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Viskosimeter oder Konsistenzmesser Die Erfindung bezieht sich auf
einen Viskosimeter oder Konsistenzmesser desjenigen Typs, der zur fortlaufenden
Bestimmung der Viskosität oder Konzentration einer strömenden Flüssigkeit bzw. Suspension
vorgesehen ist und der einen mit konstanter Kraft oder Geschwindiglieit getriebenen
Rotationskörper umfaßt, dessen Rotationsgeschwindigkeit bzw. erforderliches Drehmoment
in der Flüssigkeit ein Maß der Viskosität oder Konzentration derselben bildet.
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Bei den bekannten Instrumenten taucht der Rotationsiörper in eine
horizontal strömende Flüssigkeit ein. Es hat sich dabei herausgestellt, daß wechselnde
,trömungsgeschwindigkeiten am Rotationskörper vorbei wechselnde Drehmomente desselben
verursachen, wodurch sich Abweichungen im Meßresultat ergeben.
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Bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit nimmt nämlich das Drehmoment
ab, bei abnehmender Strömungsgeschwindigkeit nimmt es zu; oder in anderen R5. orten:
der Rotationskörper läßt sich leichter in einem schnell strömenden Medium als in
einem langsam strömenden der gleichen Viskosität drehen. In der Praxis ist es jedoch
schwer, eine zur Beseitigung dieses Nachteils erforderliche konstante Strömung am
Rotationskörper vorbei zu bewirken, insbesondere da es oft wünschenswert ist, daß
die Flüssigkeit, deren Viskosität zu messen ist, in verschieden großen Mengen pro
Zeiteinheit durchläuft.
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Nach der Erfindung ist dieses Problem nun so gelöst wordeil, daß
ein an einer vertikalen Antriebswelle befestigter, gegen sein abwärts gerichtetes
Außenende bin in seinem Durchmesser abnehmender Rotationskörper zum Teil in einem
als Überlauf für die Flüssigkeit dienenden, offenen oberen Ende eines vertikalen
Rohres eingetaucht ist, das von einem aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom durchströmt
wird Es herrscht nämlich immer ein gewisser Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit
entlang dem Rotationskörper in dem vertikalen Rohr und der Höhe der Flüssigkeitsschicht
über dem Rande des überlaufs. Bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit steigt somit
das Flüssigkeitsniveau entsprechend, und ein größerer Teil des Rotationskörpers
kommt dann mit der Flüssigkeit in Berührung. Hierdurch wird der Verminderung des
Drehmomentes des Körpers entgegengewirkt, welche die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
sonst verursachen würde.
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Durch praktische Versuche kann man verhältnismäßig leicht die richtige
Form für den Rotationskörper finden, damit eine durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit
bewirkte Moiuentabnahme von einer durch die größere Flüssigkeitshöhe verursachten
Momentzunahme völlig kompensiert wird. Ausgezeichnete Resultate sind mit einem konischen
Körper mit ziemlich geringem Spitzenwinkel erreicht worden, ob-
wohl es sehr gut
möglich oder sogar anzunehmen ist, daß die ideale Form etwas von der konischen abweicht
und eher als von einer schwad bogenförmigen Erzeugungslinie gebildet gedacht werden
könnte. Im übrigen ist der Konuswinkel von mehreren verschiedenen Faktoren abhängig,
wie den gegenseitigen Dimensionen des Rohres und des Körpers, dem ungefähren Verhältnis
zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und der Rotationsgeschwindigkeit der Art der
strömenden Flüssigkeit usw. Als allgemeine Regel gilt, daß die Strömungsgeschwindigkeit
nicht allzu gering im Verhältnis zu der Rotationsgeschwindigkeit des Körpers sein
sol, so daß die Flüssigkeit beachtlichen Wirbelbewegungen ausgesetzt ist. Als Beispiel
kann erwähnt werden, daß der Körper mit einer Geschwindiglteit von etwa 600 Umdrehungen/Minute
oder einer Umlaufgeschwindigkeit von etwa 1 in pro Sekunde umlaufen kann, während
die Geschwindigkeit der Flüssigkeit zwischen 0,5 und 1 m pro Sekunde liegt.
