AT504116B1 - Verfahren zur ermittlung der viskosität von fluiden und viskosimeter - Google Patents

Description

2 AT504 116B1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Viskosimeter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.

Die Messung Theologischer Größen beruht auf der Kenntnis des Zusammenhanges zwischen Schubspannung und der Verformung des zu untersuchenden Materials.

Neben anderen bekannten Prinzipien, wie z.B. Kugelfallviskosimetern, kann die dynamische Viskosität einer Flüssigkeit generell durch die Messung der Reibung bei der Bewegung zweier Körper bekannter Geometrie gegeneinander bestimmt werden.

Den sogenannten Rotationsviskosimetern liegen in ihren unterschiedlichen bekannten Ausprägungen jeweils die Messung des Drehmoments bzw. Momentänderung des rotierenden Körpers durch die viskose Flüssigkeit zugrunde. In der Praxis wird ein Messkörper bekannter Geometrie in einer (ruhenden oder bewegten) Flüssigkeit bewegt und die Viskosität wird beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen oder die Leistungsaufnahme des Antriebs bestimmt, siehe z.B. DE 10047793 A1. Für den in-line Gebrauch in chemisch aggressiver Umgebung wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Die W09941586 schlägt z.B. vor, die Viskosität aus der Drehmomentänderung des Rührwerks während der Produktion von Kunstharzen zu bestimmen. Um aus dieser Größe auf die Zähigkeit rückschließen zu können, muss der durch die Reibung der Flüssigkeit bzw. Zähigkeit verursachte Anteil an der Gesamt-Verlustleistung des Antriebes bekannt und relativ gering sein; die technischen Ausführungen versuchen die Reibungsverluste durch den Antrieb bzw. durch die Bauart, z.B. Luftlagerung oder magnetische Lagerung des Rotors, möglichst gering zu halten.

Ziel der Erfindung ist die Erstellung eines einfach aufgebauten, jedoch exakte Messwerte erbringenden Verfahrens zur Ermittlung der Viskosität von Fluiden und eines dafür ersetzbaren Viskosimeters, das bei einfachem Aufbau für unterschiedliche Messungen einsetzbar ist. Erfindungsgemäß werden diese Ziele bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen erreicht.

Erfindungsgemäß wird somit der jeweilige Abstand bzw. die Änderung des Abstands zwischen den beiden Wandflächen des Spaltes gemessen. Die Änderung des Abstandes erfolgt durch den Druck, den das durch den Spalt hindurchbewegte Fluid auf die Wandflächen des Spaltes ausübt, welcher Druck proportional zur Schubspannung bzw. Viskosität des zu untersuchenden Fluides ist. Der sich bei der Prüfung einstellende Abstand bzw. die Änderung des Abstandes der Wandflächen gegenüber einem Ausgangswert sind bei bekannter Temperatur und Drehzahl ein Maß für die Druckänderung im Messspalt und damit auch für die dynamische Viskosität des untersuchten Fluids.

Vorteilhaftenweise kann die Untersuchung des Fluids sowohl in einem bezüglich der Rotationsachse der rotierenden Wandfläche radial verlaufenden als auch in einem axial verlaufenden Spalt vorgenommen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruches 2 und/oder des Anspruches 3. Durch die Rotationsbewegung wird das zu untersuchende Fluid vorteilhafterweise in Form einer laminaren Strömung durch den Spalt bewegt und die durch den hervorgerufenen Druck entstehenden Änderungen des Abstandes der einander gegenüberliegenden Wandflächen können exakt erfasst werden. Auch wird mengenmäßig eine ausreichende Durchströmung des Spaltes erreicht. Die Rotationsgeschwindigkeit ist einstellbar und damit eine universelle Anwendbarkeit gegeben. Für einen einfachen Aufbau und exakte Messungen sind die Merkmale des Anspruches 4 von 3 AT504116B1

Vorteil. Zweckmäßig wird die ausgelenkte bzw. bezüglich ihres Abstands verstellte Wandfläche gegen eine Rückstellkraft ausgelenkt. Diese, insbesondere elastische Charakteristik aufweisende, Rückstellkraft soll linear mit dem ausgeübten Druck ansteigen bzw. von diesem abhängen. Die gesamte Bewegung der Wandfläche soll reversibel sein, um entsprechend vergleichbare Messungen zu ermöglichen.

