DE1773715A1

DE1773715A1 - Fall-Viskosimeter

Info

Publication number: DE1773715A1
Application number: DE19681773715
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Okamoto
Original assignee: Dainippon Ink Institute of Chemical Research; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp; Dainippon Ink Institute of Chemical Research
Priority date: 1967-06-29
Filing date: 1968-06-26
Publication date: 1971-12-30
Also published as: DE1773715B2; DE1773715C3; GB1195806A; US3512396A; FR1582889A

Description

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DIPL.-ING. F. THIELEKE DR.-ΙΝΘ. R DORINQ DIPL.-PHY8. DR. J. FRIOKE

BRAUNSCHWEIG - MÖNCHEN

Dainippon Ink & Chemicals Inc., and The Dainippon Ink

Institute of Chemical Research

58-35-3 chome, Sakashita, Itabashi-ku, Tokyo, Japan and 8-7-2 chome, Kamikizaki, Urawa, Saitama-ken, Japan

Fall - Viskosimeter

Die Erfindung betrifft ein Fall-Viskosimeter mit einem rohrförmigen Körper zur Aufnahme des zu messenden Fluids und des Fallkörpers sowie einer Meßeinrichtung zum Messen der Fallgeschwindigkeit des Körpers. In der Regel wird hierbei der Zeitintervall gemessen, welchen der Fallkörper benötigt, um im freien Fall eine vorbestimmte Strecke in dem zu messenden Fluid zu durchfallen, wobei die Viskosität des Fluids durch dieses Zeitintervall bestimmt wird.

In der chemischen Industrie ist es häufig notwendig, während der Herstellungsverfahren die Viskosität eines Fluids in einem großen Reaktor bei hoher Temperatur von Zeit zu Zeit zu messen. Mit üblichen kontinuierlich arbeitenden Fall-Viskosimetern kann die Viskosität von Fluids, z.B. polymerisierten Ölen oder Suspensionen, die dazu neigen, beim Trocknen einen Film zu bilden, nicht genau gemessen werden, da ein freier Fall des Fallkörpers auf Grund der Reibung zwischen der Fluid- und Fremdsubstanzen, z.B. einem Film des Fluide, der sich auf einem Abschnitt des Fallkörpers bildet, der oberhalb der Fluidhöhe liegt '

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, und an diesem haftet, nicht erhalten werden. Weiterhin sind die üblichen Fall-viskosimeter nicht geeignet für genaue Messungen oder Aufzeichnungen der Viskosität von nicht-newtonschen Fluids, beispielsweise Emulsionen oder von thixotropischen Fluids, da es unmöglich ist, die Viskositäts-Meßspannungen durch Verminderung des Gewichtes des Fallkörpers zu reduzieren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fall-Viskosimeter der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß die aufgezeigten Schwierigkeiten nicht bestehen sondern eine rasche und sehr genaue Messung der Viskosität in den verschiedensten Flüssigkeiten möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das als Tauchkörper ausgebildete Rohr wenigstens eine in dem eintauchenden Bereich befindliche Fluid-Durchtrittsöffnung aufweist und eine in dem Rohr axial bewegbare Hauptstange aufnimmt, welche ) an ihrem unteren Ende ein Mitnahme- oder Hebeglied trägt, mit dem mit vorbestimmtem axialem Spiel der Fallkörper normalerweise in bleibendem Eingriff steht, welcher mit Hilfe des Hebegliedes bis in eine vorbestimmte axiale Stellung innerhalb des eingetauchten Bereiches des Rohres anhebbar und durch rasches Absenken des Hebegliedes zum freien Fall freigebbar ist. Auf Grund dieser Ausbildung ist der Fallkörper vollständig in die zu messende Fluid eingetaucht und kann während der Meßperiode nicht oberhalb des Flüssigkeitsstandes der Atmosphäre freigegeben werden, so daß sich keine fremden Substanzen an der Oberfläche des Falikör per s ablagern können und damit auch keine Irrtümer im Me ß-

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i^- auftreten können. Außerdem kann bei der Anordnung gemäß der Erfindung der Fallkörier in seinem Gewicht außerordentlich leicht gehalten werden, wobei es nicht darauf ankommt, wie groß die Länge des den Fallkörper aufnehmenden Elementes je nach den Erfordernissen des Anwendungsplatzes gewählt wird, so daß die neue Vorrichtung bei allen möglichen Strömungsmitteln ang wendet werden kann, einschließlich den oben erwähnten Fluids, und wobei weiterhin eine trenaue ?iessung auf Aufzeichnung der Viskosität dieser Strömungsmittel erreicht werden kann. f

Die Meßung der Feil] zeit kann auf elektrischem Vege z.B. durch /•nderung einer knpazitativen Ladung oder eines 'Widerstandes erfolgen.

Wenn ias Fall-Viskosimeter nach der Erfindung zum Messen der Viskosität eines Fluids verwendet wird, in wolchem z.U. Luftblasen vorhanden sind, wird das Viskosimeter zusätzlich mit einer einrichtung versehen, welche den Fallkörp^r zusammen mit der Hauptstange und dem llebeglied in der nächsten Stellung innerhalb des rtohres für eine Zeitdauer festhält. Veiterhin ist eine Einrichtungvorgesehen, um den Fallkörper von dieser höchsten Stellung in einer obenliegenden festen Stellung geringfügig tiefer als die höchste Stellung zusammen mit der Hauptstange und dem Hebeglied abzusenken, damit sich stabile Verhältnisse in der zu überprüfenden Flüssigkeit einstellen können.

Die Erfindung wM*d nachföl trend an tland schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Viskosimeters gemäß der Erfindung im Längsschnitt.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Fallkörpers und der zugehörigen Hebeeinrichtung außer Eingriff.

