DD221276A1 - Vorrichtung zur fuehrung und lagerung rheologischer messsysteme, insbesondere rotationsrheometer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fuehrung und Lagerung rheologischer Messsysteme, vorzugsweise angewendet in Rotationsviskosimetern fuer Laborbetrieb und Prozessueberwachung im Betrieb. Die Erfindung hat zum Ziel eine Vorrichtung zur Fuehrung und Lagerung rheologischer Messsysteme zu schaffen, die bei geringem technischem und oekonomischem Aufwand die rheologische Charakterisierung von Stoffsystemen mit geringen systematischen und zufaelligen Fehlern ermoeglicht. Aufgabe der Erfindung ist es, eine hohe Fuehrungs- und Lagergenauigkeit, die Vermeidung der Beeintraechtigung der zu verwendenden Substanz und eine erhebliche Herabsetzung des Lagerreibungsteils zu bewirken. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass Magnetlager verwendet werden, wobei ein Magnetsystem am beweglichen und ein Magnetsystem am fuehrenden Teil angeordnet ist, die Magnetfelder gegeneinander wirken und den Magneten Weicheisenkoerper zugeordnet sind, wobei der Luftspalt zwischen den Magnetsystemen Flaechen rotationssymmetrisch zur Drehachse bildet. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist vorzugsweise die Rotationsrheometrie. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung und Lagerung Theologischer Meßsysteme, vorzugsweise angewendet in Rotationsrheometerri für den Laborbetrieb und die Prozeßüberwachung, zum Beispiel für Suspensionen, Polymerlösungen und Schmelzen. >

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, die Lagerung der feststehenden oder sich drehenden Rheometerteile wie Kegel und/oder Platte beziehungsweise Außenzylinder und/oder Innenzylinder durch Gleit-und/oder Rollager auszuführen./Bedienungsanleitung zum Rotationsviskosimeter „Rheotest2" der Firma MLW Medingen DDR, Bedienungsanleitung zum Rotationsrheometer „Ferranti-Shiriey" der Firma Ferranti Ltd./. ,

Es ist weiterhin bekannt, die Lagerung dergestalt auszuführen, daß Luft als Stützmedium verwendet wird. Insbesondere dadurch erreicht, daß ein konstanter Luftstrom im'Gehäuse des Luftlagers in Umfangsrichtung gleichverteilt und axial abgeführt wird. / Bedienungsanleitung zum Rotationsrheometer „Weißenbergrheogoniömeter R iS" der Firma Sangamo LTD England/. j EskommsnjedochauchandereFormenderLuftführungvor/J.C.RaveyjM.Dognön.M.Lucius: Rheol.Acta 19,51-59(1980)/. Weiterhin ist bekannt, daß die zu vermessende Substanz, insbesondere deren Oberflächeneigenschäften, zur Führung und Zentrierung des bewegten Rheometerteils genutzt wird. Die Wirkung der Oberflächenspannung besteht darin, die im Falle einer exzentrischen Lagerung über den Umfang auftretende ungleichmäßige Verteilung des statischen Randwinkels auszugleichen. Dabei werden bestimmte Anforderungen an den eingesetzten Werkstoff gestellt. /Bedienungsanleitung zum Rotationsviskosimeter „LS 30" der Firma Contraves, Schweiz, J. Mehlsheimer: Kolloid-Zeitschrift und Zeitschrift für Polymere 250,97-101 (1972), S.Oks: BiorheoJogy 1, 57-70, (1962)/.

Es ist weiterhin bekannt, daß der Zylinder eines Rotationsrheometers durch die zu untersuchende Substanz selbst zentriert und gelagert wird. Dabei erfolgt der Antrieb über ein sich drehendes Magnetfeld /J.C.Ravey, M.Dognon, M.Lucius: Rheol. Acta 19,51-59(1980), V.N.Zakharchenko, S.M.Larionov: Biorheology 10,267-270 (1973)/. Die vorgenannten Vorrichtungen und Meßverfahren haben insbesondere die folgenden Nachteile:

Durch Gleit- oder Rollager treten Reibungsanteile auf, die bei kleinen Scherspannungen, die dem Bereich der Anfangsviskosität . entsprechen, zu einer erheblichen Meßwertverfälschung führen, wobei sowohl der Reibungsanteil bei statischer als auch bei dynamischer Deformation in Form einer Umkehrspanne wirksam wird.

Verwendet man dagegen ein Luftlager, so sind durch die Druckfluktuationen die axiale und radiale Führungsgenauigkeit verringert, außerdem ist der technische Aufwand dieser Lager-und Führungselemente erheblich. Die aus dem Luftlager

auftretende Luftmenge kann bei bestimmten zu vermessenden Substanzen unzulässige Beeinträchtigungen hervorrufen. Wird die Meßsubstanz zur Zentrierung mit verwendet, so führen Instabilitätserscheinungen der Volumen- und/oder Oberflächenphase der Substanz zu Querkräften und damit zur Aufhebung der stabilisierenden Wirkung, so daß Messungen unmöglich werden.

