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Verfahren und Einrichtung zum Messen der Viskosität von Schmierölen
und anderen Flüssigkeiten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen
der Viskosität von Flüssigkeiten, z. B. von Schmierölen, beim Betrieb von Kraft-
oder Arbeitsmaschinen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.
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Es ist bekannt, die Viskosität von Flüssigkeiten durch Messung des
Flüssigkeitsdruckes vor und in einer Verengung einer Leitung zu bestimmen, die unmittelbar
nach der Verengung ins Freie führt, wobei die Flüssigkeit der Leitung aus einem
Behälter zuströmt, der mit einem Überlauf versehen ist. Der Druck bis zur Auslaßstelle,
also einschließlich der Verengung, wird dabei durch den Überlauf konstant gehalten.
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Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die erwähnte Druckdifferenz
sowohl vom finearen - und vom reziproken quadratischen Wert der Zähigkeit als auch
wesentlich vom quadratischen Wert des spezifischen Gewichts abhängig ist.
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Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß dies in einfacher
Weise vermieden wird, wenn der Druck unmittelbar vor der Verengung konstant gehalten
und die Druckdifferenz gemessen wird, die zwischen einem bestimmten Bruchteil des
Druckes vor der Verengung und dem ganzen
Druck in der Verengung besteht, wenn it : z das Verhältnis der Gesamtrcibung in
der Verengung zur Teilreibung bis zur Meßstelle in der Verengung ist. Wie nachstehend
dargelegt wind, ist diese Druckdifferenz nur dem reziproken quadratischen Wert der
Zähigkeit proportional, so daß eine einfache, genau zu eichende Skala für die Ablesung-derViskosität
benutzt werden kann, wobei gleichzeitig die Genauigkeit der Viskositätsbestimmung
erhöht wird.
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In weiterer Ausgestaltung .der Erfindung wird zur - Durchführung des
Verfahrens in der Leitung vor der Verengung ein Maximalventil angeordnet, das den
Druck an dieser Stelle konstant hält, während die erwähnte Druckdifferenz durch
einen an die betreffendenLeitungsstellen angeschlossenen und unter Federwirkung
stehenden Doppelkolben gemessen wird, dessen wirksame Kolbenflächen in einem solchen
Verhältnis zueinander stehen, daß der auf den Doppelkolben ausgeübte und auf einer
Skala ablesbare resultierende Druck der genannten Druckdifferenz entspricht.
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Die Anwendung von Doppelkolben ist für die Regelung von Flüssigkeitsströmen
bekannt. Bei solchen Einrichtungen ist jedoch eine Verschiedenheit der Arbeitsflächen,
wie sie für die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung wesentlich ist, noch
nicht in Betracht gezogen worden.
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Im folgenden soll nun die Formel" abgeleitet
werden,
aus der hervorgeht, daß die Viskosität der Flüssigkeit durch Messen der Differenz
zwischen einem bestimmten Teil
des Druckes P, in der Leitung vor der Verengung und dem ganzen Druck P._
in der Verengung bestimmt werden kann.
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Iss wird vorausgesetzt, daß die Flüssigkeit durch eine Leitung wechselnden
Oberschnitts ströme. Die Leitung besitze die Meßstellen i, 3 (s. beiliegende Zeichnung).
Die Querschnitte an den Mefstellen z und 3 seien einander gleich, die Meßstelle
3 befinde sich am Ende des Leitungsteiles, d. h. Strömungsdruck P, - o. Ferner so,
in dem Leitungsstück i bis z genau die gleiche Reiburig wie in dem Leitungsstück
2 bis 3 vorhanden sein. Unter diesen V oratissetzungen lassen sich folgende Formelh
aufstellen: (I) P, = 71- vi - c1,3 und
In diesen Gleichungen bedeutet: P, Druck in der Leitung an der Meßstelle i,
21 absolute Viskosität der Flüssigkeit, v1 Flüssigkeits--eschwindigkeit in
der Meßstelle r, Ci,3 Konstante für das Leitungsstück i bis 3 (bei wirbelfreier
Strömung), welche von der Form des Leitungsstückes abhängig ist, P. Druck an der
Meßstelle 2, y spez. Gewicht der Flüssigkeit, F, Leitungsquerschnitt an der 'Ießstelle
i, F= Leitungsquerschnitt an der Meßstelle 2.
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Nach obenstehender Gleichtmz (2) ist also
Wenn nun, wie es bei der vorliegenden Erfindun:; Voraussetzung ist, der Druck an
der Naeßstelle i konstant gehalten wird, so gilt P,. = sonst.
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Dann ist nach Gleichung (i)
bzw.