Fig. 3 veranschaulicht beispielsweise einen elektrischen Relaiskreis, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wobei mit a der Hauptkreis und mit b bis d mit diesem Hauptkreis zusammenhängende Nebenkreise veranschaulicht sind.

Fig. 4 ist ein Beispiel für einen Relaiskreis des Hochfrequenzoszillatortyps, welcher Kreis im Zusammenhang mit dem Viskosimeter nach der Erfindung verwendet werden kann.

Fig. 5 zeigt in perspektivischer Ansicht ein abgewandeltes Ausfiihrungsbei spiel für den Fallkörper.

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht ein zusätzliches Element» das bei einigen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, * während

Fig. 7 in Teilansicht einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Fall-Viskosimeters nach der Erfindung zeigt.

In Fig. 1 ist das Viskosimeter allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Dieses Viskosimeter wird in ein Strömungsmittel, dessen

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Viskosität gemessen werden soll, etwa senkrecht bis wenigstens zn dem Flüssigkeitsstand A-A¹ eingetaucht.

Das Viskosimeter weist einen rohrförmigen Körper 101 mit einem Flüssigkeitseinlaß 102 am Boden auf, in welchem ein Rückschlagventil 102B angeordnet ist. Weiterhin weist das Rohr Flüssigkeitsanslaßöffnungen 103 in vorbestimmtem Abstand vom Boden auf. Die Innenwandfläche 101A eines Abschnittes des Rohres 101 oberhalb eines Queruntertellungsgliedes 107, das weiter unten be- " schrieben wird, ist fein bearbeitet, um einen pneumatischen Zylinder bilden zu können, in welchem ein Kolben 108 gleitend verschiebbar ist. Der Abschnitt des rohrförmigen Körpers 101 unterhalb einer Querwand 114, die weiter unten beschrieben wird, weist eine genau fein bearbeitete Innenfläche 101B auf und bildet einen Meßzylinder, in welchem ein Fallkörper 106 axial verschiebbar aufgenommen ist. Ein Hauptschaft oder eine Hauptstange 104 ist in dem Rohrkörper 101 aufgenommen und erstreckt sich zentral in axialer flichtung durch den Rohrkörper und trägt an seinem unteren a Ende ein Hebeglied oder Aiitnahmeglied 105. Die Strömungsmitteleinlaßöffnung 102 kann auch weggelassen werden, beispielsweise dann, wenn man die Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 103 größer macht oder die Flüssigkeitsauslaßöffnungen in ihren Stellungen entsprechend anordnet.

Das tiebeglied 105, das in Fig. 2 gezeigt ist, besteht vorzugsweise aus einer etwa kreisförmigen Platte 201, die mit ihrem mittleren Bereich am unteren i^nde der Hauptstange 104 unter rechtem Winkel zu dieser Stange befestigt ist und einer dünnen Ringplatte 202, wel-

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ehe im dargestellten Beispiel einen radialen Schlitz 202A aufweist und mit der kreisförmigen Platte 201 mit Hilfe mehrerer paralleler Stangen 203 verbunden ist. Die Witte der ringförmigen Scheibe liegt auf der Achse der Hauptwelle 104, wobei der radiale Schlitz ixi der Ringplatte eine Größe aufweist, die ausreicht, um den Durchgang einer Tragstange 208 des auswechselbaren Fallkörpers 106 durchzulassen. Die Ausbildung des Hebegliedes 105 ist selbstverständlich nicht notwendigerweise auf die Aueführungsform nach

" Fig. 2 beschränkt. So können beispielsweise die oberen ^nden der Stangen 203 entsprechend gebogen und am unteren Ende der Hauptwelle 104 unter Fortlassung der kreisförmigen Scheibe 201 direkt befestigt sein. Auch kann der Spalt 202A fortgelassen werden, und zwar in den Fällen, in denen die Scheibe 206 des Fallkörpers 106 mit der Tragstange 208 über Gewinde verbunden ist. Die dünne !iingplatte kann auch mit der kreisförmigen Platte 201 statt über eine Mehrzahl von Stangen 203 mit einem geeigneten gelochten Rohr verbunden sein, welches sich gleichachsig zur Hauptstange 104 erstreckt und einen ein wenig kleineren inneren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser der Hingplatte 202.

Der Fallkörper 106 ist vorzugsweise aus einen becherförmigen Hohlzylinder 207 mit geschlossenem Boden gebildet, wobei von der Bodenplatte 209 des Zylinders die Tragstange 208 mittig und in axialer Richtung vorspringt. Die dünne Scheibe 20b ist an dem oberen freien Ende unter rechtem Winkel an dieser stange befestigt. Der Fallkörper kann aber auch aus einem Vollzylinder bestehen, von dem ein Stift aus der Mitte der oberen Stirnfläche axial vorspringt, an dessen freiem ünde die' dünne Scheibe 206 unter einem rechten Winkel

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befestigt ist. "/enn sich die Tragstange 208 des Fallkörpers 106 im Zentrum des Ilebegliedes 105 befindet, indem die Stange durch den Spalt 202A in der iUngplatte 202 hindurchgeführt ist, wird die dünne Scheibe 20G durch die Umfangskante eines konzentrischen Loches 202B in der rtingplatte unterstützt, wobei der Durchmesser dieses Loches kleiner ist als es dem Durchmesser der dünnen Scheibe entspricht. Dabei befindet sich die äußere Umfangsflache des Zylinders 207 im geringen Abstand von der genau fertig bearbeiteten Innenfläche 101Ü des rohrförmigen Körpers 101. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Zylinder 207 als Hohlzylinder ausgebildet, wobei dessen lichter Durchmesser größer ist als es dem äußeren Durchmesser der Hingplatte 202 entspricht, so daß die Ringplatte in dem liohlzylinder aufgenommen werden kann, ohne daß sie die Umfangswand des Fallkörpers berührt, iiine solche Anordnung ist vorteilhaft nicht nur bezüglich der Verminderung des Gewichtes des Fallkörpers, sondern auch bezüglich der Verkürzung der Höhe der Anordnung.

