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Die Erfindung betrifft ein Rheometer nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
DE 10 2010 047 622 A1 beschrieben, ein Verfahren zur Untersuchung von Proben mit einem Rheometer sowie ein Rheometer bekannt. Das Rheometer umfasst eine von einem Motor angetriebene und einen ersten Messteil tragende Messwelle, einen von dem ersten Messteil und dem weiteren Messteil begrenzten Messspalt für die Probe, einen Momentdetektor zur Detektion des Drehmoments des Motors und eine Messeinheit zur Ermittlung der von der Probe auf die Messwelle bzw. den ersten Messteil ausgeübten Normalkraft. Fluchtend zur Messwelle bzw. auf der Drehachse dieser Messwelle ist eine weitere bzw. die Drehachse einer weiteren, von einem eigenen, weiteren Motor angetriebenen Messwelle gelagert, auf der ein weiterer Messteil befestigbar oder befestigt ist. Zur Ermittlung des vom weiteren Motor ausgeübten Drehmomentes ist ein weiterer Momentdetektor vorgesehen. Zur Ermittlung der von der Probe auf den weiteren Messteil bzw. die weitere Messwelle ausgeübten Normalkraft ist eine weitere Messeinheit vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Rheometer anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Rheometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Rheometer umfasst eine Probenplatte und eine rotierbare Messplatte.
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Erfindungsgemäß ist auf einer von der Messplatte abgewandten Unterseite der Probenplatte eine Temperiereinheit einer Temperieranordnung angeordnet, welche zumindest einen Luftströmungskanal, zumindest einen Lufteinlass und zumindest einen Luftauslass umfasst.
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Das erfindungsgemäße Rheometer ermöglicht ein schnelleres und empfindlicheres Heizkonzept zum Beheizen einer zu testenden Probe und zudem ein Kühlkonzept zum Kühlen der Probe. Im Stand der Technik erfolgt das Beheizen der Probe mittels Peltierelementen und das Kühlen mittels einer direkten Luftströmung auf die Probe oder auch mittels Peltierelementen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt im Gegensatz dazu eine indirekte Temperierung der Probe über die Probenplatte, indem der von der Probe abgewandten Unterseite der Probenplatte temperierte Luft, d. h. erwärmte oder gekühlte Luft, insbesondere temperierte Druckluft, zugeführt und von dort auch wieder abgeführt wird. D. h. die Probe ist durch die Probenplatte von einer Luftströmung durch die Temperiereinheit hindurch getrennt, so dass die Probe keiner direkten Luftströmung ausgesetzt wird und somit, insbesondere während einer Messung, nicht durch die Luftströmung beeinflusst wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Lösung kann eine Temperatur der Temperiereinheit, insbesondere der die Temperiereinheit durchströmenden Luft, und damit eine jeweilige Temperatur der Probe schnell angepasst werden, beispielsweise an jeweilige Testerfordernisse. D. h. es wird eine schnellere und genauere Temperaturregulierung erreicht. Mittels des Rheometers können somit reale Produktionsbedingungen exakt oder zumindest ausreichend ähnlich nachgebildet werden, so dass mittels des Rheometers ermittelte Messergebnisse auf reale Produktionsbedingungen übertragbar sind.
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Das Rheometer ist in einer vorteilhaften Ausführungsform als ein UV-Rheometer ausgebildet, d. h. es ermöglicht eine Bestrahlung der Probe mit ultraviolettem Licht (UV-Licht). Mittels des Rheometers werden beispielsweise Eigenschaften eines mittels UV-Lichtbestrahlung aktivierbaren und/oder härtbaren Klebstoffs getestet, beispielsweise eines Klebstoffs, welcher zur Verbindung von Komponenten einer Brennstoffzelle verwendet wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Schnittdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rheometers,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rheometers,
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3 schematisch eine Draufsicht auf einer Temperiereinheit für eine Temperieranordnung eines Rheometers,
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4 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Temperiereinheit für eine Temperieranordnung eines Rheometers, und
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5 schematisch eine Explosionsdarstellung einer Temperiereinheit für eine Temperieranordnung eines Rheometers.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen eines Rheometers 1, jeweils in einer Schnittdarstellung. Dabei zeigt 1 eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform und 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rheometers 1. Das Rheometer 1 umfasst in beiden dargestellten Ausführungsformen eine Probenplatte 2 und eine rotierbare Messplatte 3. Dazwischen ist ein Probenspalt zur Aufnahme einer zu messenden Probe P ausgebildet. In den hier dargestellten Beispielen ist die Probe P bereits zwischen der Probenplatte 2 und der rotierbaren Messplatte 3 angeordnet.
