DE60014871T2

DE60014871T2 - An bord rotationsrheometer

Info

Publication number: DE60014871T2
Application number: DE60014871T
Authority: DE
Inventors: P. Frederick BOYLE; A. Gary GARVIN; Klaus-Werner Damm; H. Daniel HEATH; F. Herman GEORGE; J. Peter MOORE; Dale Hicks; E. Terence ROBINSON; M. Patrick LANE
Original assignee: Lubrizol Corp
Current assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: CA2365708A1; US6257051B1; EP1163501B1; WO2000054025A1; DE60014871D1; EP1163501A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Viskosimeter, die zum Messen oder Bestimmen der Spannung verwendet werden, die erforderlich ist, um ein Fluid mit einer bestimmten Rate zu scheren. Insbesondere betrifft die Erfindung Viskosimeter zum kontinuierlichen Erfassen von Veränderungen der Viskosität von Fluiden, die in einer Vorrichtung oder in einem Verfahren verwendet oder hergestellt werden, einschließlich Fluide mit geringer Viskosität, wie beispielsweise Motorenschmiermittel, indem das Drehmoment erfasst wird, das erforderlich ist, um eine differentielle Rotation zwischen zwei Elementen zu erreichen, die einen Flussweg für das Fluid dazwischen definieren. Derartige Viskosimeter können beispielsweise in fahrzeugeigenen (bzw. on-board) Systemen verwendet werden, um die Qualität der Motorenschmiermittel aufrecht zu erhalten, was für einen korrekten Betrieb und eine lange Lebensdauer von Verbrennungsmotoren oder anderen Vorrichtungen essentiell ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine bekannte Form eines Viskosimeters umfasst zwei koaxiale Zylinder (Zylinder im Zylinder), die relativ zueinander rotiert werden, während entweder visuell oder elektronisch das Drehmoment oder das Drehmomentäquivalent gemessen wird, das erforderlich ist, um eine differentielle Rotationsgeschwindigkeit zu erreichen. Die Flusseigenschaften des Fluids können bestimmt werden, indem das Fluid in einer ringförmigen Lücke zwischen den Zylindern angeordnet wird und das Drehmoment oder das Drehmomentäquivalent für eine bekannte differentielle Rotationsgeschwindigkeit gemessen wird. Indem die physikalischen Dimensionen und die Reibung berücksichtigt werden, die in Zusammenhang mit den Lagern oder Abdichtungen des Viskosimeters stehen, die die Drehmomentmessung beeinflussen können, kann die Viskosität des Fluids für eine bestimmte Scherrate berechnet werden. Üblicherweise wird ein Viskosimeter bei einer einzigen Geschwindigkeit betrieben und die Viskosität wird bei einer einzigen Scherrate berechnet, um einen relativen Vergleich von Fluiden zu ermöglichen. Falls dies erwünscht wird, kann jedoch das Viskosimeter auch dazu verwendet werden, ein Fluid vollständiger zu charakterisieren, indem das Drehmoment über einen Bereich differentieller Rotationsgeschwindigkeiten gemessen wird.
Bei bestimmten Anwendungen werden Viskosimeter verwendet, um ein Fluid kontinuierlich zu überwachen, das in einer Vorrichtung oder in einem Verfahren verwendet oder hergestellt wird. Das Fluid kann entweder vollständig flüssig oder eine Flüssigkeit sein, die Partikel enthält. Ein Verfahren zum Verwenden herkömmlicher Viskosimeter mit koaxialen Zylindern bei diesen Anwendungen besteht darin, die Viskosimeter in eine Linie mit dem Fluidfluss zu stellen. Probleme bei diesem Verfahren umfassen die Komplexität, die Viskosimeter in den Flusskreislauf zu integrieren, die Schwierigkeit, Komponenten des Viskosimeters zu ersetzen, wenn ein Fehler auftritt, sowie Genauigkeitsaspekte, wenn der Fluidfluss entlang des Viskosimeters von einer konstanten Rate abweichen sollte.
Eine Möglichkeit einige der Probleme zu lösen, die mit dem Anbringen von Zylinder-im-Zylinder-Viskosimetern in einer Linie mit dem Flussweg im Zusammenhang stehen, besteht darin, die Viskosimeter außerhalb des Hauptflussweges anzubringen. Bei dieser Anordnung ist der äußere Zylinder des Viskosimeters mit einer Kappe versehen, um eine lagerartige bzw. becherartige Struktur mit dem inneren Zylinder oder dem Gewicht innerhalb des Lagers auszubilden. Dies ermöglicht, dass der Antrieb für die differentielle Rotation für ein kompakteres Design verhältnismäßig dicht an den rotierenden Elementen angebracht werden kann und ferner, dass Wartungsangelegenheiten einfacher erledigt werden können.
Ein Problem bei herkömmlichen Viskosimetern mit einem Gewicht in einem Lager, die dazu verwendet werden, ein Fluid kontinuierlich zu überwachen, das in einer Vorrichtung oder in einem Verfahren verwendet oder hergestellt wird, besteht darin, dass eine Pumpe oder eine andere Vorrichtung benötigt wird, um den Fluidfluss durch die Viskosimeter zu steuern, was die Verwendung der Viskosimeter kostspieliger und komplexer macht. Ein weiteres Problem bei herkömmlichen Viskosimetern mit einem Gewicht in einem Lager besteht darin, dass dann, wenn diese dazu verwendet werden, Fluide mit geringer Viskosität akkurat zu messen, die Partikel enthalten, ein Ablagern der Partikel auftreten kann, was zu ungenauen Viskositätsbestimmungen führt. Daher ist eine genaue Anordnung von herkömmlichen Viskosimetern mit einem Gewicht in einem Lager für einen korrekten Betrieb unerlässlich. Ferner sind derartige Viskosimeter möglicherweise anfällig für eine Anzahl möglicher Fehlerquellen aufgrund unerwünschter Reibungs- und/oder Schleifeffekte.