Jie Unterseite der dünnen Scheibe 206 und die Oberseite der ring- { förmigen Platte 202 sind glatt bearbeitet. Während des Meßvorganges sind der Fallkörp er 106 und das Hebeglied 105 nur über diese Flächen im gegenseitigen eingriff, während ansonsten keinerlei Kontakt zwischen den Verbindungsstangen S3 und der dünnen Scheibe 206, zwischen der Stützstange 208 und der Ringplatte 202 und zwischen der Ringplatte 202 und der Bodenwand des Zylinders 209 besteht.

In diesem Falle kann der elektrische Kontakt zwischen der Platte und der Ringscheibe 202 verbessert und eine elektrische Änderung

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zwischen der Hauptstange 104 und dem Rohr 101 noch besser vermieden werden unmittelbar bevor die Scheibe mit der Platte in Berührung gelangt, indem man wenigstens eine der einander zugewandten glatt bearbeiteten Flächen der Scheibe oder der Platte mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen von gleicher Höhe versieht oder indem man den Abschnitt auf der Unterseite der Scheibe 206, der im Bereich der Umfangskante verbleibt, mit kleinen Ausnehmungen versieht,

Die Hauptstange 104 kann auf und ab bewegt werden beispielsweise mit Hilfe der nachfolgenden Einrichtung: In dem rohrförmigen Körper 101 ist eine Trennwand 107 mit einer Dichtungspackung 107A, z.B. einem O-Ring aus Gummi, vorgesehen, welche eine Abdichtung zwischen der Trennwand und der Hauptstange 104 bildet. Weiterhin ist ein Kolben 108 mit einer Dichtung 108A fest an der Hauptstange in einem Bereich im Abstand oberhalb der Querwand 107 so vorgesehen, daß zwischen dem Kolben und der Querwand 107 eine Druckkammer 101C gebildet wird. Im unteren Bereich der Druckkammer 101C ist eine Einlaßöffnung 109 vorgesehen, durch die ein Druckmittel in die Druckkammer eingeleitet werden kann. Die Einlaßöffnung 109 für das Druckmittel steht in Verbindung mit einer Druckqwelle die nicht gezeigt ist und zwar über ein Dreiwegewechselventil 109A und eine Leitung 109B. Das Dreiwegewechselventil 109A ist mit einem Elektromagneten AQ versehen und kann in einer solchen Weise betätigt werden, daß dann, wenn der Elektromagnet AQ betätigt wird, das Druckmittel in die Druckkammer 101C von der Druckquelle aus über die Leitung 109B zugeführt wird, und zwar über das Dreiwegeventil 109A und die Zuleitungsöffnung 109. Wenn jedoch der Elektromagnet AQ abgeschaltet wird, wird der Druck in der Druckkammer 10IC durch eine Auslaß-

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öffnung 109C des üreiwegewechselventils 109A entlastet, Eine weitere feste Querwand 110 ist im oberen Abschnitt des Hohrkörpers 101 vorgesehen. Diese Querwand 110 weist ein Luftdurcligangsloch 110Ä auf. Der Abschnitt der Hauptstanpe 104, die über die Querwand 110 hinausragt, ist mit einem festen Kragen 104A versehen, der sich gegen die Querwand 110 anlegen kann, um die nach unten gerichtete Bewegung der Hauptstange zu begrenzen. Zwischen der Unterseite der Querwand 110 und einer Platte, die an der Hauptstange λ befestigt ist, ist eine Schraubendruckfeder 111 vorgesehen, die mit beiden Enden festgelegt ist. In einer zentralen Bohrung einer Abschlußwand 112 am oberen Ende des Itohrkörpers ist ein Stift 112B vorgesehen, der nach unten in das Innere des Hohres ragt. Wenn in der Druckkammer 101C bei Betätigung des Elektromagneten AQ ein Druck aufgebaut wird, wird der Kolben 108 nach oben entgegen der virkung der Feder 111 gedrängt, so inß die Hauptstange 104 ebenfalls nach oben bewes;t wird und den Stift 112B anhebt, um einen ßeaxenzungsschalter TP zu betätigen, dessen Funktion weiter unten beschrieben wird. Bei Betätigung des Begrenzungsschalters TP wird ' der Elektromagnet AQ abgeschaltet, so daß das Dreiwegewechselventil 109A in eine Stellung überführt wird, in welcher der Einlaß 109B geschlossen und der Auslaß 109C geöffnet ist. Das Ergebnis ist, daJi der Druck in der Druckkammer 101C vermindert und die Hauptstange 104 rasch nach unten bewegt wird, und zwar zusammen mit dem Hebe^lied 105 unter der Wirkung der Feder 111 sowie des Eigengewichtes, und zwar so lange, bis der Kragen 104Λ gegen die Querwand stößt. Die Hauptstange 104 mit dem Kragen 104A führt eine hin- und hergehende Bewegung aus, die über einen Abstand reicht, der be-

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stimmt wirrt einerseits durch den Stift 112B und andererseits durch die Querwand 110. Der Bewegunisabschnitt für die Hauptstange 104 kann damit in optimaler Weise ausgewählt werden, wobei der Fallabschnitt des Fallkörpers dem Bewegungsabschnitt der Hauptstange entspricht.

Da sich das Hebeglied 105 rasch nach unten bewegt, kommt die Ringplatte 202 außer Eingriff mit der Unterseite der Scheibe 206 und kehrt zu der unteren Anfangsstation zurück, bevor dort der Fallkörper 106 ankommt, so daß der Fallkörper 106 freigegeben wird von dem Hebeglied 105 und seinen freien Fall in der zu prüfenden Flüssigkeit beginnt. Während des Falles unter Einwirkung der Schwerkraft wird das Strömungsmittel unterhalb des Fallkörpers in dem Bereich oberhalb des Fallkörpers durch einen Spalt verdrängt , der zwischen der äußeren Umfangsflache des Fallkörpers und der Innenfläche 101B des Rohrkörpers 101 vorhanden ist, während im dargestellten Beispiel gleichzeitig ein Kondensator C₂ ) gemäß Fig. 3d aufgeladen wird.

