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Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten Die Erfindung
betrifft die Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten entsprechend der Definition
der Viskosität im CGS-System durch Ermittlung des Reibungswiderstandes zwischen
der zu prüfenden Flüssigkeit und einem in ihr beweglichen Körper. Die den Gegenstand
der Erfindung bildende Vorrichtung hat mit bekannten Meßvorrichtungen zu gleichem
Zwecke einen in der zu prüfenden Flüssigkeit schwingenden festen Reibungskörper
gemeinsam, und bei ihrem Gebrauch wird wie bei den bekannten Vorrichtungen die Abnahme
der Schwingungsweite des Reibungskörpers beobachtet. Die Erfindung besteht darin,
daß die Massen des schwingenden Systems und die auf das System wirkenden schwingungserzeugenden
Kräfte von solcher Größe sind, daß die Abnahme der Schwingungsseite nach einmaligem
Durchgange des Systems durch die Gleichgewichtslage eine zur genauen Bestimmung
des auf das System wirkenden Reibungswiderstandes bzw. der Viskosität der zu prüfenden
Flüssigkeit genügende Größe hat, so daß nur der Ausschlag des von einer von der,Gleichgewichtslage
des schwingenden Systems abweichenden Anfangslage aus zum Schwingen gebrachten Reibungskörpers
über die Gleichgewichtslage hinaus nach einmaliger Erreichung der Gleichgewichtslage
gemessen zu werden braucht.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß die Versuchsdauer, welche
bei Benutzung der erwähnten bekannten Vorrichtungen so groß ist, daß während des
Versuches in der zu untersuchenden Flüssigkeit Veränderungen eintreten können, welche
zu ganz fehlerhaften Massenergebnissen führen, bedeutend herabgesetzt wird.
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Abb. i und 2 der Zeichnung stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
in zwei Ansichten dar.
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Die zu prüfende Flüssigkeit befindet sich in einem Behälter i, in
den eine Scheibe 2 eintaucht, welche auf einer Achse 3 befestigt ist. Die Scheibe
2 bildet den gegen die zu prüfende Flüssigkeit zu bewegenden Reibungskörper.
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Der Behälter i befindet sich in einem Thermostatengefäß 2, welches
mit einem Thermometer 5 verbunden ist. Zum Schutze gegen Temperaturänderungen dient
ein den Behälter i oben überdeckendes und die Scheibe 2 umgebendes Gehäuse, welches
durch zwei abnehmbare Kappen 6 gebildet wird.
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Die Achse 3 ist mittels Spitzen möglichst reibungsfrei in einem Bügel
7, der an einer aufrechtstehenden Stange 8 befestigt ist, gelagert. Die eine Lagerstelle
9 ist in axialer Richtung durch Drehen des EYzenterhebels io verschiebbar, so daß
die Achse bequem aus ihrer Lagerung entfernt werden kann.
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An der Achse 3 ist eine Stange i i befestigt, deren Gewicht durch
ein Gegengewicht 12 ausgeglichen ist. Auf der Stange i i ist ein Gewicht 13 angebracht,
welches in Verbindung mit der Stange ein Pendel bildet.
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Zur Messung des Pendelausschlages auf der einen Seite seiner Gleichgewichtslage
dient die Skala 14, «-elche an dem Lagerbügel 7 befestigt
ist.
Vor der Skala ist ein Schleppzeiger 15 beweglich, welcher von dem über seine
Gleichgewichtslage hinaus ausschlagenden Pendel durch eine Nase 16 mitgenommen -wird.
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Vor dem Beginn des Versuches wird das Pendel in die in der Zeichnung
wiedergegebene Lage gehoben, in der es durch eine Nase 17, die an einer Sperrklinke
18 anliegt, gehalten wird. Wenn die in dein Gefäß i enthaltene Flüssigkeit die gewünschte
Temperatur erreicht hat, so wird die Sperrklinke so verstellt, daß das Pendel freigegeben
wird. Das Pendel schlägt über seine Gleichgewichtslage hinaus, und sein hierbei
erreichter Ausschlag, welcher durch den Schleppzeiger angegeben wird, gibt ein Maß
für die Viskosität der in dem Gefäß befindlichen Flüssigkeit.
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Der nicht von der zu untersuchenden Flüssigkeit hervorgebrachte Energieverlust
bei der Bewegung des Pendels ist durch Messung des Pendelausschlages, während die
Scheibe 2 sich in Luft bewegt, zu berücksichtigen.
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Dadurch, daß der Reibungskörper 2 die Form eines Rotationskörpers
hat, dessen geometrische Achse mit der Drehachse des Pendels zusammenfällt, wird
die Genauigkeit der Messung erhöht, da zwischen der zu prüfenden Flüssigkeit und
dem Reibungskörper eine reine Rotationsbewegung stattfindet. Eine gleiche Form der
Bewegung kann auch erzielt werden, wenn auf der Pendelachse ein mit der zu untersuchenden
Flüssigkeit gefüllter Hohlkörper befestigt wird. Eine genügende Genauigkeit der
Messung kann auch unter Umständen mit einem Pendel, dessen freies Ende in die zu
prüfende Flüssigkeit eintaucht, erzielt werden.
