DE3515731C2

DE3515731C2 -

Info

Publication number: DE3515731C2
Application number: DE19853515731
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Baenitz; Michael 5810 Witten De Hoefs; Udo Prof. Dr.-Ing. 4350 Recklinghausen De Werner; Gert Dr.-Ing. 5758 Froendenberg De Langer
Original assignee: Coesfeld Mess-Technik 4600 Dortmund De GmbH
Current assignee: COESFELD MESS-TECHNIK GMBH, 4600 DORTMUND, DE
Priority date: 1985-05-02
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1988-06-30
Also published as: DE3515731A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Charakterisierung des Kristallisationsverhaltens erstarrender Stoffe bzw. Stoffgemische, insbesondere von natürlichen oder synthetischen Stoffen wie Fetten, Fettgemischen, Fettsäuren, Wachsen, Paraffinen, zahlreichen Polyolestern, Zubereitungen aus den genannten Stoffen und allgemein von polymorphen Stoffen, welche Phasenänderungen in Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a measuring device for characterization the crystallization behavior of solidifying substances or mixtures of substances, especially natural or synthetic ones Substances such as fats, fat mixtures, fatty acids, Waxes, paraffins, numerous polyol esters, preparations from the substances mentioned and generally from polymorphic Substances which phase changes depending on the temperature according to the preamble of Claim 1.

Stoffe der genannten Art weisen durch ihre Eigenart als Mischsysteme nicht einheitliche Schmelzpunkte bzw. Kristallisationspunkte, sondern Schmelzbereiche und Kristallisationsbereiche bzw. Verfestigungsbereiche auf.Substances of the type mentioned are characterized by their peculiarity as Mixing systems non-uniform melting points or crystallization points, but melting ranges and crystallization ranges or consolidation areas.

Während für die Untersuchung der Schmelzvorgänge zahlreiche befriedigende physikalische Prüfmethoden zur Verfügung stehen, ist die Erstarrung, Verfestigung und Kristallisation polymorpher Stoffe, insbesondere von Stoffen von Lipit-Charakter und deren Zubereitungen mangels zureichender Methoden und Geräte für die Zwecke der wissenschaftlichen Untersuchung wie auch der praktischen und gewerblichen Verwendung unbefriedigend bekannt. While numerous for the study of melting processes satisfactory physical test methods are available stand, is the solidification, solidification and crystallization polymorphic substances, in particular substances from Lipit character and their preparations lack sufficient Methods and equipment for the purpose of scientific Investigation as well as practical and commercial Use unsatisfactorily known.

Beispielsweise kann dasselbe Fett über die dieselbe Zubereitung eines Fettes unter verschiedenen Bedingungen ein verschiedenartiges Verhalten der Erstarrung und der zugrundeliegenden Kristallisation aufweisen, was z. B. auf niedrigschmelzende, instabile Modifikationen oder im Falle der Schokolade auf die unerwünschte Nachhärtung zurückgeführt werden kann, aber nach Art und Verhalten für das jeweilige industrielle Produkt und dessen Stoffbestandteile bisher nicht im voraus festlegbar ist.For example, the same fat over the same Preparation of a fat under different conditions different behavior of the solidification and the underlying Have crystallization, which z. B. on low-melting, unstable modifications or in the case the chocolate is attributed to the unwanted post-curing can be, but by type and behavior for that respective industrial product and its components cannot be determined in advance so far.

Konventionelle Untersuchungsmethoden, wie die Bestimmung der Erstarrungsprodukte nach z. B. Shukow, Jensen u. a. sowie Methoden und Geräte zur Messung von Erstarrungstemperaturen arbeiten ungenau und haben hohe Wärmeverluste.Conventional methods of investigation, such as determination the solidification products after z. B. Shukow, Jensen u. a. as well as methods and devices for measuring solidification temperatures work imprecisely and have high heat losses.

Die Thermorheographie nach den TRG-Verfahren (Fette, Seifen, Anstrichmittel, 79 (1977), Seite 476 bis 480) erfaßt die Temperaturerhöhung aufgrund der relativ großen wärmeabführenden Flächen der Knetelemente mit erheblichen Verlusten.Thermorheography using the TRG method (fats, soaps, Anstrichmittel, 79 (1977), pages 476 to 480) the temperature increase due to the relatively large heat-dissipating surfaces of the kneading elements with considerable Losses.

Dort wird die Temperaturerhöhung bei Kristallisation, die Erstarrungszeit sowie die Drehmomentänderung mit Hilfe eines Meßkneters mit waagerechter Achse mit zwei schraubenförmigen Knetelementen gemessen. Durch das große Gefäßvolumen und die massiven Knetelemente ist nur eine schlechte Wärmeisolierung und nur langsame Temperatureinstellung möglich. Wärmetönung und Drehmomentänderung durch Kristallisation werden daher ungenau und verzögert erfaßt.There is the temperature increase during crystallization Solidification time and the change in torque with the help of a Measuring kneader with a horizontal axis with two helical Kneading elements measured. Due to the large vessel volume and the massive kneading element is just a bad one Thermal insulation and only slow temperature setting possible. Heat toning and torque change through crystallization are therefore recorded inaccurately and with a delay.

Aus der DE-AS 23 24 969 ist eine Vorrichtung zum Messen von Aushärtungszeiten, insbesondere für Kunstharze, mit einem einen Drehantrieb und eine Lagerung für eine Rührerwelle aufweisenden Gehäuse bekannt. Diese Vorrichtung ist aber lediglich zur Messung der Aushärtungszeit geeignet. Dagegen kann die Kraftaufnahme des Rührers und die Temperatur in der Schmelze nicht gemessen werden. Somit ist diese Vorrichtung nicht zur Charakterisierung des Kristallisationsverhaltens erstarrender Stoffe, insbesondere zur Bestimmung der rheologischen Eigenschaften, geeignet.DE-AS 23 24 969 is a device for measuring of curing times, especially for synthetic resins, with a a rotary drive and a bearing for a stirrer shaft having known housing. This device is but only suitable for measuring the curing time. In contrast, the force of the stirrer and the temperature cannot be measured in the melt. So this is Device not for characterizing the crystallization behavior solidifying substances, especially for Determination of the rheological properties, suitable.