Die Hauptstange 104, ein Universalgelenk 104B, das bei relativ langer Hauptstange verwendet werden kann, die Feder 111, das liebeglied 105, der Fallkörper 106 und der Rohrkörper 101 sind aus einem elektrisch leitendem Material, z.ü. Edelstahl, Bronze oder Aluminium hergestellt, während die QuerwändellO, 112, 107, 114, der Kolben 108 und die Dichtung 10ΘΑ jeweils aus elektrisch isolierendem Material, z.U. aus Kunstharz, Gummi, Leder, Plastik oder Keramik bestehen. Aus diesem Grunde wird ersichtlich, daß die

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Hauptstange 104 gegenüber dem Rohrkörper 101 elektrisch isoliert ist.

Ein Verbindungsdraht llOii dient dazu, die Hauptstange 104 mit dem iiängnngsanschluß 401 nach Fig. 4 eines Relaiskreis 113 vom iiochfrequenz-Oszillatortyp über die Feder 111 zu verbinden. Der Itohrkörper 101 ist mit dem t.rdanschluß 416 nach Fig. 4 des Uelaiskreis 113 verbunden. V/ährend des freien Falls des Fallkörpers in der zu messenden Flüssigkeit bilden die Feder 111, die liauptstange 104 und das Hebeglied 105 einen einheitlichen elektrischen Leiter und es entsteht eine elektrische Kapazität zwischen diesem einheitlichen elektrischen Leiter und dem rohrförmigen Körper 101. i.enn der Fallkörper 106 erneut in Kontakt mit dem llebeglied nach Beendigung des freien Falles gelangt, wird der Fallkörper elektrisch mit dem einheitlichen elektrischen Leiter vereinigt und es wird eine weitere elektrische Kapazität erzeugt zwischen dem sich nunmehr ergebenden elektrischen einheitlichen Leiter und dem rohrförmigen Körper. Da in dieser Stellung die äußere Fläche 207 und der doden ©9 des Fallkörpers sich nahe den Innenflächen 101B des Zylinderabschnittes am unteren Ende des Rohrkörpers befinden, nimmt die elektrische Kapazität drastisch zu, wenn der Fallkörper mit dem Hebeglied elektrisch verbunden wird. Der Relaiskreis 113 wird durch diese Zunahme in der elektrischen Kapazität eingeschaltet, wodurch der Aufladevorgang des integrierenden Kondensators C₂ beendet wird.

Die oben beschriebene Anordnung 1, welche den Fallkörper aufnimmt, wird in das Strömungsmittel wenigstens bis zu einer Höhe einge-

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taucht, die durch die linie A-A' angedeutet ist, so lange der Viskositätsmeßvorgang noch nicht beendet ist. Insbesondere bleibt der Fallkörper 106 in der Flüssigkeit während des Meßvorganges vollständig eingetaucht, so daß selbst die Scheibe 206 nicht außerhalb der Flüssigkeit trocknen kann.

liei iiiinfuhren eines reinen Gases in den rohrförmigen Körper durch eine Gaseinlaßöffnung 119 und **erauslassen des Gases aus der ^ Austrittsöffnung 103 für die Flüssigkeit zusammen mit dieser Flüssigkeit, wobei Gas und Flüssigkeit durcli eine schmale öffnung 114A in der Zwischenwand 114 hindurchtreten, kann ein glatter iiießverlr.uf über eine längere Zeitperiode erreicht werden.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Viskosiuieters in Bezug auf die Schaltkreise beschrieben. In den Fig. 1, 3a, 3d und 4 geben die als Schaltblöcke wiedergegebenen ßezugszeichen AS, TV, usw. Relais, während die kleinen Buchstaben bei diesen Bezugszeichen Kontakte andeuten, die durch die entsprechenden Relais betätigt werden. Widerstände, Kondensatoren und Transistoren sind jeweils durch international übliche Symbole wiedergegeben. Die Bezugsziffern 301 und 301A geben die Eingangsanschlüsse eines Verstärkers eines nicht dargestellten automatischen Aufzeichnungsgerätes vom Potentiometerausgleichstyp wieder, während die Bezugsziffer 311 nach Fig. 3c eine Erregerwicklung andeutet, welche dem Schreibstiftantriebs-Ausgleichsmotor in der nicht gezeigten Aufzeichnungseinrichtung zugeordnet ist. Das Bezugszeichen RD gibt eine Zehnerdiode wieder.

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Wenn ein Kontakt st geschlossen wird, der so ausgebildet ist, daß er nur für kurze Zeit periodisch zu schließen ist, wird das Relais AS eingeschaltet, wodurch ein Kontakt as« nach Fig» 3b geschlossen vird, welcher die Erregerwicklung AQ einschaltet. Dadurch wird das Dreivvegewechselventil 109A nach Fig. 1 betätigt und läßt Druckluft in die Druckkammer 101C im rohrförmigen Körper 101 durch die üiinlaPöffnung 109B einströmen. Folglich wird der Kolben 108 nach oben bewegt und veranlaßt eine nach oben gerichtete Bewegung der Hauptstange 104 und des Hebegliedes 105, wodurch auch der Fallkörper 106 mit diesen Teilen nach oben bewegt wird. Die zu untersuchende Flüssigkeit wird in den Zylinderabschnitt 101Ö des rohrförmigen Körpers durch einen perforierten Ansatz 102A und dem Einlaß angesaugt, wobei das Rückschlagventil 102ß angehoben wird. Die oberhalb des Fallkörpers 106 befindliche Flüssigkeit wird durch die Auslaßöffnung 103 verdrängt. Das obere Ende der Hauptstange 104 schläft gegen die Unterseite der Abschlußwand 112 an und drückt dabei den Stift 112B nach oben, wodurch der Kimtakt tp eines Begrenzungsechalters TP geschlossen wird mit dem Ergebnis, daß das | Heiais TV erregt wird, während das Relais AS seinen Ausgangszustand annimmt. Der Elektromagnet AQ wird abgeschaltet und es wird das Druckmittel in der Druckkammer 101C durch die Auslaßöffnung 109C abgebaut, so daß die hauptstange 104 unter der Vorspannung der Feder 111 und ihrem Eigengewicht rasch nach unten bewegt wird. Ein Kondensator Cq wird während der Zeit aufgeladen, in welcher der Kontakt tv₂ geschlossen ist, so daß dann, wenn der Begrenzungsschalter TP wieder seinen Ausgangszustand einnimmt, nämlich dann, wenn sich die Hauptstange 104 nach unten zu bewegen beginnt, der Kon-