Die EP-A-0 007427 beschreibt ein Viskosimeter, bei dem zwei Zylinder, die in einer Kammer angeordnet sind, die ein zu messendes Fluid enthält, relativ zueinander rotiert werden – in 5 dreht sich der äußere Zylinder und das auf den inneren Zylinder ausgeübte Drehmoment wird gemessen und in 4 dreht sicht der innere Zylinder, wobei der äußere Zylinder feststeht und das auf den inneren Zylinder ausgeübte Drehmoment gemessen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung vermeidet die vorstehend beschriebenen und andere Nachteile herkömmlicher Viskosimeter mit einem Gewicht in einem Lager, indem ein verhältnismäßig einfacher Weg des kontinuierlichen Erfassens der Fluidviskosität bereitgestellt wird, ohne die Kosten und die Komplexität einer Pumpe oder anderer Vorrichtungen, um den Fluss durch die Viskosimeter aufrecht zu erhalten und ohne die Anordnungsaspekte, die normalerweise notwendig sind, um ein Partikelablagern zu verhindern, wenn Partikel enthaltende Fluide mit geringer Viskosität gemessen werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Viskosimeter selbstpumpend, um einen geregelten Fluidfluss durch die Abschnitte der Viskosimeter aufrecht zu erhalten, wo die Eigenschaften des Fluidflusses gemessen werden, und zwar im Wesentlichen unabhängig von der Flussrate des Fluids durch dessen primären Flussweg. Der selbstpumpende Charakter der Viskosimeter ist ferner vorteilhaft dafür, ein Ablagern von Partikeln zu vermeiden, wenn diese verwendet werden, um Fluide mit verhältnismäßig geringer Viskosität (z.B. 1 bis 100 cSt.) akkurat zu messen, die fein verhältnismäßig gut gelöste Feststoffe enthalten können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Gewichte und die Lager des Viskosimeters derart ausgestaltet, dass die relative Rotation zwischen den zwei Elementen das Fluid antreibt, durch die Viskosimeter aufgrund einer Druckdifferenz zu fließen, die durch die Rotation hervorgerufen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Fluss durch die Viskosimeter so geregelt, dass dieser ausreicht, um ein Verstopfen aufgrund jedweder Ablagerung von Partikeln der Flüssigkeit zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Gewicht in einer Ausführungsform einen hohlen Zylinder bzw. einen Hohlzylinder, der angrenzend an das geschlossene Ende des Lagers geschlossen ist und an dem anderen Ende offen ist. Eine Vielzahl von diskreten in Umfangsrichtung beabstandeten Öffnungen erstreckt sich durch die Wand des Gewichts an einer Stelle in der Nähe seines geschlossenen Endes und ist einer kontinuierlichen bzw. ununterbrochenen Wand des Lagers zugewandt. Eine differentielle Rotation des Gewichts bzw. des Lagers treibt Fluid von einem Volumen außerhalb des Gewichts durch das Gewicht und durch die diskreten Öffnungen in der Gewichtswand für einen Durchgang durch eine ringförmige Lücke zwischen dem Gewicht und dem Lager heraus und in ein Volumen außerhalb des Lagers.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist in einer weiteren Ausführungsform eine Vielzahl von diskreten in Umfangsrichtung beabstandeten Öffnungen in der Wand des Lagers in der Nähe des geschlossenen Endes des Lagers bereitgestellt, die einer kontinuierlichen Wand des Gewichts zugewandt sind. Eine differentielle Rotation des Gewichts bzw. des Lagers treibt Fluid von dem Volumen außerhalb des Gewichts durch die ringförmige Lücke zwischen dem Lager und dem Gewicht und durch die diskreten Öffnungen der Lagerwand hinaus in ein Volumen außerhalb des Lagers.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist in einer weiteren Ausführungsform die Wand des Gewichts diskrete in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen nahe einem Ende auf, die einer kontinuierlichen Wand zugewandt sind, und das Lager weist diskrete in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen auf, die einer kontinuierlichen Wand des Gewichts nahe dem Ende des Gewichts zugewandt sind, das dem Ende des Gewichts gegenüberliegt, das diskrete Öffnungen aufweist. Eine differentielle Rotation des Gewichts bzw. des Lagers treibt Fluid von einem Volumen außerhalb des Gewichts durch die diskreten Wandöffnungen des Gewichts und die ringförmige Lücke zwischen dem Gewicht und dem Lager und durch die diskreten Öffnungen in dem Lager in ein Volumen außerhalb des Bechers hinaus.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich bei einer weiteren Ausführungsform bei dem Gewicht um einen Zylinder mit einer endlichen Seitenwanddicke, der an beiden Enden offen ist. Ebenso ist eines der offenen Enden von dem geschlossenen Ende des Lagers in einem axialen Abstand beabstandet, der zwischen der Hälfte und dem Fünffachen des radialen Abstands zwischen dem Gewicht und dem Lager beträgt, wodurch eine differentielle Rotation des Gewichts bzw. des Lagers bewirkt, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des Gewichts durch das Gewicht, durch den Abstand zwischen dem Ende des Gewichts und dem geschlossenen Ende des Lagers und durch die ringförmige Lücke zwischen dem Gewicht und dem Lager zu einem Volumen außerhalb des Lagers fließt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird in einer weiteren Ausführungsform eine Reihe von alternierenden koaxialen Zylindern endlicher Wanddicke alternierend von einem Paar axial beabstandeter Endplatten getragen, um alternierende koaxiale Gewichte und Lager bereitzustellen. Eine Endplatte weist eine zentrale Öffnung auf, die eine Fluidkommunikation zwischen einem Volumen außerhalb der Endplatte und dem zentralen Zylinder bereitstellt. Diskrete in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen sind in der zylindrischen Wand wenigstens eines Gewichts/Lagers in der Nähe seines offenen Endes bereitgestellt, die einer kontinuierlichen zylindrischen Wand eines angrenzenden Lagers/Gewichts zugewandt sind.
Eine differentielle Rotation der Endplatten treibt Fluid von einem Volumen außerhalb des Viskosimeters, durch den zentralen Zylinder und die Trennungen zwischen den Gewichts- /Lagerzylindern und gegenüberliegende Endplatten und durch die in Umfangsrichtung beabstandeten Öffnungen in wenigstens einem Gewichts-/Lagerzylinder und die ringförmigen Lücken zwischen benachbarten Gewichts-/Lagerzylindern und durch die ringförmige Lücke zwischen den zwei letzten Gewichts-/Lagerzylindern in das Volumen außerhalb des Viskosimeters hinaus.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beträgt in einer weiteren Ausführungsform der Abstand zwischen dem Ende von wenigstens einem Zylinder einer Vielzahl von koaxialen Gewichts-/Lagerzylindern und der gegenüberliegenden Endplatte zwischen der Hälfte und dem Fünffachen der ringförmigen Lücke zwischen benachbarten Gewichts-/Lagerzylindern. Eine differentielle Rotation der Endplatten bewirkt, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des Viskosimeters durch das zentrale Gewicht und die Trennungen zwischen den Gewichts/Lagerzylindern und gegenüberliegenden Endplatten und durch die ringförmigen Lücken zwischen benachbarten Gewichts-/Lagerzylindern und durch die ringförmige Lücke zwischen den zwei letzten Gewichts-/Lagerzylindern in das Volumen außerhalb des Viskosimeters hinaus strömt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind das Gewicht und das Lager in einer weiteren Ausführungsform axial symmetrisch jedoch nicht zylindrisch. Das Gewicht weist außerdem eine koaxiale Bohrung auf, die sich durch das ganze Gewicht erstreckt, und eine ringförmige Lücke ist zwischen dem Gewicht und dem Lager bereitgestellt, die entweder konstant bleibt oder als eine Funktion des Radius von der gemeinsamen Achse des Gewichts und des Lagers zunimmt. Eine differentielle Gewichts-/Lagerrotation bewirkt, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des Gewichts durch die koaxiale Bohrung des Gewichts, durch die Lücke zwischen dem Gewicht und dem Lager und in das Volumen außerhalb des Lagers strömt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine magnetische Antriebskopplung zwischen dem rotierenden Element des Viskosimeters und dem Viskosimeterantriebsmotor bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich in einer Ausführungsform bei dem rotierenden Element um den angetriebenen Magneten der magnetischen Antriebskopplung und dieser ist von dem Antriebsmagneten umgeben, wodurch dem rotierenden Element ermöglicht wird, sich zentral in dem Magnetfeld des Antriebsmagneten selbst anzu ordnen, wodurch keine Notwendigkeit für eine Endachshubposition (bzw. end thrust location) des rotierenden Elements besteht, was aufgrund der Reibung auf den Achshuboberflächen eine mögliche Fehlerquelle darstellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das rotierende Element auf einer Hohlwelle angebracht, die es ermöglicht, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des rotierenden Elements durch das rotierende Element in eine Trennung zwischen dem Ende des rotierenden Elements und dem geschlossenen Ende eines verhältnismäßig feststehenden Lagers durchtritt. Eine Rotation des rotierenden Elements innerhalb des Lagers bewirkt, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des rotierenden Elements durch das rotierende Element und die Trennung zwischen dem Ende des rotierenden Elements und dem geschlossenen Ende des Lagers und durch die ringförmige Lücke zwischen dem Lager und dem rotierenden Element und in ein Volumen außerhalb des Lagers strömt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Abschnitt des Viskosimetergehäuses, der Lagerbuchsen für die rotierende Welle aufweist, mit radialen Löchern bereitgestellt, um die Reibungswirkung zu vermindern, die durch Fluid zwischen der rotierenden Welle und dem Gehäuse hervorgerufen wird, um unerwünschte Schleifeffekte zu reduzieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist in einer weiteren Ausführungsform der angetriebene Magnet auf der Unterseite des Viskosimetergewichts angebracht und von einer Seite zu der anderen für eine magnetische Kopplung mit einem Antriebsmagneten auf der Rotorwelle in Nord-Süd-Richtung polarisiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Gewichtswelle in ein axiales Loch in dem Gewicht gedrückt und weist an beiden Enden Radien auf, die ein wenig kleiner als die Halbkugelradien in den Lagereinsätzen sind, in denen die Enden der Gewichtswelle aufgenommen sind, um zu bewirken, dass das Gewicht sich ohne große Anstrengung wie ein Kreisel bewegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beträgt der Endtotgang zwischen der Gewichtswelle und den Lagereinsätzen vorzugsweise nicht mehr als 0,025 cm (.010 Zoll), wobei das Viskosimeter in jedweder Position betrieben werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen in der Seite des Lagers in einer Linie mit dem Lagerboden bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass Fremdkörper und Ablagerungen, die in die ringförmige Lücke zwischen dem Lager und dem Gewicht eintreten, das Lager verlassen und dass Fluid ungehindert durch eine derartige ringförmige Lücke strömt.
