DD227519A1

DD227519A1 - DEVICE FOR TEMPERING RHEOLOGICAL MEASURING SYSTEMS IN ROTATION RHEOMETERS

Info

Publication number: DD227519A1
Application number: DD26818484A
Authority: DD
Inventors: Uwe Reinhold; Helmut Lotzing; Werner Dahms
Original assignee: Grubenlampen U Akkumulatorenwe
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1984-10-09
Publication date: 1985-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft die Temperierung von Messsystemen, verwendet an Rotationsrheometern fuer Laborbetrieb und Prozessueberwachung. Die Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung zur Temperierung der Messsysteme bei Rotationsrheometern zu schaffen, die bei verringertem Aufwand die rheologische Charakterisierung von Stoffsystemen mit geringeren systematischen und zufaelligen Fehlern, bei erhoehten sicherheitstechnischen Schutz ermoeglicht. Aufgabe der Erfindung ist es, den Stoereinfluss der bei der Temperierung der Messsysteme auftretenden Schwingungen und Pumpstoessen auf die Messgenauigkeit bei Rotationsrheometern, ohne Einschraenkung der Dynamik und des Temperatur- und Dissipationsbereiches der Rotationsrheometer, erheblich zu verringern und den Schutz temperaturkritischer Bauteile des Messgeraetes vor extremen Temperaturen zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der die Masssubstanz enthaltende Teil des Messbehaelters in das Bad des im Rotationsrheometer integrierten Thermostaten eintaucht und am Messbehaelter angebrachte Ruehrelemente mit einem im Bedarfsfall zuschaltbaren Ruehrer die Temperierung gewaehrleisten und bei einem vom Rotationsrheometer erkannten Stoerungsfall auch der Thermostat abgeschaltet wird. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist vorzugsweise die Rotationsrheometrie.The invention relates to the temperature control of measuring systems used in rotary rheometers for laboratory operation and process monitoring. The object of the invention is to provide a device for controlling the temperature of the measuring systems in rotary rheometers, which allows the rheological characterization of material systems with lower systematic and random errors, with increased safety-related protection with reduced effort. The object of the invention is to significantly reduce the interference of the vibrations occurring during the temperature control of the measuring systems and pumping shocks on the measurement accuracy at Rotationsrheometern, without restriction of the dynamics and the temperature and dissipation of the Rotationsrheometer and protecting temperature-critical components of the measuring device from extreme temperatures to increase. According to the invention, the object is achieved by immersing the portion of the measuring container containing the mass substance in the bath of the thermostat integrated in the rotary rheometer and by providing stirring elements attached to the measuring container with a stirrer which can be switched on if required, and if the thermostat is also switched off in the event of a fault detected by the rotation rheometer , The field of application of the invention is preferably rotational rheometry.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Vorrichtung zur Temperierung rheologischer Meßsysteme in Rot at ionsrheomet ernApparatus for controlling the temperature of rheological measuring systems in rotary ationsrheomet ern

Anwendungsgebiet der Erfindung .Field of application of the invention.

Die Erfindung betrifft die Temperierung von Meßsystemen, verwendet an Rotationsrheometem für Laborbetrieb und Prozeßüberwachung.The invention relates to the temperature control of measuring systems, used on Rotationsrheometem for laboratory operation and process monitoring.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, Eotationsrheometer nach dem Searle- und Couette-System-mit Meßsystemen verschiedener Geometrie zu verwenden, an denen sich eine oder mehrere Temperierkammern befinden, welche über Zu- und Abläufe zu Thermostaten die Plussigkeit stemperierung der Meßsubstanz im Meßsystem gewährleisten. (Bedienungsanleitung zum Rotationsviskosimeter ⁿ Rheotest 3 " der Firma VEB MXW Prüfgeräte Werk Medingen).It is known Eotationsrheometer to use the Searle and Couette system with measuring systems of different geometry, in which there are one or more temperature control chambers, which ensure via inflows and outflows to thermostats the Plussigkeit tempering of the measuring substance in the measuring system. (Operating instructions for the rotational viscometer ⁿ Rheotest 3 "from VEB MXW Prüfgeräte Werk Medingen).

Nachteilig ist, daß die Eigenschwingungen und Pumpstöße des dem Anwender des Rotationsrheometers in freier Auswahl überlassenen Flüssigkeitswälzthermostaten über die Temperier— flüssigkeit und die Anschlußschläuche auf das Rotationsrheometer übertragen werden© Diese Schwingungen wirken sich als Erhöhung der Meßunsicherheit, insbesondere bei wegarmer und wegloser Drehmomentmessung aus.The disadvantage is that the natural oscillations and pump surges of the user of the Rotationsrheometers left in free choice fluid bath thermostats on the tempering liquid and the connecting hoses are transferred to the Rotationsrheometer © These vibrations affect as an increase in the measurement uncertainty, especially in wegarmer and wegloess torque measurement.