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takt tv~ seinen Ausgangszustand einnimmt, während das itelais TQ momentan durch die Entladung des Kondensators Cq betätigt wird, um das Relais CG einzuschalten.

Ein Kontakt cg- nach Fig. 3d wird in diesem Augenblick geschlossen, um den Integrierungskondensator c_? aufzuladen und die Aufladung des Kondensators C₀ über die ganze Periode des freien Falls des Fallkörpers durch die zu messende Flüssigkeit fortzusetzen.

Ein Kontakt fv des Relais FV nach Fig. 4 wird während des freien Falls des Fallkörpers offengehalten, jedoch in dem Augenblick geschlossen, wenn der Fallkörper das Hebeglied 105 berührt. Auf diese Weise wird das Relais FP betätigt und zwar durch den Ladestrom, der durch einen Kondensator Cf läuft. Das Relais CG wird durch die Betätigung des Kontaktes fp in seinen Ausgangszustand zurückgeführt. Dabei wird der Kontakt Cg₃ nach Fig. 3d geöffnet, um die Aufladung des Kondensators C₂ zu unterbrechen. Auf diese Weise wird ersichtlich, daß die Spannung des Kondensators C₂ in Proportionalität zu der Dauer des freien Falls des Fallkörpers 106 steht. Durch die Betätigung des Kontaktes fp wird das Heiais NB eingeschaltet und der Kontakt nb₂ geschlossen, welcher den Eingangsanschluß 301 des Verstärkers des Aufzeichnungsgerätes mit dem Kondensator C„ verbindet. Das Relais BM wird zum Schließen des Kontaktes bm₂ nach Fig. 3c über einen Transistor Tr₁ eingeschaltet, und zwar über eine Zeitverzögerung, die durch die Zeitkonstante eines Widerstandes Ra und Kondensators Cm bestimmt wird. Die Erregerwicklung 311 wird ebenfalls eingeschaltet, so daß der Schreibstift des nicht gezeigten Aufzeichnungsgerätes angetrieben wird, um die Viskosität der

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gemessercrFlüssifrkeit aufzuzeichnen, die durch die Spannung des Kondensators Cp wiedergegeben wird, d.h. die Dauer des freien Falls des Fall körpers.

Transistor Tr„ wird eingeschaltet mit einer Zeitverzögerung, die bestimmt wird durch die Zeitkonstante einer Einheit aus Widerstand Hb und Kondensator Cb, so daß der Transistor Tr₁ abgeschaltet wird und das Heiais livl in seinen Ausgangszustand überführt wird, um den Kontakt hnu zu öffnen. Die Zeitkonstinten sind so ausgewählt, daß eine Zeit zur Verfügung: steht, die benötigt wird, um den Schreibstift zu bewegen und die Spannung des Kondensators C„ aufzuzeichnen. Wenn der Kontakt bm,, geöffnet wird, wird der Ausgleichsmotor ausgeschaltet, so daß der Aufzeichnungsstift in seiner Stellung bewegungslos verharrt und der Zyklus des Auf zeichnungsvorgangres abgeschlossen ist.

i3evor das Heiais TV nach dem Auf zei chnunpsvorgang eingeschaltet wird, wird die Ladung des Kondensators C„ über den Widerstand Rd und den J Kontakt de,-, nach Fig. 3d abgeleitet.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird Verwendung vor einem iielaiskreis 113 des nochfrequenz-Oszillatortypes gemacht, um den Endpunkt des freien .alls des Failkbrpers 106 zu bestimmen. Dieser Kreis, der von bekannter Art ist, umfaßt ein Heiais, welches durch Veränderung einer elektrischen Kapazität betätigt wird. Ein 'usfübrungsbeispiel hiervon ist in Fig. 4 gezeigt. \Vie gezeigt,weist der Kreis einen Oszillatorkreis mit zwei Resonanzkreisen und einem Gleichstromverstärkerkreis auf, wobei der Eingangsanschluß 401mit

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der Hauptstange 104 und der Erdungskontakt 416 mit dem Rohrkörper 101 verbunden sind. Daraus ergibt sich, daß die Kapazität des Kondensators 4Oo aus der Kapazität zwischen der Hauptstange 104 und des rohrförmigen Körpers 101 besteht. Während des freien Falls des Fallkörpers 106 in der zu messenden Flüssigkeit stimmt die Frequenz des Resonanzkreises, woIcher eine Induktanz 402 und einen Kondensator 403 umfaßt, mit der Frequenz des Resonanzkreises 404 auf der Kollektorseite des Transistors 409 überein. Eine Einstellung wird " so vorgenommen, daß der Emittorstrom des Transistors 409 extrem klein wird. Der Kondensator 403 auf der Seite des Ein^angsanschlusses 401 des Resonanzkreises wird vergrößert, so daß sich auch der Emittorstrom vergrößert in dem Augenblick, wenn der Fallkörper 106 in Berührung mit der Ringplatte 202 des Hebegliedes 105 über die Scheibe 206 gelangt. Diese Stromvergrößerung wird durch die Transistoren 410 und 411 verstärkt und der Strom betätigt das Relais FV, das in Fig. 3 gezeigt ist, und welches den Kontakt fv betätigt.

