DE102010050973A1

DE102010050973A1 - Rheometer oder Viskosimeter

Info

Publication number: DE102010050973A1
Application number: DE102010050973A
Authority: DE
Inventors: Philippe Sierro
Original assignee: Thermo Electron Karlsruhe GmbH
Current assignee: Thermo Electron Karlsruhe GmbH
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-11-11
Also published as: US20120111097A1; DE102010050973B4; US9267871B2

Abstract

Ein Rheometer oder Viskosimeter besitzt ein 1. Messteil und ein 2. Messteil, zwischen denen ein Probenraum zur Aufnahme einer Materialprobe gebildet ist. Mittels einer Antriebsvorrichtung ist zumindest das 2. Messteil drehbar und/oder oszillierbar, wobei die Antriebsbewegung der Antriebsvorrichtung über ein Transmissionselement auf das 2. Messteil übertragen wird. Um das Rheometer möglichst kompakt auszubilden, ist die Antriebsvorrichtung auf der dem 2. Messteil abgewandten Seite des 1. Messteils angeordnet und das Transmissionselement durchdringt das 1. Messteil insbesondere an einer Durchgangsbohrung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rheometer oder Viskosimeter mit einem 1. Messteil und einem 2. Messteil, zwischen denen ein Probenraum zur Aufnahme einer Materialprobe gebildet ist, und mit einer Antriebsvorrichtung, mittels der zumindest das 2. Messteil drehbar und/oder oszillierbar ist, wobei die Antriebsbewegung der Antriebsvorrichtung über ein Transmissionselement auf das 2. Messteil übertragbar ist.
Bei einem Rheometer handelt es sich um ein Messgerät zur Ermittlung des Verformungs- und Fließverhaltens eines Stoffes. Ein Viskosimeter dient zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit. Beide Gerätetypen sollen mit der vorliegenden Erfindung ausdrücklich mit umfasst sein, jedoch wird im Folgenden beispielhaft von einem Rheometer ausgegangen.
Die Messung rheologischer Größen in einem Rheometer beruht auf der genauen Kenntnis des Zusammenhangs zwischen der Schubspannung und der Verformung einer Materialprobe. Um aus diesen Größen die Materialeigenschaften, beispielsweise die Viskosität oder den Elastizitätsmodul, ableiten zu können, müssen die Schubspannung und die Verformung der Materialprobe möglichst genau bestimmt werden. Zu diesem Zweck ist es üblich, die Materialprobe in einen Probenraum einzubringen, der zwischen zwei beispielsweise plattenförmigen Messteilen gebildet ist. Es sind jedoch auch andere Geometrien der Messteile, beispielsweise eine kegelförmige, zylinderförmige, becherförmige oder flügelförmige Geometrie bekannt, die mit der vorliegenden Erfindung ausdrücklich mit umfasst sein sollen.
Üblicherweise sind die beiden Messteile übereinander angeordnet, wovon im Folgende beispielhaft ausgegangen werden soll. Auch hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt, sondern die Messteile können auch nebeneinander oder schräg angeordnet sein. Im Folgenden soll davon ausgegangen werden, dass ein 1. unteres Messteil und ein 2. oberes Messteil vorgesehen sind, zwischen denen der Probenraum zur Aufnahme der Materialprobe gebildet ist.
Das 1. untere Messteil ist üblicherweise feststehend, d. h. nicht drehbar oder verstellbar, ausgebildet und mit Abstand oberhalb des 1. Messteils ist das 2. obere Messteil angeordnet, das drehbar und/oder oszillierbar ist. Darüber hinaus kann der Abstand zwischen den Messteilen durch Verstellung des 2. oberen Messteils verändert werden. Um die Materialprobe in den Probenraum einzubringen, ist es darüber hinaus bekannt, das 2. obere Messteil um eine relativ große Strecke hoch zu fahren bzw. von dem 1. Messteil zu entfernen, damit der Benutzer ausreichend Platz hat, um die Materialprobe in dem Probenraum zu platzieren.
Als Antrieb für die Bewegung des 2. oberen Messteils ist eine Antriebsvorrichtung in Form eines Elektromotors, insbesondere eines Servomotors, vorgesehen, der oberhalb des 2. oberen Messteils angeordnet ist und dessen Drehbewegung über ein Transmissionselement in Form einer vertikalen Welle auf das 2. obere Messteil übertragen wird. Da der Abstand der Antriebsvorrichtung von dem Probenraum ausreichend groß sein muss, um das 2. obere Messteil zur Befüllung des Probenraums um ein ausreichendes Maß anheben zu können, benötigt ein Rheometer insbesondere oberhalb des Probenraums einen relativ großen Bauraum, was nachteilig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rheometer oder Viskosimeter der genannten Art zu schaffen, das einen kompakten Aufbau besitzt und dadurch handlich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rheometer oder Viskosimeter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die das 2. obere Messteil antreibende Antriebsvorrichtung auf der dem 2. Messteil abgewandten Seite des 1. Messteils angeordnet ist und dass das Transmissionselement das 1. Messteil durchdringt.
Die Antriebsvorrichtung, bei der es sich in üblicher Weise um einen Elektromotor und insbesondere einen Servomotor handeln kann, ist nicht – wie sonst üblich – zusammen mit dem 2. oberen Messteil auf der gleichen Seite des 1. unteren Messteils angeordnet, sondern sitzt auf der dem 2. oberen Messteil abgewandten Seite des 1. unteren Messteils, d. h. unterhalb von diesem. Das Transmissionselement, bei dem es sich vorzugsweise um eine Welle handelt, durchdringt das 1. untere Messteil, so dass die Antriebsbewegung von der unterhalb des 1. unteren Messteils liegenden Antriebsvorrichtung durch das 1. untere Messteil hindurch auf das darüber liegende 2. obere Messteil übertragen werden kann.