Um die vorstehenden und weitere Zeile zu verwirklichen, umfasst die Erfindung die nachstehend ausführlich beschriebenen und insbesondere in den Ansprüchen hervorgehobenen Merkmale, wobei die nachstehende Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen bestimmte illustrative Ausführungsformen der Erfindung darlegen, wobei diese jedoch lediglich einige wenige Wege andeuten, mittels derer die Prinzipien der Erfindung verwirklicht werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen fragmentarischen Längsschnitt durch eine Form eines Viskosimeters gemäß der Erfindung.
2 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Form eines Viskosimeters gemäß der Erfindung.
3 bis 10 zeigen schematische Längsschnitte durch unterschiedlich ausgestaltete, relativ rotierende Viskosimeterelemente gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bei Viskosimetern gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich im allgemeinen um Viskosimeter des "Gewicht-im-Lager"-Typs (bzw. "bob-in-cup" type), die derart ausgestaltet sind, dass eine relative Rotation zwischen dem Gewicht und dem Lager bewirkt, dass Fluid aufgrund einer Druckdifferenz, die während der Rotation erzeugt wird, durch die Viskosimeter strömt. Die Fluidströmung durch die Viskosimeter wird gesteuert und ist ausrechend dafür, eine Verstopfung aufgrund jedweder Ablagerung von Partikeln aus dem Fluid zu minimieren oder zu eliminieren. Derartige Viskosimeter sind ausgestaltet, kleine Änderungen der Viskosität von Fluiden geringer Viskosität, wie beispielsweise Motorenschmiermittel, zu erfassen, indem die Belastung erfasst wird, die auf einen geeigneten Antriebsmotor aufgebracht wird, bei dem es sich um einen Präzisionsmotor oder um einen geeigneten Druckluftmotor handeln kann.
1 zeigt ein derartiges Viskosimeter 1 gemäß der Erfindung, das als eine Einheit für ein Anbringen inline oder in einer Diagnosekammer ausgestaltet ist und zwei getrennte Bereiche umfasst, und zwar einen Erfassungsbereich 2 und einen Antriebsmotorbereich 3. Der Erfassungsbereich 2 umfasst ein koaxiales Gewicht 4 und ein Lager 5, wohingegen der Antriebs motorbereich 3 einen geeigneten Antriebsmotor 6 umfasst, bei dem es sich in diesem Fall um einen Präzisionselektromotor handelt, der vorzugsweise das Gewicht 4 über eine herkömmliche magnetische Antriebskopplung 7 antreibt, wie nachstehend beschrieben.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Antriebsmotor 6 an einer Lokalisierungsplatte 8 angebracht, wobei sich dessen Motorwelle 9 durch eine Öffnung 10 in der Platte erstreckt. Der Antriebsmagnet 11 der magnetischen Antriebskopplung 7 ist an die Motorwelle 9 angebracht. Der Antriebsmagnet 11 weist eine zylindrische Form auf und umgibt das Lager 5, durch welches das Fluid während der Überwachung des Fluids kontinuierlich zirkuliert wird.
Die Befestigungsplatte 8 kann an das Viskosimetergehäuse 15 mittels geeigneter Befestigungsvorrichtungen 16 angebracht werden, die, wenn sie angezogen werden, bewirken, dass die Platte 8 gegen ein Ende einer Hülse 17 gedrückt wird. Dies zwingt das andere Ende der Hülse in eine Ineingriffnahme mit einem Klemmring 18, der wiederum eine Ringabdichtung 19 in eine abdichtende Ineingriffnahme mit einem nach außen gekehrten Flansch 20 auf dem Lager drückt, der in einer ringförmigen Rille 21 in einer Endwand 22 des Viskosimetergehäuses aufgenommen ist, um das Lager an das Viskosimetergehäuse zu klemmen und abzudichten.
Ein konzentrischer Nabenabschnitt 23, der eine mit dem Lager 5 konzentrische Längsbohrung 24 aufweist, erstreckt sich von der Gehäuseendwand 22 axial nach außen. Das Gewichtslager 27 und die Lagerbuchse 25 sind beabstandet und innerhalb der Bohrung 24 angebracht, um ein Ende einer Hohlwelle 26 innerhalb der Bohrung zu tragen. Die Hohlwelle 26 erstreckt sich in das Lager 5, um eine rotierende Unterstützung für das Gewicht 4 in konzentrisch beabstandeter Beziehung mit dem Lager 5 bereitzustellen.
In der Ausführungsform von 1 handelt es sich bei dem Gewicht 4 um den angetriebenen Magneten 30 der magnetischen Antriebskopplung 7, der von dem externen Antriebsmagneten 11 umgeben ist. Das Magnetfeld des externen Antriebsmagneten 11 wirkt über das Lager 5, wodurch bewirkt wird, dass das Gewicht 4, das eine endliche Seitenwanddicke aufweist, sich zentral innerhalb des Lagers 5 selbst ausrichtet, wobei das innere Ende des Gewichts von dem geschlossenen Ende 31 des Lagers einen axialen Abstand aufweist, der zwischen der Hälfte und dem Fünffachen des radialen Abstands zwischen dem Gewicht und dem Lager beträgt. Eine derartige zentrale Selbstausrichtung des Gewichts 4 innerhalb des Magnetfelds ermöglicht, dass die Gewichtswelle 26 in den Lagerbuchsen 25 ohne irgend eine Endachshubposition auf der Welle installiert wird, wodurch eine mögliche Fehlerquelle aufgrund von Reibung auf den Flächen vermieden wird.
Der Nabenabschnitt 23 des Viskosimetergehäuses 15, der das Gewichtslager 27 und die Lagerbuchse 25 trägt, weist zusätzliche radiale Löcher 32 auf, die mit einer ringförmigen Rille 33 in der Wand der Bohrung 24 zwischen dem Lager und der Buchse kommunizieren, um die Reibungseffekte zu vermindern, die durch Fluid zwischen der rotierenden Welle 26 und der Nabe 23 hervorgerufen werden, um unerwünschte Schleifeffekte zu vermindern. Dies stellt sicher, dass die Erfassung der Viskosität entlang der ringförmigen Lücke zwischen dem rotierenden Gewicht 4 und dem feststehenden Lager 5 erfolgt.
Eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Löchern 34 sind in der Endwand 22 des Viskosimetergehäuses 15 im allgemeinen in einer Linie mit dem oberen Ende des rotierenden Gewichts 4 bereitgestellt, um einen kontinuierlichen Fluss von Fluid durch das Viskosimeter zu gewährleisten.