Wird ein Meßsystem entsprechend /V. N.Zakharchenko, S. M. Larionov: Biorheology 10,267-270 (1973)/ verwendet, so treten zu vorhergenannten Stabilitätsproblemen noch hinzu, die Rotation und das Drehmoment durch zusätzliche Messungen bzw. Eichung mit entsprechenden Substanzen zu bestimmen.

Es sind aber auch Lagerungs- und Führungssysteme aus anderen Bereichen als der Rheometrie bekannt. Diese orientieren größtenteils auf die Anwendung dauermagnetischer Radiallager für hochtourig laufende Wellen. Dabei wird die radiale Steifigkeit durch die Anwendung axial rnagnetisierter Dauermagnete erreicht, deren zugewandte Flächen gleiche magnetische Pole haben /(DE-082816125/. Es wird dabei auch darauf hingewiesen, daß diese Magnete unterschiedliche Axiallängen haben, wobei die Länge des innen liegenden Magneten immer größer ist, als die des außen liegenden Magneten /DE-OS 2951010, DE-OS 3032 938/.

Bekannt ist auch, Dauermagnetringe axial hintereinander anzuordnen, dabei eine alternierende Polrichtung (axial) zu wählen und einander zugewandte Flächen durch hichtmagnetisierbares Material zu trennen /DE-OS 3032938/. Dadurch wird eine Vergrößerung der Baulänge sowie eine Erhöhung der Radialsteifigkeit erreicht. ^;

Auch ist bekannt, die bei axialer Magnetisierung zur radialen Stabilisierung auftretenden Axialkräfte durch Stirnlager abzufangen /DE-OS 2951010/.

Um besonders hohe stabilisierende Kräfte zu erzeugen, sind Ausführungen von Dauermagnetlagern bekannt, die große radiale Ausdehnungen haben. Dies führt zu großen Massen, sowohl des Stators, aber auch des Rotors und damit zu großen Trägheitsmomenten /DE-OS 2917217/. Außerdem sind magnetische Schwebelager für Rotationskörper bekannt, bei denen die gegenüberliegenden Dauermagnete so angeordnet sind, daß sie sowohl zur radialen, als auch axialen Fixierung einer Achse beitragen. Durch geeignete Wahl der Neigung (Magnetringform) der Dauermagnete und deren radiale Ausdehnung

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können die axial und radial wirkenden Kräfte ersetzt werden /DE-OS 2938809/. Die vorgenannten Vorrichtungen zur Lagerung von Achsen haben insbesondere die Nachteile, daß sie bei großen stabilisierenden Radialkräften auftretenden radialen Ausmaße zu Trägheitsmomenten und Massen an der zu bewegenden Achse führen, die für Theologische Untersuchungen unzumutbar sind, in den meisten Fällen die radiale Stabilisierung überwiegt, so daß axiale Kräfte durch Stirnlager abgefangen werden , müssen und die für die Stabilisierung hochtourig laufender Wellen ausgelegten Lager für Theologische Meßsysteme bei ' kleinen Drehgeschwindigkeiten nicht anwendbar sind. Außerdem sind die Aufwendungen verhältnismäßig hoch.

Ziel der Erfindung

Reduzierung des Störeinflusses der Lagerung und der Führung auf die Meßgenauigkeit und Verringerung des erforderlichen Aufwandes für die Lagerung und Führung. · ' ' ...·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Lagerung und Führung zu schaffen, die eine höhere Genauigkeit Theologischer Messungen gestattet.

Zur Lösung dieser Erfindung ist vorgesehen, am geführten und führenden Teil je einen rotationsymmetrischen Magneten anzuordnen. Die mit diesem Magnet verbundenen Weicheisenkörper bilden einen zur Achse des geführten Teiles nicht senkrechten Luftspalt. : '

Beide Magnete sind axial und/oder radial magnetisiert.

In zweckmäßigen Ausführungen ist weiterhin vorgesehen: >

Es wird der führende Teil am Gehäuse befestigt und das geführte Teil am Torsionsstab. Die Metallflächen, die den Luftspalt zwischen dan Weicheisenkörpern bilden, können in ihrer Form von der Geraden abweichen. Weiterhin können mehrere ' ' : Magnetsysteme axial zueinander angeordnet sein.

Der Winkel zwischen der Kegelstumpffläche des Luftspaltes und der Drehachse beträgt zwischen 30 und 60 Grad. Außerdem sind die Magnetsysteme über außen und innen befindliche Joche aus Weicheisen verbunden.

Ausiühiungsbeispiel - ,

Dia Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Eszeigen: '.'- .

Fig. 1: die Vorrichtung mit zwei axial polarisierten Magneten,

Fig. 2: die Vorrichtung mit zwei radial polarisierten Magneten,

Fig..3: die Vorrichtung mit einem axial und einem radial polarisierten Magneten und : . . . ;

Fig.4: die Vorrichtung mit zwei Magnetsystemen, deren Magnete axial polarisiert sind.

