CH676505A5 - - Google Patents

Description

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CH 676 505 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung für Rotationsrheometer mit einem Kegel und einer Platte, zwischen denen sich eine zu messende Flüssigkeit befindet, wobei zwecks Messung in unterschiedlichen Viskositätsbereichen und/oder Normalspannungsbereichen Kegel mit unterschiedlichen Aussendurchmessern wahlweise einsetzbar sind, denen eine gemeinsame Platte zugeordnet ist.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei der Gestaltung der Messeinrichtung für Rotationsrheometer von Kegel-Platte-Typ, mit denen Viskosi-tätsmessungen und/öder Messungen der 1. und 2. Normalspannungsdifferenz im höheren Scherspan-nungsbereich bei einem breiten Band der Viskositätswerte durchführbar sind.

Bei bekannten Rotationsrheometem ist es üblich, beim notwendigen Wechsel des Messsystems das Kegel-Platte-Paar jeweils komplett auszutauschen (vgl. Prospekt Sangamo Rfieology-Weissenberg Rheogoniometer, Sangamo Schlumberger, Rheology Div., Sussex Engl.): Nachteilig ist dabei der hohe AufWand zur exakten Justierung der Teile des Messsysfems nach erfolgtem Austausch. Das gilt insbesondere für die Platte, sofern Temperatursensoren direkte elektrische Temperiereinrichtungen usw. dieser zugeordnet sind. Die Realisierung des notwendigen Flüssigkeitsmeniskus, d.h. der sphärischen Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit zwischen den äusseren Rändern der beiden Messflächen Kegel und Platte wird dadurch erreicht, dass die zu messende Flüssigkeit den Keilspalt jeweils bis an den Platten- und Kegelrand füllt (R.W. Wherlov: «Rheological Techniques»; Chichester 1980, S. 179).

Zur teilweisen Vermeidung der obg. Nachteile ist es weiterhin an Viskosimetem bekannt, verschiedene Messsysteme durch Verwendung verschiedener Kegeldurchmesser, aber nur einer entsprechend grossen Plätte zu verwirklichen (Prospekt «Rheotest 2.1.», VEB MLW Prüfgeräte-Werk Medingen, DDR, Ag 40/25/83), Bei den Messsystempaarungen kleinerer Kegel - (einheitlich) grosse Platte werden bei dieser bekannten Lösung jedoch nicht die Forderungen an den für Normalkraftmessungen notwendigen Meniskus erfüllt, d.h. die zylindrische Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit ist infolge der Oberflächen-benetzung der Platte nicht gewährleistet. Mess-wertverfälschungen sind notwendigerweise die Folge.

Es ist darüber hinaus bereits bekannt, die Platte von Kegel-Platte-Messeinrichtungen mit einem den Kegelaussendurchmesser radial übersteigenden Absatz zu versehen (DE-OS 2 149 720, Fig. 4). Dieser Absatz hat jedoch keine strömungstechnische Zweckbestimmung, sondern er ist einem an den Kegelaussendurchmesser sich anschliessenden Rand gegenüberliegend zugeordnet und dient der exakten Messspalteinstellung durch Einlegung eines Messplättchens.

Es ist Ziel der Erfindung, eine Messeinrichtung für Kegei-Platte-Rotationsrheometer anzugeben, wobei bei einer einheitlich grossen Platte zugeordneten kleineren Kegeln Messwertverfälschungen vermieden sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messeinrichtung für Rotationsrheometer mit einem Kegel und einer Platte, zwischen denen sich eine zu messende Flüssigkeit befindet, wobei zwecks Messung in unterschiedlichen Viskositäts- und Normalspannungsbereichen Kegel mit verschiedenen Aussendurchmessern wahlweise einsetzbar sind, denen eine gemeinsame Platte zugeordnet ist, zu schaffen, wobei die sphärische Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit zwischen dem äusseren Rand der kegeligen Messfläche und der Platte auch in den Fällen gewährleistet ist, in denen Kegel mit kleineren Aussendurchmessern als der der Platte eingesetzt sind.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in die den Kegel zugewandte Planfläche der Platte konzentrische Ringnuten eingearbeitet sind, in die Ringe entsprechenden Querschnitts einlegbar sind und deren innerer Durchmesser dem jeweiligen Aussendurchmesser des zugeordneten Kegels entspricht. Die Ringnuten weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, und vorteilhaft ist es, dass sie an ihrem inneren Durchmesser scharfkantig sind.

Zur Durchführung von Untersuchungen mit Messflüssigkeitsreservoir ist es weiterhin zweckmässig, dass in die Ringnuten Randringe mit L-förmi-gem Querschnitt einlegbar sind, wobei der untere Teil jeden Randringes dem Querschnitt der jeweiligen Ringnut entspricht und die Höhe jeden Randringes sich mindestens bis zur Aussenkante des jeweiligen Kegels erstreckt.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfüh-rungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1. den teilweise geschnittenen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Messeinrichtung

Fig. 2. die Draufsicht (Halbschnitt)

Fig. 3. einen Querschnitt analog zu Fig. 1 mit Messflüssigkeitsreservoir und eingelegtem kleinerem Ring (vergrössert)

Die Messeinrichtung eines - im übrigen nicht dargestellten - Rotationsrheometers besteht aus einer unteren Messfläche, der Planfläche 1.1 einer Platte 1 und einer oberen Messfläche, dem Kegel 2. Beide Messflächen sind separat um eine Rotationsachse 3 drehbar in einem nicht gezeichneten Gehäuse gelagert, wobei die Platte 1 mit einem nicht dargestellten Rotationsantrieb und der Kegel 2 mit einer gleichfalls nicht dargestellten Drehmomentan- und Normalkraftmesseinrichtung verbunden sind. Die Messflächen von Platte 1 und Kegel 2 bilden einen ringförmigen Keilspalt, in dem sich die zu messende Flüssigkeit 4 befindet.

