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Die Erfindung betrifft ein Rotationsviskosimeter, bei dem ein Meßkörper
in ein mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gefülltes Gefäß eintaucht und Meßkörper
gegeneinander durch ein aus Motor und Getriebe bestehendes Antriebssystem in Rotation
versetzt werden, wobei das dazu notwendige Drehmoment dadurch gemessen wird, daß
sich das Reaktionsmoment an einem Ende einer Feder abstützt und an diesem Ende eine
relativ kleine Winkelauslenkung hervorruft. Hierbei kann die Viskosität aus dem
gemessenen Drehmoment und der Winkelgeschwindigkeit des Meßkörpers gegenüber dem
Gefäß berechnet werden.
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Es sind Rotationsviskosimeter mit drehbar gelagertem Motorgetriebeblock
bekannt, bei denen zur Messung des Reaktionsmomentes die Auslenkung eines zwischen
Motorgetriebeblock und Viskosimetergehäuse angelenkten Federgliedes dient. Der dem
Drehmoment proportionale Drehwinkel wird direkt auf einer Kreisskala zur Anzeige
gebracht. Zur Erzielung einer maximalen Auflösung des gemessenen Drehmomentes wählt
man den Drehwinkel nahe dem größtmöglichen Wert 360 Winkelgrad. Bekannt ist auch
die Erweiterung des Viskositätsbereiches durch Nullpunktunterdrückung mittels definierter
Vorspannung des Federgliedes.
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Die zum Überdecken eines großen Viskositätsmeßbereiches und Bestimmen
von Fließanomalien des Meßgutes notwendige Veränderung der Winkelgeschwindigkeit
des Meßkörpers wird bei bekannten Rotationsviskosimetern z. B. durch ein Stufenwechselgetriebe
vorgenommen, bei dem für den Umschaltvorgang ein Stillsetzen des Motors erforderlich
ist.
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Andere bekannte Ausführungen benutzen einen reversierbaren Synchronometer
und ein Getriebe mit drehsinnabhängigem Untersetzungsverhältnis. Mit dieser Methode
lassen sich nur zwei verschiedene Drehzahlen realisieren. Bekannt ist auch die Drehzahlveränderung
durch Speisung des Synchronmotors über einen Frequenzgenerator.
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Es sind auch Rotationsviskosimeter bekannt, die nach dem sogenannten
Prinzip der weglosen Drehi momentmessung arbeiten. Federglied ist hier ein Torsionsstab,
gemessen wird die Mikroverdrillung über Verl agerungs aufnehmer und elektronische
Einrichtungen.
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Die erstgenannten bekannten Ausführungen der Rotationsviskosimeter
besitzen den Nachteil, daß ihr Drehmomentbereich und damit der bei einer Drehzahl
meßbare Viskositätsbereich relativ klein ist Nachteilig wirkt sich auch die niedrige
Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems, bedingt durch die bei vorgegebenem Trägheitsmoment
vorhandene kleine Federkonstante der Motor-Getriebeblock-Meßfeder-Kombination auf
das Einschwingverhalten aus.
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Kurze Einschwingzeiten liegen bei hohen Eigenfrequenzen des Masse-Feder-Systems
vor und sind insbesondere beim Vorhandensein von Zeitabhängigkeiten der Viskosität,
wie Thixotropie und Rheopexie, für exakte Tests unbedingt erforderlich.
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Die bei bekannten Ausführungen mögliche Vergrößerung des Viskositätsbereiches
durch Vorspannen der Meßfeder ist nur begrenzt. Eine echte Erweiterung erfordert
jeweils das Vorspannen um ganze Vielfache des Ausschlagwinkels pro Meßbereich. Die
federnde Länge der Meßfeder ist aber proportional dem Gesamtverdrehwinkel = Vorspannwinkel
plus Ausschlagwinkel, wodurch bei großen Werten der
Vorspannung auch große federnde
Längen notwendig sind, die ein Ausknicken der Meßfeder bewirken, das seinerseits
einen nichtlinearen Verlauf der Anzeige zur Folge hat.
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Von Nachteil ist ferner das bei bekannten Ausführungen zur Veränderung
der Winkelgeschwindigkeit mit Stufengetrieben während des Umschaltvorganges notwendige
Still setzen des Motors.
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Andere Ausführungen sind aufwendig oder besitzen prinzipbedingt nur
zwei Drehzahlstufungen.