Ein erfindungsgemäßes Viskosimeter ist mit den im Kennzeichen des Anspruches 5 angeführten Merkmalen charakterisiert. Damit wird ein robustes Viskosimeter, insbesondere für den inline Gebrauch erstellt, das genaue Messungen ermöglicht, einfach aufgebaut ist, durch entsprechende Materialwahl säure- und druckbeständig ist und bei dem Reibungsverluste beim Antrieb der rotierenden Wandfläche völlig ohne Einfluss sind und demzufolge der Aufwand für eine möglichst verlustfreie Lagerung entfällt. Dichtungsprobleme treten nicht auf, da eine Abdichtung des erfindungsgemäßen Viskosimeters nicht erforderlich ist. Das Viskosimeter wird in das zu untersuchende Fluid eingetaucht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Viskosimeters sind die Merkmale des Anspruches 6 verwirklicht. Die Änderung des Abstandes zwischen der rotierenden und der stillstehenden Wandfläche ist in diesem Fall sehr einfach messbar. Auch kann ein derartiges Viskosimeter ohne größere Schwierigkeiten in das zu untersuchende Fluid eingebracht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Merkmale des Anspruches 7 verwirklicht, die genaue Messungen zulassen.

Um ein exakt messendes Viskosimeter zu erstellen, ist die Ausführungsform gemäß den Merkmalen des Anspruches 8 von Vorteil. Es ist möglich, den Zylinder bzw. den Zylindermantel in Achsrichtung relativ lang zu fertigen, und damit einen entsprechend breiten Spalt auszubilden. Damit ergibt sich ein entsprechend hoher Druck im Inneren des Spaltes, der große Messwerte liefert, die einfach zu messen sind. Des Weiteren kann die den rotierenden Zylinder umgebende stillstehende Wandfläche konstruktiv einfach elastisch ausbiegbar und/oder verschwenkbar gelagert sein. Soferne die stillstehende Wandfläche gegen Federkraft ausbiegbar ist bzw. elastisch ausbiegbar ist, ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen dem vom Fluid ausgeübten Druck und der Rückstellkraft der stillstehenden Wandfläche. Entsprechend sind die Merkmale der Ansprüche 10 und/oder 11 von Vorteil.

Eine vorteilhafte Länge für den Spalt ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 9.

Exakte Messergebnisse erhält man, wenn die Merkmale des Anspruches 12 und/oder 13 verwirklicht sind, da damit die Messung möglichst nahe am rotierenden Zylinder erfolgen kann. In diesem Fall kann die Messung zwischen den beiden Umfangsendbereichen der stillstehenden Wandfläche erfolgen, die sich entsprechend dem Druck im Inneren des Spaltes einander annähern oder voneinander entfernen.

Ein einfacher Aufbau eines derartigen Viskosimeters ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruches 15. Hier sind insbesondere die Abmessungen des Spaltes bzw. seine Verjüngung durch Veränderung der Exzentrizität einfach einstellbar bzw. veränderbar.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Merkmale des Anspruches 16 verwirklicht. Diese Ausführungsform besitzt Vorteile hinsichtlich ihres Einsatzes in Medien in situ. Z.B. kann dieses Viskosimeter in Fluiden bzw. Fluidleitungen eingesetzt werden und liefert bei stabilem Aufbau exakte Messergebnisse.

Die Merkmale des Anspruches 17 ermöglichen eine exakte Ausbildung des Spaltes. Der Spalt kann durch eine entsprechende Oberflächengestaltung der rotierenden Wandfläche oder stillstehenden Wandfläche ausgebildet werden. Mit den Merkmalen der Ansprüche 21 und 22 lässt sich das zu untersuchende Fluid gut dem Spalt zuführen. Konstruktive und das Ansprechverhal- 4 AT504116B1 ten verbessernde Vorteile erhält man mit den Merkmalen der Ansprüche 18, 19 und/oder 20. Exakte Messergebnisse erhält man mit den Merkmalen des Anspruches 25.

Die rotierende Wandfläche kann von einem Motor angetrieben sein, dessen Antriebsachse parallel zur Rotationsachse verläuft. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn der die rotierende Wandfläche ausbildende Bauteil von der Motorwelle direkt angetrieben ist. Für die Exaktheit der Messungen ist es von Vorteil, wenn sich der Spalt stetig verjüngt. Es ist dabei möglich, dass der Spalt keilförmig ausgebildet ist oder eine der Wandflächen gekrümmt, insbesondere kreisförmig gekrümmt ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es, im Spalt zwischen der rotierenden und der stillstehenden Wandfläche eine laminare Strömung des zu untersuchenden Fluids auszubilden.

Von besonderem Vorteil ist es auch, wenn die stillstehende Wandfläche reversibel gegen eine vorzugsweise elastische Kraft bzw. Rückstellkraft, insbesondere in deren linearen Kraftanstiegsbereich, verstellbar ist.

Von Vorteil sind die Merkmale des Anspruches 27. Diese Merkmale ermöglichen eine einfache Umrüstung eines erfindungsgemäßen Viskosimeters, um dieses an unterschiedliche Umgebungen bzw. die Untersuchung von unterschiedlichen Fluiden anpassen bzw. Umrüsten zu können.

