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Rotationsviskosimeter Die Erfindung betrifft ein Rotationsviskosimeter
zur Messung der Viskosität fließfähiger Medien, bei dem der Antrieb des Rotationskörpers
und die Messung des dem Fließwiderstand proportionalen Drehmomentes an der gleichen
Welle erfolgen.
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Es sind Rotationsviskosimeter bekannt, die den Antrieb des Rotationskörpers
durch einen Synchronmotor oder einen anderen drehzahlstabilisierten Motor vornehmen
und das dem Drehmoment am Rotationskörper proportionale Reaktionsmoment am drehbar
gelagerten Gehäuse des Antriebes messen.
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Die das Reaktionsmoment als Maß für die Viskosität benutzenden Viskosimeter
besitzen den Nachteil eines relativ großen Massenträgheitsmomentes des aus drehbar
gelagertem Antrieb, Federglied und geschwindigkeitsproportional gedämpftem Rotationskörper
bestehenden gedämpften Masse-Feder-Systems. Darüber hinaus besitzen derartige Instrumente
eine relativ kleine Federkonstante, da die Meßmomente bei Viskositätsmessungen nur
klein sind und große Ausschlagwinkel nahe 3600 verwendet werden, um ein günstiges
Auflösungsvermögen zu erzielen. Durch ihr großes Massenträgheitsmoment und die kleine
Federkonstante haben diese Instrumente ein ungünstiges Einschwingverhalten.
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Die Beruhigungszeit vom Auftreten einer Meßgrößenänderung bis zum
neuen Beharrungszustand ist unvertretbar hoch Substanzen mit Zeitabhängigkeiten
der Viskosität können damit nicht exakt -untersucht werden.
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Bekannt sind auch Geräte, bei denen die Welle zum Rotationskörper
durch ein federndes Glied unterbrochen wird und die beim Wirksamwerden eines Drehmomentes
vorhandene Relativdrehung der Anlenkpunkte des Federgliedes an den beiden Antriebswellenenden
als Maß für das Drehmoment am Rotationskörper dient. Diese Relativdrehung wird über
Widerstandsgeber, induktive oder kapazitive Geber in einen elektrischen Wert umgesetzt
und über Schleifringe bzw. induktive oder kapazitive Kopplung aus dem rotierenden
zum relativ in Ruhe befindlichen System übertragen.
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Geräte, bei denen die Relativdrehung der Anlenkpunkte eines Federgliedes
im rotierenden Antriebssystem als Maß für das Drehmoment benutzt wird, besitzen
den Nachteil, daß der dem Drehmoment proportionale Drehwinkel aus dem rotierenden
System über zusätzliche Einrichtungen, wie z. B. ohmsche Widerstandsgeber mit Schleifringübertragung
der elektrischen Ströme, auf das relativ in Ruhe befindliche System übertragen werden
muß.
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Bekannt ist auch eine Anordnung, bei der sich
zwischen Antrieb und
Rotationskörper ein Kegelraddifferentialgetriebe befindet, wobei das dem Drehmoment
am Rotationskörper proportionale, gleich große Gehäuse- bzw. Stegdrehmoment des
Kegelraddifferentialgetriebes gemessen wird. Des weiteren ist auch ein Viskosimeter
bekannt, das ein Stirnradumlaufrädergetriebe (Stirnraddifferentialgetriebe) zum
Zweck des Antriebes zweier Rotationskörper verwendet, wobei das Gehäuse bzw. der
Steg dieses Getriebes umläuft und das Drehmoment an einem mit dem Dynamometer in
Verbindung stehenden Zentralrad des Umlaufrädergetriebes gemessen wird.
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Geräte, bei denen zwischen Antrieb und Rotationskörper ein Kegelraddifferentialgetriebe
angeordnet ist, besitzen den Nachteil des komplizierten Aufbaues durch die sich
kreuzenden Achsen. Das Drehmoment am Steg ist gleich dem Drehmoment am Zentralrad.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Mängel der bekannten Viskosimeter
zu mindern bzw. zu beseitigen und ein Viskosimeter zu schaffen, mit dem bei einem
Minimum an technischen Aufwand auch exakte Untersuchungen von Substanzen mit Zeitabhängigkeiten
der Viskosität möglich sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Rotationsviskosimeter,
bei denen der Antrieb des Rotationskörpers und die Messung des der Viskosität proportionalen
Drehmomentes an der gleichen Welle erfolgen, das Einschwingverhalten des ein gedämpftes
Masse-Feder-System darstellenden Drehmomentmeßwerkes durch Erhöhung der Eigenfrequenz
zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein zwischen Antrieb
und Rotationskörper angeordnetes, winkelbeweglich begrenzt drehbares Stirnradstandgetriebe
mit einem Übersetzungsverhältnis i < 0,5, dessen Gehäuse über ein Federglied
starr mit einem Gestell und über ein Koppelgetriebe mit fest am Gehäuse angelenkter
Schwinge beweglich mit
einem Zeiger verbunden ist, wobei in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung dem Koppelgetriebe eine Skala und/oder ein mechanisch-elektrischer
bzw. ein mechanisch-pneumatischer Wandler zugeordnet ist.
