DD262485A1

DD262485A1 - Messeinrichtung fuer rotationsrheometer mit einem kegel und einer platte

Info

Publication number: DD262485A1
Application number: DD30367587A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Braun; Lutz Heymann; Christian Friedrich
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1988-11-30
Also published as: DE3815757A1; CH676505A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung fuer Rotationsrheometer mit einem Kegel und einer Platte, zwischen denen sich eine zu messende Fluessigkeit befindet, wobei zwecks Messung in unterschiedlichen Viskositaetsbereichen und/oder Normalspannungsbereichen Kegel mit verschiedenen Aussendurchmessern wahlweise einsetzbar sind, denen eine gemeinsame Platte zugeordnet ist. Die Erfindung ist anwendbar an Messeinrichtungen fuer Rotationsrheometer, mit denen Viskositaetsmessungen und/oder Messungen der 1. und 2. Normalspannungsdifferenz im hoeheren Schergefaellebereich bei einem breiten Band der Viskositaets- und Normalspannungswerte durchfuehrbar sind. Erfindungsgemaess entspricht der Aussendurchmesser der Platte dem des groessten Kegels und entsprechend den Aussendurchmessern kleinerer Kegel sind an ihrem inneren Durchmesser scharfkantige Ringnuten in der dem Kegel zugewandten Planflaeche der Platte angeordnet. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

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 unterschieldicher* Außendurchmessern wahlweise einsetzbar sind, denen eine gemeinsame Platte zugeordnet ist.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei der Gestaltung der Meßeinrichtung für Rotationsrheometer vom Kegel-Platte-Typ, mit denen Viskositätsmessungen und/oder Messungen der 1. und 2. Normalspannungsdifferenz im höheren Scherspannungsbereich bei einem breiten Band der Viskositätswerte durchführbar sind.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei bekannten Rotationsrheometern ist es üblich, beim notwendigen Wechsel des Meßsystems das Kegel-Platte-Paar jeweils komplett auszutauschen (vergl. Prospekt „Sangamo Rheology — Weißenberg Rheogoniometer", Sangamo Schlumberger, Rheology Div., Sussex Engl.). Nachteilig ist dabei der hohe Aufwand zur exakten Justierung der Teile des Meßsystems 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. Whorlow: „Rheological Techniques", Chichester 1980, S. 179).

Zurteilweisen Vermeidung der o.g. Nachteile ist es weiterhin an Viskosimetern bekannt, verschiedene Meßsysteme durch Verwendung verschiedener Kegeldurchmesser, aber nur einer entsprechend großen Platte zu verwirklichen (Prospekt „Rheotest 2.1", VEB MLW Prüfgeräte-Werke Medingen, DDR, Ag 40/25/83). Bei den Meßsystem-Paarungen kleinerer Kegel — (einheitlich) große Platte werden bei dieser bekannten Lösung jedoch nicht die Forderungen an den für Normalkraftmessungen notwendigen Meniskus erfüllt, d.h. die sphärische Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit ist infolge der Oberflächenbenetzung der Platte nicht gewährleistet. Meßwertverfälschungen 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 2149720, Fig. 4). Dieser Absatz hat jedoch keine strömungstechnische Zweckbestimmung, sondern er ist einem an den Kegelaußendurchmesser sich anschließenden Bund gegenüberliegend zugeordnet und dient der exakten Meßspalteinstellung durch Einlegung eines Meßplättchens.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, eine Meßeinrichtung für Kegel-Platte-Rotationsrheometer anzugeben, wobei bei einer einheitlich großen Platte zugeordneten kleineren Kegeln Meßwertverfälschungen vermieden sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

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 derfreien 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 der Außendurchmesser der Platte dem Außendurchmesser des größten Kegels entspricht und den jeweiligen Außendurchmessern der kleineren Kegel entsprechend Ringnuten in der dem Kegel zugewandten Planfläche der Platte angeordnet sind, welche an ihrem inneren Durchmesser scharfkantig sind. Vorteilhaft ist es, daß die Ringnuten einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und ihr innerer Durchmesser dem jeweiligen Außendurchmesser des zugeordneten Kegels entspricht. Zweckmäßig sind in die Ringnuten Ringe entsprechenden Querschnitts einlegbar.

Zur Durchführung von Untersuchungen mit Meßflüssigkeitsreservoir ist es weiterhin zweckmäßig, daß in die Ringnuten Ringe mit L-förmigem Querschnitt einlegbar sind, wobei der untere Teil jedes Ringes dem Querschnitt der jeweiligen Ringnut entspricht und die Höhe jedes Ringes sich mindestens bis zur Außenkante des jeweiligen Kegels erstreckt. -

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: teilweise geschnittenen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Meßeinrichtung, Fig.2: die Draufsicht (Halbschnitt),

Fig. 3: einen Querschnitt anlaog zu Fig. 1 mit Meßflüssigkeitsreservoir und eingelegtem kleineren 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 Drehmomenten- und Normalkraftmeßeinrichtung verbunden sind. Die Meßfläche 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 dem Außendurchmesser der Platte 1 (nicht gezeichnet). Diese Meßeinrichtung wird für niedrigviskose Flüssigkeiten 4 verwendet. Der nächst kleinere Kegel 2 (nicht gezeichnet) entspricht in seinem Außendurchmesser dem inneren Durchmessereiner 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 höherviskoser Flüssigkeiten 4.

Der nächst kleinere Kegel 2 (siehe Fig. 1 und 2) entspricht in seinem Außendurchmesser dem inneren Durchmesser einer Ringnut 5.2, wobei diese Meßeinrichtung für noch höherviskosere Flüssigkeiten 4 vorgesehen ist.

Der letzte Kegei2 (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 (vergl. Whorlow, a. a. O., S. 143) vorgesehen, so wird in die Ringnut 5, die dem Außendurchmesser des jeweils eingesetzten Kegels 2 entspricht, ein Ring 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 des Bereiches 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 4zwischen die Meßflächen und Betätigung des Rotationsantriebes bildet sich durch Wirkung der (scharfkantigen) zylinderförmigen Innenkante der der Kegelgröße jeweils entsprechenden Ringnut 5 eine sphärische Form derfreien 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.

Claims

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, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Platte (1) dem Außendurchmesser des größten einsetzbaren Kegels (2) entspricht und den jeweiligen Außendurchmessem der kleineren Kegel (2) entsprechend Ringnuten (5) in der dem Kegel (2) zugewandten Planfläche (1.1) der Platte (1) angeordnet sind, welche an ihrem inneren Durchmesser scharfkantig sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten (5) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und ihr innerer Durchmesser dem jeweiligen Außendurchmesser des zugeordneten Kegels (2) entspricht.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ringnuten (5) Ringe (6) entsprechenden Querschnitts einlegbar sind.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ringnuten

(5) Ringe (7) mit L-förmigem Querschnitt einlegbar sind, wobei der untere Teil dieser Ringe (7) dem Querschnitt der jeweiligen Ringnut (5) entspricht und die Höhe der Ringe (7) sich mindestens bis zur Außenkante des jeweiligen Kegels (2) erstreckt.