Alle diese erörterten Merkmale tragen jeweils für sich bei, dass exakte Messergebnisse mit den einfach aufgebauten erfindungsgemäßen Viskosimetern erhalten werden können.

Die Messung des Abstandes zwischen der rotierenden und der stillstehenden Wandfläche kann mit unterschiedlichen Messsystemen erfolgen, z.B. mit Wirbelstromsensoren, die besonders gut für die Messung von relativen Abstandsänderungen geeignet sind. Eine derartige Messung kann mit entsprechend hoher Auflösung bzw. Genauigkeit erfolgen. Allerdings sind auch kapazitive, induktive und/oder optische, insbesondere interferometrische, Messeinrichtungen und Messverfahren zur Ermittlung der Abstandsänderung ersetzbar. Insbesondere werden relative Änderungen des Abstandes gemessen. Absolutmessungen können durch entsprechende Kalibrierungen vermieden werden. Es folgt eine entsprechende Kalibrierung der erfindungsgemäßen Viskosimeter, in Bezug auf bekannte Standards werden alle Einflüsse von Reibung im Viskometer und von Dichtungs- und Antriebsproblemen eliminiert.

Vorteilhaft für die Durchführung der Messungen ist die Kenntnis der Drehzahl bzw. Frequenz des Motors, der eine gleichbleibend genaue Drehzahl liefern soll. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Temperatur des Fluids exakt bestimmt werden kann, da die Viskosität von Fluiden stark temperaturabhängig ist.

Die erfindungsgemäßen Viskosimeter sind auch unter hohen Drucken und Temperaturen ersetzbar, da entsprechend widerstandsfähige Materialien eingesetzt werden können. Zweckmäßig sind die die stillstehende Wandfläche und/oder die rotierende Wandfläche ausbildenden Bauteile mit Titan-, Edelstahl- oder Nickelbasis-Legierung gebildet.

Die Spaltdicke und/oder die Rotationsgeschwindigkeit werden abhängig vom zu untersuchenden Fluid gewählt bzw. eingestellt. Insbesondere soll damit eine laminare Durchflussströmung erreicht werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Fig. 1 zeigt den Druckaufbau in einem erfindungsgemäßen Viskosimeter. Fig. 2 und 3 zeigen schematisch die Funktionsweise einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Viskosimeters. Fig. 4 zeigt eine Ansicht einer ersten Ausführungsform. Fig. 5 und Fig. 6 zeigen schematisch eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Viskosimeters. Fig. 7 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Viskosimeters. 5 AT504116B1

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß aufgebautes Viskosimeter. Zwischen einem um eine zentrale Rotationsachse 7 rotierenden zylindrischen Bauteil 1, der eine rotierende Umfangsfläche bzw. zylinderförmige Wandfläche 10 besitzt und einer Wandfläche 11, die auf einem den Bauteil 1 teilweise umgebenden Bauteil 2 ausgebildet ist, liegt ein Spalt 9. Dieser Spalt 9 besitzt über seine Breite, die parallel zur zentralen Rotationsachse 7 verläuft, vorteilhafterweise gleichbleibende Dicke, nimmt jedoch in Rotationsrichtung 3 des Bauteiles 1 ab.

Mit 4 ist die Strömungsrichtung eines nicht näher dargestellten Fluides bezeichnet, das in Rotationsrichtung 3 des Bauteiles 1 in den Spalt 9 eintritt bzw. von der rotierenden Fläche 10 in den Spalt 9 mitgenommen wird. Dieses durch den Spalt 9 hindurch bewegte Fluid übt auf die Wandfläche 11 des Bauteiles 2 einen Druck aus, dessen Verlauf über die Länge des Spaltes 9 mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet wurde. Der sich entsprechend der Kurve 5 einstellende Druck des Fluides beruht auf dem sich dynamisch einstellenden Staudruck aufgrund der Scherung des durch den Spalt 9 bewegten Fluides.

Dieser radial bezüglich der zentralen Rotationsachse 7 nach außen gerichtete Druck bewirkt ein Abheben des Bauteils 2 bzw. eine Entfernung der Wandfläche 11 von der rotierenden Wandfläche 10. Der sich einstellende Abstand bzw. die Änderung des Abstandes ist mit ΔΧ bezeichnet und dient als Maß für die Viskosität des durch den Spalt 9 hindurchbewegten Fluids.

Es ist vorteilhaft, das Fluid durch den Spalt 9 in Form einer laminaren Strömung zu bewegen und dazu die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Wandfläche und/oder die Konvergenz des Spaltes und/oder den Verlauf der Verjüngung des Spaltes und/oder die Spaltdicke derart einzustellen, dass diese laminare Strömung erreicht wird.