Andererseits sind Geräte zur Charakterisierung des Kristallisationsverhaltens erstarrender Stoffe der eingangs genannten Art bekannt, die eine Apparateanordnung mit Antriebsmotor und Drehmomentaufnahme an senkrecht in einem Behälter rotierenden Meßelementen aufweisen, wobei üblicherweise zylindrische, korbartige Meßelemente die Messung der Viskosität oder von Viskositätsänderungen unter Einwirkung einer Scherkraft gestatten. Dabei wird die Temperatur des im Behälter befindlichen Stoffes durch in der Behälterwand angeordnete Temperaturfühler erfaßt. Die zeitabhängigen Größen Drehmoment und Temperatur werden dabei ggf. durch Datenerfassungs-, Datenspeicher- und Datenausgabegeräte aufgenommen. On the other hand, devices for characterizing the crystallization behavior of solidifying substances are known at the beginning, the an apparatus arrangement with a drive motor and Torque absorption on rotating vertically in a container Have measuring elements, usually cylindrical, basket-like measuring elements measuring the viscosity or of Changes in viscosity under the action of a shear force allow. The temperature of the one in the container is changed Material by temperature sensors arranged in the container wall detected. The time-dependent quantities of torque and temperature are possibly determined by data acquisition, Data storage and data output devices added.

Nachteilig bei diesen üblichen Geräten ist aber, daß an den zylindrischen Drehkörpern Temperatur- und Konzentrationsgradienten auftreten. Große Wärmeverluste beeinträchtigen daher die Temperaturmessung, so daß keine genauen Angaben über das rheologische Verhalten des untersuchten, erstarrenden Stoffes gemacht werden können.A disadvantage of these common devices is that on the cylindrical rotating bodies Temperature and concentration gradients occur. Size Heat losses therefore affect the temperature measurement, see above that no precise information about the rheological behavior of the examined, solidifying substance can.

Es bestand daher die Aufgabe, durch ein Meßgerät, die bei Temperaturerniedrigung erstarrender Stoffe freiwerdende Kristallisationswärme durch Messung genauer im zeitlichen Verlauf und zweckmäßig gleichzeitig die durch Erstarrung bzw. Kristallisation eintretende Änderung der Fließfähigkeit bzw. Viskosität auf ein einwirkendes Drehmoment zu erfassen.There was therefore the task of using a measuring device the more solidifying when the temperature drops Heat of crystallization released by measurement more precise over time and expedient at the same time the change due to solidification or crystallization the fluidity or viscosity on an acting Detect torque.

Diese Aufgabe wird bei einem Meßgerät der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daßThis task is described in the case of a measuring device Art solved according to the invention in that

a) the stirring element is designed in the form of a two- or multi-armed fork or as a frame symmetrical or asymmetrical to the stirring shaft, is guided at a short distance from the walls of the measuring vessel and essentially leaves the area of the axis of rotation of the cylindrical measuring vessel free,
and
b) that the temperature sensor from below in the axial direction in the measuring vessel protrudes and a measuring point in or near has the center of the measuring vessel.

Erfindungsgemäß ist daher zur genauen Erfassung der zeitlichen Temperaturänderung sowie der zeitlichen Änderung des Drehmoments ein Rührorgan zu verwenden, das in einem vergleichsweise geringen Meßvolumen alle Bereiche gleichmäßig erfaßt, jedoch den Bereich in der Mitte des Meßgefäßes freiläßt. Vorzugsweise erstrecken sich Arme des Rührorgans randnah, z. B. im Abstand von 0,1 bis 2 mm von der Wand des Meßgefäßes, parallel zur Rührwelle.According to the invention is therefore for the precise detection of temporal temperature change as well as the temporal change of the torque to use an agitator that in a comparatively small measurement volume all areas evenly covered, but the area in the middle of the Leaves the measuring vessel free. Arms preferably extend the agitator near the edge, e.g. B. at a distance of 0.1 to 2 mm from the wall of the measuring vessel, parallel to the agitator shaft.

Der Rührer sorgt in der ersten Phase der Abkühlung durch seine Form für eine ausgezeichnete dreidimensionale Durchmischung der Meßsubstanz und gewährleistet damit praktisch im gesamten Volumen gleiche Temperatur und auch Konzentration, d. h., die Kristallisation verläuft hierdurch sehr gleichmäßig. Mit zunehmender Verfestigung der Probe wird der mittlere Bereich des Meßvolumens, in dem mit dem Thermofühler die Temperatur gemessen wird, immer weniger durchmischt. Dies bedeutet für die Temperaturmessung, daß damit weniger Wärme aus diesem weniger durchmischten Bereich an die Gefäßwand abfließen kann. Bei weiterer Versteifung der Probe dreht sich der Rührer frei in der Meßsubstanz, wobei praktisch in der Mitte keinerlei Mischwirkung mehr auftritt. Dieses Verhalten ist für das gewünschte Ziel dieser Meßmethode geradezu ideal, da im Endstadium der Kristallisation im Bereich des Temperaturfühlers kaum Wärmeverluste entstehen und damit eine maximale Temperaturerhöhung erreicht wird. Bei Erreichen des maximalen Drehmoments schaltet der Antrieb automatisch ab, während die Messung der Temperatur weitergeführt wird.The stirrer provides cooling in the first phase its shape for excellent three-dimensional mixing the measuring substance and thus ensures practical same temperature throughout the volume and also Concentration, d. that is, the crystallization proceeds through it very evenly. With increasing solidification of the The sample becomes the middle area of the measuring volume in which the temperature is always measured with the thermocouple less mixed. For temperature measurement, this means that less heat from this mixed less Area can flow to the vessel wall. With another Stiffening of the sample turns the stirrer freely the measuring substance, with practically none in the middle Mixing effect occurs more. This behavior is for that Desired goal of this measurement method almost ideal, because in Final stage of crystallization in the area of the temperature sensor there is hardly any heat loss and therefore maximum Temperature increase is reached. When the the drive switches automatically at maximum torque while the temperature measurement continues.

