DE2632076C3

DE2632076C3 - Betriebsviskosimeter

Info

Publication number: DE2632076C3
Application number: DE2632076A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. 5000 Koeln Heinz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-16
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE2632076A1; DE2632076B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsviskosimeter von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 2 genannten Gattung. Ein solches Betriebsviskosimeter ist bekannt (DE-OS 20 06 119). Ähnlich aufgebaute Betriebsviskosimeter, bei denen das den Meßkörper tragende Element nicht als Welle, sondern als Achse anzusehen ist, sind ebenfalls bekannt (DE-OS 15 57 186 und DE-PS 9 03 043). Bei dem Betriebsviskosimeter der eingangs genannten Gattung wird die Welle von einem rohrförmigen Balg umschlossen. Dieser dichtet den Meßraum, der häufig unter einem bestimmten Druck steht, von der Atmosphäre bzw. dem den Antrieb und die Drehmomentmeßvorrichtung aufnehmenden Kammer des Viskosimeters ab. Diese Abd'chtung erfolgt ohne nennenswerte Reibung. Während der Taumelbewegung des Meßkörpers führt der Balg Winkel- und Axialbewegungen durch. Der Balg besteht aus dünnwandigem Metall oder aus einem nicht-metallischen Werkstoff mit elastischen Eigenschaften.

Solchen Betriebsviskosimetern haften mehrere Mangel an, die ihre Einsatzbreite wesentlich einschränken. Ein metallischer Balg, der ständigen Bewegungen unterworfen wird, ist bruchgefährdet. Die Bruchgefahr steigt bei korrosiven Meßsubstanzen. Bälge aus Kunststoff sind gefährdet bei höheren Temperaturen und bei chemischem Angriff durch die Meßsubstanz. Bei einem Bruch des Balges dringt die Meßsubstanz in den Teil des Viskosimeters, der den elektromotorischen Antrieb und die elektrische Meßeinrichtung für das Drehmoment enthält Bei explosiven Meßsubstanzen entsteht dadurch erhöhte Explosionsgefahr, so daß der Einsatz derartiger Betriebsviskosimeter dann fragwürdig ist. Weiterhin sucht erhöhter Druck in der Meßsubstanz einen flexiblen Balg zusammenzudrücken. Das wird beim Stand der Technik zunächst dadurch verhindert, daß die Bälge an der Antriebswelle befestigt sind und die Druckkräfte von der Wellenlagerung aufgenommen werden. Es folgt daraus aber eine ii vergrößerte Lagerreibung und somit ein Anstieg des Drehmomentes. Durch Druck und Druckschwankungen entstehen damit Meßfehler.

Bekannt sind auch noch Rotationsviskosimeter, bei denen der Meßraum durch eine druckfeste Trennwand gegenüber der Umgebung abgedichtet wird und bei der das Drehmoment über eine Magnetkupplung vom Antrieb auf den Meßkörper übertragen wird (DE-AS 11 84 11« und DE-AS 16 73 190).

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der 2^r> Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsviskosimeter so auszubilden, daß die Gefahr eines Bruches des Balges auch bei hohen Drücken im Meßraum auf ein Minimum herabgesetzt und eine Explosionsgefahr bei einen, trotzdem auftretenden Bruch ausgeschaltet wird. ii) Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 bzw. 2 aufgeführten Merkmalen.

Die Magnetkupplung ermöglicht die Anordnung einer Trennwand zwischen ihren beiden Teilen bzw. ·■> Kupplungshälften. Auf der nicht mit Meßsubstanz in Berührung stehenden Innenseite des Balges entsteht damit ein druckfest abgekapselter Raum. Im Fall eines Bruches des Balges dringt die Meßsubstanz in diesen ein. Sie stößt dann jedoch an die Trennwand und kann •1" nicht bis zu den elektrischen Teilen des Betriebsviskosimeters, wie zum Antrieb und der Drehmomentmeßvorrichtung vordringen. Eine Explosionsgefahr wird damit ausgeschaltet. Die an sich bekannte Magnetkupplung zur Übertragung des Drehmomentes vom Antrieb auf Ίτ die Welle besteht im wesentlichen aus zwei Dauermagneten. Die Trennwand zwischen beiden Magneten kann druckfest und korrosionssicher ausgeführt werden. Im Fall eines Balgbruches nimmt sie den Meßsubstanzdruck auf.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Patentanspruch 1 ist der von der Trennwand abgeschlossene Raum innerhalb des Balges zusätzlich weitgehend mit Flüssigkeit gefüllt. Bei einem Anstieg des Druckes in der Meßsubstanz überträgt sich dieser über den flexiblen Balg auf die Flüssigkeit. Flüssigkeiten sind sehr wenig koinpressibel. Zum Herstellen eines Druckausgleiches zwischen dem Meßraum und dem Trennraum zwischen Balg und Trennwand braucht der Balg daher zum Beispiel unter Ausnutzung der Lose in der Wellenlagerung nur eine sehr kleine Bewegung in axialer Richtung auszuführen. Damit wird die Lagerung der Welle des Meßkörpers von aus dem Druck resultierenden Kräften freigehalten, so daß die Messung selbst unabhängig vom Druck wird. Die in dem Balg eingeschlossene Flüssigkeit erzeugt ein viskoses Drehmoment. Dieses ist unabhängig von den Betriebsparametern und konstant. Damit läßt es sich beim Eichen des Betriebsviskosimeters berücksichtigen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Patentanspruch 2 ist der abgeschlossene Raum innerhalb des Balges zusätzlich mit einer Druckluft- oder Gasdruckquelle verbunden, deren Druck etwa auf der Höhe des Druckes im Meßraum geregelt wird. Ober einen getrennt am Meßraum angeordneten Druckregler wird der Luft- oder Gasdruck stets auf der Höhe des Druckes im Meßraum gehalten. Damit herrscht auf beiden Seiten des Balges der gleiche Druck. Die resultierenden Druckkräfte auf den Balg heben sich auf unc die Messung ist vollständig unabhängig vom Druck. Diese Lösung erfordert einen Druckregler. Es entfällt jedoch das sich aus der Viskosität der Flüssigkeit ergebende Drehmoment