Es ist vorgesehen, dass dem Druck des Fluids bzw. einer Änderungen des Abstandes ΔΧ mit einer Rückstellkraft, insbesondere einer elastisches bzw. reversibles Verhalten aufweisenden Rückstellkraft, entgegengewirkt wird. Dadurch wird erreicht, dass auch bei sich änderndem Druck bzw. unterschiedlichen Auslenkungen des Bauteiles 2 gegenüber dem Bauteil 1 die Rückstellkraft proportional zu dem vom Fluid ausgeübten Druck ist. Die Rückstellung des Bauteiles 2 wird entweder durch sein elastisches Verhalten und/oder durch eine mechanische oder elektrisch oder magnetisch erstellte Rückstellkraft bewirkt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Bauteil 2 gegen die Wirkung einer Feder, die schematisch als federbelastetes Gelenk 37 dargestellt ist, auf einem ortsfesten Träger oder Gehäuse 6 schwenkbar befestigt ist. Des Weiteren kann der vordere bzw. freie Endbereicht 2' des Bauteils 2 eine elastische Verbiegung ausführen in einer Ebene senkrecht zur zentralen Rotationsachse 7.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Viskosimeters, bei dem der Bauteil 2 mit einem eine Verschwenkung in einer Ebene senkrecht zur zentralen Rotationsachse 7 ermöglichenden Federgelenk 37 am Gehäuse 6 gelagert ist.

Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist vorgesehen, dass der die rotierende Wandfläche 10 ausbildende Bauteil 1 von einem rotierenden Zylinder bzw. Zylindermantel gebildet ist, wobei der die stillstehende, insbesondere einen Teil eines Zylindermantels darstellende Wandfläche ausbildende Bauteil 2 den rotierenden Zylinder bzw. Zylindermantel über einen vorgegebenen Abschnitt des Zylinderumfanges unter Ausbildung des Spaltes 9 umgibt.

Es ist zweckmäßig, dass die stillstehende Wandfläche 11 die rotierende Wandfläche 10 über einen Umfang von 180° bis 340°, insbesondere von 270 bis 330°, umgibt. Allerdings ist es auch möglich, die rotierende Wandfläche 10 über einen geringeren Umfang mit der stillstehenden Wandfläche 11 zu umgeben.

Des Weiteren ist eine Messeinheit 8 vorgesehen, die in einer Richtung tangential zum Umfang 6 AT504116B1 der rotierenden Wandfläche 10 den Abstand bzw. die Änderung des Abstandes ΔΧ, insbesondere des Endbereiches, der stillstehenden Wandfläche 11 zur rotierenden Wandfläche 10 misst. Diese Messeinheit 8 kann an eine zentrale Auswerteeinheit 19 angeschlossen sein, in welcher zentralen Auswerteeinheit 19 die erhaltenen Signale betreffend erfolgte Abstandsänderungen mit den Ergebnissen von Kalibriermessungen verglichen werden und damit eine Aussage über die Viskosität des zu untersuchenden Fluides getroffen werden kann.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Viskosimeters mit einem Gehäuse 6, in dem ein nicht näher ersichtlicher Elektromotor angeordnet ist, auf dessen Welle 18 ein zylindrischer Bauteil 1 angeordnet ist. Am Gehäuse 6 befestigt ist ein plattenförmiger Bauteil 2, dessen Dicke sich in Umfangsrichtung bzw. Rotationsrichtung 3 des zylindrischen Bauteils 1 verjüngt und diesen unter Ausbildung des Spaltes 9 umgibt. Dieser von einer gebogenen Platte 20 gebildete Bauteil 2 ist am Gehäuse 6 fix befestigt. Das zu untersuchende Fluid kann entsprechend Pfeil 4 in den Spalt 9 eintreten. Durch das durch den Spalt 9 hindurch bewegte Fluid wird der plattenförmige Bauteil 2 vom zylinderförmigen Bauteil 1 weggedrückt, insbesondere der Endbereich 38 des Bauteils 2 entfernt sich um ein Maß ΔΧ von der Oberfläche 10 des rotierenden Zylinders 1. Mit einer Messeinrichtung 8, die beispielsweise an einer Kante oder einem Fortsatz des Endbereiches 38 des Bauteils 2 anliegt oder an diese(n) heranreicht, kann die Bewegung des Endbereiches 38 gegenüber dem am Gehäuse 6 fixierten Anfangsbereiches des Bauteils 2 gemessen werden. Diese Abstandsänderung kann als Maß für die Viskosität des durch den Spalt 9 hindurchbewegten Fluides angesehen werden. An die Messeinrichtung 8 ist die zentrale Auswerteeinheit 19 angeschlossen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Viskosimeters, bei dem in einem Gehäuse 6 ein mit 17 schematisch angedeuteter Motor gelegen ist, auf dessen Welle 18 ein die Form eines Zylinders 12 aufweisender Bauteil 1 angeordnet ist. Dieser Bauteil 1 besitzt eine Stirnfläche, die um die Rotationsachse 7 der Welle rotiert wird. Diese Stirnfläche bildet eine rotierende Wandfläche 10, die einer Oberflächenbahn 22, die als stillstehende Wandfläche 11 fungiert, gegenüberliegt. Diese Oberflächenbahn 22 ist auf dem Bauteil 2 ausgebildet. Prinzipiell ist eine der beiden Wandflächen 10, 11, insbesondere die der rotierenden Wandfläche 10 gegenüberliegende, stillstehende Wandfläche 11 mit der schraubenflächenartig gewundenen, in Rotationsrichtung 3 der rotierenden Fläche 10 ansteigenden Oberflächenbahn 22 versehen.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass sich die Oberflächenbahn 22 auf der, vorzugsweise kreisförmigen, Wandfläche 10 oder 11 über einen Sektor mit einem Winkel von 180° bis 340°, vorzugsweise von 270° bis 330°, erstreckt.