Die Gleichung (G) in Gleichung (3) eingesetzt, er-ibt
' <l. 1i. die Bestimmung der Druckdifferenz
gibt ein Maß für die Viskosität, und zwar ein rezil>rolc quadratisches. Die vorstehenden
Formeln hatten zur Voraussetzung, daß die Reibung im Leitungsstück I bis 2
gleich der Reibung im Leitungs-
stück 2 bis 3 ist. @Venn man jedoch allgemein
die Reibung im Leitungsteil i bis
der Gesamtreibung in dem Leitungsstück i bis 3 betragen läßt, so lautet die Glcicliutig
(3) allgemein .
und demnach
.\-ach den Formeln (7) und (7a) kann man also die Viskosität bestimmen, wenn man
die Druckdifferenz -
bzw. auf
eine Einrichtung wirken läßt, die den Wert der Druckdifferenz mittels Zeigervorrichtung
o. d.1. auf eine Skala überträgt. _ Die Skala wird dann zweckmäßig in Viskositätsgraden
geeicht.
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Zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens kann beispielsweise
die in der beiliegenden Zeichnung dargestellte Ausführungsform einer Meßvorrichtung
verwendet werden.
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Die Flüssigkeit, deren Viskosität bestimmt werden soll, strömt aus
dem Behälter a durch die Leitung b in die Meßvorrichtung. Ein sogenanntes Maximalventil
c o. dgl. sorgt dafür, daß der Druck der Flüssigkeit an der Meßstelle z der Vorrichtung
konstant bleibt. In der beispielsweisen Ausführungsform des \@Ialimalventils c drückt
die Flüssigkeit mit dem Druck P1 auf die Kolbenfläche d des Maximalventils. Diesem
Druck wirkt die Kraft der Feder c entgegen, derart, daß bei dem gewünschten, konstant
zu haltenden Druck 1'1 das i\faximalventil c sich in der gezeichneten Lage befindet.
Dabei steht die Üffnung f des Maximalventils genau über der Rohrleitung b, so daß
der ganze Querschnitt freigegeben ist. Würde der Druck in der Leitung b plötzlich
steigen, so, würde der Kolben d nach - rechts gedrückt und damit gleichzeitig auch
die üfnung f verschoben werden, wodurch an dieser Stelle der Leitungsquerschnitt
verengt wird. Der Druck sinkt infolgedessen automatisch auf Gien einzuhaltenden
Normaldruck, und das Maximalventil kehrt in seine Ausgangslage zurück usw. \ach
Durchströmen des -Maximalventils c gelangt die Flüssigkeit bei konstant gehaltenem
Druck in den Leitungsteil !t mit der 1Ießstelle i und anschließend in den verengten
Leitungsteil i itiit der \leßstelle 2. uni schließlich aus dem Leitungsteil 1.,
der den gleichen Querschnitt
wie der Leitungsteil h besitzt, finit
dein Strütnttn'sdruck l';,-o auszutreten. Gemäß den oben aufgestellten horineln
(i) tul.ct (;a) inuß zur Bcstitninutg, der Viskosität die Druckdifferenz bzw.
zwischen einem bestimmten
Teil ` bzw. des
Druel:es P1 in der Leitung h vor der Vercngung i und dein ganzen Druck 1'. in der
Verengung i gemessen werden. Hierzu dient die Doppelkolbenvorrichtung m., die aus
zwei durch eine Stange o verbundenen Kolben p, q
bestellt und gegen die Wirkung
der auf dein Kolben q wirkenden Feder r im Zylinder s verschiebbar
ist. Die Kolben p und q stellen durch die Leitungen t und ?c mit den i1Ießstellen
i und -2 in Verbindung. Die dort herrschenden Drücke wirken in entgegengesetzter
Richtuni; auf die Kolben, der eine Druck von links, der andere von rechts. Dabei
ist die -wirksame Kolbenfläche der verschieden großen Kolben p und q so bemessen,
daß der auf den Doppelkolben ausgeübte resultierende Druck der zti bestimmenden
Druckdifferenz -
bzw.
- P, entspricht. Die Größe dieses restilticrenden Druckes wird mittels Zeigers v
auf einer Skala zu sichtbar gemacht. Die letztere wird zweckmäßig nicht nach Drucken,
sondern narh den im reziproken Verhältnis j dazu stehenden V iskositätsgraden geeicht.
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Zweckmäßig verbindet man die unter der Wirkung der Feder e stellende
Kolbenseite des Maximalventils c sowie den zwischen den Kolben p und q liegenden
Zylinderrahm s iniftels einer Leitung x finit dein Leitungsteil k, in dein -der
Strömungsdruck 1';t - 0
herrscht. Auf <liest ZVeise wird auch der Druck
an den obengenannten Stellen auf dein Wert o gehalten, so daß einwandfreie Mcßet;gebnisse
erzielt werden.