DE2149721A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines konstanten temperaturverlaufs auf den messflaechen des kegels und der platte eines kegel-platte-viskosimeters - Google Patents

Description

• VORRICHTUNG zur ERZEUGUNG cines konstanten TEHPBRATURVBRLAUPS auf den HESSFLÄCHEN des KECDLS und der PLATTE eines KEGEL-PLATTE-VISKOSIHETERS 1. probienstellung Viskosimeter dienen zur Ermittlung bestimmter Flüssigkeitseigenschaften, insbesondere der Viskosität und des Normalspannungsverhaltens Da diese Eigenschaften stark temperaturabhängig sind, ist es erforderlich, die Temperaturen der Flüssigkeit im Meßspalt konstant zu halten.Nach Füllen des Meßspalts nimmt die Flüssigkeit eine Temperatur an, die vom Temperaturverlauf auf den Meßflächen von Kegel und Platte abhängt und örtlich verschieden ist.Um eine genaue Zuordnung dXr Messwerte zur Flüssigkeitstemperatur zu emnöglichen, muß erreicht werden, daß die örtlichen Temperaturabweichungen auf Kegel und platte in engen Grenzen liegen (z.B. # o,1 °C).
• Diese Schwierigkeit wird umso größer, je stärker sich die Flüssigkeitstemperatur von der Raumtemperatur (z.B. 20 °C) unterscheidet, z.B. bei Beheizung oder Kühlung.
• 2. Ausgeführte konstruktionen Bei herkömmlichen Konstruktionen sind Kegel (1) und Kegelbefestigung (2) aus einem Stück gefertigt, wobei die kegelbefestigung (oder eine Verlängerung) durch die Heizkammer (3) nach außen geführt ist (Abb.1).
• Dadurch fließt insbesondere bei qrößeren Unterschieden zwischen Raum-und Flüssigkeitstemperatur Wärme durch die Kegelbefestigung, sodaß auf der Meßfläche des Kegels (4) unzulässige Temperaturunterschiede auftreten.Haßnahmen wie Querschnittsreduktionen oder die Wahl von Werkstoffen mit geringer Wärmeleitfähigkeit sind in gewissen Grenzen geeignet, den Wärmefluß klein zu halten, jedoch nicht so zu unterwinden, daß die erwähnten Teinperaturunterschiede vernachlässigbar sind.
• Durch die letztgenannte Maßnahme handelt man sich jedoch einen entscheidenden Nachteil ein, die den meßspalt bildenden Wände sollen die Wärme gut leiten, um erstens, die infolge des in der Praxis nicht Zu vermeidenden Wärmeflusses sich ergebenden Temperaturunterschiede im den Wänden gut auszugleichen und zweitens, un einen möglichst großen Teil der beira Betrieb des Viskosimeters in der Flüssigkeit auftretenden Wärmt in die Wände zu leiten.
• Aus konstruktiven Gründen muß die Plattenhalterung (5) in der entgegengesetzte Richtung aus der Wärmekammer herausgeführt werden, wobei sich die selben Probleme wie beim Kegel ergeben (Abb.l).
• Beim Wechsel des Kegels muß im vorgenannten Fall das ganze Teil Kegel-Kegelbefestigung (Platte-Plattenbefestigung) ausgetauscht werden.Es sind auch Konstruktionen bekannt, -bei denen der Kegel (Platte) mit der Halterung verschraubt ist, so daß nur der eigentliche Meßteil getauscht wird.Diese Lösungen reduzieren aus Gründen besserer Auflagebedingungen die kreisförmige Berührfläche zu einer Kreisringfläche, die ca. eine Radiushälfte breit ist.
• Der Aufbau von Kegel- und Plattenhalterung läßt sich wegen der unterschiedlichen Funktionen nicht symmetrisch zum flesspalt gestalten, was bezüglich der Wärmesyinmetrie wünschenswert wäre: Kegel rotiert (oder Platte), Meßeinrichtung für Drehmoment (am rotierenden oder stehenden Teil), Meßeinrichtung für Normalkraft (am rotierenden oder stehenden Teil).
• Deshalb ist mit zum Teil erheblichen Temperaturunterschieden zwischen Kegel und Platte zu rechnen, wenn auch die Wärmezufuhr (Heizmantel) oder -abfuhr (Kühlmantel) bezüglich der Meßspaltebene symmetrisch ist.
• 3.Beschreibung der Erfindung 4 werden konstruktive Maßnahmen beschrieben, die dazu geeignet sind, die Temperaturunterschiede innerhalb der Meßflächen von Kegel und Platte sowie zwischen Kegel und Platte herabzusetzen.Diese umfassen die Gestaltung des Kegels und der kegelhalterung, der Platte und der Plattenhalterung sowie der Heizkammer (Kühlkammer).
• 3.1 Kegel und Kegelhalterung Abb.2 zeigt einen Schnitt durch die Kegelachse.Der Kegel (6), die Kegelhalterung (7) und der Kegelschaft (8) werden getrennt gefertigt und z.B. durch Hartlöten (oder Schrauben) miteinander verbunden.
• Danach erfolgt die Fertigbearbeitung.Der Kegel (6) und die Kegelhalterung (7) sind aus einen Ilaterial mit guter Wärmeleitfähigkeit, hingegen der Schaft (8) mit schlechter Wärmeleitfähigkeit ausgeführt.Wichtig ist, daß der hohlraum (5) vorhanden ist, die metallische Berührung von Kegel(6) und kegelhalterung (7) klein ist und auf einem großen Radius liegt.Der Schaft (8) wurde als dünnes Rohr gestaltet und die Kegelhalterung(7) weist eine entsprechende Bohrung (16) auf, die z.B. mit Glaswolle verschlossen wird.Der Kegelhalter hat außen einen stirnseitig angebrachten Bund(9) sowie eine Hinterstechung(lO), in der sich die überschüssige Flüssigkeit sammeln kann.
• 3.2 Platte und Plattenhalterung Abb .2 zeigt einen Schnitt durch die Plattenachse, wobei grundsätzlich die Beschreibung von Kapitel 3.1 gilt (11 Platte, 12 Plattenhalterung, 13 Plattenschaft, 14 Luftspalt, 15 Berührfläche) .Der Plattendurchmesser entspricht dem äußeren Durchmesser der Kegelhalterung.Der Ring (17) hat mit der Plattenhalterung(12) einen guten Wärmekontakt und soll gut wärmeleitend sein.
• 3.3 Heizkammer Abb.3 zeigt einen Schnitt durch die Heizkammer.Diese ist bezüglich der Metall- und Kunststoffteile achssymmetrisch sowie horizontal geteilt (18 Außenmantel, 19 Glaswolle, 20 Innennantel, 21, 22 Teflonringe, 23 Kupfermantel).In den Kupfermantel(23) wurden auf den zylindrischen und stirnseitigen Flächen Nuten gleichen Abstands angebracht, welche den Mantelheizleiter(24) aufnehmen.Der Kupfermantel (23) sowie der Mantelheizleiter wurden vor der Montage mit Wärmeleitzement bestrichen.Durcii die Lage der Mantelheizdrähte wurde erreicht, daß je Flächeneinheit etwa gleichviel Wärme dem Kupfermantel zugeführt wird und eine Achssynunetrie in der Wärmezufuhr erzielt wird.
• 3.4 Wirkungsweise Die Flüssigkeit im Ileßspalt und in der ilinterstechung (10) wird Inneren durch eine von der Kegelhalterung(7) und der Platte (11) gebildeten Wärmekammer abgeschlossen.Die vom Kupfermantel abgegebene Wärme gelarigtnicht direkt auf Kegel und Platte, sondern wird zunächst von der Kegelhalterung(7) und dem Ring(16) aufgenommen.Ein Teil der zugeführten Wärme wird über den Regelschaft(8) und Plattenschaft(l3) nach außen geleitet, der Rest gelangt im wesentlichen durch Abstrahlung und Wärmeleitung über die metallischen Berührflächen in Kegel und Platte.
• Durch die Trennung der Iieizdrähte im oberen und unteren Teil der Heizkammer ist es möglich, durch extern angebrachte Widerstände oder durch Veränderung der Speisespannungen die Ileizleistungen so aufeinander abzustimmen, daß die Temperaturen auf dem Kegel und der Platte gleich sind (Heizungsregler).Die in Kapitel 3.1 und 3.2 beschriebenen Maßnahmen der Kegel- und Plattenbefestigung sorgen dafür, daß die Temperaturunterschiede auf den Meßflächen von Kegel und Platte sehr klein sind (z.B. kleiner als #o,o5 °C bei 80 °C Plattentemperatur).
• Die Tamperaturunterschiede in der Nähe der Mantelheizdrähte(24) werden im Kupfermantel(23), auf der übetragungsstrecke Kupfermantel-Luft-Kegelhalterung(7) bzw. Ring(l7), in der Isegelhalterung(7) bzw.
• im Ring(17) und im Kegel(6) sowie der Platte(11) soweit ausgeglichen, daß dort die Temperatur en symmetrisch zu den Achsen sind.

