckfarbengemischs geändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Wert der
Viskosität in Abhängigkeit von der beabsichtigten Druckdichte oder anderen für
den Druckvorgang entscheidenden Parametern bestimmt wird.
10. Verfahren zum Erreichen des Soll-Werts des Deckungsgrades eines
Druckprodukts, bei dem die tatsächliche Druckdichte durch eine Messung an dem
fertigen Druckprodukt festgestellt und mit dem Soll-Wert des Deckungsgrades
verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem erhaltenen Differenzwert
eine Viskositätsänderung für das verwendete Druckfarbengemisch errechnet wird
und diese Viskositätsänderung für nachfolgende Druckprodukte in einem
Verfahren nach Anspruch 6 eingestellt wird.
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2001
- 2001-09-28 DE DE10148039A patent/DE10148039A1/de not_active Ceased
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