Durch das erfindungsgemäß erzielte Druckgleichgewicht auf beiden Seiten des Balges kann das Betriebsviskosimeter bis zu hohen Drücken der Meßsubstanz eingesetzt werden, ohne daß ein Bruch des Balges befürchtet werden muß. Bei einem trotzdem auftretenden Balgbruch wird eine Explosionsgefahr jedoch durch die Trennwand zwischen den beiden Kupplungshälften verhindert

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigter Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter erläutert.

Ein Getriebe-Synchronmotor 1, der mit der Netzfrequenz eine konstante Drehzahl liefert, ist zusammen mit anderen Elementen unter der abnehmbaren Haube 2 angeordnet. Der Drehmomentmesser 3 mißt das viskositätsabhängige Drehmoment, das vom Motor erzeugt werden muß. Eine Magnetkupplung besteht aus dem Außenteil 4 und dem Innenteil 5. Zweckmäßig sind dies Permanentmagnete. Der Außenteil 4 umschließt glockenartig den Innenteil 5. Damit entfallen zusätzliche Axialkräfte. Bei anderen Ausführungsformen solcher Drehkupplungen stehen sich die ebenen Magnetflächen gegenüber, was auch Axialkräfte entstehen läßt, die von den Lagern aufgenommen werden müssen. Die Magnetkupplung überträgt die Drehbewegung schlupffrei auf die Antriebswelle 6. Die Trennwand 7 aus nicht-magnetischem Material, zum Beispiel aus austenitischem Stahl, trennt den Raum unter der Haube 2, der die elektrischen Elemente enthält, flüssigkeits- und gasdicht von dem weiter unten gelegenen Teil des Viskosimeters. Dieser untere Teil des Viskosimeters zwischen der nicht von Meßsubstanz benetzten Innenseite des rohrförmigen Metallbalges 12 und der Trennwand 7 stellt im wesentlichen den Trennraum 13

τ dar. Die Trennwand 7 kann ohne Beeinträchtigung der Funktion der Magnetkupplung 1 bis 3 mm stark sein. Dadurch kann sie auch hohen Drücken bis zur Größenordnung von 100 bar standhalten.

Die Antriebswelle 6 weist innerhalb des mit

ίο Meßsubstanz gefüllten Meßraumes, der sich unterhalb des Flansches 8 befindet, eine Krümmung 9 auf. Das Wellenende 10 vollführt damit eine Taumelbewegung. Es nimmt den Meßkörper 11, der in die Meßsubstanz eintaucht, mit und veranlaßt ihn ebenfalls zu einer

ι^r. Taumelbewegung. Der Metallbalg 12 dichtet die Welle 6 ab. Er führt im wesentlichen lediglich Winkelbewegungen aus.

Das vom Drehmomentmesser 3 gemessene Drehmoment hängt im wesentlichen von der Viskosität der Meßsubstanz ab.

(m Fall eines Balgbraches dringt die Meßsubstanz in den Trennraum 13. Da die Lager weder gas- noch flüssigkeitsdicht sind, dringt die Meßsubstanz bis zur Trennwand 7 vor. Diese verhindert jedoch ein weiteres

Γί Vordringen, so daß die stromführenden Teile keinesfalls erreicht werden. Der Stutzen 14 ermöglicht die Verbindung des Trennraumes 13 mit einer Luftdruckoder Gasdruckquelle. Durch geeignete Mittel, zum Beispiel durch einen Differenzdruckschalter, der am

tu Meßraum angeordnet ist, kann dieser Luftdruck auf der gleichen Höhe gehalten werden wie der Druck in der Meßsubstanz. Die resultierenden, auf den Metallbalg 12 und die Lager wirkenden Kräfte sind dann nahezu Null, so daß die Gefahr eines Balgbruches wesentlich reduziert ist und Meßfehler durch Druckeinfluß verhindert werden.

Bei der Ausführungsform, bei der der Metallbalg 12 mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird diese nach der Montage des Viskosimeters zum Beispiel ebenfalls über den Stutzen 14 eingeleitet und dieser dann verschlossen. Die Flüssigkeit kann aber auch durch eine andere, in. der Zeichnung nicht dargestellte öffnung in den Metallbalg 12 eingefüllt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 eine Magnetkupplung zwischen Antrieb (1) und Antriebswelle (6) und eine druckfeste Trennwand (7) zwischen den beiden Teilen (4, 5) der Magnetkupplung liegt und daß der von der Trennwand (6) abgeschlossene Raum innerhalb des Balges (12) weitgehend mit Flüssigkeit gefüllt ist.

2. 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 eine Magnetkupplung zwischen Antrieb (1) und Antriebswelle (6) und eine druckfeste Trennwand (7) zwischen den beiden Teilen (4, 5) der Magnetkupplung liegt und daß der von der Trennwand (7) abgeschlossene Raum innerhalb des Balges (12) mit einer Druckluft- oder Gasdruckquelle verbunden ist, deren Druck etwa auf der Höhe des Druckes im Meßraum geregelt wird.