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Rotationsviskosimeter nach dem Platte-Kegel-Prinzip Es sind Rotationsviskosimeter
vorgeschlagen wor den. bei denen die Meßelemente aus einer Platte und einem stumpfen
Kegel bestehen. Der Kegel berührt mit seiner Spitze die Platte. Der Öftnungswinkel
zwischen Platte und Kegel beträgt dabei nur Bruchteile von einem Winkelgrad. In
dem von beiden Elementen gebildeten sehr.engen Keilspalt befindet sich die Meßsubstanz,
der durch Rotation des Kegels oder der Platte eine Scherstr,ömung aufgeprägt wird.
Die infolge der inneren Reibung der Substanz resultierende Schubspallnung erzeugt
ein Drehmoment an leiden Meßelementen. .4as in bekannter Weise gemessen wird und
auf die Viskosität der Meßsubstanz zu schließen gestattet. Bei diesem Platte-Regel-Prinzip
kann der Forderung nach einem engen Spalt, in dem sich die Scherung vollzieht, entsprochen
werden.
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Es ist nämlich ein enger Spalt wegen der I inearisierung des Schergefälles
und der Schubspannung von erheblichem Vorteil, Bei den bekannten bisherigen Ausführungsformen
von Rotationsviskosimetern nach dem Platte-Kegel-Prinzip erfolgt das Füllen mit
NLeßsubstanz und Zusammensetzen der Platte-Kegel-Meßeinrichtung in der Weise. daß
die mit der Substanz benetzte Platte mittels einer SIikrometerschraube von unten
gegen den Kegel. der bei der Messung rotiert, geschraubt wird bis zur Berührung
der Kegelspitze durch die I>latte. Durch diese Berührung wird ein elektrischer
Stromkreis huber ein Anzeigeinstrument geschlossen.
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In dem Augenblick der Anzeige muß der Schraub-Vorgang beendet werden,
Die Meßsubstanz füllt dann gleichmäßig den Ringspalt. Diese Art und Weise des Zusammensetzens
der Platte-Kegel-Meßeinrichtung erfordert wegen der Mikrometerschraube und der elektrischen
Kontaktierung und Anzeige einen erheblichen apparativen Aufwand. Auch können elektrolytische
Eigenschaften der Meßsubstanz die Exakt heit der elektrischen Anzeige stören. Zudem
ist diese Anordnung empfindlich gegenüber Bedienungsfehlern.
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I)emgegenüber schlägt die Erfindung ein Rotationsviskosimeter nach
dem Platte-Kegel-Prinzip vor, bei dem Platte und Kegel in einfacher Weise zusammengesetzt
werden liönnen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Platte und Kegel mit
erheblicher Kraft gegeneinandergedrückt werden können. wobei die Kegelspitze auf
der Platte aufsitzt. ohne daß dadurch bei der Rostation des Kegels oder der Platte
ein nennenswertes Bremsmoment entsteht. Ein solches Gegeneinander -drücken bedingt
mithin, solange es sich in gewissen ( brenzell hält. keinen Fehler bei der Viskositätsmesstlllg.
Der Grund für diese Erscheinung ist darin zu suchen. daß der Gleitreibungskoeffizient
des als AR erkstoff benutzten Stahls klein ist: weiterhin hat
die kreisförmige Berührungsfläche
zwischen Kegelspitze und Platte einen nur sehr kleinen Radius. Dementsprechend ist
das resultierende Drehmoment gering.
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Daher werden bei einem Rotationsviskosimeter nach dem Platte-Kegel-Prinzip,
bei dem Platte oder/ und Kegel axial verschiebbar angeordnet sind, gemäß der Erfindung
Kegel und Platte durch zumindest eine Axialkraft bis zum Aufsitzen der Kegelspitze
auf der Platte gegeneinandergedrückt. Durch das Gegeneinanderdrücken ist stets ein
reproduzierbarer Keilspalt gewährleistet. Ein geeignetes Mittel zur Erzeugung der
Axialkraft besteht dabei beispielsweise in einer Druckfeder, die auf eines der Elemente,
das verschiebbar angeordnet ist, in Richtung des anderen Elements wirkt. Oder aber
es wird das obere Element verschiebbar angeordnet und mit einer Gewichtslast versehen,
die dieses Element gegen das untere driickt.
