DE2330964C3 - Rotationsviskosimeter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotationsviskosimeter, bestehend aus einem angetriebenen Zylinder, einem koaxial dazu unter Belassung eines Spaltes zur Aufnahme der Meßsubstanz angeordneten und mit einer Drehmomentmeßeinrichtung verbundenen weiteren Drehkörper und einem Temperierbad.

Bei einem solchen Rotationsviskosimeter vom Typ Couette wird die Meßsubstanz oder Probe in den Ringspalt zwischen zwei zueinander konzentrischen Zylindern eingegeben. Der äußere angetriebene Zylinder nimmt die Probe bei seiner Drehbewegung mehr oder weniger mit. In Abhängigkeit von ihrer Viskosität nimmt die Probe ihrerseits den inneren Zylinder mit. Das an diesem meßbare Drehmoment ist ein Maß für die Viskosität.

Die Viskosität hängt sehr stark von der Temperatur ab. Für genaue Messungen müssen daher definierte Temperaturbedingungen eingehalten werden.

Bei Viskosimetern vom Typ Couette ist es von Nachteil, daß die Außenwand des äußeren Zylinders durch die Flüssigkeit des Temperierbades benetzt wird. Dies bedingt umständliche Reinigungsarbeiten. Außerdem muß der rotierende Außenzylinder gegen das Temperierbad abgedichtet werden. Bei möglicherweise sehr hohen Meßtemperaturen stößt dies auf Schwierigkeiten.

Bei einem bekannten Rotationsviskosimeter der eingangs genannten Gattung ragt der äußere angetriebene Zylinder von oben glockenförmig über den inneren Zylinder, während gleichzeitig beide Zylinder in ein mit der Probe gefülltes Gefäß eintauchen, das ringförmige Gestalt hat. Diesem Viskosimeter haftet der Nachteil an, daß insgesamt drei zylinderförmige Körper mit der Probe in Berührung kommen und somit gereinigt werden müssen. Außerdem ist die Temperierung der Probenschicht zwischen dem angetriebenen äußeren und dem inneren Meßzylinder ungünstig, da die Wärme von dem ringförmigen Aufnahmegefäß, das von Temperierflüssigkeit umspült wird, auch durch nicht an der Messung teilnehmende Probeschichten zum eigentlichen Mcßspait vordringen muß, Viele zu messende Proben sind jedoch sehr schlechte Wärmeleiter. Bei diesem bekannten Rotationsviskosimeter ist die Temperierungsfrage daher nur unvollkommen gelöst (DT-AS 1078 351).

Bekannt sind auch Rotationsviskosimeter vom Platte-Kegel-Typ mit zwei mit Abstand voneinander angeordneten und zwischen sich einen Spalt zur Aufnahme der Probe belassenden Platten, von denen die obere eine kegelförmig ausgebildete Unterseite aufweist und mit einer Drehmomentmeßeinrichtung verbunden ist, während die untere antreibbar ist und beide Platten temperiert sind. Zur Temperierung befinden sich beide Platten in einer Luftkammer, deren Wände thermostatisiert werden. Diese Art der Temperierung befredigt nicht. Luft führt als schlechter Wärmeleiter zu sehr langen Aufheizzeiten für die Meßanordnung und zu nur geringer Wärmeabfuhr der während der Messung in der Probe entstehenden Wärme (CHEMICAL PRO-CESSING, Juni 1962, S. 3).

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgebe zugrunde, bei einem Rotationsviskosimeter eine konstante Temperierung der Probe bei einem Minimum an von dieser berührten Flächen zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung für ein Rotationsviskosimeter der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, daß der angetriebene Zylinder in einer im Temperierbad angeordneten Trokkengleitlagerbuchse aus einem Werkstoff großer Wärmeleitfähigkeit gelagert ist.

Trockengleitlagerwerkstoffe mit großer Wärmeleitfähigkeit sind bekannt. Beispiele sind Trockengleitlagerwerkstoffe auf Bronzebasis, wie Sinterbronze, die mit Polytetrafluorethylen oder Molybdändisulfid gefüllt ist.

Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit solcher Lagerbuchsen nimmt der Außenzylinder die Temperatur des Temperierbades schnell und praktisch völlig an. Dichtungen am Außenzylinder, die das Temperierbad abdichten, sind überflüssig und damit nicht vorhanden. Eine Benetzung des Außenzylinders mit Temperierflüssigkeit tritt nicht ein.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung, die vom Couette-Typ ist, ist vorgesehen, daß der weitere Drehkörper den Innenzylinder bildet und der angetriebene äußere Zylinder unten geschlossen ist. Dieser Abschluß des äußeren Zylinders an seinem unteren Ende verhindert, daß die Meßsubstanz von seiner Innen- zu seiner Außenseite gelangt und diese verschmutzt.
Eine Trockengleitlagerbuchse gestattet auch axiale Bewegungen des Außenzylinders, ohne daß nennenswerte Reibung dabei auftritt. Es ist mithin auch möglich, auftretende Axialkräfte auf den Boden des Zylinders zu messen, wie sie bei einigen Substanzen auftreten (Weißenberg-Effekt).

Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung ist vom Platte-Kegel-Typ und zeichnet sich dadurch aus, daß die Stirnfläche des angetriebenen Zylinders die Platte und der weitere Drehkörper den Kegel bildet.
*5 Auch bei dieser Ausführungsform wird die ebene und die eine Meßfläche bildende Stirnfläche des Zylinders sehr schnell temperiert, da der Zylinder selbst auch aus gut wärmeleitendem Material, z. B. aus korrosionsfe-

stem Stahl, herstellbar ist Auch die insgesamt von der Meßsubstanz berührte Fläche ist gering.

