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Die
Erfindung betrifft ein Rheometer mit einem Behälter zur Aufnahme einer zu
untersuchenden Materialprobe und einem drehangetriebenen Rotor,
der zumindest teilweise in die Materialprobe eintauchbar ist, wobei
eine Innenwandung des Behälters
zumindest abschnittsweise mit einer Profilierung versehen ist.
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Zur
Ermittlung der rheologischen Größen einer
Materialprobe ist es notwendig, die Schubspannung und die Verformung
der Materialprobe bei einer vorgegebenen Belastung unter genau definierten Umgebungsbedingungen
exakt zu messen. Dies erfolgt beispielsweise in einem Rotationsrheometer, wie
es in der
US 6,997,045
B2 gezeigt ist. Ein derartiges Rotationsrheometer weist
einen becherartigen Behälter
auf, in den die Materialprobe eingebracht wird. Eine drehangetriebene
Messwelle weist an ihrem unteren Ende einen Rotor auf, der in die
Materialprobe eintaucht. Bei Drehung des Rotors innerhalb der Materialprobe
stellen sich Reaktionskräfte
und -momente ein, die erfasst werden, woraus sich unter Berücksichtigung
der Umgebungsparameter die rheologischen Materialkennwerte der Materialprobe
errechnen lassen.
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Insbesondere
bei polydispersen Suspensionen wie beispielsweise frischen Baustoffsuspensionen
ist die messtechnische Ermittlung der rheologischen Eigenschaften
mit Problemen verbunden, die insbesondere auf lokale Entmischungen
und damit verbundenen Gleitphänomene
zurückzuführen sind. Diese
Entmischungserscheinungen bewirken eine zum Teil stark ausgeprägte lokale
Veränderung
der Zusammensetzung und damit der rheologischen Eigenschaften der
Materialprobe und verfälschen
das Messergebnis wesentlich. Das Ausmaß dieses Problems ist sowohl
von der Zusammensetzung der untersuchten Materialprobe als auch
von der Schubspannung abhängig,
die in der Kontaktzone zwischen der Materialprobe und den entsprechenden Bauteilen
des Rheometers aufgebracht wird.
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Um
die Ausbildung einer unerwünschten Gleitzone
insbesondere an der Innenwandung des Behälters zu verhindern, ist es
aus der
DE 195 17 10 U ,
der
US 4,157,036 und
der
WO 2004/068103
A2 jeweils bekannt, auf der Innenwandung des Behälters eine
Profilierung auszubilden. Insbesondere bei den für zementhaltige Suspensionen
besonders geeigneten zylinderförmigen
Probenbehältern
wird dazu deren Innenwandungsoberfläche mit einer insbesondere
leistenförmigen
Profilierung versehen, wodurch zwischen der Materialprobe und der
Innenwandung des Behälters
eine Verzahnung hervorgerufen wird, die zu turbulenten Störungen innerhalb
der Materialprobe führt
und dadurch die Gefahr einer Gleitschichtbildung zumindest vermindert.
Um eine Gleitschichtbildung jedoch zuverlässig zu vermeiden, muss die
Profilierung der Innenwandung des Behälters an das zu untersuchende
Material angepasst sein. Insbesondere muss vermieden werden, dass die
Profilierung in der Materialprobe so große Turbulenzen hervorruft,
dass das Messergebnis verfälscht wird.
Da die Profilierung jedoch integraler Bestandteil des Behälters ist,
ist eine Anpassung der Profilierung an das zu untersuchende Material
nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rheometer der genannten
Art zu schaffen, bei dem sich die Profilierung schnell und in einfacher Weise
an die Art und die Eigenschaften der zu untersuchenden Materialprobe
anpassen lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Rheometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass
die Profilierung auf der Innenwandung des Behälters von zumindest einem und
insbesondere mehreren austauschbar am Behälter gehaltenen Profilierungselementen
gebildet ist. Der Behälter
weist in seiner Wandung mehrere Durchbrüche auf, in die jeweils ein
Profilierungselement von der Außenseite
des Behälters
einsteckbar ist. Der Benutzer kann somit die Art und auch die Abmessungen
der Profilierung in Abhängigkeit
von dem zu untersuchenden Material auswählen und entsprechende Profilierungselemente
am Behälter
anbringen. Auf diese Weise ist es möglich, durch geeignete Wahl
der Geometrie der Profilierung eine Gleitschichtbildung an der Oberfläche der
Innenwandung des Behälters
zuverlässig
zu vermeiden, wobei die Profilierung darüber hinaus dafür sorgt,
dass übermässige Entmischungserscheinungen
im Material vermieden sind.
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Wenn
das Rheometer zur Ermittlung der rheologischen Kenngrößen von
Baustoffen wie Mörtel oder
Beton verwendet werden soll, muss die Halterung der auswechselbaren
Profilierungselemente relativ stabil und konstruktiv einfach aufgebaut
sein, da ansonsten die Gefahr besteht, dass das zu untersuchende
Material die Halterung und insbesondere die Auswechselbarkeit der
Profilierungselemente beeinträchtigt.