Der Erfassungsbereich 2 des Viskosimeters 1, der den Nabenabschnitt 23 umfasst, erstreckt sich durch eine Öffnung 40 in der Wand 41 einer Diagnosekammer 42 und kann an einen Abdichtungsring 43 zwischen dem Viskosimetergehäuse 15 und der Diagnosekammerwand 41 um die Öffnung mittels derselben Befestigungsvorrichtungen 16 geklemmt und abgedichtet werden, die verwendet werden, um die Motorenplatte 8 an das nach außen abstehende Ende des Viskosimetergehäuses anzubringen. Fluid tritt durch geeignete Einlass- und Auslassanschlüsse 44 und 45 in der Wand der Kammer in die Diagnosekammer 42 ein und aus dieser heraus. Somit ist während des Betriebs des Viskosimeters 1 der Erfassungsbereich 2 des Viskosimeters vollständig in dem Fluid eingetaucht, was erfolgt, indem der Antriebsmotor 3 unter Strom gesetzt wird, um den externen zylindrischen Magneten 11 anzutreiben. Wenn sich der externe zylindrische Magnet 11 dreht, dann wirkt das Magnetfeld über das Lager 5 und treibt den inneren Magneten 30 (bei dem es sich in diesem Fall um das Gewicht 4 handelt) sowie die dazugehörige Gewichtswelle 26 an, die sich in dem Fluid bewegt. Eine solche differentielle Gewichts-/Lagerrotation erzeugt eine Pumpwirkung, die Fluid von der Diagnosekammer 42 außerhalb des Gewichts 4 durch die Gewichtswelle 26, sodann durch die Trennung zwischen dem inneren Ende des Gewichts 4 und dem geschlossenen Ende des Lagers 5, sodann durch die ringförmige Lücke 46 zwischen dem Gewicht 4 und dem Lager 5 und durch die Auslassanschlüsse 34 in der Endwand 22 des Viskosimetergehäuses in das Fluidvolumen innerhalb der Diagnosekammer außerhalb des Lagers hinaus treibt, wodurch ein kontinuierlicher Fluss von Fluid entlang des Viskosimeters gewährleistet wird.
Die Messung des Widerstands gegen eine Rotation (Reibung) des rotierenden Elements 30 (in diesem Fall das Gewicht innerhalb des Lagers 5), der durch das Vorhandensein des Fluids in der ringförmigen Lücke zwischen dem Gewicht und dem Lager hervorgerufen wird, ermöglicht eine kontinuierliche Erfassung der Viskosität des Fluids.
Die Effekte einer Viskositätsänderung des Fluids haben einen unmittelbaren Einfluss auf die Belastung des Motors 3 aufgrund der Veränderung der Reibung zwischen dem relativ rotierenden Gewicht und dem Lager. Die Belastungsveränderungen, die eine Funktion der Veränderungen der Viskosität sind, werden in Veränderungen der Motorengeschwindigkeit oder der Motorenspannung übertragen, die mittels der Elektronik und der Steuereinheit 47 des Motors erfasst werden. Diese Variationen werden gegenüber bekannten Viskositäten kalibriert und können in das elektronische Steuersystem einprogrammiert werden, um sehr kleine Änderungen der Viskosität über den erwarteten Viskositätsmessbereich zu erfassen. Ferner kann eine Spannungsbegrenzung verwendet werden, um jedwede Beschädigung des Motors oder der Ausrüstung bei unüblichen Zuständen hoher Viskosität oder Belastung zu vermeiden.
Das Viskosimetergehäuse 15 und sowohl die Lokalisierungsplatte 8 als auch das Gewicht sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Einer oder mehrere andere Anschlüsse 48 können ebenso in der Wand 41 der Diagnosekammer 42 bereitgestellt sein, um andere Typen von Sensoren einschließlich dielektrischer Sensoren, Temperatursensoren und/oder Drucksensoren und dergleichen einzubringen, um andere Fluidparameter zu erfassen.
2 zeigt eine weitere Form eines Viskosimeters 50 gemäß der Erfindung zum kontinuierlichen Erfassen der Fluidviskosität, indem die auf einen Druckluftmotor 51 anstatt eines Präzisionsmotors aufgebrachte Belastung erfasst wird. In dieser Ausführungsform tritt das Fluid in das Viskosimeter über Schlitze 52 in einer Abdeckung oder Kappe 53 auf dem äußeren Ende einer Viskosimeterabdeckung 54 ein und strömt durch eine ringförmige Lücke 55 zwischen dem Gewicht 56 und dem Lager 54 und durch eine Vielzahl von diskreten in Umfangsrichtung beabstandeten Öffnungen 57 in der Wand 58 des Lagers nahe dessen geschlossenem Ende 59 hinaus, die einer kontinuierlichen Wand 60 des Gewichts zugewandt sind. Während einer differentiellen Rotation des Gewichts und des Lagers erzeugen diese diskreten Öffnungen 57 um den Umfang des Lagers koaxial zu dem rotierenden Gewicht eine Druckdifferenz, wodurch bewirkt wird, dass Fluid durch das Viskosimeter als Funktion der Rotationsgeschwindigkeit des Viskosimeters und der Fluidviskosität gepumpt wird.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform sind die diskreten Öffnungen 57 in der Lagerseitenwand 58 nahe angrenzend an der geschlossen Endwand 59 des Lagers angeordnet, um zu ermöglichen, dass jedwede Reststoffe oder Ablagerungen innerhalb des durch das Viskosimeter strömenden Fluids, das Lager über die Öffnungen verlassen.
Das Gewicht 56 ist für eine relative Rotation innerhalb des Lagers 54 mittels einer Gewichtswelle 61 angebracht, die in eine koaxiale Bohrung 62 in einer querverlaufenden Wand 63 zwischen den Enden des Gewichts gedrückt ist. Die Gewichtswelle 61 erstreckt sich über gegenüberliegende Enden des Gewichts hinaus in Bronzeeinsätze 64, 65 hinein, die in koaxiale Aussparungen in der Abdeckung 53 und der Lagerendwand 59 gedrückt sind. Jeder Bronzeeinsatz weist ein nahes Toleranzloch mit einem Halbkugelradius am Boden für eine sitzende Ineingriffnahme durch die Enden der Gewichtswelle auf, die Radien aufweisen, die ein wenig kleiner sind, als die Radien der Bronzeeinsätze, wodurch sich das Gewicht innerhalb der Einsätze ohne große Anstrengung wie ein Kreisel bewegen wird. Vorzugsweise beträgt der Endtotgang zwischen der Gewichtswelle 61 und den Lagereinsätzen 64, 65 nicht mehr als 0,025 cm (010 Zoll), womit es ermöglicht wird, dass das Viskosimeter praktisch in jeder Position betrieben werden kann.
Am inneren Ende des Gewichts 56 befindet sich eine zylindrische Aussparung 70, die den angetriebenen Magneten 71 einer magnetischen Antriebskopplung 72 enthält, die verwendet wird, um das Gewicht mittels des Druckluftmotors 51 anzutreiben, wie nachstehend beschrieben wird. Der angetriebene Magnet 71 ist von einer Seite zu der anderen in Nord-Süd-Richtung polarisiert, anstatt, was üblicher ist, von der Sitze zum Boden.
Die Druckluftmotoreinheit 51, die das Viskosimetergewicht antreibt, umfasst einen Luftrotor 73, der für eine Rotation innerhalb eines Motorgehäuses 74 angebracht ist. An einem Ende des Motorgehäuses 74 befindet sich eine innen mit einem Gewinde versehene Bohrung 75 für eine durch Gewinde bewirkte Ineingriffnahme durch ein außen mit einem Gewinde versehenes inneres Ende 76 des Viskosimeterlagers 54. In dem Motorgehäuse ist eine Gegenbohrung 77 mit größerem Durchmesser koaxial von dem internen Gewinde 75 beabstandet, die eine Ringabdichtung 78 für eine abdichtende Ineingriffnahme mit einer zylindrischen Fläche 79 mit größerem Durchmesser auf dem Viskosimeterlager 54 enthält.