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Das erfindungsgemäße Gerät wird nachstehend unter Bezugnahme auf
die Zeichnung näher beschrieben, wo Fig. 1 eine Ausführungsform im Vertikalschnitt
zeigt während Fig. 2 einen Horizontalschnitt darstellt.
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Das gezeigte Gerät ist eine Weiterentwicklung der bekannten Konstruktion,
bei der ein Turbinenrad den Rotationskörper mit konstanter Kraft treibt, so daß
die Rotationsgeschwindigkeit von der Viskosität der Flüssigkeit direkt abhängig
ist. Der Rotationskörper 3, der in der gezeigten Ausführung die Form eines Kegelstumpfes
mit einem Spitzenwinkel von etwa 10C hat, ist am unteren Ende einer vertikalen Welle
4 befestigt, die sowohl in radialer als auch in axialer Richtung mittels Kugellagern
5, 6 fixiert ist. Die
Lager sind in einem das obere Ende der Welle
umschließenden Lagergehäuse7 montiert, und darunter ist die Welle von einem mit
derselben fest verbundenen, oben offenen Gefäß 8 umgeben. Ein Turbinenrad 9 ist
am oberen Rand des Gefäßes 8 befestigt und wird mit einer Flüssigkeit getrieben,
die unter konstantem Druck durch eine Düse 10 (Fig. 2) zugeführt wird. Das Gefäß
und das Turbinenrad wird von einer Kappe 11 umgeben, die an der Unterseite des Lagergehäuses
7 befestigt ist. Die die Turbine treibende Flüssigkeit fließt teils in das Gefäß
8 hinein und wird teils gegen die Innenseite der Kappe 11 geschleudert an der sie
entlang dem Rotationskörper hinunterfließt und die dadurch fortlaufend abgespült
wird.
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Das Kugellagergehäuse 7, das oben mit einer Luftzuführungsleitung
12 in Verbindung steht, ist unten mit einer die Welle 4 umgebenden, rohrförmigen
Verlängerung 13 versehen, die unter dem Flüssigkeitsniveau in das Gefäß 8 mündet.
Je nach der Umlaufgeschwindigkeit bildet die im Gefäß 8 befindliche Flüssigkeit
ein mehr oder weniger tiefes Paraboloid, das den Widerstand gegen das Ausströmen
der Luft durch das Rohr 13 bestimmt. Der Druck in der Leitung 12 wird in dieser
Weise direkt proportional zur Umlaufgeschwindigkeit des Körpers 3, und dieser Umstand
kann in bekannter Weise zur Ermittlung und/oder Regelung der Viskosität oder Konzentration
der Flüssigkeit, in welcher der Körper 3 rotiert, ausgenutzt werden.
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In der gezeigten Ausführung ist die Leitung 12 an ein U-Rohr-Manometer
14 angeschlossen, an dem der Druck beispielsweise in mm Wassersäule abgelesen werden
kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Leitung 12 an eine durch Druckschwankungen
betätigte Reguliervorrichtung angeschlossen sein, mit deren Hilfe in Abhängigkeit
von der in der Leitung 12 auftretenden Druckänderung ein Verdünnungsflüssigkeit
zuführendes Ventil gesteuert, d. h. geöffnet und gedrosselt wird.
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Der Rotationskörper 3 dringt in das obere, offene Ende eines vertikalen
Rohres 15 teilweise ein, an dessen unterem Ende die zu prüfende Flüssigkeit durch
eine Leitung 16 zugeführt wird. Der Körper 3 soll selbstverständlich axial und zentral
in die Rohrmündung eingesetzt sein, und seine Form und Dimensionen sollen dem Durchmesser
des Rohres 15 sowie der durchströmenden Flüssigkeit angepaßt sein. Diese Angaben
können nur durch praktische Versuche ermittelt werden, und als Beispiel für die
praktische Anwendung sei die Messung der Viskosität von Viskose oder der Konzentration
einer Fasersuspension genannt. Das Rohr 15 ist konzentrisch von einem weiteren,
als Ablauf für die ausströmende Flüssigkeit dienenden Rohr 17 umgeben, das außerdem
das Viskosimeter trägt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist dieKappell an einer in geradem
Winkel nach unten gebogenen Stange 18 befestigt, die in vertikaler Richtung in einer
an der Außenseite des Rohres 17 angebrachten Führung 19 gleitbar ist. Ein an der
Führung angebrachter Zeiger 20 zeigt auf eine in Grade eingeteilte Skala an der
Stange 18, und die Höhenlage des Rotationskörpers im Verhältnis zur Mündung des
Rohres 15 wird mittels einer durch den oberen, horizontalen Teil der Stange 18 eingesetzten,
gegen das obere Ende der Führung eingreifenden Stellschraube 21 eingestellt. Ein
Hebel 22 ist zum Feststellen der Stange 18 in der gewünschten Lage vorgesehen.