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Die Messplatte 3 ist über eine Welle 4 beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten Elektromotors rotierbar. Mittels einer hier ebenfalls nicht dargestellten Messeinheit sind dann Messparameter ermittelbar. Die Grundfunktion eines solchen Rheometers 1 ist dem Fachmann bekannt.
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Die Probenplatte 2 ist in den dargestellten Beispielen unbeweglich in einer Halterung 5 angeordnet. In anderen Ausführungsformen wäre beispielsweise auch eine Bewegung dieser Probenplatte 2 während Messungen möglich, so dass dann ebenfalls eine Relativbewegung zwischen Probenplatte 2 und Messplatte 3 erfolgen würde, welche in den hier dargestellten Beispielen durch die alleinige Rotation der Messplatte 3 realisiert wird.
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In den hier dargestellten Beispielen ist das Rheometer 1 zweckmäßigerweise als ein UV-Rheometer ausgebildet, d. h. die Probe P ist, insbesondere vor und/oder während der Messung, mit ultraviolettem Licht (UV-Licht) bestrahlbar. Zu diesem Zweck ist die Probenplatte 2 transparent oder zumindest transluzent ausgebildet, insbesondere zumindest für UV-Licht durchlässig. Insbesondere ist die Probenplatte 2 als eine Glasplatte ausgebildet. Unterhalb der Probenplatte 2 ist dann zweckmäßigerweise eine hier nicht näher dargestellte UV-Lichtbestrahleinheit angeordnet, mittels welcher die Probe P durch die Probenplatte 2 hindurch mit UV-Licht bestrahlbar ist.
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Mittels eines Probenraumgehäuses 6 ist ein Probenraum 7, in welchem die Probenplatte 2 oder zumindest deren Oberseite, die rotierbare Messplatte 3 und somit auch die Probe P, wenn diese zwischen Probenplatte 2 und Messplatte 3 angeordnet ist, von einer äußeren Umgebung abgeschirmt sind.
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Im nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß 1 erfolgt ein Beheizen sowie ein der Probe P beispielsweise mittels hier nicht dargestellten Peltierelementen, an denen die Luft entlang geleitet wird und sich dabei erhitzt oder abkühlt, wozu das Probenraumgehäuse 6 in der nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 1 Luftausströmöffnungen 8 aufweist, welche hier nur stark schematisiert angedeutet sind. So wird die Probe P entsprechend durch die erhitzte oder abgekühlte Luft temperiert.
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Mittels dieser Heizung und Kühlung der Probe P besteht das Problem, dass reale Produktionsbedingungen nicht genau genug nachgebildet werden können. Beispielsweise dient das Rheometer 1 der Untersuchung von Klebstoffen zur Verbindung von Komponenten einer Brennstoffzelle. Können Produktionsbedingungen, insbesondere während einer Herstellung der Brennstoffzellen auftretende Temperaturen, nicht ausreichend genau nachgebildet werden, führt dies zu Messergebnissen, welche mittels des Rheometers 1 ermittelt werden, die nicht auf den Produktionsprozess übertragbar sind und deshalb ungeeignet sind zur Beurteilung der Eignung eines jeweiligen Klebstoffs oder einer anderen Probe P für einen jeweiligen Produktionsprozess. Insbesondere wird mittels der Peltierelemente keine ausreichend schnelle Temperaturregulierung der Probe P erreicht. Zudem ist die Temperaturregulierung zu ungenau. Ein weiteres Problem ist ein Luftzug im Probenraum 7 aufgrund der direkten Luftzufuhr in den Probenraum 7 und zur Probe P, welcher die Probe P ungleichmäßig verändert.