Eine Endabdeckung 80, die eine koaxiale Bohrung 81 enthält, ist mittels eines Gewindes an das andere Ende des Motorgehäuses 74 angebracht. Ein Rollenlager 82 ist in die Bohrung 81 gedrückt, durch welches sich die Rotorwelle 83 erstreckt, um den Rotor 73 zu stabilisieren. Ein zweites Rollenlager 84 ist in eine koaxiale Bohrung 85 in dem Motorgehäuse 74 gedrückt, das von der Endabdeckung 80 koaxial beabstandet ist, um eine Gleitpassung für die Rotorwelle bereitzustellen.
Ein magnetischer Antrieb 86, der eine Tasche 87 zur Aufnahme des Antriebsmagneten 88 der magnetischen Antriebskopplung 72 enthält, ist mittels Gewinden mit dem inneren Ende der Rotorwelle 83 verbunden. Der Taschenabschnitt 87 des magnetischen Antriebs 86, der den Antriebsmagneten 88 enthält, erstreckt sich in eine ringförmige Aussparung 90 in dem innersten Ende des Viskosimeterlagers 54. Der axiale Abstand zwischen dem Antriebsmagneten 88 und dem angetrieben Magneten 71 der magnetischen Antriebskopplung 72 wird eingestellt, indem die Rotorwelle 83 innerhalb des Motorgehäuses 74 und einer inneren Schulter 91 auf dem Motorengehäuse lokalisiert wird, gegen die das Viskosimeterlager 54 verriegelt ist.
Das Motorgehäuse 74 und die Endabdeckung 80 sowie die Rotorwelle 83 und der magnetische Antrieb 86 bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, wohingegen der Rotor 73 vorzugsweise aus Aluminium besteht. Der Rotor 73 ist mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Wandflächen 94 bereitgestellt. Regulierter Luftdruck wird über Einlassanschlüsse und Auslassanschlüsse 95 und 96 in dem Motorgehäuse 74 in Ausrichtung mit dem Rotor gelenkt, um den Rotor und somit das daran magnetisch gekoppelte Viskosimetergewicht 56 anzutreiben. Eine Nabenfläche 97 mit Zahnradzähnen zum Erfassen der UPM des Rotors ist an das äußere Ende der Rotorwelle 83 angebracht.
Am inneren Ende des Rotorgehäuses 74 befinden sich Außengewinde 98 für eine Ineingriffnahme mittels Gewinden mit einer Öffnung 99 in der Wand 41 der Diagnosekammer 42, wobei die feuchte Seite des Viskosimeters 50 das Viskosimeterlager 54 enthält und sich das Gewicht 56 in das Fluid innerhalb der Kammer erstreckt. Eine differentielle Gewichts- /Lagerrotation bewirkt, dass Fluid von dem Volumen innerhalb der Diagnosekammer durch die Schlitze 52 in der Lagerabdeckung 53, sodann durch die ringförmige Lücke 55 zwischen dem Gewicht und dem Lager und durch die diskreten Öffnungen 57 in der Lagerwand in das Volumen innerhalb der Diagnosekammer außerhalb des Lagers hinaus strömt.
Variationen der Fluidviskosität beeinflussen die Belastung des Druckluftmotors 51 aufgrund der Änderung der Reibung zwischen dem relativ rotierenden Gewicht 56 und dem Lager 54.
In diesem Fall werden jedoch die Änderungen der Viskosität in regulierten Luftdruck und UPM des Rotors 73 umgesetzt, die durch die Elektronik in der Steuereinheit 100 erfasst werden. Auch in diesem Fall können diese Variationen gegenüber bekannten Viskositäten kalibriert werden und in das elektronische Steuersystem 100 einprogrammiert werden, um es zu ermöglichen, sehr kleine Änderungen der Viskosität zu erfassen.
Falls dies erwünscht wird, können diskrete Öffnungen, die verwendet werden, um eine Druckdifferenz zu erzeugen und um zu bewirken, dass ein Fluid während einer relativen Gewichts-/Lagerrotation durch das Viskosimeter gepumpt wird, in dem Gewicht anstatt in dem Lager oder sowohl in dem Gewicht als auch dem Lager bereitgestellt werden. 3 zeigt schematisch eine Gewichts- 105 und Lageranordnung 106, bei der das Gewicht 105 an einem Ende 107 angrenzend dem geschlossenen Ende 108 des Lagers geschlossen ist und an dem anderen Ende 109 offen ist und diskrete in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen 110 in der Wand 111 des Gewichts nahe dem geschlossenen Ende 107 aufweist, die einer kontinuierlichen Wand 112 des Bechers zugewandt sind. In dieser Ausführungsform bewirkt eine differentielle Gewichts-/Lagerrotation, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des Gewichts (z.B. innerhalb der Diagnosekammer 42) durch das Gewicht 105 und durch die diskreten Öffnungen 110 in der Gewichtswand 111 und sodann durch die ringförmige Lücke 113 zwischen dem Gewicht und dem Lager und zurück in das Volumen außerhalb des Lagers hinausströmt.
4 und 5 zeigen schematisch weitere Gewichts-/Lagerausführungsformen, die ähnlich zu der in 3 dargestellten Ausführungsform sind mit der Ausnahme, dass sowohl in 4 als auch in 5 das Gewicht 115 und das Lager 116 diskrete in Umfangsrichtung beabstandete radiale Öffnungen 117, 118 in deren jeweiligen Wänden 119, 120 aufweisen, die sich in axial beabstandeter Beziehung zueinander befinden und einer kontinuierlichen Wand 121, 122 des anderen Elements zugewandt sind. In 4 grenzen die diskreten Öffnungen 117 in dem Gewicht 115 an das geschlossene Ende 123 des Gewichts und die diskreten Öffnungen 118 in dem Lager 116 befinden sich nahe dem offenen Ende 124 des Gewichts, wohingegen in 5 die diskreten Öffnungen 117 in dem Gewicht sich nahe dem offenen Ende 124 des Gewichts befinden und die diskreten Öffnungen 118 in dem Lager sich nahe dem geschlossenen Ende 123 des Gewichts befinden. In beiden Fällen bewirkt eine differentielle Gewichts-/Lagerrotation, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des Gewichts durch das Gewicht, sodann durch die diskreten Öffnungen 117 in der Wand des Gewichts und durch die ringförmige Lücke 125 zwischen dem Gewicht und dem Lager und durch die diskreten Öffnungen 118 in der Wand des Lagers hinaus strömt und zu dem Volumen außerhalb des Lagers zurückkehrt.