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Wenn man annimmt, daß der Rotationskörper auf eine gewisse Höhe eingestellt
und das Turbinenrad mittels Flüssigkeit konstanten Druckes angetrieben wird, rotiert
der Körper mit konstanter Geschwindigkeit, solange die Viskosität der durch das
Rohr 15 hindurchgehenden Flüssigkeit konstant ist, und ein konstanter Druckunterschied,
beispielsweise die Höhe H. kann dann am SIanometer 14 abgelesen werden. Eine Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr 15 müßte eigentlich zur Folge haben, daß der
Körper leichter und damit auch schneller gedreht würde, aber, wie obenerwähnt, wird
diese Änderung des Drehmomentes durch ein Steigen des Flüssigkeitsspiegels im Überlauf
kompensiert, so daß ein weiterer Teil des Körpers mit der Flüssigkeit in Berührung
kommt. Wenn sich der am Manometer abgelesene Druck ändert, bedeutet dies also, daß
sich die Viskosität der Flüssigkeit geändert hat.
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Für einen und denselben Ausschlag (die Höhe H) am Manometer muß der
Körper 3 bei Dünnerwerden der Flüssigkeit gesenkt und bei Zunahme der Viskosität
gehoben werden. Zweckmäßig ist die Skala an der Stange 18 direkt in Grade der Viskosität
oder beispielsweise Breikonzentration eingeteilt, und eine unbekannte Flüssigkeitsviskosität
läßt sich ermitteln, indem der Körper 3 mittels der Schraube 21 in eine solche Lage
gebracht wird, daß man die Höhe H am.
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Manometer erhält, worauf die gesuchte Viskosität an der Skala abgelesen
werden kann. Vorzugsweise wird jedoch das beschriebene Gerät zusammen mit einem
Regler derart angewendet, daß die gewüllschte Viskosität oder Konzentration im voraus
an der Skala eingestellt wird, woraufhin der durch den Luftdruck in der Leitung
12 betätigte Regler so viel Verdünnungsflüssigkeit zuführt, daß diese Viskosität
beibehalten wird.
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Wenn erwünscht, kann der Viskosimeter nach der Erfindung statt dessen
mit konstanter Geschwindigkeit von einem Elektromotor angetrieben werden, wobei
sich eine Veränderung der Viskosität in der Form eines veränderten Kraftverbrauches
anzeigt und somit an einem Wattmeter abgelesen werden kann.
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Das letztere kann wiederum Relais betätigen, die einen Motor steuern,
der ein Ventil zum Zuführen der Verdünnungsflüssigkeit öffnet bzw. schließt.
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PATNTANSPRüCHE: 1. Viskosimeter oder Konsistenzmesser zur fortlaufenden
Ermittlung der Viskosität oder Konzentration einer strömenden Flüssigkeit bzw. Suspension,
bestehend aus einem mit konstanter Kraft oder Geschwindigkeit getriebenen Rotationskörper,
der in die Flüssigkeit eingetaucht ist und dessen Umlaufgeschwindigkeit bzw. erforderliches
Drehmoment dabei ein NIaß der Viskosität oder Konzentration darstellt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein an einer vertikalen Antriebswelle befestigter, gegen sein abwärts gerichtetes
Ende hin in seinem Durchmesser abnehmender Rotationskörper zum Teil in einem als
Überlauf für die Flüssigkeit dienenden, offenen oberen Ende eines vertikalen Rohres
eingetaucht ist, das von einem aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom durchströmt
wird.