DD221276A1

DD221276A1 - DEVICE FOR THE MANAGEMENT AND STORAGE OF RHEOLOGICAL MEASURING SYSTEMS, IN PARTICULAR ROTATION RHEOMETERS

Info

Publication number: DD221276A1
Application number: DD84259868A
Authority: DD
Inventors: Christian Friedrich; Hartmut Schiefer; Uwe Reinhold; Dieter Amft; Rainer Schnabel
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1984-02-06
Filing date: 1984-02-06
Publication date: 1985-04-17
Also published as: DE3437937A1

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. 1The invention relates to a device for guiding and storing rheological measuring systems, preferably used in rotary viscometers for laboratory operation and process monitoring during operation. The invention aims to provide a device for the management and storage of rheological measuring systems, which allows the rheological characterization of material systems with low systematic and random errors with low technical and oeconomic effort. The object of the invention is to provide a high Fuehrungs- and storage accuracy, avoiding the Beeintraechtigung the substance to be used and a significant reduction of the bearing friction part. According to the invention, the object is achieved by using magnetic bearings, wherein a magnet system is arranged on the movable part and a magnet system on the leading part, the magnetic fields act against one another and the magnets are associated with soft iron bodies, wherein the air gap between the magnet systems forms surfaces rotationally symmetrical to the axis of rotation. The field of application of the invention is preferably rotational rheometry. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der Erfindung Field of application of the invention

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. >The invention relates to a device for guiding and storing theological measuring systems, preferably used in Rotationsrheometerri for laboratory operation and process monitoring, for example for suspensions, polymer solutions and melts. >

Characteristic of the known technical solutions

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./. ,It is known to carry out the storage of the stationary or rotating rheometer parts such as cones and / or plate or outer cylinder and / or inner cylinder by sliding and / or rolling bearings. / Operating instructions for the rotational viscometer "Rheotest2" from MLW Medingen DDR, operating instructions for the rotational rheometer " Ferranti-Shiriey "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)/.It is also known to carry out the storage such that air is used as a support medium. In particular, achieved in that a constant air flow im'Gehäuse the air bearing in the circumferential direction is uniformly distributed and discharged axially. / Instruction Manual for the Rotational Rheometer "Weberberg Rheonomist R iS" of the company Sangamo LTD England /. J However, there are also other forms of air guidance in front of / JCRaveyj M. Dognön. M. Lucius: Rheol.Acta 19, 51-59 (1980) / Further, it is known that the substance to be measured The effect of the surface tension is to compensate for the non-uniform distribution of the static contact angle occurring over the circumference in the case of an eccentric bearing, whereby certain requirements are placed on the material used. Instruction manual for the rotational viscometer "LS 30" from Contraves, Switzerland, J. Mehlsheimer: Colloid Journal and Journal of Polymers 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:It is also known that the cylinder of a rotational rheometer is centered and stored by the substance to be examined itself. It is driven by a rotating magnetic field / J. C. Ravey, M. Dognon, M. Lucius: Rheol. Acta 19, 51-59 (1980), V.N. Zakharchenko, S.M.Larionov: Biorheology 10, 267-270 (1973) /. The aforementioned devices and measuring methods have the following disadvantages in particular:

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.By sliding or rolling bearings occur friction fractions, which at low shear stresses, the range of initial viscosity. lead to a significant Meßwertverfälschung, with both the friction component in static and dynamic deformation in the form of a reverse span is effective.

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 LuftlagerBy contrast, if an air bearing is used, the axial and radial guidance accuracy are reduced by the pressure fluctuations, and the technical complexity of these bearing and guide elements is considerable. The from the air bearing

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. The amount of air that occurs can cause unacceptable damage to certain substances to be measured. If the measuring substance is used for centering, instability phenomena of the volume and / or surface phase of the substance lead to transverse forces and thus to the abolition of the stabilizing effect, so that measurements become impossible.