Claims (1)

1. 4. Patentansprüche

   Vorrichtung zur Erzeugung eines Konstanten Temperaturverlaufa auf den Meßflächen des Kegels und der Platte eines kegel-Platte-Viskosimeters, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß um die Meßfläche des Kegels oder der Platte eine ringförmige Hinterstechung (z.B.10, Abb.2) verläuft, die nach außen durch einen stirnscitigen Bund (z.B. 9, Abb.2) abgeschlossen ist, daß in Meßposition der von der Stirnfläche des Bunds und der Fläche des Gegenstücks gebildete Spalt eng ist (z.B. im liundertstelmillimeterbereich), daß Kegel und Platte nur am äußersten Durchmesser eine schmale metallische Berührung haben (z.B. ein Fünftel vorn Radius) mit ihrer Halterung (z.B. 7, 12, Abb.2), die zur Befestigung und Wärmeleitung dient und innerhalb dieser Zonen auf der Rückseite von Kegel und Platte sich ein wärmeisolierender Hohlraum befindet (z,B, 5, Abb.2), daß Kegel, Platte, Kegelhalterung und Plattenhalterung eine hohe, hingegen der Kegel- und Plattenschaft (z.B, 8, 13, Abb.2) eine geringe Wärmeleitfähgikeit aufweisen (z.B. Messing im ersten Fall, V2A im zweiten Fall), daß der Kegel- und Platter.schaft als Rohr ausgeführt werden und die Kegel- und Plattonhalterung eine entsprechende Bohrung (z.B. 16, Abb.2) aufweisen, daß die Heizkammer (z.B. Abb.3) zu den Achscn von Kegel und Platte symmetrisch aufgebaut ist, daß die Heizkainxner auf der lIöhe des Meßspalts horizontal geteilt ist, daß die Heizleistungen in den beiden Heizkammerhälften extern durch Widerstände oder unterschiedliche Speisespannungen veranderlich sind, daß die Ileizloiter in Nuten verlegt werden, die gleiche Abstände aufweisen, daß die lIeizleiter nicht nur am zylindrischen Teil angebracht sind, sondern auch am stirnseitigen Teil der Heizkammer.

   L e e r s e i t e