Fig.1 zeigt die Vorrichtung zur Führung und Lagerung Theologischer Meßsysteme, bestehend aus zwei axial polarisierten rotationssymmetrischen Magneten 1 und2,die,jeweilsmiteinem Weicheisenkörper 3 und 4 versehen sind. Sie sind gegeneinander gepolt, so daß eine Abstoßung zwischen den beiden Magnetsystemen eintritt..Der Kegelwinkel des zwischen den beiden Weicheisenkörpern entstehenden Luftspaltes 5 mit der Drehachse beträgt vorzugsweise zwischen 20° und 60°. Das geführte Magnetsystem ist mit der Achse des Theologischen Meßsystems 6 axialsymmetrisch verbunden. Zur Führung des Theologischen Meßsystems ist es vorteilhaft, daß die magnetische, axial wirkende Kraftkomponente in Richtung des . .

Meßsystems zeigt. '

In einer anderen Ausführung sind die Kegelwinkel der Weicheisenkörper auf dem geführten und dem führenden Magnetsystem nicht gleich. Auch sind in weiteren Ausführungen die den Luftspalt bildenden Mantelflächen der Weicheisenkörper axial nicht eben und die Magnetsysteme und/oder die Weicheisenkörper bestehen aus Segmenten.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführung wie in Fig. 1 dargestellt, jedoch mit radial polarisierten Magneten. In der Fig.2 besteht das führende Magnetsystem aus dem radial polarisierten Dauermagneten 7, der innen, in radialer Richtung den Weicheisenkörper 8 trägt; das geführte Magnetsystem besteht aus dem radial magnetisierten Dauermagneten 9, der mit der zu führenden Achse 11 verbunden ist und dem Weicheisenkörper 10. Die Magnetsysteme sind gegeneinander gepolt.

Die Vorteile dieser Vorrichtungen bestehen insbesondere in der Reibungsfreiheit der Führung und Lagerung, den geringen Aufwendungen, der sehr variablen Anpassung der Magnetsysteme an die jeweiligen Theologischen Meßbedingungen und in der Wartungsfreiheit bei Verwendung von Dauermagneten.

Fig,.3 zeigt in einer weiteren Ausführung die Vorrichtung zur Führung und Lagerung in einer Kombination von Magnetsystemen mit axialer und radialer Magnetisierung. Der axial polarisierte Magnet 12 ist in Achsenrichtung mit dem Weicheisenkörper 13 verbunden und auf der zu führenden Achse 16 zentrisch angeordnet. Das führende Magnetsystem besteht aus dem radial polarisierten Magneten 15 mit dem innen angebrachten Weicheisenkörper 14, und es ist entgegen dern zu führenden Magnetsystem-gepolt. Besonders vorteilhaft ist in diesem Ausführungsbeispiel, daß die Bereiche hoher Magnetfelddichte des führenden und des geführten Magnetsystems gegeneinander wirken/womit eine hohe Führungssteifigkeit erreicht wird.

Fig.4 zeigt eine Ausführung der Vorrichtung zur Führung und Lagerung als Kombination von zwei Magnetsystemen, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Magnete sind axial polarisiert. Die Magnete 17 und 18 mit ihren zugehörigen Weicheisenkörpern sind axialsymmetrisch auf der zu führenden Achse angeordnet und werden durch die Magnetsysteme 19 und 20 geführt. Zwischen den Magnetsystemen 17 und 18 sowie 19 und 20 sind Verbindungsstücke bzw. Joche aus Weicheisen angeordnet.

Die besonderen Vorteile dieser Vorrichtung bestehen darin, daß bei gleicher geometrischer und magnetischer Auslegung

keine Axialkräfte auftreten.

Claims (6)

1. -2- 25 ϊ868

   Erfindungsansprüche: ;

   1. Vorrichtung zur Führung und Lagerung Theologischer Meßsysteme, dadurch gekennzeichnet, daß ein

   rotationssymmetrjscher Magnet am geführten Teil und ein rotationssymmetrischer Magnet am führenden Teil angeordnet sind und die mit diesen Magneten verbundenen. Weicheisenkörper einen zur Achse des geführten Teiles nicht senkrechten Luftspalt bilden und die Magnete axial und/oder radial homogen magnetisiert sind.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1 ,dadurch gekennzeichnet, daß das führende Teil ein Gehäuse gnd das geführte Teil ein Toraionseuib

   ist. ;' ·^: ..' ." ' ' . .".'. '.· ' Λ.; ' , · :.-.
3. 3. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Luftspalt bildenden Mantelflächen zwischen den Weicheisenkörpern axial uneben sind.
4. 4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Magnetsysteme axial zueinander angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Punkt 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Kegelstumpffläche des Luftspaltes und der Drehachse vorzugsweise zwischen 30 Grad und 60 Grad liegt. . ,
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetsysteme über außen oder innen befindliche Joche auch Weicheisen (21,22) verbunden sind.