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Weitere Nachteile sind die Gefährdung des Anwenders durch die Pumpschläuche, die Hebewirkung zwischen Eotationsrheometer und [Flüssigkeit sumwälzthermo st at, die schlechte Handhabbarkeit der Pumpschlauche bei hohen und tiefen Meßtemperaturen, der Einfluß der Umgebungstemperatur über die Pumpschläuche, die verschlechterte Eegelgenauigkeit und Langzeitdrift des Flüssigkeit sumwälzthermostaten bei .Anschluß des Eotationsrheometers als Außenverbraucher und der weitere. Betrieb des Plüssigkeitsumwälzthermostaten bei am Eotationsrheometer festgestellten Übertemperaturen» Außerdem ist bekannt, an Eotationsrheometern des Couette-Typs Festkörperthermostaten zu verwenden, deren temperierende Bestandteile mit dem ffießbehälter mitrotieren» !achteilig sind die erhöhten Massen und Trägheitsmomente der rotierenden Teile, so daß dynamische Drehzahlregelungen eine erhöhte üngenauigkeit besitzen und für große !Drehzahländerungen begrenzt sind· Der Aufwand zur Eealisierung der erforderlichen Arbeitstemperaturen zwischen - 6O⁰C und + 300 C ist bei der Pestkörperthermostatisierung erhöht· Bekannt ist auch, an Eotationsrheometern des Couette—Typs llüssigkeitsmmwälz- oder Festkörperthermostaten zu verwenden, bei denen der Wärmeaustausch zwischen ruhenden Thermostat und rotierenden Meßbehälter durch Lagerbuchsen oder Temperierflüssigkeiten, die nicht in die'Flüssigkeitsumwälzung des Thermostates einbezogen sind, erfolgt (DE AS 2 330 964)· !Nachteilig sind bei der Verwendung von Lagerbuchsen die hohen Kosten für die konstruktive Ausbildung der Lagerung und spezielle Buchsenmaterialien für die Gewährleistung der Lagerung in weiten Arbeitstemperaturbereichen· Bei Verwendung von Temperierflüssigkeiten ist nachteilig, daß deren Eignung temperatur-, beanspruchungs- und zeitabhängig begrenzt und dementsprechend eine zusätzliche Wartung erforderlich ist·Other disadvantages include the risk to the user by the pump tubing, the lifting effect between Eotationsrheometer and [liquid sumwälzthermo st at, the poor handling of the pump tubing at high and low temperatures, the influence of the ambient temperature on the pump tubing, the deteriorated Egelgenauigkeit and long-term drift of the liquid circulators Connection of the Eotation Rheometer as external consumer and the others. Operation of the circulating water circulator at excess temperatures detected at the Eotation Rheometer "It is also known to use solid thermostats on thermostats of the Couette type, whose temperature control components rotate with the tundish!" The higher masses and moments of inertia of the rotating parts are more severe, so that dynamic speed control increases the accuracy are own and for large changes in speed limits · the effort to Eealisierung the required operating temperatures between - 6O ⁰ C and + 300 C is in the Pestkörperthermostatisierung increased · It is also known llüssigkeitsmmwälz- to Eotationsrheometern of Couette type or to use solid-state thermostat where the heat exchange between stationary thermostat and rotating measuring container by bearing bushes or Temperierflüssigkeiten that are not included in the 'liquid circulation of the thermostat is carried out (DE AS 2 330 96 4) ·! Disadvantageous in the use of bushings, the high cost of the structural design of storage and special bushing materials for ensuring storage in wide operating temperature ranges · When using tempering is disadvantageous that their suitability limited temperature, stress and time and accordingly additional maintenance is required ·

Enge Spalte zwischen Meß "behälter und Thermostat verschlechtern die Dynamik der Drehzahlregelung, weite Spalte verschlechtern die Temperierung der Meßsubstanz· Weiterhin ist bekannt, Rotationsrheometer des Searle-Typs mit Festkörperthermostaten zu verwenden· Nachteilig ist, daß die Drehmomentmessung am rotierenden Innenzylinder erfolgen muß, wodurch deren Maßgenauigkeit verschlechtert wird und sich ein erhöhter Aufwand zur drehmoment armen Übertragung des Drehmomentsignals aus dem rotierenden System ergibt«Narrow gaps between the measuring container and the thermostat worsen the dynamics of the speed control, wide gaps worsen the temperature of the measuring substance. It is also known to use Searle-type rotary rheometers with solid-state thermostats. The disadvantage is that the torque measurement must take place on the rotating inner cylinder Dimensional accuracy is deteriorated and results in an increased effort for low-torque transmission of the torque signal from the rotating system «