periodisch schließender Kontakt st kann als Kontakt eines bekannten Zeitgebers, z.B. als Kontakt eines Zeitgebermotors ausgebildet sein.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Dauer des freien Falls des Fallkörpers dadurch gemessen, daß die Ladung des Kondensators C₂ integriert und die Spannung dieser Ladung gemessen wird. Alternativ dazu kann die Dauer des freien Falls und damit die Viskosität der zu messenden Flüssigkeit in der Weise gemessen werden, daß man Luft in einen Tank von festem Fassungsvermögen aus einer Luft-

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quelle von vorbestimmtem Druck durch ein Orosselventil in dem Tank während der D_auer des freien Falls des Fallkörpers einströmen läßt und anschließend den Druck in dem Tank mißt. 'Weiterhin kann alternativ dazu uie Viskosität der zu messenden Flüssigkeit dadurch festgestellt werden, daß man einen Impuls einem Impulszähler von einem konstanten Impulsgenerator aus zuleitet und zwar während der Ufiuer des freien Falls des Faliköri-ers und indem man die Impulszaiil durch entsprechende λιχΐίβΐ am Ende des freien Falls feststellt.

In den Fällen, in denen die zu messende Flüssigkeit elektrisch leitend ist und einen V/iderstand besitzt, der größer als der des Materials ist, aus dem der ^ohrkörper und die Hauotstange und die übrigen Teile gemacht sind, kann ein Detektorkreis verwendet werden, in welchem die Änderung des elektrischen Widerstandes als dasjenige kittel ausgenützt wird, durch das der Endpunkt des freien Falls des Fallkörpers festgestellt wird. In diesem Fall ist der Verbindungsdraht 1103 an einen lillektrodenanschluß eines an sich üblichen IVasserstandsdetektorkreises vom ^lektrodentyp angeschlossen, welcher eine veränderliche empfindlichkeit aufweist, während der Üohrkörper 101 mit dem anderen Anschluß des Kreises verbunden ist. Der Strömungsmittelwiderstand des Spaltes zwischen der äußeren Umfangsflache 207 und der Unterfläche 209 des Bodenabschnittes des Fallkörpers sowie der Innenfläche 101B des Zylinderabschnittes des rohrförmigen Körpers ist wesentlich geringer als der Flüssigkeitswiderstand zwischen dem Hebeglied und der das Hebeglied tragenden Hauptstange 104 und der genannten Innenfläche 101B des Kohrkörpers, da der Spalt zwischen den zuerst genannten Flächen wesentlich klei-

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ner ist, während gleichzeitig die Ausdehnung dieser Flächen größer ist. Durch Feststellung des Augenblickes, in welchem der Widerstand über die beiden genannten Anschlüsse einen abrupten V/echsel erfährt, kann der Endpunkt des freien Falls des Fallkörpers festgestellt werden.

Wenn der beschriebenen Anordnung eine mechanische Vibrationsbewegun·; während des Meßvorg-mges erteilt vird, kann der frei herabfallende Fallkörper ans dem Achsenbereich des rohrförmigen Körpers herauskommen und ein unregelmäßiger oder unerwünschter Kontakt mit der Innenfläche 101B des Zylinderabschnittes des rohrförmigen Körpers auftreten, wobei der freie Fall des Fallkörpers behindert wird und Änderungen in den Meßwerten der Viskosität auftreten.

Um solche ungewünschte Erscheinungen zu vermeiden, sind prismaförmige Vorsprünge 210 an der äußeren Umfangsflache 207 des Fallkörpers nach Fig. 5 vorgesehen. Diese Vorsprünge 210 sind wenigstens an drei Stellen am äußeren Umfang des Fallkörpers gleichmäßig verteilt vorgesehen. Hierdurch wird es möglich, zu verhindern, daß die äußere Umfangsfläche des Fallkörpers in direkten Kontakt mit der Innenfläche 101B des Zylinderabschnittes des rohrförmigen Körpers während des freien Falls des Fallkörpers gelangt. Fluktuationen der Meßwerte werden damit wirksam ausgeschaltet. Der gleiche Effekt kann erhalten werden, wenn man eine Führungsscheibe 211 mit radialen Vorsprüngen 210 an der Umfangskante nach Fig. 6 an dem Boden des Fallkörpers 106 z.H. mittels Schrauben befestigt, anstatt entsprechende Vorsprünge 210 an der Außenumfangsflache des Fallkörpers selbst vorausehen.

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iiei der Verwendung des Viskosimeters in der beschriebenen Ausführung zum Messen der Viskosität einer V.eakti onsf lüssigkeit in einem Produktionspro.reß beispielsweise eines Polyesterharzes, welches einen grolr-en Anteil von Blasen enthält, wird die zu messende Flüssigkeit in den Zylindernbschnitt des rohrförmigen Körpers durch die Einlaßöffnung 102 eingeführt und enthält unvermeidbar entsprechen Ie Blasen. Die Gegenwart solcher Blasen in der zu messenden Flüssigkeit verhindert eine genaue Messung der Viskosität, da die durch den Spalt zwischen der äußeren Fläche 207 des Fallkörpers und der Innenfläche 101B des Zylinrierabscbnittes des Rohrkörpers hindurchtretenden Blasen den freien Fall des Fallkörpers beeinträchtigen und es unmöglich machen, eine korrekte Viskositätsmessung durchzuführen. Diese Schwierigkeiten können in folgender Weise überwunden werden: Wenn Blasen in der zu messenden Flüssigkeit, die in den Zylinderabschnitt des rohrförmigen Körpers eintritt, gegenwärtig sind, wird der Füllkörper bis zur höchsten Stellung angehoben und in dieser Stellung für eine gewisse Zeitperiode gehalten, so daß die Blasen durch die Flüssigkeit nach oben ansteigen können und sich in dem Kaum unterhalb des Fallkörpers sammein. Darauf wird der Fallkörper von der höchsten Stellung bis zu einer festen Startstellung unterhalb dieser höchsten Stellung abgesenkt, so daß die Blasen, die sich unterhalb des Fallkörpers gesammelt haben, nach oben durch den Spalt zwischen dem Fallkörper und dem Rohrkörper entweichen können. Danach erst wird der Fallkörper freigegeben und kann von der Startstellung aus bis in die ursprüngliche tiefe Stellung durch die Flüssigkeit, die nunmehr frei von Blasen ist, herunterfallen. In der beschriebenen Weise kann die Viskosität der Flüssigkeit sehr genau gemessen werden, ohne daß die Blasen