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Geräte mit Drehzahlstufung durch Frequenzteilung bzw.-vervielfachung
über Frequenzgeneratoren sind gleichfalls aufwendig sowie groß und schwer, was bei
dem beschriebenen, insbesondere für handliche Testgeräte zur Anwendung kommenden
Viskosimetertyp von großem Nachteil ist. Das bekannte, die Drehmomentmessung auf
die Bestimmung der Mikroverdrillung eines Torsionsstabes zurückführende Verfahren
macht einen großen apparativen und elektronischen Aufwand notwendig und ist für
ein handliches Testgerät nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehmomentmessung bei
Rotationsviskosimetern mit vorzugsweise handlichem transportablen Charakter zur
Verbesserung des Einschwingverhaltens und Erweiterung des Drehmomentbereiches auf
eine »wegarme« Messung des Reaktionsmomentes zur Erhöhung der Federkonstanten und
damit der Eigenfrequenz des pendelnd gelagerten Antriebssystems mit minimalem Aufwand
zurückzuführen und die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit des Meßkörpers über
ein Stufenwechselgetriebe so vorzunehmen, daß der Drehzahlwechsel unter allen Betriebsbedingungen
erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge löst, daß die Winkelauslenkung,
die bei festgehaltenem Gefäß und rotierendem Meßkörper an dessen aus Motor und Getriebe
bestehendem pendelnd gelagertem Antriebssystem auftritt, durch ein am Antriebssystem
angelenktes Koppelgetriebe, vorteilhaft ein reibungsarm gelagertes Viergelenkgetriebe
mit konstantem Übersetzungsverhältuis und großem linearem Winkelausschlag, angezeigt
wird, sowie daß eine Einrichtung zur differentiellen änderung der Vorspannung des
Federgliedes und ein den Motor mit der Meßkörperwelle verbindendes konzentrisch
angeordnetes, wahlweise schaltbares Getriebe vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist - das ortsfest eingespannte Ende des Federgliedes
am Schneckenrad eines selbsthemmenden Schneckentriebes angelenkt, und zur definierten
Nullpunktunterdrückung des Drehmomentbereiches trägt die Schneckenwelle des Schneckentriebes
eine Rastscheibe.
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Die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit erfolgt über ein Schaltgetriebe
mit sternförmig zur Meßkörperwelle angeórdneten, vom Motor angetriebenen Zahnradsätzen
einsinnig steigender bzw. fallender Drehzahltendenz, die wahlweise über ein zentral
zur Meßkörperwelle schwenkbares Schaltrad mit dem Zahnrad auf der Meßkörperwelle
in einen geschlossenen Drehzahlfluß geschaltet werden können. Für den Schaltvorgang
wird das pendelnd gelagerte Antriebssystem über Fangstift und Fangklaue durch Einleiten
einer Längsbewegung am Bedienungselement in einer Bezugslage arretiert, dabei die
Lagesicherung des Schaltrades gelöst, womit dann durch Drehen des Bedienungselementes
jeder der einer bestimmten
Drehzahl zugeordneten Zahnradsätze über
einen mit Spiel größer als die entsprechende Auslenkung des Antriebssystems behafteten
Kegelradtrieb, der das Schaltrad trägt, in einen geschlossenen Drehzahlfluß mit
einer Meßwelle gebracht werden kann.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Vorteil erzielt, daß
ein handliches, unaufwendiges Rotationsviskosimeter geschaffen wird, das nicht nur
rasche Viskositätsmessungen in einem großen Bereich ermöglicht, sondern infolge
der Umschaltmöglichkeiten während des Betriebes auch die kontinuierliche Verfolgung
von Viskositätsänderungen über einen großen Bereich erlaubt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Verbesserung des Einschwingverhaltens
und Erweiterung des Drehmomentbereiches bei Rotationsviskosimetern durch »wegarme«
Messungen des Drehmomentes zur Erhöhung der Federkonstanten kann auch bei einem
Rotationsviskosimeter Anwendung finden, bei dem der den Meßkörper umgebende Außenzylinder
in Rotation versetzt wird und der Meßkörper relativ zu diesem in Ruhe ist. Durch
entsprechende Bemessung des Federgliedes erfährt hier der Meßkörper eine nur kleine
Auslenkung, die von dem Viergelenkgetriebe in einen gut ablesbaren Zeigerausschlag
umgesetzt wird, wobei die Einspannung des Federgliedes wieder am Schneckenrad eines
selbsthemmenden Schnecken--triebes erfolgen kann, so daß über die zugeordnete Schnecke
eine definierte Vorspannung und damit Erweiterung des Drehmomentbereiches durch
Nullpunktunterdrückung möglich ist.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand eines Ausführungsbeispiels
veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 ein Rotationsviskosimeter im Schnitt, Fig. 2
die Seitenansicht der F i g. 1 im Schnitt, Fig.3dieAnsichtA derFig.1, Fig. 4 ein
achtstufiges Schaltgetriebe im Schnitt, Fig. 5 einen Schnitt der Fig. 4 nach der
LinieA-B.