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.If a measuring system corresponding to / V. N. Zakharchenko, S.M. Larionov: Biorheology 10, 267-270 (1973), in addition to the previously mentioned stability problems, the rotation and the torque are determined by additional measurements or calibration with corresponding substances.

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/.But there are also known storage and guidance systems from other areas than rheometry. These are largely based on the application of permanent magnetic radial bearings for high speed running shafts. The radial rigidity is achieved by the use of axially magnetized permanent magnets whose facing surfaces have the same magnetic poles (DE-082816125 / It is also pointed out that these magnets have different axial lengths, the length of the inner magnet becoming larger and larger is, as that of the external magnet / 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. ^; It is also known to arrange the permanent magnet rings axially one behind the other, thereby selecting an alternating polar direction (axially) and separating surfaces facing each other by magnetically magnetizable material / DE-OS 3032938 /. As a result, an increase in the length and an increase in the radial rigidity is achieved. ^;

Auch ist bekannt, die bei axialer Magnetisierung zur radialen Stabilisierung auftretenden Axialkräfte durch Stirnlager abzufangen /DE-OS 2951010/.It is also known to intercept the axial forces occurring during axial magnetization for radial stabilization by end bearings / 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 AusdehnungIn order to produce particularly high stabilizing forces, designs of permanent magnetic bearings are known which have large radial expansions. This leads to large masses, both of the stator, but also of the rotor and thus to large moments of inertia / DE-OS 2917217 /. In addition, magnetic levitation bearings for rotary bodies are known in which the opposite permanent magnets are arranged so that they contribute to both the radial and axial fixation of an axle. By suitable choice of the inclination (magnetic ring shape) of the permanent magnets and their radial extent

-3-259 ?-3-259?

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.the axial and radial forces can be replaced / DE-OS 2938809 /. The above-mentioned axle support devices have the disadvantages, in particular, of causing radial moments occurring at large radial radial forces to result in moments of inertia and masses on the axis to be moved which are unreasonable for theological investigations, in most cases outweighing the radial stabilization axial forces must be intercepted by end bearing, and the designed for the stabilization of high-speed running shafts bearing for theological measuring systems at 'small rotational speeds are not applicable. In addition, the expenses are relatively high.

Object of the invention

Reduzierung des Störeinflusses der Lagerung und der Führung auf die Meßgenauigkeit und Verringerung des erforderlichen Aufwandes für die Lagerung und Führung. · ' ' ...·Reduction of the interference of the bearing and the guide on the accuracy and reduction of the required effort for storage and management. · '' ... ·

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Lagerung und Führung zu schaffen, die eine höhere Genauigkeit Theologischer Messungen gestattet.The invention has for its object to provide an improved device for storage and guidance, which allows a higher accuracy of theological measurements.

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. : 'To solve this invention, it is provided to arrange on the guided and leading part ever a rotationally symmetrical magnet. The soft iron bodies connected to this magnet form an air gap which is not perpendicular to the axis of the guided part. : '

Beide Magnete sind axial und/oder radial magnetisiert.Both magnets are magnetized axially and / or radially.

In zweckmäßigen Ausführungen ist weiterhin vorgesehen: >In appropriate versions, it is further provided:>

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.The leading part is attached to the housing and the guided part to the torsion bar. The metal surfaces forming the air gap between the soft iron bodies may deviate in shape from the straight line. Furthermore, a plurality of magnet systems can be arranged axially relative to one another.

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.The angle between the frustoconical surface of the air gap and the axis of rotation is between 30 and 60 degrees. In addition, the magnet systems are connected via outer and inner yokes made of soft iron.

Ausiühiungsbeispiel - ,Efficiency Example -

Dia Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments.

Eszeigen: '.'- . Show: '.'-.

Fig. 1: die Vorrichtung mit zwei axial polarisierten Magneten,1: the device with two axially polarized magnets,

Fig. 2: die Vorrichtung mit zwei radial polarisierten Magneten,2 shows the device with two radially polarized magnets,

Fig..3: die Vorrichtung mit einem axial und einem radial polarisierten Magneten und : . . . ;FIG. 3: the device with an axially and a radially polarized magnet and:. , , ;

Fig.4: die Vorrichtung mit zwei Magnetsystemen, deren Magnete axial polarisiert sind.4 shows the device with two magnet systems whose magnets are axially polarized.