Auf diese Weise kann der Bauraum oberhalb des 2. oberen Messteils frei gelassen werden, so dass das Rheometer wesentlich kleiner und kompakter ausgebildet ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem 1. Messteil eine Durchgangsbohrung ausgebildet ist, durch die das Transmissionselement vorzugsweise mit enger Passung hindurchgeführt ist. Das 1. untere Messteil kann dabei gleichzeitig der drehbaren Lagerung des Transmissionselementes und insbesondere der entsprechenden Welle dienen.
Zwischen dem Transmissionselement bzw. der Welle und dem 1. unteren Messteil kann eine Dichtung angeordnet sein, um zu verhindern, dass ein Teil der Materialprobe in die Durchgangsbohrung eindringt. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass das Transmissionselement bzw. die Welle die Durchgangsbohrung dichtungslos durchdringt.
Das 1. untere Messteil ist vorzugsweise ebenfalls feststehend, d. h. drehfest, ausgebildet, alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das 1. untere Messteil, ebenfalls drehbar und/oder oszillierbar ist. Dabei kann für das 1. untere Messteil eine eigene Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Antriebsbewegung für das 1. untere Messteil auch von der Antriebsvorrichtung des 2. oberen Messteils abgeleitet wird, d. h. dass das 1. untere Messteil und das 2. obere Messteil mittels einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung angetrieben sind.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
1 Eine schematische Darstellung einer 1. Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rheometers,
2 Eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rheometers und
3 Eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rheometers.
Gemäß 1 besitzt ein Rheometer 10 ein 1. unteres Messteil 11, das im dargestellten Ausführungsbeispiel plattenförmig ausgebildet ist. Das erste untere Messteil 11 besitzt eine Durchgangsbohrung 16, die sich normal zur Plattenebene erstreckt. Auf der Oberseite des ersten unteren Messteils 11 ist ein nach oben hervorstehender hülsenförmiger Ansatz 11a im Umfangsbereich der Durchgangsbohrung 16 angeformt. Radial außenseitig des hülsenförmigen Ansatzes 11a ist in die Oberfläche des ersten unteren Messteils 11 eine den Ansatz 11a umgebende Ringnut 11b eingearbeitet.
Unterhalb des 1. unteren Messteils 11 ist eine Antriebsvorrichtung 14 in Form eines Servomotors angeordnet, die beispielsweise über eine lösbare Kupplung mit einer vertikalen Welle 15 verbunden ist, die das 1. untere Messteil 15 an der Durchgangsbohrung 16 durchdringt und auf der Oberseite über das 1. untere Messteil 11 hervorsteht.
Oberhalb des 1. unteren Messteils 11 und mit Abstand zu diesem ist mit der Welle 15 ein 2. oberes Messteil 12 verbunden, das im dargestellten Ausführungsbeispiel kegelförmig ausgebildet ist, wobei die Kegelfläche 12b dem 1. unteren Messteil 11 zugewandt ist. Auf der Kegelfläche 12b ist eine die Welle umgebende Ringnut 12a ausgebildet, in die der hülsenförmige Ansatz 11a des 1. unteren Messteils 11 ergreift. Die Ringnut 12a und der hülsenförmige Ansatz 11a dichten die Durchgangsbohrung 16 ab. Das zweite obere Messteil 12 kann über eine nicht dargestellte Kupplung in lösbarer Weise mit der Welle verbunden sein und somit bei Bedarf ausgewechselt werden.
Zwischen dem 1. unteren Messteil 11 und dem 2. oberen Messteil 12 ist ein Probenraum 13 gebildet, in dem eine angedeutete Materialprobe P angeordnet ist. Aufgrund der Kegelgeometrie des 2. oberen Messteils 12 besitzt der Probenraum 13 eine sich radial nach außen vergrößernde Querschnittsfläche.
Das 2. obere Messteil 12 kann mittels der Antriebsvorrichtung 14 gedreht und/oder oszilliert werden, wie es durch den Doppelpfeil D angedeutet ist. Zusätzlich ist es möglich, das 2. obere Messteil 12 von dem 1. unteren Messteil 11 abzuheben und auf dieses abzusenken, wie es durch den Doppelpfeil V angedeutet ist.
Das 1. untere Messteil 11 ist üblicherweise feststehend ausgebildet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, auch das 1. untere Messteil drehbar und/oder oszillierbar auszugestalten, wobei die dafür notwendige Antriebsbewegung entweder von der Antriebsvorrichtung 14 abgenommen werden kann, wie es durch ein Transmissionselement 17 angedeutet ist. Alternativ ist es jedoch auch möglich, für das 1. untere Messteil eine eigene Antriebsvorrichtung 18 vorzusehen, deren Antriebsbewegung über ein Transmissionselement 19 auf das 1. untere Messteil 11 übertragen wird.
Unterhalb der Antriebsvorrichtung 14 ist eine elektronische Steuerungs- und Auswertungsvorrichtung 22 vorgesehen, die die Betriebszustände der Antriebsvorrichtung 14 steuert oder regelt und die gemessenen Parameter aufnimmt und auswertet.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Geometrie des 2. oberen Messteils 12 und somit des Probenraums 13. Das 2. obere Messteil 12 ist nunmehr ebenfalls plattenförmig ausgestaltet, so dass der Probenraum 13 eine konstante Höhe besitzt. Die sonstige konstruktive Ausgestaltung des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, worauf verwiesen werden soll.
3 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Geometrie des Probenraums 13. Auf der Oberseite des 1. unteren Messteils 11 ist eine Ringnut 20 ausgebildet, in die die Materialprobe P eingefüllt wird. Das 2. obere Messteil 12 ist becherförmig ausgestaltet und greift mit seinen vertikalen Flanken 21 in die Ringnut 20 ein. Die sonstige konstruktive Ausgestaltung des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, worauf verwiesen werden soll.