Letztendlich ist bekannt, das Meßsystem und die Meßsnbstanz durch umströmende Gase zu temperieren· Nachteilig ist die verschlechterte Wärmekonvektion bei Gasen gegenüber der von Flüssigkeiten und der Wärmeleitung bei FestkSrperno Dadurch ist der Anwendungsbereich für extreme Temperaturen bzw» hohe Energiedissipation der Meßsubstanz begrenzt·Ultimately, it is known to temper the measuring system and the Meßsnbstanz by flowing around gases. The disadvantage is the deteriorated heat convection in gases over that of liquids and the heat conduction at FestkSrperno Thus, the range of application for extreme temperatures or »high energy dissipation of the substance is limited

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung.zur Temperierung der Meßsysteme bei Rotationsrheometern, die die rheologische Charakterisierung von Stoffsystemen mit verringerten systematischen und zufälligen Fehlern bei verringertem Aufwand und erhöhten sicherheitstechnischen Schutz gewährleistet·The aim of the invention is to provide a device for controlling the temperature of the measuring systems in rotary rheometers, which ensures the rheological characterization of material systems with reduced systematic and random errors with reduced effort and increased safety protection.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Störeinfluß der bei der Temperierung der Meßsysteme in Form von Schwingungen und Pumpstößen auf die Meßgenauigkeit des Eotationsrheometers, ohne Einschränkung der Dynamik und des Temperatur- und Dissipationsbereiches des Rotationsrheometers we-The invention is based on the object, the disturbing influence of the temperature of the measuring systems in the form of vibrations and surges on the accuracy of the Eotationsrheometers, without limiting the dynamics and the temperature and dissipation range of the rotational rheometer we-

sentlich au verringern und den Schutz temperaturkritischer Bauteile des Meßgerätes vor extremen Temperaturen zu erhöhen· Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Rotationsrheometer des Couette-Typs so ausgebildet wird, daß dea Meßbehälter mit seinem, die Meßsubstanz enthaltenden Teil direkt in das Temperierbad des im Viskosimeter integrierten Thermostaten eintaucht, die. Umwälzung durch am Meßbehälter angebrachte Hührelemente gewährleistet wird und der Thermostat bei Erkennung fehlerhafter rheologischer Kennziffern, deren Ursache eine fehlerhafte Temperierung sein kann, zusätzlich abgeschaltet wird· G-egebenenfalls können zusätzliche Rohrelemente eingebracht werden. Damit werden-die in der Charakteristik der bekannten technischen lösungen aufgezeigten Nachteile vollkommen beseitigt. Anhand des Ausführungsbeispieles soll die erfindungsgemäße Lösung in ihrer Punktion umfassend beschrieben werden.According to the invention, the object is achieved in that a Rotationsrheometer the Couette-type is formed so that dea measuring container with its part containing the measuring substance directly into the temperature of the im Viscometer immersed integrated thermostat, the. Circulation is ensured by mounted on the measuring container stirring elements and the thermostat is additionally switched off upon detection of incorrect rheological indicators whose cause may be a faulty temperature control · G-egebenenfalls additional pipe elements can be introduced. Thus, the disadvantages identified in the characteristics of the known technical solutions are completely eliminated. Based on the embodiment, the solution according to the invention in its puncture is to be described comprehensively.