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Um diese Probleme zu vermeiden, weist das Rheometer 1 in erfindungsgemäßen Ausführungsformen, wie beispielsweise in 2 dargestellt, eine Temperiereinheit 9 auf. Diese Temperiereinheit 9 für das Rheometer 1 ist derart ausgebildet, dass sie an einer Unterseite der Probenplatte 2 anordbar ist. In 2 ist diese Temperiereinheit 9 bereits an der von der Messplatte 3 und somit von der Probe P abgewandten Unterseite der Probenplatte 2 angeordnet. In den 3 bis 5 ist die Temperiereinheit 9 näher dargestellt.
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Die Temperiereinheit 9 weist zumindest einen Luftströmungskanal LK, zumindest einen Lufteinlass LE und zumindest einen Luftauslass LA auf. Der Luftströmungskanal LK ist in einem Temperiereinheitgehäuse 10 ausgebildet, welches im dargestellten Beispiel ein Gehäuseunterteil 10.1 und einen Gehäusedeckel 10.2 aufweist. In einem Boden des Gehäuseunterteils 10.1 sind der Lufteinlass LE und der Luftauslass LA ausgebildet, wobei der Lufteinlass LE zweckmäßigerweise als ein Druckluftanschluss ausgebildet ist oder einen solchen aufweist, wie insbesondere in 2 schematisch dargestellt. In 3 ist eine Luftströmung in die Temperiereinheit 9 eingeleiteter Luft schematisch mittels eines Strömungspfeils SP dargestellt.
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Das Temperiereinheitgehäuse 10 der Temperiereinheit 9 ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet und weist im Wesentlichen mittig eine Durchgangsöffnung O auf. D. h. sowohl der Gehäusedeckel 10.2 als auch das Gehäuseunterteil 10.1 weisen diese Durchgangsöffnung O auf, wobei die Durchgangsöffnung O im Inneren der Temperiereinheit 9 von einer Umfangswandung 10.3 umschlossen ist, welche vom Boden des Gehäuseunterteils 10.1 bis zum Gehäusedeckel 10.2 reicht. Diese Durchgangsöffnung O dient dem Durchleiten der UV-Lichtstrahlung zur Probenplatte 2 und durch diese hindurch zur Probe P. D. h. in dieser Durchgangsöffnung O ist beispielsweise ein hier nicht dargestellter Lichtleiter der UV-Lichtbestrahleinheit angeordnet. Somit ist im Temperiereinheitgehäuse 10 der Temperiereinheit 9 ein im Wesentlichen ringförmiger Luftströmungskanal LK ausgebildet, in welchem über den Lufteinlass LE eingeleitete Luft, insbesondere Druckluft, vom Lufteinlass LE gemäß dem Strömungspfeil SP zum Luftauslass LA strömt. Um ein direktes Ausströmen der über den Lufteinlass LE eingeleiteten Luft aus dem Luftauslass LA zu vermeiden, d. h. um sicherzustellen, dass die Luft den Luftströmungskanal LK vollständig durchströmt, ist zwischen dem Lufteinlass LE und dem Luftauslass LA eine Trennwand 10.4 ausgebildet, welche sich ebenfalls vom Boden des Gehäuseunterteils 10.1 bis zum Gehäusedeckel 10.2 erstreckt. Die Temperiereinheit 9, d. h. deren Temperiereinheitgehäuse 10, ist vorteilhafterweise aus Edelstahl ausgebildet.