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einen unerwünschten Effekt auf die Messung ausüben.

Fig. 7 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für ein Viskosimeter nach der Erfindung, wobei ein Teil weggelassen ist, welcher im wesentlichen mit dem Ausführungsbeispiel der zuvor beschriebenen Art übereinstimmt. In der Figur ist eine üiinrichtung gezeigt, um die Hauptstange anzuheben, sowie eine Einrichtung, um die Hauptstange an der höchsten Stellung einerseits und " in einer fosten darunterliegenden Startstellung zu halten. Bei diesem Ausführungsbeispiel steht das Dreiwegewechselventil 109A, das mit der Druckgasleitung 109 , die an einem unteren Abschnitt der Druckkammer 101C mündet, verbunden ist, über das andere Ende mit einem weiteren Dreiwegewechselventil 109F über die Leitung 109B verbunden. Eine Leitung 109D geht von dem v/echselventil 109F zu einer uruckquelle von konstantem Druck 109G, während eine andere Leitung 109E mit einer anderen Druckquelle 109H von konstantem Druck verbunden ist, deren Druck geringer ist, als der Druck in der Druckquelle 109G. Das Wechselventil 109F wird in solcher "/eise betätigt, daß die Leitungen 109D und 109B bei eingeschalteter Erregerwicklung AR geöffnet sind, während die Leitungen 109E und 109B im abgefallenen Zustand der Erregerwicklung AH geöffnet sind. Auf der anderen Seite wird das Wechselventil 109A derart betätigt, daß die Leitungen 109B und 109 offen sind, wenn die Erregerwicklung AQ betätigt ist, um einen Durchgang für Druckmittel durch das Wechselventil von der einen oder der anderen Druckquelle 109G bzw. 109H zu ermöglichen, während die Leitungen 109C und 109 geöffnet sind, wenn die Erregerwicklung AQ abgeschaltet ist.

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Im oberen Abschnitt des rohrförmigen Körpers 101 ist ein festes Gehäuse 112C eingesetzt, welches eine bewegliche Platte 112E aufweist, die unter der Einwirkung einer Druckfeder 112D steht. Die bewegliche Platte 112E wird gegen das untere Ende des festen Gehäuses J12C unter der Wirkung der Feder 112D gedrückt, kann sich ,jedoch nicht aus dem Gehäuse herausbewegen.

Wenn üruc'. gas in die Druckkammer 1Ü1C von der Quelle 109G unter reguliertem Druck bei einschalten der Erregerwicklungen AU und AQ zugeführt .vird, wird die Tragstange 104 für das hebeglied nach oben bewegt, wodurch der Fallkörper 106 nach oben mitgenommen wird. Die Hauptstange 104 stößt dabei gegen die unter Federvorspannung stehende bewegliche i^Jlatte 112E an. Die nach oben gerichtete Bewegung der Hauptstange 104 und dementsprechend die Aufwärtsbewegung des ilebegliedes und des Fallkörpers werden unterbrochen, wenn der nach oben wirkende Gasdruck mit dem Gewicht der drei Glieder und der gesamten nach unten gerichteten Vorspannkräfte der Federn ll'iD und 111 ausbrianciert sind. Hierbei wird der Fallkörper 106 in der obersten StexJung gehalten. Die etwaig in der Flüssigkeit enthaltenden Blasen, die mit der Flüssigkeit in den Zylinderabschnitt des Rohrkörpers eingesaugt worden sind, können nunmehr durch die Flüssigkeit nach oben aufsteigen und sich im Kaum unterhalb ^ries Fallkörners sammeln, während dieser Körper in der obersten Stellung gehalten wird.

Danach wird lediglich die Erregerwicklung /VR abgeschaltet, so daß die Leitung 109D, welche mit der Druckquelle 109G in Verbindung

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steht, geschlossen wird und ein Druckgas in die Druckkammer 101C aus der Druckquelle 109H von niederem Druck als dem Druck der Druckquelle 109G zugeführt wird. Wenn der Druck in der Druckkammer 1O1C, der absinkt, den niedrigeren Vert der Gasquelle 109ίί erreicht, nimmt der den Fallkörper 106 nach oben drängende Gasdruck ab, so daß das obere Ende der Hauptstange 104 nach unten ir; eine Stellung bewegt wird, in welcher sich die bewegliche Platte 112E an der unteren Kante des Gehäuses 112C abstützt, wobei die nach unten gerichtete Bewegung auf dem Gewicht der drei Glieder und rlen Vorspannkräften der Federn 112D und 111 beruht. Hierbei wird die Hauptstange 104 von der höchsten Stellung in eine feste Startstellung nach unten bewegt, wobei das ilebeglied 105 an dieser Bewegung teilnimmt und der Fallkörper unter der Y/irkung seines Eigengewichtes dieser Bewegung folgt, Yährend der n^ch unten gerichteten Bewegung des Fallkörpers 106 können die sich unterhalb des Fallkörpers angesammelten Blasen durch den Spalt zwischen eier äußeren Umfangsfläohe 207 des Fallkörpers und der Innenfläche 101B des Rohrkörpers nach oben steigen, so daß in der zu messenden Flüssigkeit unterhalb des Fallkörpers 106 praktisch keine Blasen mehr vorhanden sind.

