DE1289671B - Rotationsviskosimeter - Google Patents

Rotationsviskosimeter

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DE1289671B
DE1289671B DE1963V0023707 DEV0023707A DE1289671B DE 1289671 B DE1289671 B DE 1289671B DE 1963V0023707 DE1963V0023707 DE 1963V0023707 DE V0023707 A DEV0023707 A DE V0023707A DE 1289671 B DE1289671 B DE 1289671B
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DE
Germany
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measuring body
gear
drive system
drive
torque
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Pending
Application number
DE1963V0023707
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English (en)
Inventor
Klaus Heidelinde
Putzker Siegfried
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PRUEFGERAETE WERK MEDINGEN VEB
Original Assignee
PRUEFGERAETE WERK MEDINGEN VEB
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Von Nachteil ist ferner das bei bekannten Ausführungen zur Veränderung der Winkelgeschwindigkeit mit Stufengetrieben während des Umschaltvorganges notwendige Still setzen des Motors.
  • Andere Ausführungen sind aufwendig oder besitzen prinzipbedingt nur zwei Drehzahlstufungen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Zwischenräder 20 dienen zur Sicherstellung stets gleichbleibender Drehrichtung der Zahnradsätze 19.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Rotationsviskosimeter, bei dem ein Meßkörper in ein mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gefülltes Gefäß eintaucht und Gefäß 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 Winkelauslegung hervorruft, d a d u r c h g ekennzeichnet, 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 (16) mit konstantem Übersetzungsverhältnis und großem linearem Winkelausschlag, angezeigt wird, sowie daß eine Einrichtung zur differentiellen Änderung der Vorspannung des Federgliedes (11) und ein den Motor (1) mit der Meßkörperwelle (4) verbindendes konzentrisch angeordnetes, wahlweise schaltbares Getriebe (2) vorgesehen ist.
  2. 2. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelauslenkung, die bei rotierendem Gefäß an dem pendelnd gelagerten Meßkörper auftritt, durch ein an diesem angelenktes Koppelgetriebe angezeigt wird.
  3. 3. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das relativ ortsfest eingespannte Ende des Federgliedes (11) am Schneckenrad eines selbsthemmenden Schneckentriebes (12) angelenkt ist und zur definierten Nullpunktunterdrückung des Drehmomentbereiches die Schneckenwelle des Schneckentriebes (12) eine Rastscheibe (14) trägt.
  4. 4. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (2) mit sternförmig zur Meßkörperwelle (4) angeordneten, vom Motor (1) angetriebenen Zahnradsätzen (19) einsinnig steigender bzw. fallender Drehzahltendenz ausgestattet ist und die Zahnradsätze (19) wahlweise über ein zentral zur Meßkörperwelle (4) schwenkbares Schaltrad (21) mit dem Zahnrad (28) auf der Meßkörperwelle (4) in einen geschlossenen Drehzahlfluß schaltbar sind.
  5. 5. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem pendelnd gelagerten Antriebssystem eine Fangklaue (23) mit einem Fangstift (24) und dem Kegelrad (25) eine Rast (27) zugeordnet ist, so daß durch Einleiten einer Längsbewegung und Drehen des in gezoge- ner Lage entriegelten Getriebeknopfes (22) jeder der einer bestimmten Drehzahl zugeordneten Zahnradsätzen (19) über einen mit Spiel größer als die entsprechende Auslenkung des Antriebssystems behafteten Kegelradtrieb (25; 26), dessen Kegelrad (25) das Schaltrad (21) trägt, in einen geschlossenen Drehzahlfluß mit der Meßkörperwelle (4) schaltbar ist.
  6. 6. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Viskositätsrechnung eingehenden Faktoren in einer Ebene bzw. Skala (18) gemeinsam angezeigt werden und daß für den Drehzahlfaktor ein mit dem Getriebeknopf (22) korrespondierender Seiltrieb (29) mit einer Drehzahlrolle (30), für die Meßkörperdimension entsprechende Zylinderkonstante ein Kurbeltrieb (32) mit einer Konstantenrolle (33), und für die Nullpunktunterdrückung des Drehmomentes ein am Federglied (11) angreifender Zahntrieb (34) mit unter der Skala (18) angeordneten Zahlensegmenten (35; 36), vorgesehen sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000022411A1 (en) * 1998-10-14 2000-04-20 Med-Diet Laboratories, Inc. Food viscometer and method of use

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1108483B (de) * 1957-06-22 1961-06-08 Haake Kommandit Ges Geb Rotations-Viskosimeter

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