Erfindungsgemäß ist deshalb
vorgesehen, dass der Behälter
in seiner Wandung mehrere Durchbrüche aufweist, in die jeweils
ein Profilierungselement von der Außenseite des Be hälters einsteckbar ist.
Die Profilierungselemente sind dabei in ihrer eingesteckten Position
vorzugsweise formschlüssig
gehalten, indem beispielsweise definierte Anschlagflächen in
Kontakt kommen. Die genannte Halterung der Profilierungselemente
hat den Vorteil, dass diese zum Auswechseln lediglich radial nach
außen
gedrückt
und dadurch aus den Durchbrüchen
in der Wandung des Behälters
herausgeschoben werden müssen.
In ihrem eingesetzten Zustand sitzen die Profilierungselemente unter
enger Passung in den Durchbrüchen,
so dass das Auftreten von Spalten vermieden ist, in die das zu untersuchende
Material eintreten könnte.
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Die
Profilierungselemente sind an einer übermäßigen Bewegung in Richtung
der Mitte des Innenraums des Behälters
in genannter Weise formschlüssig
gehindert. Bei Betrieb sollte zusätzlich ein Sicherungsteil auf
der Außenseite
des Behälters
angeordnet sein, das die eingestreckten Profilierungselemente in
ihrer Lage hält.
Es ist möglich,
dass für
jedes Profilierungselement ein eigenes äußeres Sicherungsteil vorgesehen
ist, in besonders konstruktiv einfacher Ausgestaltung ist erfindungsgemäß jedoch vorgesehen,
dass für
alle Profilierungselemente ein einzelnes gemeinsames Sicherungsteil
vorgesehen ist, bei dem es sich beispielsweise um einen Außenbecher
handeln kann, in den der Behälter
unter enger Passung einsetzbar ist. In diesem Fall schließen die Profilierungselemente
in ihrem in die Durchbrüche der
Wandung des Behälters
eingesteckten Zustand im wesentlichen bündig mit der Außenseite
des Behälters
ab, so dass der Behälter
mit den eingesetzten Profilierungselemente in den Außenbecher
eingesetzt werden kann.
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Die
Profilierungselemente, die am Behälter angebracht werden, können von
kopfartigen Vorsprüngen
gebildet sein, indem beispielsweise eine Vielzahl von Stiften oder
Köpfen
an der Innenwandung des Behälters
in gegenseitigem Abstand an geordnet werden. In bevorzugter Ausgestaltung
der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Profilierungselemente
Lamellen sind, die auf der Innenwandung des Behälters leistenförmige Rippen
bilden, wobei die Rippen in Längsrichtung
des Behälters, d.h.
im wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors bzw. dessen Messwelle
verlaufen sollten.
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In
einer möglichen
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Profilierungselemente sich über annähernd die
gesamte Höhe
des Behälters
erstrecken, wodurch sichergestellt ist, dass die Materialprobe über ihre
gesamte Füllhöhe mit den Profilierungselementen
auf der Innenwandung des Behälters
in Kontakt steht.
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Vorzugsweise
sollten die Profilierungselemente über dem Umfang des Behälters im
wesentlichen gleichmäßig verteilt
sein. Wenn die Profilierungselemente leistenförmige Rippen bilden, können diese
in konstantem gegenseitigem Abstand bzw. Winkelversatz über die
gesamte Innenwandung des Behälters
verteilt sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Profilierungselemente
oder Rippen in ungleichmäßiger Anordnung über den
Innenumfang des Behälters
zu verteilen.
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In
einer möglichen
Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass alle Profilierungselemente
um das gleiche Maß von
der Innenwandung des Behälters
in dessen Innenraum hervorstehen. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen
sein, unterschiedlich weit hervorstehende Profilierungselemente
zu verwenden, die in wiederkehrender Abfolge oder in vollständig zufälliger Anordnung über den
Innenumfang des Behälters
verteilt sein können.
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Die
Form des Querschnitts der Rippen kann je nach Art des zu untersuchenden
Materials unterschiedlich sein. Vorzugsweise finden Profilierungselemente
Verwendung, die Rippen mit einem rechteckigen oder einem polygonalen
Querschnitt bilden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Rippen einen sich
zur Mitte des Behälters
verjüngenden
Querschnitt, beispielsweise einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.
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Die
radial nach innen weisende Kante oder Fläche der Rippe kann vorzugsweise
geradlinig verlaufen. Alternativ kann sie jedoch auch in Längsrichtung
der Rippe gewellt oder gezackt sein oder einen radial nach innen
konvexen oder konkaven oder in sonstiger Weise gekrümmten Verlauf
aufweisen.
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Auch
die Anzahl der im Behälter
angeordneten Rippen ist abhängig
von der Art des zu untersuchenden Materials, wobei auch eine einzelne
Rippe gegebenenfalls sinnvoll sein kann. Bei einem Rheometer üblicher
Abmessungen ist die Anzahl der über den
Umfang der Innenwandung des Behälters
verteilten Rippen ≥ 4
und insbesondere ≥ 20.