Claims

Rheometer oder Viskosimeter mit einem 1. Messteil (11) und einem 2. Messteil (12), zwischen denen ein Probenraum (13) zur Aufnahme einer Materialprobe (P) gebildet ist, und mit einer Antriebsvorrichtung (14), mittels der zumindest das 2. Messteil (12) drehbar und/oder oszillierbar ist, wobei die Antriebsbewegung der Antriebsvorrichtung (14) über ein Transmissionselement (15) auf das 2. Messteil (12) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (14) auf der dem 2. Messteil (12) abgewandten Seite des 1. Messteils (11) angeordnet ist und dass das Transmissionselement (15) das 1. Messteil (11) durchdringt.
Rheometer oder Viskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem 1. Messteil (11) eine Durchgangsbohrung (16) ausgebildet ist, durch die das Transmissionselement (15) mit enger Passung hindurchgeführt ist.
Rheometer oder Viskosimeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionselement (15) die Durchgangsbohrung (16) dichtungslos durchdringt.
Rheometer oder Viskosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionselement (15) eine Welle ist.
Rheometer oder Viskosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (14) ein Elektromotor ist.
Rheometer oder Viskosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. Messteil (11) feststehend ausgebildet ist.
Rheometer oder Viskosimeter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. Messteil (11) drehbar und/oder oszillierbar ist.
Rheometer oder Viskosimeter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. Messteil (11) und das 2. Messteil (12) mittels einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung (14) angetrieben sind.