Institutsbericht 2020
4.4
Institute of Computational Physics
Technologien zur Viskositätsregelung für die kontrollierte Applikation von Beschichtungsmaterialien
Eine Steuerelektronik zur Auswertung von Viskositätssensoren und die darauf ausgeführten DSPAlgorithmen wurden an eine neuartige Inline-Sensortechnologie angepasst. Danach ist ein FlowLoop-System entwickelt und aufgebaut worden, um die Inline-Sensoren unter definierten Bedingungen zu testen und eine vollständige Charakterisierung der Sensoren durchzuführen. Erweitert man den Flow-Loop um eine automatisierte Verdünnerdosierung, so erhält man ein vollautomatisches Viskositätregelsystem, welches eine konstant hohe Beschichtungsqualität gewährleistet und dem Anwender Einsparungen an Material, Anlagen- und Arbeitszeit ermöglicht. Mitwirkende: Partner: Finanzierung: Dauer:
D. Fehr, U. Vögeli, A. Bariska, S. Hauri, N. Reinke Rheonics GmbH Innosuisse 2016–2019
Zur Auswertung der Sensorsignale eines neuartigen Inline-Viskositätsmeters wurde eine Auswerteeinheit auf Basis eines DSP (Digitaler Signalprozessor) entwickelt. Als Ausgangslage diente eine Elektronik mit zugehöriger Software von einem vorgängigen Projekt. Das Analog-Front-End und die Algorithmen wurden an die neuen Inline-Viskositätssensoren angepasst.
einer exponentiell abfallenden Schwingung aufweist. Die DSP-Elektronik bestimmt die Resonanzfrequenz und Dämpfung anhand des Spektrums des Ausschwingvorgangs, welches ebenfalls in Abbildung 1 zu sehen ist. Parallel zur Auswerteelektronik ist auch eine Teststrecke (Flow-Loop) entworfen und realisiert worden (Abbildung 2). Die Strecke ist wie ein typischer Nassbeschichtungsprozess aufgebaut: Förderung von Beschichtungsmaterial und Verdünner, Mischer, Zirkulation mit dem Inline-Viskositätssensor und einem Abgriff, der die Applikation des Beschichtungsmaterials simuliert. Mit dem Flow-Loop und der oben beschriebenen Auswerteelektronik können die Viskositätssensoren unter typischen Betriebsbedingungen getestet und charakterisiert werden. Weiterhin ermöglicht das System die Entwicklung einer Inline-Viskositätsregelung, bei der Verdünner automatisiert mit den Beschichtungsmaterialen gemischt wird. Mit dieser Technologie kann eine konstante Viskosität in industriellen Beschichtungsanlagen garantiert werden.
Abb. 2: Charakteristischer Ausschwingvorgang eines mechanischen Schwingers zur Viskositätsbestimmung (oben) und das zugehörige Spektrum, aus dem durch Bestimmung von Mittenfrequenz und Bandbreite auf die Viskosität des Fluids rückgeschlossen werden kann (unten).
Das zugrundeliegende Messprinzip kann wie folgt beschrieben werden: Die Elektronik versetzt den mit Fluid umspülten mechanischen Resonator in Schwingung. Dabei hängen Resonanzfrequenz und Dämpfung des Schwingers von der Dichte und Viskosität des Fluids ab. Abbildung 1 zeigt einen charakteristischen Ausschwingvorgang, der die Form
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Abb. 3: Flow-Loop-Testsystem.
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