6 und 7 zeigen zwei weitere Gewichts-/Lagerausführungsformen gemäß der Erfindung, bei denen eine Reihe alternierender koaxialer Zylinder 130–135 endlicher Wanddicke alternierend von einem Paar von axial beabstandeten Endplatten 136, 137 getragen werden. In dieser Anordnung ist der Zylinder 130 das Gewicht in dem Lager, das von dem Zylinder 131 und der Endplatte 137 ausgebildet wird. Der Zylinder 131 ist das Gewicht in dem Lager, das von dem Zylinder 132 und der Endplatte 136 ausgebildet wird. Der Zylinder 132 ist das Gewicht in dem Lager, das von dem Zylinder 133 und der Endplatte 137 ausgebildet wird. Der Zylinder 133 ist das Gewicht in dem Lager, das von dem Zylinder 134 und der Endplatte 136 ausgebildet wird. Der Zylinder 134 ist das Gewicht in dem Lager, das von dem Zylinder 135 und der Endplatte 137 ausgebildet wird. Die Endplatte 136 weist eine mittlere Öffnung 144 auf, die eine Fluidkommunikation zwischen einem Fluidvolumen außerhalb der Endplatte 136 (z.B. die in den 1 und 2 dargestellte Diagnosekammer 42) und dem Zylinder 130 bereitstellt. In der Ausführungsform von 6 sind diskrete in Umfangsrichtung beabstandete radiale Öffnungen 145 durch die Wand wenigstens eines Zylinders in der Nähe seines offenen Endes bereitgestellt, die einer kontinuierlichen Wand des benachbarten Zylinders oder der benachbarten Zylinder zugewandt sind. Wenn beispielsweise die Öffnungen 145 entweder durch den innersten oder den äußersten Zylinder 130 oder 135 verlaufen, dann sind die Öffnungen 145 lediglich einer angrenzenden zylindrischen Wand 131 oder 134 zugewandt, wohingegen, wenn die Öffnungen 145 durch irgendeinen der dazwischen liegenden Zylinder 131, 132 und 133 verlaufen, dann sind die Öffnungen 145 zwei angrenzenden zylindrischen Wänden zugewandt. In der Ausführungsform von 7 ist der Zylinder wenigstens eines Gewichts/Lagers nahe der Endplatte des angrenzenden Gewichts/Lagers angeordnet, so dass die Trennung 146 zwischen dem Ende des einen Gewichts- /Lagerzylinders und der Endplatte des angrenzenden Lagers/Gewichts ungefähr die Hälfte bis das Fünffache der Lücke 147 zwischen benachbarten Zylindern beträgt.
In beiden in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen bewirkt eine differentielle Rotation der Endplatten 136, 137 und somit der dazugehörigen Zylinder 130–135, dass Fluid von einem Volumen außerhalb der Endplatte 136 (z.B. die in den 1 und 2 gezeigte Diagnosekammer 42) durch den zentralen Zylinder 130 und die Trennungen 146 zwischen den Gewichts-/Lagerzylindern und den gegenüberliegenden Endplatten (und im Fall der in 6 dargestellten Ausführungsform durch die in Umfangsrichtung beabstandeten Öffnungen 145 in der zylindrischen Wand wenigstens eines Gewichts/Lagers), sodann durch die ringförmigen Lücken 147 zwischen benachbarten Gewichts-/Lagerzylindern und durch die ringförmige Lücke zwischen dem letzten der Gewichts-/Lagerzylinder in das Volumen außerhalb des äußersten Zylinders 135 hinausströmt.
8 bis 10 zeigen schematisch noch weitere Gewichts-/Lagerausführungsformen, bei denen die Gewichte 150 und die Lager 151 axial symmetrisch, jedoch nicht zylindrisch sind. Bei jedem dieser Fälle weisen die Gewichte 150 eine koaxiale Bohrung 152 auf, die durch das ganze Gewicht verläuft. Ebenso sind die relativen Formen der Gewichte und der Lager derart, dass die Lücken 153 zwischen diesen, wie in 8 dargestellt, gleich bleiben oder, wie in den 9 und 10 dargestellt, als Funktion des Radius von der gemeinsamen Achse der Gewichte und Lager zunehmen, um das Pumpen und ein Entfernen von Partikeln zu erleichtern. Eine differentielle Gewichts-/Lagerrotation bewirkt, dass Fluid von einem Volumen außerhalb der Gewichte durch die koaxialen Öffnungen in den Gewichten und die Lücken zwischen den Gewichten und Lagern und hinaus in ein Volumen außerhalb der Lager strömt.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die unterschiedlichen Viskosimeter gemäß der vorliegenden Erfindung neue Gewichts-/Lagerausgestaltungen umfassen, die diskrete in Umfangsrichtung beabstandete radiale Öffnungen in der Wand entweder des Gewichts oder des Lagers oder beiden aufweisen, die einer zylindrischen Oberfläche auf dem anderen Gewicht/Lager zugewandt sind oder wobei beide Enden des Gewichts offen sind und der axiale Abstand zwischen dem Ende des Gewichts und dem angrenzenden Lagerboden zwischen der Hälfte und dem Fünffachen der ringförmigen Lücke zwischen dem Gewicht/Lager entspricht, um eine Druckdifferenz während der Gewichts-/Lagerrotation zu erzeugen, um zu bewirken, dass Fluid durch das Viskosimeter gepumpt wird. Somit sind die Viskosimeter dazu geeignet, einen Fluidstrom durch die Viskosimeter aufrecht zu erhalten, der eine Funktion der Rotationsgeschwindigkeit des Viskosimeters sowie der Fluidviskosität ist, unabhängig von irgendwelchen Quellen, die verwendet werden, um eine Fluiddruckdifferenz zu erzeugen. Dieses selbstpumpende Merkmal ist außerdem wichtig, wenn Fluide mit geringer Viskosität gemessen werden, die Partikel enthalten, da die Pumpwirkung die Partikel während des normalen Betriebs in Lösung hält und Partikel wieder auflöst, falls ein Ablagern während des Ausschaltens erfolgt.
Obgleich die Erfindung in Bezug auf bestimmten bevorzugte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass äquivalente Änderungen und Modifikationen sich dem Fachmann ergeben werden, wenn dieser die Beschreibung liest und versteht. Die vorliegende Erfindung umfasst alle derartigen äquivalenten Änderungen und Modifikationen und ist lediglich durch den Schutzumfang der Ansprüche beschränkt.

Claims

Viskosimeter zum Messen oder Bestimmen der Spannung, die erforderlich ist, um ein Fluid mit einer gegebenen Rate zu scheren, wobei das Viskosimeter ein Paar von Elementen umfasst, die für eine relative Rotation koaxial angebracht sind, wobei eines der Elemente ein Lager umfasst und das andere Element ein Gewicht umfasst, das koaxial innerhalb des Lagers angebracht ist, wobei das Gewicht ein geschlossenes Ende angrenzend an ein geschlossenes Ende des Lagers umfasst und wobei sich umfänglich beabstandete, diskrete Öffnungen durch eine Wand des Gewichts angrenzend an das geschlossene Ende des Gewichts erstrecken und einer ununterbrochenen Wand des Lagers zugewandt sind, eine ringförmige Lücke zwischen den Elementen, die einen Flussweg für das Fluid definiert, eine Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer solchen differentiellen Rotation, Mittel innerhalb des Flussweges, um zu bewirken, dass Fluid während einer solchen differentiellen Rotation durch die Lücke fließt, die eine Funktion der differentiellen Rotationsrate zwischen den Elementen und der Viskosität des Fluids ist, sowie einen Sensor zum Messen des Drehmoments oder des Drehmomentäquivalents, das erforderlich ist, um eine solche differentielle Rotation zwischen den Elementen zu erreichen.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Bewirken der Fluidströmung durch die Lücke eine Vielzahl von umfänglich beabstandeten, diskreten Öffnungen in einem der Elemente umfasst, durch die das Fluid strömt, um einen Differenzdruck zu erzeugen, wodurch bewirkt wird, dass das Fluid durch die Lücke gepumpt wird.
Viskosimeter nach Anspruch 2, wobei sich die diskreten Öffnungen durch eine Wand von einem der Elemente erstrecken und einer ununterbrochenen Wand des anderen Elements zugewandt sind.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei sich die diskreten Öffnungen durch ein Wand des Lagers angrenzend an dem geschlossenen Ende des Lagers erstrecken und einer ununterbrochenen Wand des Gewichts zugewandt sind.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei sich die diskreten Öffnungen sowohl durch eine Wand des Gewichts als auch durch eine Wand des Lagers erstrecken.
Viskosimeter nach Anspruch 5, wobei die diskreten Öffnungen durch die Wand des Gewichts an das geschlossene Ende des Gewichts angrenzen und einer ununterbrochenen Wand des Lagers zugewandt sind, und wobei sich die diskreten Öffnungen durch die Wand des Lagers in der Nähe eines offenen Endes des Gewichts befinden und einer ununterbrochenen Wand des Lagers zugewandt sind.