Durch die Rotation der rotierenden Wandfläche 10 wird in den zwischen dem Bauteil 1 und dem Bauteil 2 ausgebildeten Spalt 9 zu untersuchendes Fluid eingebracht und augrund des sich entwickelten Druckes wird der Bauteil 2 in Richtung des Pfeiles 39 vom Bauteil 1 weggedrückt. Dieses Wegdrücken kann gemessen werden durch eine Verbiegung des Trägers 15, auf dem der Bauteil 2 gelagert ist, welche Verbiegung beispielsweise mit Dehnungsmessstreifen festgestellt werden kann. An sich besteht auch die Möglichkeit, den Träger 15 und den Träger 16 biegesteif auszubilden und die Änderung des Abstandes zwischen dem Bauteil 1 und dem Bauteil 2 mit einer Messeinheit 19 zu messen, z.B. einem Bewegungs- oder Wegsensor, welcher im Gehäuse 6 untergebracht ist und die Bewegung des Trägers 16 misst.

Von Vorteil für die Einbringung des Fluides in den Spalt 9 ist es bei dieser Ausführungsform, wenn an die Oberflächenbahn 22, vorzugsweise der stillstehenden Wandfläche 11, insbesondere an den engsten Bereich 23 des Spaltes 9 anschließend eine im wesentlichen abrupt bzw. senkrecht zur Oberfläche des Bauteiles abfallende Freifläche 24 und gegebenenfalls ein an diese anschließender Freiraum 27 ausgebildet sind.

Gute Messergebnisse werden erreicht, wenn die in Form einer Schraubenfläche gewundene Oberflächenbahn 22 auf der Stirnfläche eines Kreiszylinders oder Kreiszylinderringes oder auf

Claims (31)