Die Temperaturkurve nach Abschalten des Rührers gibt wichtige Aufschlüsse über die Art der Kristallisation.The temperature curve after switching off the stirrer gives important information about the type of crystallization.

Dieses Meßgefäß ist einerseits gegen Temperatureinflüsse der Umgebung gut isoliert. Andererseits sollen auf das Meßgefäß mit möglichst geringer zeitlicher Verzögerung vorwählbare Temperaturen von genau regelbaren Thermostaten einwirken und ggf. zeitlich konstant bleiben. Die Temperaturmessung soll in der Zone vergleichsweise geringerer Bewegung nahe der Achse des Gefäßes in oder nahe der Mitte des Meßgefäßes erfolgen.On the one hand, this measuring vessel is against temperature influences well isolated from the surroundings. On the other hand, Measuring vessel with as little delay as possible preselectable temperatures of precisely adjustable thermostats act and, if necessary, remain constant over time. The Temperature measurement should be comparatively in the zone less movement in or near the axis of the vessel in the middle of the measuring vessel.

Durch das erfindungsgemäße Meßgerät und die Ausbildung seiner Organe und Elemente ist eine wesentlich empfindlichere Erfassung der Temperatur und gleichzeitig eine empfindlichere Registrierung des Drehmoments während des zeitlichen Verlaufs der Kristallisation gewährleistet. Hierbei ist von besonderer Wichtigkeit, daß nunmehr die zeitliche Zuordnung von Temperaturänderung und Drehmoment- Änderung zueinander genau erfaßbar wird und Rückschlüsse auf ablaufende Kristallisationsvorgänge gestattet, gleichgültig ob die entstehenden Kristallmodifikationen von einheitlichen Stoffen oder mehreren Stoffen, von stabilen oder instabilen Kristallmodifikationen stammen.By the measuring device according to the invention and the training its organs and elements is much more sensitive Detection of temperature and one at the same time more sensitive registration of the torque during the Guaranteed chronological course of the crystallization. It is particularly important here that the temporal assignment of temperature change and torque Change to each other can be precisely recorded and conclusions allowed for ongoing crystallization processes, indifferent whether the resulting crystal modifications of uniform fabrics or multiple fabrics, of stable or unstable crystal modifications.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the invention result from the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is in the drawing schematically represented and is described in more detail below.

Es zeigen Fig. 1a in schematischer Darstellung die Anordnung eines Meßgerätes mit Antriebsmotor 1, Drehmoment- Aufnehmer 2, zwei Umwälzthermostate 3 a und 3 b, doppelwandige Temperierkammer 4, das herausnehmbare Meßgefäß 5, den Rührer 6 mit Rührwelle 7, den Temperaturfühler 8, den temperierbaren Deckel 9 sowie die Regel- und Meßeinrichtung 10 mit Drehzahlregelung 11, Drehmoment- Meßverstärker 12, Schreiber 13, Temperatur-Meßgerät 14 und Thermostatsteuerung 15,In the drawings Fig. 1a shows a schematic representation of the arrangement of a measuring device with a drive motor 1, torque sensor 2, two circulators 3 a and 3 b, double-walled temperature chamber 4, the removable measuring vessel 5, the stirrer 6 with stirring shaft 7, the temperature sensor 8, the temperable cover 9 and the control and measuring device 10 with speed control 11 , torque measuring amplifier 12 , recorder 13 , temperature measuring device 14 and thermostat control 15 ,

Fig. 1b in schematischer Darstellung einen gegenüber Fig. 1a vergrößert dargestellten Rührer in schematischer Ausbildung im Meßgefäß mit der Temperierkammer 4, deren Deckel 9, Rührwelle 7 und Rührer 6 mit unterbrochenem unteren Steg 22 sowie dem Temperaturfühler 8 mit Meßpunkt 8 a und Steckkupplung 8 b am Boden des Meßgefäßes 5, Fig. 1b in a schematic representation of a stirrer shown enlarged compared to Fig. 1a in a schematic design in the measuring vessel with the temperature chamber 4 , its cover 9 , stirrer shaft 7 and stirrer 6 with interrupted lower web 22 and the temperature sensor 8 with measuring point 8 a and plug-in coupling 8 b at the bottom of the measuring vessel 5 ,

Fig. 2 Ausbildungen des Rührorgans, welches in Fig. 2a einen Arm mit unterer Ausbildung zur Achse hin aufweist, dargestellt in Fig. 2a₁ in Seitenansicht und 2a₂ in Aufsicht in Richtung der Achse, in Fig. 2b symmetrisch angeordnete, von der Achse ausgehende, parallele Arme aufweist, dargestellt in Fig. 2b₁ in perspektivischer Seitenansicht und 2b₂ in Aufsicht entlang der Achse, in Fig. 2c einen zweiarmigen, randnah geführten Rührer ohne Bodensteg, in Fig. 2d einen zweiarmigen Rührer gleicher Art mit Bodensteg und Ausnehmung für die Durchführung des Thermofühlers, in Fig. 2e einen im wesentlichen randgängigen zweiarmigen Rührer, mit Versetzungen in Richtung der gedachten Gefäßachse, in Fig. 2f einen zweiarmigen Rührer mit schraubenförmig ausgebildeten Armen und in Fig. 2g einen im wesentlichen gabelförmigen Rührer mit zwei Armen, welche nur im wesentlichen randnah geführt sind und im unteren Teil Umbiegungen aufweisen, die sich schraubenförmig nach oben erstrecken und den Bereich der Achse freilassen. Fig. 2 training of the agitator, which in Fig. 2a has an arm with lower training towards the axis, shown in Fig. 2a₁ in side view and 2a₂ in supervision in the direction of the axis, in Fig. 2b symmetrically arranged, starting from the axis, has parallel arms, shown in Fig. 2b₁ in perspective side view and 2b₂ in supervision along the axis, in Fig. 2c a two-armed stirrer near the edge without a base, in Fig. 2d a two-armed stirrer of the same type with a base and recess for carrying out the Thermal sensor, in Fig. 2e a substantially two-armed stirrer with offsets, with dislocations in the direction of the imaginary axis of the vessel, in Fig. 2f a two-armed stirrer with helically shaped arms and in Fig. 2g an essentially fork-shaped stirrer with two arms, which are only essentially are guided close to the edge and have bends in the lower part that extend helically upwards and the area of the Ach release it.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausbildungsform des Rührorgans mit Rührwelle 7 und Rührer 6 in Form eines rechtwinkligen Rahmens, gebildet aus zwei randnah angeordneten, vertikalen Rührarmen 20 sowie einem oberen, mit der Rührwelle 7 verbindenden horizontalen Steg 21 und einem unteren, bodennah verlaufenden, die Arme verbindenden horizontalen Steg 22. Der Steg 22 weist eine Ausnehmung 25 für die Durchführung des nicht dargestellten Temperaturfühlers auf. An den Rührarmen 20 sind jeweils drei, in Richtung der Gefäßachse weisende, horizontal flächenhaft ausgebildete Leitbleche 23 befestigt, welche einen Anstellwinkel gegen die Horizontale der Art aufweisen, daß die in Rührrichtung weisende Kante 24 der Leitbleche 23 höher als die nachgeführte Kante liegt. Fig. 3 shows a preferred embodiment of the stirrer with stirrer shaft 7 and stirrer 6 in the form of a right-angled frame, formed from two vertical stirrer arms 20 arranged near the edge and an upper, horizontal web 21 connecting to the stirrer shaft 7 and a lower, near the floor, the Horizontal web connecting arms 22 . The web 22 has a recess 25 for the implementation of the temperature sensor, not shown. Three, pointing in the direction of the vessel axis, horizontal-dimensionally formed baffles 23 are secured to the agitator arms 20 which have an angle to the horizontal such that the facing in the stirring direction edge 24 of the baffles 23 is higher than the tracked edge.

