DE2006119C3 - Betriebsviskosimeter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsviskosimeter mit einem Meßraum, mit einer teilweise in- und teilweise außerhalb des Meßraumes liegenden Welle, mit einem Meßkörper am Ende des im Meßraum liegenden Abschnittes der Welle und mit einem Antrieb mit einer Drehmomentmeßvorrichtung an dem außerhalb des Meßraumes liegenden Abschnitt der Welle, wobei dem Meßkörper eine Drehbewegung um eine körperfremde Achse (Taumelbewegung) erteilt wird, und mit einem die Welle umgebenden und an der Meßraumwand befestigten Balg.

Ein solches Betriebsviskosimeter wird z. B. in Rohrleitungen oder Reaktionsgefäße eingebaut. Der viskose Fließwiderstand der in der Leitung oder dem Gefäß enthaltenen Substanz wird dann im wesentlichen in Form eines Drehmomentes gemessen, das von der Substanz auf den rotierenden Meßkörper ausgeübt wird. Das zum Antrieb dieses Meßkörpers aufzubringende Drehmoment ist der Viskosität der Substanz proportional und wird mit der Drehmomentmeßvorrichtung gemessen. Die Blindreibung des Betriebsviskosimeters ist im wesentlichen durch die innere Reibung des Balges gegeben. Sie ist sehr gering und läßt sich meßtechnisch berücksichtigen.

Bei einem bekannten Betriebsviskosimeter (US-PS 26 83 984) wird die Welle r.n ihrem außerhalb des Meßraumes liegenden Abschnitt über eine Exzenterscheibe angetrieben und ist über ein Pendelkugellager in den Meßraum hineingeführt. Um dieses Pendelkugellager als Dreh- und Mittelpunkt führt Jer Meßkörper eine sic'i aus zwei räumlich gegeneinander versetzten linearen Komponenten zusammensetzende Bewegung um eine körperfremde Achse, d. h. eine Taumelbewegung, durch. Diese Bewegung führt jedoch nicht nur der Meßkörper, sondern die gesamte Welle durch. Die Durchtrittsstelle der Welle mit dem Pendelkugellager wird durch den Balg abgedichtet Mit seinem einen Ende liegt dieser Balg an dem im Meßraum liegenden Abschnitt der Welle und mit seinem anderen Ende an einer Wand des Meßraumes an. Das an der Welle anliegende Ende des Balges führt die Taumelbewegung ebenfalls aus. Diese Bewegung setzt sich aus quer und parallel zur Längsachse des Balges verlaufenden Komponenten zusammen. Beide Komponenten muß der Balg innerhalb seiner Elastizitätsgrenzen auffangen. Zur Aufnahme der Querkomponente hat er in dem bekannten Betriebsviskosimeter einen verhältnismäßig großen Durchmesser. Diese Querkomponente greift von der Welle ausgehend unmittelbar an der an ihr anliegenden Rippe des Balges an. Diese Rippe muß diese Querkomponente und die ihr ebenfalls aufgezwungene Längskomponente der Wellenbewegung ohne Überbeanspruchung der zwischen ihr und der Meßkammerwand liegenden weiteren Rippen des Balges auf diese übertragen. Damit diese nicht überbeansprucht und nur innerhalb ihrer Elastizitätsgrenze belastet werden, enthält der Balg bei der bekannten Vorrichtung zahlreiche Rippen. Diese führen zu einer hohen Länge des Balges. Die hohe Länge bedingt aber einen hohen Durchmesser des Balges, da dieser ja den Durchmesser des von der Welle bei deren Bewegung umschriebenen Raumes übertreffen muß. Damit ergibt sich ein Balg mit insgesamt großen Abmessungen. Im praktischen Betrieb wird bei wesentlich über Atmosphärendruck liegenden Drücken gemessen. Dieser Druck wirkt auf den großen und damit eine große Oberfläche aufweisenden Balg ein. Hierdurch kann er seitlich wegknicken. Damit wird er undicht und das Viskosimeter unbrauchbar. Folglich kann man mit dem bekannten Viskosimeter nur bei geringen Drücken messen.

Große auf den Balg einwirkende Kräfte werden von diesem auch auf die Welle übertragen. Diese Kräfte enthalten Axialkräfte, die ihrerseits auf das Pendelkugellager einwirken. Ein Pendelkugellager kann aber größere Axialkräfte nicht aufnehmen. Somit läßt auch dieses Konstruktionsmerkmal nur Messungen bei geringen Drücken zu.

Die hohe Rippenzahl und die große Oberfläche des Balges führt noch zu einem weiteren Nachteil. Auskrustende und Ablagerungen bildende Substanzen setzen sich auf den Balgrippen ab. Sie beeinträchtigen die Elastizität des Balges. Damit ergeben sich Meßfehler. Substanzen dieser Art können daher mit dem bekannten Viskosimeter nicht gemessen werden.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsviskosimeter so auszubilden, daß auch bei hohen Drücken mit minimalem Fehler gemessen werden kann. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich mit den im Kennzeichen des neuen Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen.