1. 7 AT504116B1 einem Kreiszylindersektor oder Kreiszylinderringsektor ausgebildet ist. Eine Alternative zur Ausführungsform der Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Bauteil 2 gegen die Wirkung einer Feder 14 auf dem Träger 15 gelagert. Die Abstandsmessung erfolgt durch Messung des Abstandes zwischen dem Bauteil 1 und 2 mit einer Messeinrichtung 8, die am Bauteil 2 angeordnet ist und allenfalls am Bauteil 1 einen mit ihr zusammenwirkenden Messteil 8' trägt. Es ist von Vorteil, wenn der die rotierende Wandfläche 10 ausbildende Bauteil 1 von der Motorwelle 18 direkt angetrieben ist bzw. wenn der die rotierende Wandfläche 10 ausbildende Bauteil 1 lösbar bzw. austauschbar auf der Motorwelle 18 gelagert ist und/oder der die stillstehende Wandfläche 11 ausbildende Bauteil 2 auf dem Motorgehäuse 44 oder einem mit dem dem rotierenden Bauteil 10 gemeinsamen Träger 6 lösbar bzw. austauschbar gelagert ist. Damit wird eine Anpassung der Viskosimeter an unterschiedliche Betriebsbedingungen bzw. unterschiedliche zu untersuchende Fluide leicht möglich. Für exakte Messergebnisse ist es von Vorteil, wenn sich der Spalt 9 stetig verjüngt bzw. wenn der Spalt 9 keilförmig ausgebildet ist oder wenn zumindest eine Wandfläche 10, 11, vorzugsweise die stillstehende Wandfläche 11, gekrümmt, insbesondere kreisförmig oder sinusförmig gewellt ausgebildet ist bzw. wenn die Messeinheit 8 zur Messung des Abstandes bzw. der Änderung des Abstandes ΔΧ zwischen der rotierenden Wandfläche 10 und der stillstehenden Wandfläche 11 im Bereich des Endbereiches 23 der stillstehenden Wandfläche 11 bzw. im Bereich der engsten Stelle des Spaltes 9 angeordnet ist. Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Viskosimeter im Einsatz für die Messung der Viskosität eines ein Rohr 26 durchströmenden Fluids. Das Viskosimeter ist mit einem Flansch 25 an einem Flansch 24 der Rohrleitung 26 befestigt und ragt mit seinem rotierenden Bauteil 1 sowie mit dem diesen rotierenden Bauteil 1 umgebenden Bauteil 2 ins Innere des Rohres, wie dies schematisch in Fig. 7 angedeutet ist. Auf diese Weise ist es einfach möglich, mit dem erfindungsgemäßen Viskosimeter in-situ-Untersuchungen vorzunehmen. Die Dickenabnahme über die Länge des Spaltes kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sein, wesentlich ist die Ausbildung einer laminaren Strömung. Vorteilhaft ist eine stetige Verjüngung vorgesehen. Prinzipiell könnten beiden Wandflächen des Spaltes gleiche oder unterschiedliche Krümmungen bzw. Oberflächenverläufe besitzen. Der Keilwinkel ist innerhalb von durch die Praxis vorgegebenen Grenzen zur Ausbildung einer laminaren Strömung beliebig wählbar. Vorteilhaft für die Durchführung der Messungen ist die Wiederholbarkeit der Auslenkung und die damit verursachte Rückstellkraft, die definiert und reversibel sein soll. Diese Rückstellkraft kann linear oder nicht-linear sein, je nach den Eigenschaften der zur Rückstellung verwendeten Baueinheiten oder Materialien. Vorteilhafterweise soll ein linearer Zusammenhang zwischen der Auslenkung der beweglichen Wandfläche und der Rückstellkraft bestehen. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Ermittlung der Viskosität von Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, wobei das Fluid in einen von zwei gegenüberliegenden Wandflächen (10, 11) begrenzten, sich verjüngenden bzw. verengenden Spalt (9) eingebracht und durch diesen hindurchbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Abstand bzw. die Änderung des Abstandes (ΔΧ) der beiden gegenüberliegenden Wandflächen (10, 11) aufgrund des von dem durch den sich, vorzugsweise stetig, verjüngenden bzw. verengenden Spalt (9) durchbewegten Material auf die Wandflächen ausgeübten Drucks gemessen und als Messwert für die Viskosität des Fluides herangezogen bzw. ausgewertet wird. 8 AT504116B1
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandfläche (10) des Spaltes (9) um eine zentrale Rotationsachse (7) rotiert wird und mit dieser Rotationsbewegung das zu prüfende Fluid in den Innenraum des Spaltes (9) eingetragen bzw. durch diesen, vorzugsweise in Form einer laminaren Strömung, durchbewegt wird, wobei vorteilhafterweise die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Wandfläche (10) gegebenenfalls unter Berücksichtigung bzw. Einstellung der Konvergenz bzw. des Verlaufes der Verjüngung des Spaltes (9) und/oder der Dicke des Spaltes (9) derart eingestellt wird, dass sich im Spalt (9) eine laminare Strömung des zu untersuchenden Fluids einstellt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sich einstellende Abstand bzw. die Änderung des Abstandes (ΔΧ) zwischen der rotierenden Wandfläche (10) und der anderen, gegenüber der rotierenden Wandfläche stillstehenden aber abstandsveränderlichen Wandfläche (11) des Spaltes (9) als Messwert für die Viskosität des Fluides herangezogen bzw. ausgewertet wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druck des Fluids bzw. einer Änderungen des Abstandes (ΔΧ) mit einer auf die Wandfläche (11) ausgeübten oder von ihr selbst ausgeübten Rückstellkraft, insbesondere eine elastisches bzw. reversible Rückstellung der Wandflächen (11) bewirkenden Rückstellkraft, entgegengewirkt wird.