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Zum Füllen eines Rotationsviskosimeters gemäß der Neuerung werden
die beiden Meßelemente von Hand aus gegen die Wirkung der Axialkraft auseinandergezogen
und mit der Substanz benetzt. Nach dem darauffolgenden Freigeben werden sie durch
die Axialkraft so lange wieder gegeneinander bewegt, bis die Kegelspitze auf der
Platte aufsitzt. Diese Bewegung heansprucht unter Umständen bei hochviskosen Substanzen
eine geraume Zeit, da dabei die überschüssige Substanz seitlich aus dem sich ausbildenden
Keilspalt entweichen muß. Um diese Zeit abzukürzen. schlägt die vorliegende Erfindung
weiterhin vor, geeignete Mittel vorzusehen. durch die die Axi nikraft
willkürlich
um ein vorgegebenes Maß vergrößert werden kann. Die größere Axialkraft läßt Platte
und Kegel sich schneller nähern. Nach dem Aufsitzen der Kegelspitze, vor dem Beginn
der Messung, wird dann die Axialkraft wieder auf das ursprüngliche Maß verkleinert.
Ein geeignetes Mittel zur willkürlichell Vergrößerung derAxialkraft besteht beispielsweise
darin. daß die Druckfeder von Hand aus um eine bestimmte Wegstrecke gestaucht wird,
wodurch sich die Federkraft erhöht. Es ist auch möglich, noch eine zweite, stärkere
Druckfeder vorzusehen, die durch das Stauchen in Eingriff kommt und so die Axialkraft
erhöht.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Rotationsviskosimeters
nach dem Platte-Kegel-Prinzip gemäß der Erfindung.
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In der äußeren Plattenhalterung 1 vermögen das Plattenteil 2 und
das Gegenstück 3 zu gleiten. Dabei ist die Bewegung des Plattenteils nach oben begrenzt
durch den Kegel 4, und die Bewegung des Gegen stückes nach unten ist begrenzt durch
den Zapfen 5. der in die Nut 6 ragt. Das Plattenteil wird durch die Druckfeder7
gegen denKegel gedrückt. Durch Ziehen an der Zugstange 8 kann das Plattenteil zum
Zwecke der Füllung oder Reinigung der Meßeinrichtung nach unten gezogen werden.
Zur Erhöhung der Axialkraft nach dem Loslassen der Zugstange wird das Gegenstück
3 von Hand aus bis zum Anschlag angehoben.
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Dadurch wird die Druckfeder um eine bestimmte Wegstrecke gestaucht
und somit die Federkraft auf das Plattenteil vergrößert. Durch Freigeben des Gegeestückes
erhält die Axialkraft wieder ihre normale Größe. Der Kegel wird beispielsweise durch
einen elektrischen Synchronmotor 9 in Rotation versetzt. Dadurch wird der Substanz
eine Scherströmung
aufgeprägt. Die resultierende Schubspannung äußert sich als Drehmoment
auf den Kegel, das beispielsweise mit dem Drehmomentmesser 11, der ein elektrisches
Torsions-Dynamometer bekannter Bauart sein kann, gemessen wird. Aus der Rotationsgeschwindigkeit
und dem Drehmoment errechnet sich dann in bekannter Weise die Viskosität der Substanz.
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Die Plattenhalterung 1 kann auch von einem nicht gezeichneten weiteren
Mantel umgeben sein; zwischen 1 und dem Mantel strömt dann zum Zwecke der Thermostatisierung
die Temperierflüssigkeit eines Umwälzthermostaten.
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PATENTANSPHOCHE: 1. Rotationsviskosimeter nach dem Platte-Kegel-Prinzip,
bei dem Platte und/oder Kegel in axialer Richtung verschiebbar angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß Platte und Kegel durch zumindest eine Axialkraft bis
zum Aufsitzen der Kegelspitze auf der Platte gegeneinandergedrückt werden.