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Zwischen dem Abtrieb zum Rotationskörper und dem Gehäuse des Getriebes
gilt hierbei die nachstehende Funktion:
Die Formelzeichen in vorstehender Gleichung haben folgende Bedeutung: Mg = Reaktionsmoment
am Gehäuse des Getriebes, M4 = wirksames Drehmoment am Rotationskörper, i = Obersetzungsverhältnis
des Getriebes, Z1 = Zähnezahl des Antriebsrades, Rades Z2 = Zähnezahl des mit Zt
kämmenden der Vorgelegewelle, Z8 = Zähnezahl des mit Z4 kämmenden Rades der Vorgelegewelle,
Z4 = Zähnezahl des Abtriebsrades.
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Zur weiteren Erhöhung der Eigenfrequenz führt das Gehäuse entgegen
der Wirkung des Federgliedes vorzugsweise nur Auslenkungen < 1 Winkelgrad aus,
die für den Aufbau von handlichen Testgeräten durch ein Koppelgetriebe mit konstantem
tJbersetzungsverhältnis in einen visuell gut ablesbaren Zeigerausschlag übersetzt
oder auch über eine bekannte itechanisch-eIektrische Wegmessung auf z. B. induktiver
oder kapazitiver Basis in einen elektrischen Ausgangswert umgewandelt werden.
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Die erfindungsgemäße Variation des tJbersetzungsverhältnisses i kann
auch auf Werte 0,5 i ziel bzw. 1 < i ausgedehnt werden. Diese Modifikation erlaubt
wegen 1> Me- >0 O bZW. 0> Mg -1 M4 M4 die, Verwendung kleiner Meßwerk für
große Drehmomente am Rotationskörper und besitzt Bedeutung für den Aufbau von Plastometern.
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Die erfindungsgemäße Lösung besitzt gegenüber bekannten Geräten den
Vorteil einer hohen Eigenfrequenz des Meßsystems, wodurch eine kürzere Beruhigungszeit
vom Auftreten einer Meßgrößenänderung bis zum neuen Beharrungszustand erreicht wird.
Von besonderem Vorteil ist die erfindungsgemäße TralIsformatton des Drehmomentes
am Rotationsköxpet zu höheren Drehmomenten am Federglied, weil mit der damit verknüpften
Erhöhung der Bèderkonstànten eine Steigerung der EinsteIIsicherheit des Meßsystems
verbunden ist. Hinzu kommt, daß der Anteil der veränderlichen Dämpfung des Systems
bedingt durch die Messung unterschiedlicher Viskositäten kleiner wird und die bei
großem Richtmoment und kleinern Massenträgheitsmoment eines schwingungsfähigen Systems
vorhandene Eigendämpfung an Gewicht gewinnt.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführurgsbeispiel erläutert
werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch das Viskosimeter
und F i g. 2 den Aufbau des Koppelgetriebes.
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Die Zahnräder 1 bis 4 sind im Gehäuse 5 des Stirnradstandgetriebes
gelagert, wobei Zahnrad 1 über ein im Gestell 6 angeordnetes Zahnrad 7 von einem
Motor mit vorgegebener Drehzahl angetrieben wird. Das Gehäuse 5 des Stirnradstandgetriebes
ist, im Gestell 6 winkelbeweglich begrenzt, drehbar gelagert. Zwischen Gehäuse 5
und Gestell 6 befindet sich ein Federglied 8, beispielsweise eine Schrauben-oder
Spiralfeder bzw. ein Torsionsstab. Der Rotationskörper 9 wird vom Zahnrad 4 des
winkelbeweglichen Stirnradstandgetriebes direkt angetrieben. Eine Schwinge 10 ist
starr mit dem Gehäuse 5 verbunden.
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Sie ist Teil eines aus Kurbel 11, Koppel 1Z und Schwinge 10 bestehenden
Koppelgetriebes. An der Kurbel 11 ist ein Zeiger 13 starr angeordnet, der die Auslenkung
der Schwinge 10 und damit des Gehäusets 5 auf einer Skala 14 anzeigt. Zur Fernübertragung
und Registrierung des Meßwertes können durch Schwinge 10 z. B. aus induktive Geber
verstellt werden, die den Ausschlagwinkel in eine elektrische Ausgangsgröße des
Gerätes umsetzen.