Im Schnitt "A-A" ist der untere Steg 22 in der Aufsicht entlang der Achse dargestellt.In section "AA" , the lower web 22 is shown in a top view along the axis.

Die vertikale Welle 7 besitzt eine Kupplung 18 zur Befestigung an der Welle des Drehmoment-Aufnehmers sowie ein Zwischenstück 16 aus wärmeisolierendem Material, welches den Wärmeabfluß über die Rührwelle vermindert. The vertical shaft 7 has a coupling 18 for attachment to the shaft of the torque transducer and an intermediate piece 16 made of heat-insulating material, which reduces the heat flow through the agitator shaft.

Gleichzeitig wird als Maß für die Fließfähigkeit bzw. Verfestigung der Probe das Drehmoment gemessen, so daß auf der gleichen Zeitskala Temperaturänderungen und Drehmoment-Änderungen in ihrer Beziehung zueinander erkannt werden können.At the same time, as a measure of the flowability or Solidification of the sample measured the torque so that on the same time scale temperature changes and Torque changes detected in their relationship to each other can be.

Die Messung wird im allgemeinen so ausgeführt, daß die Probe aufgeschmolzen wird und eine relativ hohe Temperatur durch den Thermostaten vorgegeben wird, beispielsweise bei zu erwartenden Kristallilsationsvorgängen, im Bereich von 40 bis 60° C, zunächst ein Aufschmelzen bei 80° C, eine erste Thermostateinstellung bei 40° C und ein nachfolgendes Umschalten auf 20° C. Der Temperaturkurve (Fig. 4a, 4b) wird durch Erstarrungswärme in der Probe eine Temperaturkurve aufgeprägt, deren Kurvenäste durch Erstarrungsvorgänge verursacht sind und die nach vollständiger Erstarrung schließlich ein Maximum bildet. Die gleichzeitig aufgenommene Drehmomentkurve S weist, je nach den Erstarrungsvorgängen, Kurvenäste auf und erreicht schließlich, bei vollständiger Erstarrung, den maximal erfaßbaren Grenzwert des jeweils Drehmoment- Aufnehmers. Bei dem maximal erfaßbaren Drehmoment wird der Antrieb elektronisch abgeschaltet. Für jede Meßsubstanz ist die Temperaturführung und die Rührgeschwindigkeit zu wählen und zu erproben. Für eine Meßserie einander entsprechende Meßsubstanzen kann mit Rührern entsprechender und nach Möglichkeit eine vergleichende Aussage gemacht werden. Im Sinne der Standardisierung und Normung wird zweckmäßig nur ein Meßaufnehmertyp und ein optimierter Rührer, vorzugsweise der nach Fig. 3, verwendet. The measurement is generally carried out in such a way that the sample is melted and a relatively high temperature is set by the thermostat, for example in the case of expected crystallization processes, in the range from 40 to 60 ° C, first melting at 80 ° C, a first thermostat setting at 40 ° C and a subsequent switch to 20 ° C. The temperature curve ( Fig. 4a, 4b) is impressed by the heat of solidification in the sample, the curve branches of which are caused by solidification processes and which finally form a maximum after complete solidification. The torque curve S recorded at the same time, depending on the solidification processes, has curve branches and finally, with complete solidification, reaches the maximum detectable limit value of the respective torque transducer. At the maximum detectable torque, the drive is switched off electronically. The temperature control and the stirring speed must be selected and tested for each measuring substance. For a series of measurements corresponding measuring substances can be made with stirrers corresponding and if possible a comparative statement. In the sense of standardization, only one type of sensor and an optimized stirrer, preferably the one according to FIG. 3, are expediently used.

Das Rührorgan ist so beschaffen, daß es ohne Kontakt mit dem Temparaturfühler rotieren kann.The stirrer is designed so that it can rotate without contact with the temperature sensor.

Der Durchmesser bzw. der größte Durchmesser des Rührorgans ist nur wenig kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Meßgefäßes. Dabei ist das Rührorgan symmetrisch oder nicht symmetrisch in der Weise ausgebildet, daß seine Teile oder Ansätze an diesen gleichmäßig das gesamte Meßgefäß - mit Ausnahme des engeren Bereiches der Achse - erfassen und eine tangentiale und achsiale Mischgutbewegung mit gleichmäßiger Durchmischung der Probe sowie einen günstigen Wärmeübergang herbeiführen.The diameter or the largest diameter of the Stirrer is only a little smaller than the diameter of the cylindrical measuring vessel. Here is the stirrer symmetrical or not symmetrical in the way that its parts or approaches to this evenly the entire measuring vessel - with the exception of the narrower range the axis - capture and a tangential and axial Mix movement with even mixing of the Provide a sample and a favorable heat transfer.

Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rührers soll stufenlos oder in Stufen regelbar sein, wobei - bis auf Ausnahmen - die Rührgeschwindigkeit 5 bis 1 000, vorzugsweise 20 bis 500, und sehr bevorzugt 100 bis 300 U/min. betragen soll.The speed of rotation of the stirrer should be infinitely variable or can be regulated in stages, with - with exceptions - the stirring speed 5 to 1,000, preferably 20 to 500, and very preferably 100 to 300 rpm. should be.

Der Rührer soll randnah geführt werden, wobei mindestens ein Rührarm oder nur Teile eines Rührarmes randnah zu führen sind. Im allgemeinen ist am gesamten Zylindermantel, oder nur einem Teil desselben, ein Randspalt von 0,5 bis 1,0 mm zweckmäßig. Dementsprechend muß der Rührer durch eine geeignete Welle genau zentrisch geführt werden.The stirrer should be guided close to the edge, at least a stirrer or only parts of a stirrer close to the edge are lead. Generally on the entire cylinder jacket, or only part of it, an edge gap of 0.5 up to 1.0 mm. Accordingly, the stirrer be guided exactly centrally by a suitable shaft.

Das Rührorgan wird bevorzugt vollständig in der zu messenden Substanz geführt. Das Rührorgan kann in verschiedener Gestalt ausgebildet sein.The stirrer is preferably completely in the measuring substance. The stirring element can be designed in various forms be.

In einer einfachen Ausbildung des Rührorgans sind ein bis vier, vorzugsweise zwei, im wesentlichen vertikal und randnah verlaufende Arme (Fig. 2c), kurz unterhalb der Oberfläche des Meßguts mit der Rührachse verbunden. Hierbei, wie auch bei allen folgenden Ausbildungen des Rührorgans, können vertikal geradlinige Arme vorhanden sein, jedoch können diese Arme bei im wesentlichen vertikaler Richtung auch in Biegungen bzw. Versetzungen (Fig. 2e) verlaufen. In jedem Fall jedoch wird ein solcher Arm kurz unter der Flüssigkeitsoberfläche beginnen und im wesentlichen bis fast an den Boden des Meßgefäßes führen.In a simple embodiment of the stirring element, one to four, preferably two, arms which run essentially vertically and close to the edge ( FIG. 2c) are connected to the stirring axis just below the surface of the material to be measured. In this case, as in all of the following designs of the stirring element, there can be vertically straight arms, but these arms can also run in bends or displacements ( FIG. 2e) in the substantially vertical direction. In any case, however, such an arm will start just below the surface of the liquid and essentially lead almost to the bottom of the measuring vessel.

Die Rührer können daher die Gestalt einer Gabel haben, deren mit der Achse verbundenen Arme, bei zwei oder mehr Armen, bevorzugt symmetrisch angeordnet sind (Fig. 2b, c). Eine weitere Ausbildungsform sind zwei oder ggf. drei Arme, die schrauben- oder spiralförmig (Fig. 2f) im wesentlichen vertikal randnah geführt sind und im unteren Bereich vorzugsweise eine Umbiegung in Richtung der Achse aufweisen, die ggf. auch eine weitere achsnahe Umbiegung nach oben aufweisen kann (Fig. 2g). Solche Rührer können in einfacher Weise aus Glasstäben gebogen sein. Bei einer solchen Gestalt des Rührelements ist es bevorzugt, daß beide Arme nicht streng gleichartig sind.The stirrers can therefore have the shape of a fork, the arms of which are connected to the axle and are preferably arranged symmetrically in the case of two or more arms ( FIGS. 2b, c). Another form of training are two or possibly three arms, which are guided in a helical or spiral shape ( Fig. 2f) substantially vertically near the edge and preferably have a bend in the lower region in the direction of the axis, which may also have a further bend close to the axis upwards may have ( Fig. 2g). Such stirrers can be bent from glass rods in a simple manner. With such a shape of the stirring element, it is preferred that both arms are not strictly the same.

Eine weitere Ausbildungsform des Rührorgans ist ein im wesentlichen rechteckiger Rahmen, welcher unten offen (Fig. 2c), oder unten in der Nähe des Gefäßbodens durch einen Steg o. dgl. geschlossen (Fig. 2d) ist, wobei dann im Bereich der Achse eine Ausnehmung für den Durchtritt des Temperaturfühlers vorgesehen ist. Rührorgane dieser Art können im Bereich der vertikalen Arme entweder auf dem gesamten Bereich randnah geführt werden oder an den vertikalen Armen weitere Ansätze aufweisen, welche jedoch im allgemeinen nur wenige Millimeter auf die Gefäßwand zuragen. A further embodiment of the stirring element is a substantially rectangular frame, which is open at the bottom ( FIG. 2c) or closed at the bottom near the bottom of the vessel by a web or the like ( FIG. 2d), in which case one in the area of the axis Recess is provided for the passage of the temperature sensor. Stirring elements of this type can either be guided close to the edge over the entire area in the area of the vertical arms or have further attachments on the vertical arms which, however, generally only protrude a few millimeters from the vessel wall.

Der Rührer kann auch als Wendelrührer ausgebildet sein, wobei der Wendel teilweise, vorzugsweise überwiegend, dicht an der Innenwand des Meßgefäßes entlanggeführt ist und die Stützen des Wendels die Mitte des Meßgefäßes sowie den für den Temperaturfühler vorgesehenen axialen Teil freilassen. Die Wendel des Rührers sind bevorzugt so in sich gedreht, so daß der Rührwiderstand erhöht ist.The stirrer can also be designed as a spiral stirrer, the helix partially, preferably predominantly, is guided closely along the inner wall of the measuring vessel and the supports of the helix the middle of the measuring vessel as well the axial intended for the temperature sensor Release part. The helix of the stirrer is preferred rotated in itself so that the stirring resistance is increased.