Zwecks Messung von Flüssigkeiten 4 in einem breiten Bereich von Viskositätswerten und/oder Normalspannungen sind gemäss Ausführungsbeispiel der Platte 1 vier Kegel 2 mit unterschiedlichen Aussendurchmessern zugeordnet. Der grösste Kegel 2 entspricht in seinem Aussendurchmesser der Platte 1 (nicht gezeichnet). Diese Messeinrich-

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tung wird für niedrigviskose Flüssigkeiten 4 verwendet.

Der nächst kleinere Kegel 2 (nicht gezeichnet) entspricht in seinem Aussendurchmesser dem inneren Durchmesser einer Ringnut 5.1, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist und in die Planfläche 1,1 der Platte 1 eingearbeitet ist. Diese Messeinrichtung dient der Messung etwas höherviskoserer Flüssigkeiten 4.

Der nächste kleinere Kegel 2 (siehe Fig, 1 und 2) entspricht in seinem Aussendurchmesser dem inneren Durchmesser einer Ringnut 5.2, wobei diese Messeinrichtung für noch höherviskoserer Flüssigkeiten 4 vorgesehen ist.

Der letzte Kegel 2 (nicht gezeichnet) hat einen Aussendurchmesser, welcher dem inneren Durchmesser der Ringnut 5.3 entspricht. Diese Messeinrichtung dient der Messung weiter höherviskoserer Flüssigkeiten 4. Selbstverständlich ist es möglich, die Kegel- und Ringnutdurchmesser beliebig bzw. den Erfordernissen entsprechend zu dimensionieren und beispielsweise den grössten Kegel 2 gemäss Ausführungsbeispiel wegzulassen.

Um bei Verwendung grösserer Kegel 2 eine Verfälschung der Messergebnisse durch die innen liegenden (offenen) Ringnuten 5 zu vermeiden, ist es besonders zweckmässig, in die Ringnuten 5 Ringe 6 mit entsprechendem Querschnitt einzulegen, so dass die Planfläche 1.1 der Platte 1 im Bereich der zu messenden Flüssigkeit 4 geschlossen ist (Fig. 3).

Ist die Durchführung von Untersuchungen mit Messflüssigkeitsreservoir (vgl. Whorlow, a.a.O., S. 143) vorgesehen, so wird in die Ringnut 5, die dem Aussendurchmesser des jeweils eingesetzten Kegels 2 entspricht, ein Randring 7 mit L-förmigem Querschnitt eingelegt (Fig. 3). Dabei entspricht der untere Teil dieses Ringes 7 dem Querschnitt der jeweiligen Ringnut 5 und die Höhe des Ringes 7 erstreckt sich mindestens bis zur Aussenkante des jeweiligen Kegels 2, so dass die äusseren Ränder beider Messflächen mit Sicherheit durch die zu messende Flüssigkeit bedeckt sind.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Entsprechend dem Bereich der zu erwartenden Viskosität und/oder Normalspannung der zu messenden Flüssigkeit 4 wird die jeweilige Grösse des Kegels 2 ausgewählt und in das Gerät eingesetzt. Nach Einbringung der zu messenden Flüssigkeit 4 zwischen die Messflächen und Bestätigung des Rotationsantriebes bildet sich durch Wirkung der (scharfkantigen) zylinderförmigen Innenkante der der Kegelgrösse jeweils entsprechenden Ringnut 5 eine sphärische Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit 4 so heraus, wie es bei Messeinrichtungen mit jeweils gleichem Kegel- und Plattendurchmesser üblich und bekannt ist. Messwertverfälschungen durch nicht exakte Meniskusausbildung bei zur Platte 1 kleineren Kegeln 2 sind vermieden.

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Patentansprüche

1. Messeinrichtung für Rotationsrheometer mit einem Kegel und einer Platte, zwischen denen sich eine zu messende Flüssigkeit befindet, wobei zwecks

Messung in unterschiedlichen Viskositätsbereichen und/oder Normalspannungsbereichen Kegel mit verschiedenen Aussendurchmessern wahlweise einsetzbar sind, denen eine gemeinsame Platte zugeordnet ist, deren Aussendurchmesser dem Aussendurchmesser des grössten einsetzbaren Kegels entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass in die Platte (1) mehrere konzentrische, wahlweise mit Ringen (6) verschliessbare Ringnuten (5) mit rechteckigem Querschnitt in die dem Kegel (2) zugewandte Planfläche (1.1.) eingearbeitet sind, deren innere Durchmesser dem Aussendurchmesser des jeweiligen zugeordneten Kegels (2) entsprechen.

2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (5) an ihrem inneren Durchmesser scharfkantig sind.

3. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Durchmesser des verwendeten Kegels (2) entsprechender Randring (7) in die zugehörige Ringnut (5) eingesetzt ist.

4. Messeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Randringe (7) einen L-för-migen Querschnitt besitzen und der Fuss der Ringe dem Querschnitt der jeweiligen Ringnut (5) entspricht.

5. Messeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Randringe (7) mindestens die Aussenkante des eingesetzen Kegels erreicht.

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