Ausführungsbeispielembodiment

Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen vorteilhaften schematischen Aufbau des rheologischen Meßsystems eines Rotations— rheometers. Durch das Drehzahlregelsystem 1 wird liber die Drehzahluntersetzung 2 die Meßbehälteraufnahme 3 rotatorisch angetrieben» Die Meßbehälteraufnähme 3 ist durch die Lagerung 4 mit dem ruhenden System 5 verbunden· In die leßbehälteraufnähme 3 können Meßbehälter 6 verschiedener Meßgeometrie eingesetzt werden. Dazu ist die Kupplung 7, die den Stator 8 mit dem Drehmomentmeß- und -regelsystem 9 verbindet, zu lösen und dieses abzunehmen. Danach kann der Meßbehälter 6 mit dem Stator 8 und der Meßsubstanz 10 aus der Meßbehälteraufnahme 3 gehoben werden. Durch das Abschrauben 11 kann die Meßsubstanz auslaufen und der Stator 8 aus dem Meßbehälter 6 entnommen werden. Die Vorbereitung der Messung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.FIG. 1 shows the advantageous schematic structure according to the invention of the rheological measuring system of a rotational rheometer. The measuring container receptacle 3 is rotatably driven by the speed control system 1 via the speed reducer 2. The measuring container receptacle 3 is connected to the stationary system 5 by the bearing 4. Measuring containers 6 of different measuring geometry can be inserted into the receptacle receptacle 3. For this purpose, the clutch 7, which connects the stator 8 with the Drehmomentmeß- and control system 9, to solve and remove this. Thereafter, the measuring container 6 can be lifted with the stator 8 and the measuring substance 10 from the Meßbehälteraufnahme 3. By unscrewing 11, the measuring substance can leak and the stator 8 are removed from the measuring container 6. The preparation of the measurement is done in reverse order.

Der Meßbehälter 6 taucht in seinem, die Meßsubstanz enthaltenden Teil, in die Temperierflüssigkeit 12 ein, die sich im Thermostatenbehälter 13 befindete Die Temperierflüssigkeit 12 wird von dem Temperaturregelsystem 14 über die Heizwendel 15 und das Kühlsystem 16 auf die programmierte Temperatur gebracht. Der Rührer 17 gewährleistet im Bedarfsfall die Umwälzung der Temperierflüssigkeit 12 zur verbesserten Temperierung des Meßgutes· Eine entsprechende Umwälzung erfolgt auch über am Meßbehälter 3 anbringbare Rührelemente 18. Da sich bei hohen Drehzahlen hohe Energiedissipationen der Meßsubstanz 10 ergeben, wird diese durch die erhöhte Umwälzung der Rührelemente 18 verstärkt abgeführt. Die bei 3?lüssigkeitsthermostaten übliche Pumpeinheit mit ihren Pumpstößen und Eigenschwingungen sowie die Pumpschläuohe entfallen* Deckplatte 19, Aufnahme 20 und die Lagerung 4 werden durch iühler auf ihre Temperatur kontrolliert. Bei Über— bzw· Unterschreitung der zulässigen Grenzen sowie bei Erkennen fehlerhafter rheologischer Parameter, deren Ursache eine fehlerhafte Temperierung sein kann, wird neben dem Drehzahlregelsyst em 1 und dem Drehmomentmeß- und -regelsystem 9 auch das Temperaturregelsystem 14 abgeschaltet. Damit wird eine zusätzliche Sicherheit vor Temperaturzerstörungen der Lagerung 4 und der Regelsysteme geschaffen»The measuring container 6 immersed in his, the measuring substance containing part in the bath liquid 12, which is located in the thermostatic tank 13 The temperature control liquid 12 is brought from the temperature control system 14 via the heating coil 15 and the cooling system 16 to the programmed temperature. If necessary, the agitator 17 ensures the circulation of the bath liquid 12 for improved temperature control of the sample · A corresponding circulation also takes place via agitating elements 18 which can be attached to the measuring tank 3. Since high energy dissipation of the measuring substance 10 occurs at high rotational speeds, this is due to the increased circulation of the stirring elements 18 increasingly dissipated. The pump unit with its pumping surges and natural oscillations, which is usual in 3-liquid circulators, as well as the pump hose, are no longer required. The cover plate 19, receptacle 20 and the bearing 4 are monitored by sensors for their temperature. When exceeding or falling below the permissible limits and recognizing faulty rheological parameters, the cause may be a faulty temperature, in addition to the Drehzahlregelsyst em 1 and the Drehmomentmeß- and control system 9 and the temperature control system 14 is turned off. This provides additional security against the temperature deterioration of storage 4 and the control systems »

Claims

Erfindungsalisprüche

1 »apparatus for controlling the temperature of rheological measuring systems in rotational rheometers, characterized in that the, the measuring substance containing part of the measuring container immersed directly in the thermostatic bath contained in the temperature control of the integrated in Rotationsrheometer Flüssigkeitsumis al zt hemostat en and the measuring container additional Rühreiemente are attached ·

Apparatus for controlling the temperature of rheological measuring systems according to item 1, characterized in that when over- or Untersehreitung permissible temperatures on temperature-critical rheometer components and the detection of erroneous temperatures from theological parameters and the thermostat part is turned off.

For this 1 SsifG drawings