Eine bevorzugte Ausbildungsform des Rührorgans ist ein zweiarmiger Rührer in Form eines im wesentlichen rechtwinkligen Rahmens, der unten durch einen Steg mit Ausnehmung für die Durchführung des Temperaturfühlers ausgebildet ist und der von den randnah geführten senkrechten Armen ausgehend eine Anzahl auf die Achse zuweisende, im wesentlichen horizontale, Ansatzstücke bzw. Leitbleche aufweist, welche jedoch nicht untereinander verbunden sind, so daß der Raum der Achse freibleibt. Die genannten Leitbleche sollen vorzugsweise im wesentlichen horizontal flächenhaft ausgebildet sein. Gegebenenfalls können die Leitbleche auch in Richtung der Gefäßwand über die vertikalen Arme um ein Geringes herausragen, ebenso wie der obere mit der Achse verbindende Steg oder der untere abschließende Steg. Die am meisten bevorzugte Ausbildungsform ist ein Rührer mit den genannten Rahmen und Stegen, und zusätzlich im wesentlichen horizontalen Leitblechen, welche einen Anstellwinkel gegen die Horizontale aufweisen, der schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Die in Rührrichtung liegende Kante der Leitbleche kann höher oder tiefer als die nachgeführte Kante liegen. Der Anstellwinkel kann 2 bis 60, vorzugsweise 20 bis 45° betragen. Die Rührarme mit rechtwinkligem Querschnitt haben vorzugsweise den größeren Querschnitt in Rührrichtung, im Sinne eines großen Rührwiderstands.A preferred embodiment of the stirrer is a two-armed stirrer in the form of an essentially rectangular frame, which is formed at the bottom by a web with a recess for the passage of the temperature sensor and which, starting from the vertical arms guided close to the edge, has a number, essentially horizontal, pointing to the axis , End pieces or baffles, which are not connected to each other, so that the space of the axis remains free. The baffles mentioned should preferably have a substantially horizontal surface. If necessary, the baffles can also protrude slightly from the vertical arms in the direction of the vessel wall, as can the upper web connecting to the axis or the lower final web. The most preferred embodiment is a stirrer with the frames and webs mentioned, and in addition essentially horizontal guide plates which have an angle of attack against the horizontal, which is shown schematically in FIG. 3. The edge of the baffles in the direction of stirring can be higher or lower than the trailing edge. The angle of attack can be 2 to 60, preferably 20 to 45 °. The stirring arms with a rectangular cross section preferably have the larger cross section in the direction of stirring, in the sense of a large stirring resistance.

Die Zahl der Leitbleche an den vertikalen Rührarmen kann vorzugsweise 2 bis 4 betragen. Vorzugsweise haben diese gleichen Abstand voneinander.The number of baffles on the vertical stirring arms can be preferably 2 to 4. Preferably they have equal distance from each other.

Rührer der genannten Art können aus Metall, Glas, Kunststoffen, ggf. auch aus Keramik gefertigt sein. Im Falle von Rührern aus Metall wird die dann ebenfalls aus Metall gefertigte Welle vorzugsweise durch Teile aus isolierenden Materialien wie Kunststoffen unterbrochen, so daß die Wärmeableitung aus dem Meßgefäß gering bleibt. Die Rührwelle kann auch ganz aus z. B. Kunststoff bestehen. Metall als Werkstoff ist für Rührer von der wesentlichen Form eines Rahmens zweckmäßig. Bei Rührern der Fig. 3 ist der Temperaturfühler axial durch den unteren Steg geführt.Stirrers of the type mentioned can be made from metal, glass, plastics, and possibly also from ceramic. In the case of stirrers made of metal, the shaft, which is then also made of metal, is preferably interrupted by parts made of insulating materials such as plastics, so that the heat dissipation from the measuring vessel remains low. The agitator shaft can also be made entirely of z. B. plastic. Metal as a material is useful for stirrers of the essential shape of a frame. With stirrers of FIG. 3, the temperature sensor is guided axially through the lower web.

Die zweckmäßige Rührgeschwindigkeit kann, je nach verwendetem Rührertyp, verschieden sein. Für einen Rührer der jeweiligen Gestalt ist die Rührgeschwindigkeit im Zusammenhang mit dem gewählten Temperaturgefälle für jede Gruppe der zu messenden Substanzen zu erproben.The appropriate stirring speed can, depending on type of stirrer used. For a stirrer of the particular shape, the stirring speed is in connection with the selected temperature gradient for each group of substances to be measured to try.

Der Temperaturfühler ragt von unten axial in das Meßgefäß hinein und weist den Meßpunkt in oder nahe der Mitte des Meßgefäßes bzw. des Meßvolumens auf. Vorzugsweise liegt der Temperaturfühler zentral in der Achse des Meßgefäßes, in dem durch den Rührer freigelassenen Mittelraum des Gefäßes und der Meßpunkt genau in der Mitte des Meßvolumens. In Sonderfällen können weitere Temperaturfühler axial in dem vom Rührer freigelassenen Raum angeordnet sein. Die Temperaturfühler werden, bei Vorhandensein eines unteren Steges des Rührers, durch eine Ausnehmung dieses Steges geführt. The temperature sensor projects axially into the measuring vessel from below and points the measurement point at or near the center of the Measuring vessel or the measuring volume. Preferably lies the temperature sensor centrally in the axis of the measuring vessel, in the middle space of the Vessel and the measuring point exactly in the middle of the measuring volume. In special cases, additional temperature sensors can be axially in the space left by the stirrer. The Temperature sensors, in the presence of a lower one Web of the stirrer, through a recess of this web guided.

Die Temperaturfühler sind bei der Messung fest mit dem Meßgefäß verbunden und mit ihrer Hülle in den Boden des Meßgefäßes abdichtend eingelassen, eingeschraubt o. dgl., während die Meßdrähte durch den Gefäßboden isoliert durchgeführt sind. Am Boden des Meßgefäßes außen weisen die Temperaturfühler sehr bevorzugt eine Steck- bzw. Berührungsverbindung als elektrischen Kontakt auf, von der die elektrische Verbindung weiter durch die doppelwandige Temperierkammer nach außen zum Meßgefäß geführt ist. Beim Einsetzen des Meßgefäßes in die Temperierkammer wird der elektrische Kontakt dadurch selbständig geschlossen bzw. beim Herausnehmen geöffnet.The temperature sensors are fixed to the measurement Measuring vessel connected and with its shell in the bottom of the Measuring vessel sealed in, screwed or the like, while the measuring wires are insulated by the bottom of the vessel are carried out. Point outside on the bottom of the measuring vessel the temperature sensor very preferably a plug or Touch connection as an electrical contact from which the electrical connection continues through the double-walled Temperature chamber is led to the outside of the measuring vessel. When inserting the measuring vessel into the temperature control chamber This makes the electrical contact independent closed or opened when removed.