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Das pendelnd gelagerte Antriebssystem, bestehend aus Motor 1 und
Schaltgetriebe 2, treibt den durch Kupplung 3 mit der Meßkörperwelle 4 verbundenen
zylindrischen Meßkörper 5 mit definierter Winkelgeschwindigkeit an. Der Außenzylinder
6 nimmt vorzugsweise im Ringspalt das Meßgut auf, daß über Gefäß 7 mit einem Flüssigkeitsthermostat,
mit Temperaturkontrolle durch Thermometer 8, temperiert wird. Außenzylinder 6 bzw.
Gefäß 7 sind über die Bajonettverbindungen 9 bzw. 10 mit dem Gerät bzw. Außenzylinder
verbunden. Federglied 11 ist am Antriebssystem und dem Schneckenrad des selbsthemmenden
Schneckentriebes 12 angelenkt. Die Vorspannung des Federgliedes 11 erfolgt durch
Drehen des Knopfes 13 in definierten Bereichen durch Rastscheibe 14. Knopf 13 enthält
eine Kegelkupplung, die bei der Justierung des Gerätes über Ring 15 ein Lösen bzw.
Verbinden der Rastscheibe 14 von bzw. mit der Schneckenwelle erlaubt. Die dem Reaktionsmoment
des Antriebs systems proportionale »wegarme« Auslenkung wird über das Viergelenkgetriebe
16 durch Zeiger 17 in einen visuell ablesbaren linearen Ausschlag auf Skala 18 übersetzt,
wobei die Linearität durch Erfüllung der Bedingung: erste, zweite und dritte Ableitung
der Getriebefunktion identisch den entsprechenden Ableitungen der geforderten Übersetzungsfunktion,
vorzugsweise im Mittelpunkt der Skala 18, gegeben ist.
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Das im Ausführungsbeispiel gezeigte achtstufige Schaltgetriebe 2
besitzt sternförmig und zentrisch zur
Meßkörperwelle 4 nacheinander angeordnete Zahnradsätze
19, die, vom Motorl aus betrachtet, eine einsinnig fallende Drehzahlcharakteristik
besitzen.
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Die Zwischenräder 20 dienen zur Sicherstellung stets gleichbleibender
Drehrichtung der Zahnradsätze 19.
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Das Schaltrad 21 ist zentrisch zur Meßkörperwelle 4 schwenkbar und
kann mit jedem der acht Zahnradsätze 19, denen verschiedene Drehzahlen zukommen,
in Eingriff gebracht werden. Durch Ziehen des verriegelten Getriebeknopfes 22 arretiert
Fangklaue 23, Fangstift 24 erfassend, das pendelnde Antriebssystem - Motor 1 und
Schaltgetriebe 2 - in einer Bezugslage, gleichzeitig die das Kegelrad 25 festlegende
Rast 27 freigebend, so daß über den mit dem Meßspiel behafteten Kegelradtrieb 25;
26 durch Drehen des in gezogener Lage entriegelten Getriebeknopfes 22 das auf Kegelrad
25 angeordnete Schaltrad 21 mit jedem beliebigem Zahnradsatz 19 und dem Zahnrad
28 auf der Meßkörperwelle 4 in Eingriff gebracht werden kann.
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Zur übersichtlichen, einfachen Berechnung der Viskosität 4 aus Drehzahl,
Meßkörperabmessungen und Drehmoment wird der Drehzahlfaktor über Seiltrieb 29 auf
Drehzahlrolle 30, die Zylinderkonstante von Hand je nach Meßkörper 5 am Knopf 31
einstellbar über Kurbeltrieb 32 auf die Konstantenrolle 33 übertragen. Die Nullpunktunterdrückung
des Drehmomentbereiches wird über Zahntrieb 34 auf Zahlensegmenten 35; 36 in Fenstern
37; 38 am Skalenanfang und -ende der Skala 18 sichtbar gemacht, so daß ohne Umrechnung
die dem Drehmoment entsprechenden Skalenteile im Bereich: 000... 100, 100... 200,
200... 300 usw. abgelesen werden können.