Die dem Meßkörper mitzuteilende Taumelbewegung wird hier durch die ein- oder mehrfache Krümmung der Welle im Meßraum erzeugt. Die Durchtrittsstelle der Welle in den Meßraum und diese selbst wird von dem Balg umschlossen. Das auf der Welle aufsitzende Balgende folgt wieder deren Bewegung. Beim erfindungsgemäßen Viskosimeter ist die Bewegung, die von diesem Balgende auf die weiteren Balgrippen übertragen wird, gleich der Bewegung der Welle selbst. Jeder Wellenabschnitt und der ihn umgebende Balgabschnitt bewegen sich auf zueinander konzentrischen Bahnen um einen gemeinsamen Mittelpunkt. Die Wellenkrümmung approximiert also in erster Näherung die freie

Balgkrümmung. Damit wirken nur noch geringe Kräfte auf den Balg ein. Sein Durchmesser braucht nur wenig über dem der Welle zu liegen. Somit entfallen alle sich aus einer großen Oberfläche des Balges ergebenden Schwierigkeiten und Meßfehler. Sowohl bei hohen S Drücken als auch mit auskrustenden und sich ablagernden Substanzen kann gemessen werden.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind auf dem im Meßraum liegenden Abschnitt der Welle angeordnete und den Balg abstützende Gleit- oder Kugellager vorgesehen. Diese sind wegen der sich auf konzentrischen Bahnen ablaufenden Bewegung von Welle und Balg möglich. Bei Arbeiten bei hohem Druck auf den Balg einwirkende Seitenkräfte werden von diesen Lagern aufgenommen. Der Balg kann nicht wegknicken und wird vor einem Aufreißen geschützt. Die Lager verhindern auch, daß sich der Balg unmittelbar auf die Weile auflegt. Infolge der Relativdrehung zwischen Balg und Welle würde dies zu einem Verschleiß Jes Balges führen.

Als vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Metallbalges herausgestellt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht schließlich noch vor, daß der im Meßraum liegende Abschnitt der Welle teilweise von einem sich an den Balg anschließenden Rohr umschlossen ist und Lager zur Abstützung des Rohres zwischen diesem und der Welle sitzer Der Meßkörper ist am Ende des Rohres befestigt. Die Lager übertragen die Kräfte von der Welle auf den Meßkörper. Die Außendurchmesser der Lager können größer als der Innendurchmesser des Balges sein.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten beiden Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform mit einem als Kugel ausgebildeten Meßkörper und

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform, bei der der Meßkörper als Fläche ausgebildet ist und das sich an den Balg anschließende Rohr auf Lagern läuft.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist das Betriebsviskosimeter in einen Meßraum eingesetzt An der Wand 1 des Meßraumes ist es mit seiner Grundplatte 2 befestigt. Die in den Meßraum hineinragende Welle 3 des Betriebsviskosirneters ist in diesem gekrümmt Im gezeigten Beispiel ist die Welle 3 einmal gekrümmt Im Meßraum wird die Welle 3 von dem druckdichten Balg 4 umschlossen. Dieser ist druckdicht und starr mit der Grundplatte 2 verbundvti. Gleitlager aus Teflon oder Kugellager 5 führen den Balg 4. Bei der Drehung walzen sie sich auf der Welle 3 ab. An den Balg 4 ist ein Rohr 6 angesetzt Dieses trägt den als Kugel ausgebildeten Meßkörper 7. Die Welle 3 wird über die Drehmomentmeßvorrichtung 8 von einem Getriebemotor 9 angetrieben. Der Meßkörper 7 beschreibt dann in der zu messenden Substanz eine Kreisbahn. Deren Mittelpunkt wird durch die strichpunktierte Linie 10 dargestellt. Der Balg 4 führt zwei um 90° phasenverschobene Hin- und Herbewegungen durch. Die Blindreibung des Viskosimeter resultiert im Betrieb im wesentlichen aus der Reibung der Gleit- oder Kugellager 5 auf der Welle 3. Diese Reibung ist sehr klein. Das von der Drehmomentmeßvorrichtung 8 gemessene Drehmoment ist der Viskosität der Substanz proportional. Als Grundlage für den rechnerischen Zusammenhang vcn Drehmoment und Viskosität kann das Stokes'sche Gesetz dienen.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform trägt die Welle 3 zwei als Kugellager ausgebildete Lager 11. Auf deren Außenringen sitzt das Rohr 6 auf. Der Meßkörper ist als eine gekrümmte Platte 12 ausgebildet. Ihr Krümmungsmittelpunkt ist der Schnittpunkt 15 ihrer Normalen mit der strichpunktierten Mittellinie 10. Die Platte beschreibt eine Drehbewegung um diese Mittellinie. Im geringen Abstand zu dem als Platte ausgebildeten Meßkörper 12 ist eine weitere gekrümmte Platte 13 starr angeordnet. Sie weist Löcher 14 auf. Die zwischen den beiden Platten eingeschlossene Substanz unterliegt bei der Drehung der Welle 3 einer Scherströmung, die auch bei strukturviskosen Substanzen eine genaue Berechnung gestattet. Das mit der Drehmomeniineßvorrichtung 8 gemessene Drehmoment ist der Viskosität der Substanz proportional.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Betriebsviskosimeter mit einem Meßraum, mit einer teilweise in- und teilweise außerhalb des Meßraumes liegenden Welle, mit einem Meßkörper am Ende des im Meßraum liegenden Abschnittes der Welle und mit einem Antrieb mit einer Drehmomentmeßvorrichtung an dem außerhalb des Meßraumes liegenden Abschnitt der Welle, wobei dem Meßkörper eine Drehbewegung um eine körperfremde Achse (Taumelbewegung) erteilt wird, und mit einem die Welle umgebenden und an der Meßraumwand befestigten Balg, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) innerhalb des Meßraumes ein- oder mehrfach gekrümmt ist und sich relativ zum Balg (4) dreht

2. Betriebsviskosimeter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch auf dem im Meßraum liegenden Abschnitt der Welle (3) angeordnete und den Balg (4) abstützende Gleit- oder Kugellager (5).

3. Betriebsviskosimeter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (4) ein Metallbalg ist.

4. Betriebsviskosimeter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Meßraum liegende Abschnitt der Welle (3) teilweise von einem sich an den Balg anschließenden Rohr (6) umschlossen ist und Lager (U) zur Abstützung des Rohres (6) zwischen diesem und der Welle (3) sitzen.