Das zylindrische Meßgefäß besitzt einen Deckel mit engem Spalt zur Durchführung der Rührwelle. Der Boden ist plan oder konkav nach außen gebogen. Die Gefäßwandung besteht zur Optimierung der Wärmeleitfähigkeit aus dünnem Metall. Die Maße des Meßgefäßes können beispielsweise bei Durchmessern von 6 bis 20 cm und bei einer Zylinderlänge von 8 bis 25 cm liegen. Der wärmeisolierende Deckel des Meßgefäßes ist abnehmbar, vorzugsweise an der Welle ausschwenkbar, angeordnet. In einer sehr bevorzugten Ausbildungsform des Deckels ist dieser doppelwandig ausgeführt und temperierbar, mit regelbaren Thermostaten verbunden.The cylindrical measuring vessel has a lid with a narrow Gap for the passage of the agitator shaft. The floor is flat or curved concave outwards. The vascular wall is there to optimize the thermal conductivity from thin Metal. The dimensions of the measuring vessel can be, for example Diameters from 6 to 20 cm and with a cylinder length from 8 to 25 cm. The heat insulating cover of the Measuring vessel is removable, preferably on the shaft swiveling, arranged. In a very preferred one Form of training of the lid is double-walled and temperature controlled, connected with adjustable thermostats.

Das Meßgefäß ruht bei Messung paßgenau in der doppelwandigen Temperierkammer, welche zur Temperatureinstellung des Meßgefäßes dient.The measuring vessel rests precisely in the double-walled wall Temperature chamber, which for temperature adjustment of the measuring vessel.

Diese Temperierkammer befindet sich in einem geschlossenen Gehäuse. Zweckmäßig kann das geschlossene Gehäuse als Ständer für Motor und Drehmoment-Meßantrieb dienen, welche beispielsweise automatisch höhenverstellbar und ggf. schwenkbar mit einem Stativ angeordnet sind. Der Rührer kann z. B. dadurch aus dem Meßgefäß gehoben werden. Zusätzlich kann die Rührwelle um einen Drehpunkt schwenkbar angeordnet werden, z. B. zum Zweck der Reinigung. Die doppelwandige Temperierkammer, einschließlich Deckel, ist mit mindestens einem, vorzugsweise zwei oder ggf. mehr regelbaren Thermostaten verbunden, welche wahlweise oder gemeinsam einen Kreislauf mit der Temperierkammer bilden.This temperature chamber is in a closed one Casing. The closed housing can expediently as Stands for motor and torque measuring drive are used which, for example, is automatically height adjustable and, if necessary, are pivotally arranged with a tripod. The stirrer can e.g. B. thereby be lifted out of the measuring vessel. In addition, the agitator shaft can be pivoted about a pivot point be arranged, e.g. B. for the purpose of cleaning. The double-walled temperature chamber, including the lid with at least one, preferably two or possibly more adjustable thermostats connected, which either or together form a circuit with the temperature chamber.

Die Thermostate können in einem weiten Temperaturbereich auf 0,05° C gesteuert werden. Die am häufigsten benutzte Temperatur liegt zwischen -20° C und 180° C, besonders zwischen 0 und ca. 120° C. Die Temperatur der Thermostate ist exakt auf die Temperierkammer übertragbar. Es ist vorgesehen, insbesondere mit Hilfe eines Thermostates im Meßgefäß eine Anfangstemperatur einzustellen, und diese Temperatur eine gewollte Zeit genau einzuhalten und dann mit Hilfe des zweiten Thermostates eine zweite niedrigere Temperatur genau auf das Meßgefäß zu übertragen bzw. mit Hilfe des zweiten Thermostates eine gleichmäßige Temperaturabsenkung innerhalb einer bestimmten Zeit durchzuführen, bzw. beide Thermostate hierzu gleichzeitig arbeiten zu lassen. Zweckmäßig besitzen zwei oder mehr Thermostate eine gemeinsame Verbindung und lediglich eine Einführung und Ausführung der Kühlflüssigkeit in die Temperierkammer bzw. in den Deckel.The thermostats can operate in a wide temperature range can be controlled to 0.05 ° C. The most used Temperature is between -20 ° C and 180 ° C, especially between 0 and approx. 120 ° C. The temperature of the thermostats can be transferred exactly to the temperature control chamber. It is provided, especially with the help of a thermostat in Set a measuring vessel an initial temperature, and this Temperature and then exactly stick to a desired time with the help of the second thermostat, a second lower one Transfer temperature exactly to the measuring vessel or with the help of the second thermostat an even one Temperature decrease within a certain time or both thermostats simultaneously to let work. Appropriately own two or more Thermostats a common connection and only one Introduction and execution of the coolant in the Temperature chamber or in the lid.

Auf der Welle ist ein Motor mit Getriebe, ggf. ein Tachogenerator sowie der Drehmoment-Aufnehmer bzw. Drehmoment- Meßantrieb angeordnet, der wahlweise stufenlos oder auf fest vorgegebene Drehzahlstufen einstellbar ist. Durch Auswechseln der Kraftaufnehmerelemente kann ein großer Drehmoment-Meßbereich abgedeckt werden. Das sich durch den Widerstand der zu messenden Probe auf den Rührer ergebende Drehmoment und die Temperatur werden in Abhängigkeit von der Zeit einem Datenerfassungs-, Datenspeicher- und Datenausgabegerät zugeführt. Es ist vorgesehen, die Drehmomentkurve und die Temperaturkurve getrennt voneinander oder vorzugsweise gemeinsam aufzuzeichnen. Zusätzlich kann eine Zeiger-Anzeige erfolgen. Ggf. ist zusätzlich ein Zweikanal-Linearschreiber vorgesehen.On the shaft is a motor with a gear, possibly a Tachometer generator and the torque transducer or torque Measuring drive arranged, either stepless or on fixed speed levels can be set. By Replacing the force transducer elements can be a big one Torque measuring range are covered. That through the resistance of the sample to be measured to the stirrer resulting torque and temperature are in Dependence on the time a data acquisition, data storage and data output device supplied. It is envisaged that Torque curve and the temperature curve separately or preferably to record together. In addition a pointer can be displayed. Possibly. is additional a two-channel linear recorder is provided.