Dabei sollte der gegenseitige Abstand der Rippen vorzugsweise ≥ 1mm und insbesondere ≥ 2mm sein,
um eine ausreichende Verzahnung des zu untersuchenden Materials
mit der Innenwandung des Behälters
zu erzeugen.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt durch einen Behälter
eines Rheometers,
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2 einen
ausschnittsweisen Horizontalschnitt durch den Behälter vor
dem Einsetzen der Profilierungselemente,
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3 eine 2 entsprechende
Darstellung nach dem Einsetzen und Sichern der Profilierungselemente
und
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4 eine 3 entsprechende
Darstellung mit der Verwendung unterschiedlicher Profilierungselemente.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus dem konstruktivem Aufbau eines Rheometers 10,
das einen becherförmigen
nach oben offenen Behälter 12 aufweist,
der im dargestellten Ausführungsbeispiel
einen Kreisquerschnitt besitzt. In den Innenraum 11 des
Behälters 12 ist
eine zu untersuchende Materialprobe (nicht dargestellt) einfüllbar.
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Eine
vertikale, drehangetriebenen Messwelle 17, die nur gestrichelt
dargestellt ist, erstreckt sich bis in den Innenraum 11 des
Behälters 12 hinein
und trägt
an ihrem unteren Ende einen Rotor 16, der eine beliebige
oder an das zu untersuchende Material angepasste Form aufweisen
kann.
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Auf
der Innenwandung 12a des Behälters 12 ist eine
Profilierung 13 vorgesehen, die von einer Vielzahl von über den
Innenumfang des Behälters 12 verteilten
leistenförmigen
Rippen 14 gebildet ist. Jede Rippe 14 erstreckt
sich von der Nähe
des Bodens des Behälters 12 bis
in dessen oberen Bereich und verläuft im wesentlichen parallel
zur Messwelle 17 und somit im wesentlichen vertikal.
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Jede
Rippe 14 ist Teil einer Lamelle 18, die austauschbar
am Behälter 12 gehalten
ist und unabhängig
von den jeweils anderen Lamellen 18 vom Behälter 12 entnommen
werden kann. Zu diesem Zweck ist für jede Lamelle 18 in
der Wandung des Behälters 12 ein
Durchbruch 12b vorgesehen. Die Lamelle 18 kann
von der Außenseite
des Behälters 12 soweit
in den Durchbruch 12b eingeschoben werden, dass sie von
der Innenwandung 12a des Behälters 12 radial nach
innen hervorsteht und die genannte Rippe 14 bildet, wie
es in 2 dargestellt ist.
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Jeder
Durchbruch 12b weist an seinem oberen und seinem unteren
Ende geneigte Begrenzungswände
auf, so dass sich der Querschnitt der Durchbrüche 12b zur Mitte
des Behälters 12 hin
verjüngt.
Die Lamellen 18 sind entsprechend komplementär geformt,
so dass die sie von der Außenseite des
Behälters 12 nur
soweit in die Durchbrüche 12b eingeschoben
werden können,
bis sie an ihrer Ober- und ihrer Unterseite an den zugeordneten
Wandungen der Durchbrüche
anliegen, wie es in 1 dargestellt ist. Im eingesetzten
Zustand ist die Außenseite
der Lamellen 18 bündig
zur Außenoberfläche des Behälters 12 angeordnet.
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Nachdem
der Behälter 12 mit
den Lamellen 18 bestückt
und somit auf seiner Innenwandung 12a mit der Profilierung 13 in
Form der Rippen 14 versehen ist, wird er in einen Außenbecher 15 unter
enger Passung eingesetzt. Der Außenbecher 15 dient
als Lagesicherung für
die Lamellen 18 und verhindert, dass diese zur Außenseite
des Behälters 12 oder
gar aus diesem herausgedrückt
werden können.
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Die 1 bis 3 zeigen
eine Ausgestaltung, bei der eine Vielzahl von gleichartigen Lamellen 18 verwendet
werden und gleichartige Rippen 14 bilden, die im wesentlichen
gleichmäßig über den
Innenumfang des Behälters 12 verteilt
sind. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Behälter 12 mit
einer Profilierung 13 versehen wird, die aus unterschiedlich
weit in den Innenraum des Behälters 12 hineinragenden
Rippen 14 gebildet ist. Dabei kann gemäß 4 auch vorgesehen
sein, dass zumindest eine Lamelle 18 zwar den zugeordneten Durchbruch 12b ausfüllt, jedoch
nicht auf der Innenwandung 12a des Behälters 12 hervorsteht,
sondern bündig
mit dieser abschließt.
Auf diese Weise lässt sich
eine über
den Innenumfang des Behälters 12 ungleichmäßig verteilte
Profilierung erreichen, wodurch eine sehr gute Anpassung an das
zu untersuchende Material möglich
ist.