Trockengleitlagerbuchsen sind in ihrem lichten Durchmesser mit Toleranzen behaftet Zum Gewährleisten eines engen Spiels zwischen Trockengleitlagerbuchse und angetriebenem Zylinder nniü daher dessen Außendurchmesser an die Trockengleitlagerbuchse angepaßt werden. Diese Forderung steht dem Wunsch nach bequemer Auswechselbarkeit entgegen. Um trotzdem das Spiel zwischen Trockengleitlagerbuchse und angetriebenem Zylinder gering zu halten, ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß zwischen TrockengleitJagerbuchse und angetriebenen Zylinder ein weiterer Zylinder vorgesehen ist, der den angetriebenen Zylinder aufnimmt und auf der Trokkengleitlagerbuchse gleitet. Dieser zusätzliche Zylinder und der angetriebene Zylinder sind lösbar miteinander verbunden. Der zusätzliche Zylinder wird angetrieben.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform eines Rotationsviskosimeters vom Typ Couette wird die Erfindung nun weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im Längsschnitt, eines solchen Rotationsviskosimeters und

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Drehmomentmeßeinrichtung, gesehen in Richtung des Pfeiles 11 in Fig. 1.

F i g. 1 zeigt ein Viskosimeter mit einem inneren Zylinder 12 und einem diesen konzentrisch umschließenden äußeren Zylinder 5. Dieser wird von einem Motor 1 angetrieben. Zwischen dem Motor t und dem Zylinder 5 liegen ein Getriebe 2, stirnverzahnte Kegelräder 21 und 22, eine Hohlwelle 3 und ein Mitnehmer 4. Ein Freilauf 6 gestattet der Hohlwelle 3 nur eine Drehrichtung. Der Mitnehmer 4 enthält eine Platte 4a und parallel zur Drehachse verlaufende Stifte 46. Diese greifen in Nuten 17a und 176 an der oberen Stirnfläche des äußeren Zylinders 5 ein.

Der äußere Zylinder 5 liegt innerhalb eines Temperierbades 8 in einem Gehäuse 8a Temperiermedium wird über einen Einlaß 18a zugeleitet und über einen Auslaß 186 abgeführt, oder umgekehrt An der Außenwand des Außenzylinders 5 Hegt eine Trockengieitlagerbuchse 9 an. Diese führt und lagert den Außenzylinder. Mit einer Schraubkapsel 10 wird der Außenzylinder in seiner axialen Lage gehalten. Im Ringspalt zwischen dem Außenzylinder 5 und dem Innenzylinder

ίο 12 befindet sich die Probe. Der Innenzylinder 12 ist mit der hohlen Meßwelle 13 verbunden. Die Achse 19 des Innenzylinders 12 ist ebenfalls hohl. Durch diese hohle Welle bzw. Achse wird der Thermofühler 16 bis zur Mitte des Innenzylinders 12 eingeschoben. Er liegt in einer Bohrung eines Metallstückes 20. Dieses besteht aus einem Wärme gut leitenden Metall und ist an die Innenwand des Inmenzylinders angelötet oder angeschweißt

Die Hohlwelle 3 wird mit Lagern 25 im Gehäuse 23 gehalten. Die Wand 7 dieses Gehäuses 23 wird von einem Temperiermantel 11 umschlossen. Über Stutzen 27 und 28 ist dieser an ein Kühlsystem angeschlossen. Damit werden die Lager 25 und der Freilauf 6 gekühlt.
Die Meßwelle 13 liegt innerhalb einer Hülse 26.

Eine Buchse 29 ist auf das obere Ende der Meßwelle 13 aufgesetzt Von ihr gehen die beiden Hebelarme 31 und 32 des Drehmomentmeßgerätes 30 aus. Zu diesem gehört die sich an einem festen Widerlager 34 abstützende Feder 14 und ein induktiver Geber 15.

Zum Messen ihrer Viskosität wird die Probe in den Ringspalt zwischen den beiden Zylindern 5 und 12 gegeben. Das Temperierbad 8 und auch der zur Kühlung dienende Temperiermantel 11 werden angeschlossen. Der äußere Zylinder 5 wird über den Motor 1 in Drehung versetzt Nach Maßgabe der Viskosität der Probe wird der innere Zylinder 12 mitgenommen. Das mit dem induktiven Geber 15 meßbare Drehmoment ist ein Maß für diese Viskosität.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rotationsviskosimeter, bestehend aus einem angetriebenen Zylinder, einem koaxial dazu unter Belassung eines Spaltes zur Aufnahme der Meßsubstanz angeordneten und mit einer Drehmomentmeßeinrichtung verbundenen weiteren Drehkörper

' und einem Temperierbad, dadurch"gekennzeichne t, daß der angetriebene Zylinder (5) in einer im Temperierbad (8) angeordneten Trockengleitlagerbuchse (9) aus einem Werkstoff großer Wärmeleitfähigkeit gelagert ist

2. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es vom Couette-Typ ist, wobei der weitere Drehkörper den Innenzylinder (12) bildet und der angetriebenen Zylinder (5) unten geschlossen ist

3. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es vom Platte- Kegel-Typ ist, wobei die Stirnfläche des angetriebenen Zylinders (5) die Platte und der weitere Drehkörper den Kegel bildet

4. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Trockengleitlagerbuchse (9) und angetriebenen Zylinder (5) ein weiterer Zylinder vorgesehen ist, der den angetriebenen Zylinder (5) aufnimmt und auf der Trokkengleitlagerbuchse (9) gleitet.