5. 5. Viskosimeter zur Ermittlung der Viskosität von Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, wobei das Fluid in einen von zwei gegenüberliegenden Wandflächen (10, 11) begrenzten, sich verjüngenden bzw. verengenden Spalt (9) eingebracht und durch diesen hindurchbewegt wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (9) von einer stillstehenden Wandfläche (11) und einer eine Rotationsbewegung vollführenden Wandfläche (10) gebildet bzw. begrenzt ist, welche um eine bezüglich dieser Wandfläche (10) zentrale Achse (7) rotiert und - dass eine Messeinheit zur Erfassung des jeweiligen Abstandes bzw. der Änderung des Abstandes (ΔΧ) der beiden gegenüberliegenden Wandflächen (10, 11) aufgrund des Druckes des durch den Spalt (9) durchbewegten Materials vorgesehen ist und als Messwert für die Viskosität des Fluides bzw. einer Auswerteeinheit zugeführt wird.
6. 6. Viskosimeter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, - dass der die rotierende bzw. rotierbare Wandfläche (10) ausbildende Bauteil (1) um eine zentrale Rotationsachse (7) rotiert, - dass der die stillstehende Wandfläche (11) ausbildende Bauteil (2) der rotierenden Wandfläche (10) gegenüberliegend angeordnet und gegenüber der rotierenden Wandfläche (10) gegen eine insbesondere elastisch bzw. reversibel wirkende Rückstellkraft abstandsveränderlich gelagert bzw. angeordnet oder ausgebildet ist und - dass eine Messeinheit (19) zur Messung des jeweiligen Abstandes bzw. der Änderung des Abstands (ΔΧ) zwischen der rotierenden Wandfläche (10) und der stillstehenden Wandfläche (11) vorgesehen ist.
7. 7. Viskosimeter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, - dass der die rotierende Wandfläche (10) ausbildende Bauteil (1) von einem rotierenden Zylinder bzw. Zylindermantel gebildet ist, und - dass der die stillstehende, insbesondere einen Teil eines Zylindermantels darstellende, Wandfläche (11) ausbildende Bauteil (2), den rotierenden Zylinder bzw. Zylindermantel über einen vorgegebenen Abschnitt des Zylinderumfanges unter Ausbildung des Spaltes (9) umgibt (Fig. 4).
8. 8. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die stillstehende Wandfläche (11) auf einem Bauteil (2) ausgebildet ist, der in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse (7) der rotierenden Wandfläche (10), insbesondere Zylinder bzw. 9 AT504116B1 Zylindermantel, gegen eine vorgegebene Kraft bzw. Rückstellkraft zumindest mit bzw. über Teile(n) abschnittsweise verschwenkbar gelagert und/oder elastisch ausbiegbar ist und dass eine Messeinheit (8) zur Messung des Verschwenkweges und/oder der Ausbiegung der stillstehenden Wandfläche (11) bzw. der Abschnitte bzw. der Abstandsänderung (ΔΧ) zwischen dem rotierbaren Zylinder bzw. Zylindermantel und der stillstehenden Wandfläche (11) bzw. deren Abschnitte vorgesehen ist (Fig. 4).
9. 9. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die stillstehende Wandfläche (11) die rotierende Wandfläche (10) über einen Umfang von 180° bis 340°, insbesondere von 270 bis 330°, umgibt.
10. 10. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der die stillstehende Wandfläche (11) ausbildende Bauteil (2) auf einem den rotierbaren Zylinders bzw. Zylindermantels abstützenden Träger bzw. Gehäuse (6) in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse (7) gegen Federwirkung (7) verschwenkbar gelagert ist bzw. zumindest einen gegen Federwirkung (7) in dieser Ebene elastisch verschwenkbaren Abschnitt (2‘), insbesondere Endabschnitt, aufweist.
11. 11. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der die stillstehende Wandfläche (11) ausbildende Bauteil (2) in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse (7) des Zylinders bzw. Zylindermantels elastisch biegbar bzw. aufweitenbar ist und vorzugsweise von einer insbesondere zylinderförmig um den Zylinder bzw. Zylindermantel gebogenen, ihre Dicke in Richtung auf die Verjüngung des Spaltes (9) verringernden Platte (20) gebildet Ist.
12. 12. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinheit (8) vorgesehen ist, die in einer Richtung tangential zum Umfang der rotierenden Wandfläche (10) den Abstand bzw. die Änderung des Abstandes (ΔΧ), insbesondere des Endbereiches, der stillstehenden Wandfläche (11) zur rotierenden Wandfläche (10) misst.
13. 13. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (8) vom Anfangsbereich des die stillstehende Wandfläche (11) ausbildenden Bauteils (2) getragen ist und den Abstand dieses Anfangsbereiches bzw. dessen Abstandsänderungen gegenüber dem Endbereich (21) der um den rotierenden Zylinder (1) herumgeführten bzw. -gebogenen, stillstehenden Wandfläche (11) misst.
14. 14. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die stillstehende Wandfläche (11) im Anfangsbereich des Spaltes (9) mit der Stirnfläche des Bauteils (2) einen spitzen Winkel (A) ausbildet.