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 . .1 shows the device for guiding and supporting theological measuring systems, consisting of two axially polarized rotationally symmetrical magnets 1 and 2, each of which is provided with a soft iron body 3 and 4. They are poled against each other so that a repulsion between the two magnet systems occurs. The cone angle of the resulting between the two soft iron bodies air gap 5 with the axis of rotation is preferably between 20 ° and 60 °. The guided magnet system is connected axially symmetrically to the axis of the theological measuring system 6. To guide the Theological measuring system, it is advantageous that the magnetic, axially acting force component in the direction of. ,

Meßsystems zeigt. 'Measuring system shows. '

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.In another embodiment, the cone angles of the soft iron body on the guided and the leading magnet system are not equal. Also, in other embodiments, the air gap forming lateral surfaces of the soft iron body axially not flat and the magnet systems and / or the soft iron body consist of segments.

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.Fig. 2 shows a similar embodiment as shown in Fig. 1, but with radially polarized magnet. In Figure 2, the leading magnet system consists of the radially polarized permanent magnet 7, which carries inside, in the radial direction of the soft iron body 8; the guided magnet system consists of the radially magnetized permanent magnet 9, which is connected to the axis 11 to be guided and the soft iron body 10. The magnet systems are poled against each other.

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.The advantages of these devices consist in particular in the freedom from friction of the guide and storage, the low cost, the very variable adaptation of the magnet systems to the respective Theological Meßbedingungen and the freedom from maintenance when using permanent magnets.

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. 3 shows in a further embodiment the device for guiding and supporting in a combination of magnetic systems with axial and radial magnetization. The axially polarized magnet 12 is connected in the axial direction with the soft iron body 13 and arranged centrally on the axis 16 to be guided. The leading magnet system consists of the radially polarized magnet 15 with the soft iron body 14 mounted inside, and it is polarized opposite to leading magnet system. It is particularly advantageous in this embodiment that the areas of high magnetic field density of the leading and the guided magnet system counteract each other / with which a high guide rigidity is achieved.

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.4 shows an embodiment of the device for guiding and bearing as a combination of two magnetic systems, as shown in Fig. 1. The magnets are axially polarized. The magnets 17 and 18 with their associated soft iron bodies are arranged axially symmetrically on the axis to be guided and are guided by the magnet systems 19 and 20. Between the magnet systems 17 and 18 and 19 and 20, connecting pieces or yokes made of soft iron are arranged.

Die besonderen Vorteile dieser Vorrichtung bestehen darin, daß bei gleicher geometrischer und magnetischer AuslegungThe particular advantages of this device are that with the same geometric and magnetic design

keine Axialkräfte auftreten.no axial forces occur.

Claims

-2- 25 ϊ868

Invention claims:;

1. Device for guiding and storage of theological measuring systems, characterized in that a

rotationally symmetrical magnet on the guided part and a rotationally symmetric magnet are arranged on the leading part and connected to these magnets. Soft iron body form a non-perpendicular to the axis of the guided part air gap and the magnets are magnetized axially and / or radially homogeneously.

2. Device according to item 1, characterized in that the leading part is a housing and the guided part a Toraionseuib

is. ; ' · ^: .. '. "''.'· · Λ .; ' , .-:.

3. Device according to item 1, characterized in that the air gap forming lateral surfaces between the soft iron bodies are axially uneven.

4. Device according to item 1 to 3, characterized in that a plurality of magnet systems are arranged axially to each other.

5. Device according to item 1 and 4, characterized in that the angle between the frustoconical surface of the air gap and the axis of rotation is preferably between 30 degrees and 60 degrees. , .

6. Device according to item 1 and 4, characterized in that the magnet systems are also connected via external or internal yokes and soft iron (21,22).