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Diese Temperiereinheit 9 ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil einer Temperieranordnung zur Temperierung des Rheometers 1 oder sie ist für eine solche Temperieranordnung vorgesehen. Die Temperieranordnung umfasst zweckmäßigerweise zumindest eine mit dem Lufteinlass LE verbundene hier nicht dargestellte Luftfördereinrichtung zur Zuführung von Luft, insbesondere Druckluft, zur Temperiereinheit 9, und zweckmäßigerweise zumindest eine hier nicht dargestellte Temperiervorrichtung zum Erwärmen und/oder Kühlen von in den Luftströmungskanal LK einzuleitender Luft, insbesondere Druckluft, so dass der Temperiereinheit 9 temperierte Luft zuführbar ist. Dadurch wird es ermöglicht, entsprechend jeweiligen Testerfordernissen temperierte Luft, d. h. beispielsweise erwärmte oder gekühlte Luft, insbesondere Druckluft, in die Temperiereinheit 9 über deren Lufteinlass LE einzuleiten, welche die Temperiereinheit 9 durchströmt und über den Luftauslass LA wieder aus der Temperiereinheit 9 austritt. D. h. es wird der Temperiereinheit 9 temperierte Luft, insbesondere Druckluft, zugeführt, welche die Temperiereinheit 9 zirkulierend durchströmt und wieder abgeführt wird.
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Somit wird über die Temperiereinheit 9 und die sie durchströmende temperierte Luft eine indirekte Temperierung, d. h. Beheizung oder Kühlung, der Probe P ermöglicht. Die Probe P wird somit mittels der temperierten Luft über die von der temperierten Luft durchströmte Temperiereinheit 9 und die Probenplatte 2 temperiert, da die Wärme oder Kälte der die Temperiereinheit 9 durchströmenden Luft von der Temperiereinheit 9 auf die Probenplatte 2 und von dieser auf die Probe P übertragen wird. Da die Luftströmung der temperierten Luft durch das Temperiereinheitgehäuse 10 der Temperiereinheit 9 und zudem durch das Probenraumgehäuse 6 und insbesondere die Probenplatte 2 vom Probenraum 7 und der darin angeordneten Probe P abgeschirmt ist, wird die Probe P und somit die Messung nicht durch eine direkte Luftströmung auf die Probe P beeinflusst.
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Die beschriebene Temperierung der Probe P mittels der Temperiereinheit 9 kann alternativ oder zusätzlich zu der Temperierung mittels Peltierelementen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist, dass die direkte Luftströmung auf die Probe P nicht mehr erforderlich ist, d. h. diese kann entfallen. Die Temperierung mittels der Temperiereinheit 9 kann des Weiteren auch die Peltierelemente ersetzen oder in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Temperierung mittels der Peltierelemente unterstützen.
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Durch die Temperierung mittels der Temperiereinheit 9 können somit reale Produktionsbedingungen besser nachgebildet werden, wodurch Messergebnisse erzielt werden, die für die reale Produktion verwendet werden können. Beispielsweise kann mittels des Rheometers 1 ein Klebstoff oder ein anderer Stoff ermittelt werden, welcher für die jeweilige Produktion geeignet ist, d. h. es kann die Eignung für die jeweilige Produktion anhand der mittels des Rheometers 1 ermittelten Messergebnisse geprüft werden, da die mittels des Rheometers 1 ermittelten Messergebnisse auf den Produktionsprozess übertragbar sind.
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Durch die Temperiereinheit 9 wird eine ausreichend schnelle Temperaturregulierung der Probe P erreicht, entweder allein durch die Temperiereinheit 9 oder besonders vorteilhaft durch die Unterstützung eines oder mehrerer zur Temperierung vorgesehener Peltierelemente mittels der Temperiereinheit 9. Des Weiteren erfolgt eine ausreichende, schnelle und genaue Kühlung mittels der Temperiereinheit 9 und durch diese hindurchgeleiteter gekühlter Luft, insbesondere Druckluft. Dadurch ist insbesondere auch eine Kühlung der Probe P unter eine Umgebungstemperatur möglich. Es wird somit eine genauere Temperaturregulierung sowohl bei einer erforderlichen Erwärmung der Probe P als auch bei einer erforderlichen Abkühlung der Probe P erreicht. Des Weiteren wird das Problem des direkten Luftzugs auf die Probe P im Probenraum 7, welcher die Probe P ungleichmäßig verändert, vermieden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010047622 A1 [0002]