Viskosimeter nach Anspruch 5, wobei die diskreten Öffnungen durch die Wand des Lagers an das geschlossene Ende des Lagers angrenzen und einer ununterbrochenen Wand des Gewichts zugewandt sind, und wobei die diskreten Öffnungen durch die Wand des Gewichts axial von den diskreten Öffnungen durch die Wand des Lagers beabstandet sind und einer ununterbrochenen Wand des Lagers zugewandt sind.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei eines der Elemente ein Lager umfasst und das andere Element ein Gewicht umfasst, das koaxial innerhalb des Lagers mit einem Abstand zwischen einem inneren Ende des Gewichts und einem geschlossenen Ende des Lagers angebracht ist, der zwischen der Hälfte und dem Fünffachen der ringförmigen Lücke zwischen den Elementen beträgt, wobei das Gewicht einen Längsdurchgangsweg durch dieses aufweist, wodurch eine differentielle Rotation des Gewichts und des Lagers bewirkt, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des Gewichts durch das Gewicht, durch den Abstand zwischen dem Gewicht und dem Lager und durch die ringförmige Lücke zu einem Volumen außerhalb des Lagers fließt.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei die Elemente durch koaxiale Zylinder auf einem Paar von axial beabstandeten Endplatten ausgebildet sind, die für eine differentielle Rotation angebracht sind, wobei eine der Endplatten eine zentrale Öffnung aufweist, die eine Fluidkommunikation zwischen einem Fluidvolumen außerhalb der einen Endplatte und einem der Zylinder bereitstellt.
Viskosimeter nach Anspruch 9, wobei die Mittel zum Bewirken einer Fluidströmung durch die Lücke einen Abstand zwischen wenigstens einem der Zylinder auf einer der Endplatten und der anderen Endplatte umfasst, der zwischen der Hälfte und dem Fünffachen der Lücke beträgt, die einen Differenzdruck erzeugt, wodurch bewirkt wird, dass das Fluid durch die Lücke gepumpt wird.
Viskosimeter nach Anspruch 9, wobei die Mittel zum Bewirken einer Fluidströmung durch die Lücke eine Vielzahl von umfänglich beabstandeten, diskreten Öffnungen in wenigstens einem der Zylinder umfasst, wobei diese einer ununterbrochenen Wand eines benachbarten Zylinder zugewandt sind, durch die das Fluid strömt, um dadurch einen Differenzdruck zu erzeugen, wodurch bewirkt wird, dass das Fluid durch die Lücke gepumpt wird.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei die Elemente axial symmetrisch, aber nicht zylindrisch sind, wobei die Elemente geformt sind, so dass die ringförmige Lücke als eine Funktion des Radius von einer gemeinsamen Achse der Elemente ansteigt, wodurch ein Differenzdruck erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, dass Fluid von einem Volumen außerhalb eines der Elemente durch das eine Element und durch die Lücke und in ein Volumen außerhalb des anderen Elements fließt.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei die Elemente axial symmetrisch, aber nicht zylindrisch sind, wobei die Elemente geformt sind, so dass die Lücke als eine Funktion des Radius von einer gemeinsamen Achse der Elemente konstant bleibt, wodurch ein Differenzdruck erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, dass Fluid von einem Volumen außerhalb eines der Elemente durch das eine Element und durch die Lücke und in ein Volumen außerhalb des anderen Elements fließt.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinrichtung einen Motor und eine magnetische Antriebskopplung zwischen dem Motor und einem der Elemente umfasst, wobei das andere Element relativ festgestellt ist, wobei die magnetische Antriebskopplung einen Antriebsmagneten umfasst, der rotierbar von dem Motor angetrieben wird, sowie einen angetriebenen Magneten, der von dem Antriebsmagneten angetrieben wird.
Viskosimeter nach Anspruch 14, wobei das andere Element ein Lager umfasst und das eine Element ein Gewicht umfasst, das rotierbar innerhalb des Lagers angebracht ist, wobei der Antriebsmagnet das Lager umgibt.
Viskosimeter nach Anspruch 15, wobei der angetriebene Magnet von dem Gewicht innerhalb des Lagers getragen wird.
Viskosimeter nach Anspruch 15, wobei der angetriebene Magnet das Gewicht ausbildet.
Viskosimeter nach Anspruch 14, wobei das andere Element ein Lager umfasst, das feststehend innerhalb eines Gehäuses angebracht ist, wobei das Gehäuse eine Bohrung in koaxialer Ausrichtung mit einem offenen Ende des Lagers aufweist, sowie eine Hohlwelle, die rotierbar in der Bohrung angebracht ist, wobei sich die Welle in das Lager erstreckt und das eine Element ein Gewicht umfasst, das feststehend auf der Welle innerhalb des Lagers angebracht ist.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei das eine der Elemente ein Lager mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende umfasst, das von einer geschlitzten Abdeckung abgedeckt ist, und wobei das andere der Elemente ein Gewicht umfasst, das rotierbar auf einer Gewichtswelle innerhalb des Lagers angebracht ist, wobei die Welle gegenüberliegende Enden aufweist, die in Lagereinsätzen in der Abdeckung und dem geschlossenen Ende des Lagers aufgenommen sind.
Viskosimeter nach Anspruch 1, wobei das eine der Elemente ein Lager umfasst und das andere der Elemente ein Gewicht umfasst, das rotierbar innerhalb des Lagers angebracht ist, und wobei die Antriebseinrichtung einen Druckluftmotor sowie eine magnetische Antriebskopplung zwischen dem Motor und dem Gewicht umfasst, wobei die magnetische Antriebskopplung einen Antriebsmagneten umfasst, der rotierbar von dem Druckluftmotor angetrieben wird, sowie einen angetriebenen Magneten, der in einer Aussparung in einem inneren Ende des Gewichts angebracht ist, wobei der Druckluftmotor ein Motorgehäuse umfasst, das einen Rotor enthält, durch den ein geregelter Luftdruck zugeführt wird, um den Rotor und somit das Gewicht über die magnetische Antriebskopplung anzutreiben.
Viskosimeter nach Anspruch 19, wobei das Lager ein mit einem Außengewinde versehenes, geschlossenes Ende für ein Aufnehmen mittels des Gewindes in einer mit einem Innengewinde versehenen Bohrung in einem Ende des Motorgehäuses aufweist, und wobei das eine Ende des Motorgehäuses ein Außengewinde für eine Gewindeineingriffnahme in einer Öffnung in einer Diagnosekammer aufweist, wobei sich das Lager in die Kammer erstreckt.
Viskosimeter zum Messen oder Bestimmen der Spannung, die erforderlich ist, um ein Fluid mit einer gegebenen Rate zu scheren, wobei das Viskosimeter ein Paar von Elementen umfasst, die für eine relative Rotation koaxial angebracht sind, eine ringförmige Lücke zwischen den Elementen, die einen Flussweg für das Fluid definiert, eine Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer solchen differentiellen Rotation, sowie einen Sensor, um das Drehmoment oder das Drehmomentäquivalent zu messen, das erforderlich ist, um eine solche differentielle Rotation zwischen den Elementen zu erreichen, wobei die Antriebseinrichtung einen Motor sowie eine magnetische Antriebskupplung zwischen dem Motor und einem der Elemente umfasst, wobei das andere der Elemente relativ feststehend ist, wobei die magnetische Antriebskopplung einen Antriebsmagneten umfasst, der rotierbar von dem Motor angetrieben wird, sowie einen angetriebenen Magneten, der von dem Antriebsmagneten angetrieben wird, wobei das andere Element ein Lager umfasst, das feststehend innerhalb eines Gehäuses angebracht ist, wobei das Gehäuse eine Bohrung in koaxialer Ausrichtung mit einem offenen Ende des Lagers aufweist, sowie eine Hohlwelle, die rotierbar in der Bohrung angebracht ist, wobei sich die Welle in das Lager erstreckt und das eine Element ein Gewicht umfasst, das feststehend auf der Welle innerhalb des Lagers angebracht ist.