Weiterhin kann die Rührwelle, beispielsweise mittels einer Hülse oder Rohrführung, anhebbar und absenkbar ausgestaltet sowie mit einer Ausschwenkung versehen werden, so daß in der oberen Position eine Verschwenkung der Rührwelle in eine Position erfolgen kann, die die Herausnahme des Meßbechers gestattet.Furthermore, the agitator shaft, for example by means of a Sleeve or pipe guide, designed to be raised and lowered as well as be provided with a swivel, so that in the upper position a pivoting of the Stirrer shaft can be in a position that is the removal of the measuring cup allowed.

Es ist weiterhin vorgesehen, Rührorgane von verschiedener Gestalt und Geometrie, auswechselbar durch eine Halterung bzw. Kupplung mit der Rührwelle zu verbinden.It is also provided that agitators from different Shape and geometry, exchangeable by a bracket or coupling with the agitator shaft.

Zweckmäßig werden Meßgeräte und Meßschreiben bzw. andere Datenerfassungs- und Wiedergabegeräte gemeinsam mit dem Drehmoment-Meßverstärker und der Gerätesteuerung, insbesondere der Drehzahlregelung und der Thermostatsteuerung, apparativ zusammengefaßt.Measuring devices and measuring records or others are expedient Data acquisition and playback devices together with the Torque measuring amplifier and device control, in particular speed control and thermostat control, summarized in terms of apparatus.

Die Messung mit dem Meßgerät erlaubt es, mit hoher Genauigkeit die Temperatur bzw. die Temperaturänderung durch in der Probe auftretende Kristallisationsvorgänge bzw. Modifikationsumwandlungen in Abhängigkeit von der Zeit zu erfassen. Bei der genannten Empfindlichkeit der Temperaturmessung spielt die vollständige und gute Isolierung des Meßgefäßes, die Form und Mischwirkung des Rührers sowie der freigelassene Mittelraum des Gefäßes, zusammen mit der exakten Temperaturführung, eine ausschlaggebende Rolle.The measurement with the measuring device allows high Accuracy of the temperature or the temperature change due to crystallization processes occurring in the sample or modification conversions depending on the To capture time. Given the sensitivity of the Temperature measurement plays the complete and good one Isolation of the measuring vessel, the shape and mixing effect of the Stirrer as well as the free middle space of the vessel, together with the exact temperature control, one crucial role.

Claims

1.Measuring device for characterizing the crystallization behavior of solidifying substances or mixtures of substances, especially fats, consisting of a drive motor with a torque measuring drive, a thermostatically controllable measuring vessel, a stirrer protruding vertically into the measuring vessel from above, at least one temperature sensor and a data acquisition and data memory and data output device for the temperature and the torque versus time, characterized in that

a) that the stirrer is designed in the form of a two- or multi-armed fork or as a frame symmetrical or asymmetrical to the stirrer shaft, is guided a short distance from the walls of the measuring vessel and leaves the area of the axis of rotation of the cylindrical measuring vessel free, and
b) that the temperature sensor protrudes from below in the axial direction into the measuring vessel and has a measuring point in or near the center of the measuring device.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the arms ( 20 ) of the agitator extend near the edge, parallel to the agitator shaft.

3. Measuring device according to claim 1, characterized, that the arms of the agitator screw or spiral are trained or dislocations, symmetrical or asymmetrical to the axis.

4. Measuring device according to claims 1 or 2, characterized in that a stirring element in the form of a two-armed fork on each arm corresponding to each other, radially inwardly projecting in the direction of the axis, flat, horizontally formed extensions or baffles ( 23 ).

5. Measuring device according to claim 4, characterized in that the extensions or guide plates ( 23 ) have an angle of attack with respect to the horizontal.

6. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the arms of the agitator are connected below by a web ( 22 ) and the web has a recess ( 25 ) for the passage of the or the temperature sensor.

7. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that the measuring vessel is a vertically arranged hollow cylinder is removable and fits perfectly in a double wall Temperature chamber is arranged.

8. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that the measuring vessel is a removable, double-walled, temperable Has lid.

9. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that the tempering of the tempering chamber and lid through two thermostats that work either selectively or together, he follows.

10. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized, that the measuring vessel on the outside as a plug-in coupling has electrical contact of the sensor.

11. Measuring device according to claim 2, characterized in that the stirring element consists of a vertical shaft ( 7 ) and a stirrer in the form of a right-angled frame, this is formed from two vertical stirring arms ( 20 ) arranged near the edge and one above with the stirring shaft ( 7 ) connecting horizontal web ( 21 ) and a lower connecting horizontal web ( 22 ) running close to the floor, which has the recess ( 25 ) for the passage of the temperature sensor ( 8 ) in the area of the passage of the axis, and several with each stirring arm ( 20 ) connected, in the direction of the vessel axis horizontal planar baffles ( 23 ) which have an angle of attack such that the edge ( 24 ) of the baffles ( 23 ) pointing in the direction of stirring is higher or lower than the trailing edge.

12. Measuring device according to at least one of claims 1 or 11, characterized in that the stirring shaft ( 7 ) is interrupted by an intermediate piece ( 16 ) made of heat-insulating material, or the entire stirring shaft is made of heat-insulating material.

13. Measuring device according to at least one of claims 1 or 11, characterized, that the stirrer together with the torque measuring drive is arranged adjustable in height.

14. Measuring device according to at least one of claims 1 or 11, characterized, that the agitator shaft from the axis of the measuring system by one The pivot point is arranged pivotably.