Nachdem der Fallkörper 106 die feste Ausgangsstellung nach vorbestimmter Falldauer erreicht hat, greift die Platte 206 des Fallkörpers an der Platte 202 des Hebegliedes an, wobei die Erregerwicklung AQ abgeschaltet wird. Darauf wird der Gasdruck in der Kammer 101C abgebaut und zwar über die Leitung 109C, so daß die Hauptstange und das Hebeglied rasch in die ursprüngliche tiefe Stel-

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i unter der Virkung der Feder 111 und des Eigengewichtes nach unten bewegt werden, wie dies zuvor bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Damit wird der Fallkörper 106 freigesetzt, so daß der freie Fall durch die Flüssigkeit in der beschriebenen .Veise stattfinden kann. Durch iwessung der D uer des freien Falls des Fallkörpers bis in die ursprüngliche Stellung von der vorgegebenen Startstellung aus, kann die Viskosität der Flüssigkeit ohne Beeinflussung des I.eßvorganges durch Blasen festgestellt werden.

Die Erregerwicklungen AQ und AR können durch Verwendung eines üblichen Zeitgeberinoi ors eingeschaltet werden. Die Aufladung des Kondensators C₉ beginnt in dem Augenblick, wenn das Relais FV in seinen abgefallenen Zustand bei erregung der Wicklungen AQ und AR gelangt, wobei die Aufladung in dem Augenblick unterbrochen wird, wenn das Relais FV eingeschaltet wird. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, den Kondensator C₂ mit einer Spannung aufzuladen, die proportional zu der Dauer des freien Falls des Fallkörpers vonder festen Startstellung bis zu der ursprünglichen tiefen Stellung ist.

Ansprüche

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Claims

- 24 Ansprüche

Ι» Fall-Viskosimeter mit einem rohrförmigen Körper zur Aufnahme des zu messenden Fluids und des Fallkörpers und einer Meßeinrichtung zum kessen der Falldauer des Körpers, dadurch gekennzeichnet , daß das als Tauchkörper ausgebildete Rohr (101) wenigstens einein dem eintauchenden Bereich befindliche Fluid-Durchtrittsöffnung (102,103) aufweist und eine in dem Rohr axial beweg-P bare Hauptstange (104) aufnimmt, welche an ihrem unteren Ende ein Mitnahme- oder Hebeglied (105) trägt, mit dem mit vorbestimmtem axialem Spiel der Fallkörper (106) in Eingriff steht, welcher mit Hilfe des Hebegliedes bis in eine vorbestimmte axiale Ausgangsstellung in dem Rohr anhebbar und durch rasches Absenken des Hebegliedes zum freien Fall freigebbar ist.
2. Fall-Viskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (112C - 112E, 109F) vorsje- sehen ist, um den Fallkörper mit Hilfe der Hauptstange (104) zunächst in eine höchste Stellung anzuheben und in dieser Stellung zu halten und nach vorbestimmter Zeit den Falllcörper in eine etwas tiefer liegende Ausgangsstellung abzusenken und zu halten, ehe der freie Fall ausgelöst wird.
3. Fall-Viskosimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Fallkörper als zylindrischer Körper ausgebildet ist, von dem koaxial eine Stange (208) ausgeht, an derem freien Ende ein dünnes Anschlagglied (206) befestigt ist,

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das mit einem über die Stange gefädelten Fangglied (202) am unteren ^nde des iiebegl iedes (105) zusammenwirkt.
4. FaI!-Viskosimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daft der zylindrische Körper als becherförmiger Hohlkörper (207) ausgebildet ist, von dessen geschlossenem Boden (209) die Stange (208) durch das offene inde axial vorspringt .
5c Fall-Viskosimeter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß dem Fallkörper in Umfangsrichtunp,· verteilte, zur Führung und Abstandshalterung dienende radiale Vorspränge (210) zugeordnet sind.
6. Fa11-Viskosimeter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Fallkörper (106) an seiner Außenumfangsflnche mit in Umian^srichtung begrenzten radialen Vorsprüngen (210) versehen ist, die vorzugsweise in gleichen /inkelabständen angeordnet sind.
7. Fall-Viskosiineter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß an der Unterseite des Fnllkörpers eine die Vorsprünge (210) aufweisende Führungsplatte (211) befestigt ist.
8. FnI1-Viskosimeter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch g e kennze ich η et , daß die Hauptstange (104) als Kolbenstange eines durch Druckmittel betätigbaren Kolbens (108) ausgebildet ist, dem eine das Hebeglied (105) rasch in die untere

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Stellung bewegbare Üickstell-Federeinrichtung (110,111) zugeordnet ist.
9. Fall-Viskosimeter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (108) der Hauptstang-e (104) rber eine Steuereinrichtung nacheinander mit Druckmitteln von unterschiedlichen Drücken (109G, 109H) einerseits und Rückstell-

^ Federeinrichtungen (111, 112D) von in Abhängigkeit von der axialen Stellung der Hauptstange (104) unterschiedlichen .-iückstellkräi'ten beaut.=3chlagbnr ist.
10. Fall-Viskosimeter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr (101), der Fallkörper (106), das Hebeglied (105), die Hauptstange (101) als elektrische Leiter ausgebildet und in einen elektrischen Meßkreis in der Weise eingeschaltet sind, daft der elektrische Kontakt zwischen Fallkörper und Hebeeinrichtung während des freien Falls des FaIl-

) körpers unterbrochen ist.

BAD ORIGINAL

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