Viskosimeter nach Anspruch 21, wobei der angetriebene Magnet das Gewicht innerhalb des Lagers ausbildet.
Viskosimeter nach Anspruch 22, wobei der Antriebsmagnet das Lager umgibt und die Hohlwelle rotierbar in der Bohrung durch Lagerbuchsen ohne jedwede Endachsschubstelle auf der Hohlwelle angebracht ist, wodurch sich der angetriebene Magnet innerhalb des Lagers in dem Magnetfeld des Antriebsmagneten zentral selbst lokalisiert.
Viskosimeter nach Anspruch 23, wobei das Viskosimeter ferner radiale Löcher in dem Gehäuse aufweist, die mit der Bohrung zwischen den Lagerbuchsen kommunizieren, um jedwede Reibungswirkung zu vermindern, die durch Fluid zwischen der Hohlwelle und der Bohrung hervorgerufen wird.
Viskosimeter nach Anspruch 21, wobei das Gewicht hohl ist und eine endliche Wanddicke mit einem Abstand zwischen einem inneren Ende des Gewichts und einem geschlossenen Ende des Lagers aufweist, der zwischen der Hälfte und dem Fünffachen der ringförmigen Lücke zwischen den Elementen entspricht, wodurch eine differentielle Rotation des Gewichts innerhalb des Lagers bewirkt, dass Fluid von einem Volumen außerhalb des Gewichts durch das Gewicht und den Abstand zwischen dem Gewicht und dem Lager und durch die ringförmige Lücke zwischen dem Gewicht und dem Lager und in ein Volumen außerhalb des Lagers fließt.
Viskosimeter nach Anspruch 21, wobei das Viskosimeter ferner eine Diagnosekammer umfasst, die ein Volumen des Fluids enthält, wobei die Kammer eine Öffnung aufweist, in die sich ein Abschnitt des Gehäuses, das die Bohrung enthält, für eine Fluidströmung von innerhalb der Kammer durch das Viskosimeter und zurück in die Kammer erstreckt.
Viskosimeter nach Anspruch 26, wobei der Motor einen Präzisionselektromotor umfasst.
Viskosimeter nach Anspruch 27, wobei das Viskosimeter ferner eine Lokalisierungsplatte umfasst, auf der der Motor angebracht ist, sowie Befestigungsvorrichtungen, um die Platte und das Viskosimetergehäuse an die Diagnosekammer zu befestigen.
Viskosimeter nach Anspruch 28, wobei das Viskosimeter ferner eine Hülse umfasst, die gegen einen nach außen gewendeten Flansch auf dem Lager gedrückt wird, wenn die Befestigungsvorrichtungen angezogen werden, um das Lager an das Gehäuse zu klemmen.
Viskosimeter nach Anspruch 27, wobei der Sensor Mittel zum Überwachen der Motorengeschwindigkeit und der Spannungsänderungen einschließt, die gegenüber bekannten Viskositäten kalibriert sind, um verhältnismäßig kleine Änderungen der Viskosität des Fluids über einen erwarteten Viskositätsmessbereich zu erfassen.
Viskosimeter zum Messen oder Bestimmen der Spannung, die erforderlich ist, um ein Fluid mit einer gegebenen Rate zu scheren, wobei das Viskosimeter ein Paar von Elementen umfasst, die für eine relative Rotation koaxial angebracht sind, eine ringförmige Lücke zwischen den Elementen, die einen Flussweg für das Fluid definiert, eine Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer solchen differentiellen Rotation, sowie einen Sensor zum Messen des Drehmoments oder des Drehmomentäquivalents, das erforderlich ist, um eine solche differentielle Rotation zwischen den Elementen zu erreichen, wobei das eine der Elemente ein Lager mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende umfasst, das von einer geschlitzten Abdeckung abgedeckt ist, und wobei das andere Element ein Gewicht umfasst, das rotierbar auf einer Gewichtswelle innerhalb des Lagers angebracht ist, wobei die Welle gegenüberliegende Enden aufweist, die in Lagereinsätzen in der Abdeckung und dem geschlossenen Ende des Lagers aufgenommen sind, wobei die Lagereinsätze in koaxiale Aussparungen in der Abdeckung und dem geschlossenen Ende des Lagers gedrückt werden, wobei die Lagereinsätze Halbkugelradien für eine sitzende Ineingriffnahme durch die Enden der Gewichtswelle aufweisen, wobei die Enden der Gewichtswelle Radien aufweisen, die ein wenig kleiner als die Radien der Lagereinsätze sind, wodurch das Gewicht sich innerhalb der Lagereinsätze wie ein Kreisel bewegen wird, ohne dass ein großer Aufwand erforderlich ist.
Viskosimeter nach Anspruch 31, wobei der Endtotgang zwischen der Gewichtswelle und den Lagereinsätzen nicht mehr als 0,025 cm (.010 Zoll) beträgt.
Viskosimeter zum Messen oder Bestimmen der Spannung, die erforderlich ist, um ein Fluid mit einer gegebenen Rate zu scheren, wobei das Viskosimeter ein Paar von Elementen umfasst, die für eine relative Rotation koaxial angebracht sind, eine ringförmige Lücke zwischen den Elementen, die einen Flussweg für das Fluid definiert, eine Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer solchen differentiellen Rotation, sowie einen Sensor zum Messen des Drehmoments oder des Drehmomentäquivalents, das erforderlich ist, um eine solche differentielle Rotation zwischen den Elementen zu erreichen, wobei das eine der Elemente ein Lager umfasst und das andere Element ein Gewicht umfasst, das rotierbar innerhalb des Lagers angebracht ist, wobei die Antriebseinrichtung einen Druckluftmotor umfasst, sowie eine magnetische Antriebskupplung zwischen dem Motor und dem Gewicht, wobei die magnetische Antriebskopplung einen Antriebsmagneten umfasst, der rotierbar von dem Druckluftmotor angetrieben wird, sowie einen angetriebenen Magneten, der in einer Aussparung in einem inneren Ende des Gewichts angebracht ist, wobei das Lager ein mit einem Außengewinde versehenes, geschlossenes Ende für ein Aufnehmen mittels des Gewindes in einer mit einem Innengewinde versehenen Bohrung in einem Ende des Motorgehäuses aufweist und das eine Ende des Motorgehäuses ein Außengewinde für eine Gewindeineingriffnahme in einer Öffnung in einer Diagnosekammer aufweist, wobei sich das Lager in die Kammer erstreckt, sowie eine Rotorwelle, auf der der Rotor innerhalb des Motorgehäuses rotierbar angebracht ist, wobei die Rotorwelle ein inneres Ende aufweist, das sich koaxial in die Bohrung in dem Motorgehäuse erstreckt, wobei der Antriebsmagnet auf dem inneren Ende der Rotorwelle für eine Rotation durch den Druckluftmotor angebracht ist.
Viskosimeter nach Anspruch 33, wobei das Viskosimeter ferner eine Aussparung in dem geschlossenen Ende des Lagers umfasst, in die sich der Antriebsmagnet auf dem inneren Ende der Rotorwelle erstreckt.
Viskosimeter nach Anspruch 33, wobei der Sensor Mittel zum Überwachen des regulierten Luftdrucks und der Umdrehungen pro Minute (UPM) des Rotors einschließt, um die Viskosität des Fluids zu bestimmen.
Viskosimeter nach Anspruch 35, wobei das Viskosimeter ferner Mittel zum Kalibrieren von Veränderungen des regulierten Luftdrucks und der Umdrehungen pro Minute (UPM) des Rotors gegenüber bekannten Viskositäten umfasst, um verhältnismäßig kleine Änderungen der Fluidviskosität zu erfassen.