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Abb. 3 und 4 zeigen in zwei Ansichten eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher das schwingende System eine die Schwingungen erzeugende
Spiralfeder enthält.
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Bei dieser Vorrichtung befindet sich die zu prüfende Flüssigkeit in
dem ringförmigen Behälter i9, in den ein hohlzylinder- bzw. glockenförmiger Reibungskörper
2o eintaucht.
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Um die Erhaltung eines Flüssigkeitsstandes von bestimmter Höhe in
dem Behälter i9 zu sichern, ist ein tJberlaufschlitz 27 angebracht, der in eine
segmentförmige Kammer 53 mündet.
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Die Glocke 2o ist leicht lösbar an der Achse 2 1 befestigt, welche
in Lagern 22 und 23 drehbar ist. An der Achse 21 ist das eine Ende einer Spiralfeder
24 befestigt, die am anderen Ende fest mit dem Stift 25 an der Kapsel 26 verbunden
ist. Auf der Achse 21 sitzt ferner die Arretierscheibe 28, die mit einem Loch versehen
ist, in welches ein Stift 29 eingreift, wodurch die Scheibe 28 in einer Nullage
festgehalten wird. Die Kapsel 20 trägt eine Skala 30. über der Skala 30 ist
ein an der Achse :2i befestigter Zeiger 31 beweglich, der bei seiner Drehung in
der einen Richtung einen frei gegen die Kapsel 26 beweglichen Schleppzeiger 32 mitnimmt.
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Das Lager 22 und die Kapsel 20 werden von einem Rahmen 33 getragen,
welcher längs der Stangen 34, die an der Grundplatte 35 befestigt sind, verstellbar
ist. Das untere Lager 23 der Achse 21 ist in einer Bohrung 36 des auf der Grundplatte
35 stehenden Pfostens 37 verschiebbar. Es ruht auf einer Feder 38, die unten eine
Stütze an dein gleichfalls in der Bohrung 36 beweglichen Kolben 39 hat. Der Kolben
39 trägt eine Stange 4o, die mit einer Bohrung versehen ist, in welche der mit dem
Lager 23 verbundene Führungsstift 41 eingreift. Der Kolben 39 trägt unten eine Stützrolle
.42, die das Exzenter 43 berührt, welches an dem Pfosten 37 gelagert und mittels
des Handgriffes 44 drehbar ist. Wenn die Benutzung des Gerätes beendet ist, so wird
das Exzenter 43 so verstellt, daß das Lager 23 vom Gewicht der Achse 21 entlastet
und die Achse von dein . unteren Teil- des Rahmens 33, an welchem sie mit dem Konus
45 anliegt, getragen wird.
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Der Flüssigkeitsbehälter r9 ist oben durch einen zweiteiligen Deckel
46 abgeschlossen. Damit eine Prüfung der in dem Behälter i9 enthaltenen Flüssigkeit
bei verschiedener Temperatur möglich ist, ist der Behälter i9 von einem Behälter
47 umgeben, welcher mit Wasser gefüllt und mit einem Thermometer 48 verbunden ist.
Durch einen Brenner 49 wird der Behälter 47 geheizt. Damit eine gleichmäßige Temperatur
des Wassers im Behälter 47 erzielt werden kann, ist ein Rührwerk vorhanden, welches
durch einen kegelförmigen Ring 5o, der durch Stangen 51 mit einem als Handgriff
dienenden Ring 52 verbunden ist, gebildet wird. Durch Heben und Senken des Ringes
5o wird ein Umrühren des Wassers im Behälter 47 bewirkt.
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Die Benutzung der Vorrichtung geschieht in der Weise, daß durch Drehen
der Kapsel 26 um einen entsprechenden Winkel die Feder 24 gespannt wird, worauf
durch Verstellung des Arretierstiftes 29 das schwingende System freigegeben wid,
so daß es über seine Gleichgewichtslage hinausschwingt. Der hierbei erreichte Ausschlag
wird durch den von dem Zeiger 31 mitgenommenen Schleppzeiger 32 angegeben.
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Die im vorstehenden beschriebenen Vorrichtungen haben den Vorzug,
daß sie ein schnelles Arbeiten gestatten, da ein einziger Ausschlag des schwingenden
Systems das Versuchsergebnis liefert. Die Vorrichtungen
sind von
allgemeiner Anwendbarkeit. Sie sind auch bei grobdispersen suspensoiden Systemen,
z. B. hlfarben, bei denen die sonst meist übliche Kapillarrohrmethode versagt, brauchbar
und eignen sich wegen der Schnelligkeit der Messung auch zur Prüfung leicht verdunstender
Flüssigkeiten, z. B. Kollod.iumwoll-Lösungen und solcher disperser Systeme, die
infolge Absetzens der suspendierten Teile oder infolge chemischer oder physikalischer
Alterserscheinungen ihre Viskosität rasch ändern.
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Wegen der Schnelligkeit der Messung ist die lange Aufrechterhaltung
einer bestimmten Temperatur der Versuchsflüssigkeit nicht nötig. Die Säuberung des
Apparates nach dem Gebrauch ist im Gegensatz zu den anderen Viskosimetern sehr einfach.