15. 15. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die stillstehende Wandfläche (11) kreiszylindrischen Innenquerschnitt besitzt und eine Achse besitzt, die zur Ausbildung des konvergierenden Spaltes (9) exzentrisch bezüglich der Rotationsachse (7) des rotierenden Zylinders bzw. Zylindermantels (1) angeordnet ist.
16. 16. Viskosimeter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, - dass die rotierende Wandfläche (10) von einer rotierenden, insbesondere kreisförmigen Fläche, vorzugsweise von der Stirnfläche eines rotierbaren Zylinders (12) gebildet ist, - dass die stillstehende Wandfläche (11) unter Ausbildung des Spaltes (9) dieser rotierenden Fläche (10), insbesondere parallel, gegenüberliegend angeordnet ist, - dass die stillstehende Wandfläche (11) in Richtung auf die Stirnfläche (10) mit einer vorgegebenen Kraft elastisch und insbesondere reversibel vorgespannt und beaufschlagt ist bzw. einer Druckbeaufschlagung durch das zu prüfende Fluid entgegenwirkt, und - dass eine Messeinheit (8) zur Messung des jeweiligen Abstandes bzw. der Abstandsän- 10 AT504116B1 derung (ΔΧ) zwischen den beiden Wandflächen (10, 11) vorgesehen ist (Fig. 5).
17. 17. Viskosimeter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Wandflächen (10, 11), insbesondere die der rotierenden Wandfläche (10) gegenüberliegende, stillstehende Wandfläche (11) eine schraubenflächenartige gewundene, in Rotationsrichtung (3) der rotierenden Fläche (10) ansteigende Oberflächenbahn (22) ausbildet.
18. 18. Viskosimeter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Oberflächenbahn (22) auf der, vorzugsweise kreisförmigen, Wandfläche (10,11) über einen Sektor mit einem Winkel von 180° bis 340°, vorzugsweise von 270° bis 330°, erstreckt.
19. 19. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der die stillstehende Wandfläche (11) tragende bzw. ausbildende Bauteil (2) in Richtung auf die rotierende Stirnfläche (10) federbelastet ist.
20. 20. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der die rotierende Stirnfläche (10) und der die stillstehende Wandfläche (11) tragende bzw. ausbildende Bauteil (2) gleichen Durchmesser besitzen.
21. 21. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass an die Oberflächenbahn (22), vorzugsweise der stillstehenden Wandfläche (11), insbesondere an den engsten Bereich (23) des Spaltes (9) anschließend, eine im wesentlichen abrupt bzw. senkrecht zur Oberfläche des Bauteiles (1, 2) abfallende Freifläche (24) und gegebenenfalls an diese anschließender Freiraum (17) ausgebildet sind.
22. 22. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die in Form einer Schraubenfläche gewundene Oberflächenbahn (22) auf der Stirnfläche eines Kreiszylinders oder Kreiszylinderringes ausgebildet ist oder dass die Oberflächenbahn auf einem Kreiszylindersektor oder Kreiszylinderringsektor ausgebildet ist.
23. 23. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Wandfläche (10) von einem Motor (17) angetrieben ist, dessen Antriebsachse (18) parallel zur Rotationsachse (7) verläuft.
24. 24. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der die rotierende Wandfläche (10) ausbildende Bauteil (1) von der Motorwelle (18) direkt angetrieben ist.
25. 25. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (8) zur Messung des Abstandes bzw. der Änderung des Abstandes (ΔΧ) zwischen der rotierenden Wandfläche (10) und der stillstehenden Wandfläche (11) im Bereich des Endbereiches (23) der stillstehenden Wandfläche (11) bzw. im Bereich der engsten Stelle des Spaltes (9) angeordnet ist.
26. 26. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der die stillstehende Wandfläche (11) und/oder die rotierende Wandfläche (10) ausbildende Bauteil (1, 2) aus Titan-, Edelstahl- oder Nickelbasis-Legierung gebildet sind.
27. 27. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der die rotierende Wandfläche (10) ausbildende Bauteil (1) lösbar bzw. austauschbar auf der Motorwelle (18) gelagert ist und/oder der die stillstehende Wandfläche (11) ausbildende Bauteil (2) auf dem Motorgehäuse (44) oder einem mit dem rotierenden Bauteil (10) gemeinsamen Träger (6) lösbar bzw. austauschbar gelagert ist.
28. 28. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass sich der 1 1 AT504 116B1 Spalt (9) stetig verjüngt.
29. 29. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (9) keilförmig, insbesondere mit eben verlaufenden Wandflächen (10, 11) ausgebildet ist oder dass zumindest eine Wandfläche (10, 11), vorzugsweise die stillstehende Wandfläche (11), gekrümmt, insbesondere kreisförmig gekrümmt oder sinusförmig gewellt ausgebildet ist.
30. 30. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass im Einsatz im Spalt (9) zwischen der rotierenden Wandfläche (10) und der stillstehenden Wandfläche (11) eine laminare Strömung des zu untersuchenden Fluids ausgebildet ist.
31. 31. Viskosimeter nach einem der Ansprüche 5 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die stillstehende Wandfläche (11) reversibel gegen eine vorzugsweise elastische Kraft bzw. Rückstellkraft, insbesondere in deren linearen Kraftanstiegsbereich, verstellbar ist. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen