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Viskosimeter Die zahlreichen bisher bekannten und benutzten Viskosimeter,
die in erster Linie für die Untersuchung von Flüssigkeiten entwickelt wurden, sind
für die Zähigkeitsbestimmung hochviskoser, insbesondere salbenartiger Stoffe mehr
oder weniger- ungeeignet und stellen überdies zum Teil recht umständlich zu handhabende
Apparate dar. Dies gilt beispielsweise für diejenigen Apparate, bei denen als Kriterium
der Zähigkeit die Druckhöhe benutzt wird, welche erforderlich ist, um das Medium
mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch einen Widerstand (gewöhnlich eine Kapillare)
hindurchzudrücken. Sie ermöglichen zwar eine direkte Skalenablesung, benötigen jedoch
zur Einhaltung einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit mechanische Antriebswerke,
pneumatische Druckregler oder ähnliche Einrichtungen, deren Funktion überwacht und
reguliert werden muß. Vielfach wird auch die für eine Einzelmessung benötigte lange
Meßzeit als Nachteil empfunden.
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Ebenso sind die Instrumente, welche die Sink- bzw. Steigzeit eines
Körpers innerhalb des Mediums als Kriterium der Zähigkeit benutzen, vornehmlich
für die Untersuchung flüssiger Stoffe geeignet. Sie zeichnen sich zwar teilweise
durch einfache Bauart aus, doch bedeuten die Notwendigkeit der Zeitmessung, die
erforderlichen Umrechnungen oder Benutzung von Tabellen Nachteile, da hierdurch
die Einzelmessung erschwert und die Meßzeit verlängert wird.
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Bei Apparaten der von Couette angegebenen Art mit einem die zu prüfende
Flüssigkeit enthaltenden rotierenden Gefäß und einer in die Flüssigkeit eintauchenden
runden Scheibe, welche koaxial zum rotierenden Gefäß an einem Torsionsdraht aufgehängt
und deren Verdrehung das Maß für die Viskosität ist, ferner bei den Apparaten, die
den Antriebswiderstand eines Rührwerkes als Maßstab der Viskosität benutzen und
die an sich für hochviskose Medien geeignet erscheinen, mußte insbesondere bei der
Untersuchung von Druckfarben festgestellt werden, daß die Dauer der vorangegangenen
Durchwirbelung bzw. Durchmischung des Mediums von großem Einfluß auf das Meßergebnis
ist.
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Da bei hochviskosen Kolloiden und Emulsionen bekanntlich mit einer
sogenannten scheinbaren oder relativen Zähigkeit gerechnet werden muß, ergibt sich
für die Erzielung praktisch verwertbarer Meßergebnisse weiterhin. die Forderung,
die Schichtdicke des Mediums bei der Messung auf einen Betrag zu bringen, welcher
demjenigen bei der praktischen Verwendung möglichst nahekommt. Erwünscht ist ferner,
die gewählte Schichtdecke in gewissen Grenzen verändern zu können, um etwaige Ungesetzmäßigkeiten
im Verhalten verschiedener Stoffe festzustellen. Die Einstellung kleiner Schichtdicken
ist auch bei der erwähnten Konstruktionnach C o u e t t e, bei welcher eine Veränderung
der Eintauchtiefe des scheibenförmigen Körpers möglich ist und schon vorgeschlagen
wurde, wegen der geringen Druckfestigkeit des Torsionsdrahtes nicht möglich, ganz
abgesehen davon, daß der Einfluß der Viskosität auf die obere Fläche und auf die
seitliche
Mantelfläche des Tauchkörpers störend in Erscheinung tritt.
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Eine Untersuchung bei geringen Schichtdicken des- Mediums findet zwar
bereits bei den sogenannten Qlprüfmaschinen statt. Das 0l befindet sich zwischen
den kreisförmigen Oberflächen zweier sich koaxial gegenüberstehender Platter., die
durch Federn oder Schraubenspindeln gegeneinandergedrückt werden, und es wird der
durch die Schmierfähigkeit des Öles bedingte Widerstand gemessen, den die Platten
einer gegenseitigen Verdrehung entgegensetzen. Diese Methode mag wohl für die Bestimmung
der Schmierfähigkeit von Ölen geeignet sein; da indessen der jeweilige Betrag der
Schichtdicke weder auf bestimmte Werte einstellbar noch meßbar ist, so können Absolutbestimmungen
der Viskosität, für deren Auswertung die genaue Kenntnis der Schichtdicke unerläßlich
ist, nicht vorgenommen werden.
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Zur Vermeidung , der erwähnten Nachteile werden nach der Erfindung
Vorrichtungen bekannter Art, bei denen die durch den zu untersuchenden Stoff hervorgerufene
Dämpfung eines Pendels zur Messung der Viskosität benutzt wird, indem der Stoff
zwischen die sich koaxial gegenüberstehenden kreisförmigen Oberflächen zweier Platten
gebracht wird, von denen die eine feststeht, während die andere mit dem Pendelsystem
gekuppelt ist, in der Weise weiter ausgebildet, daß den beiden die Schichtdicke
des Stoffes begrenzenden Platten ein genau bestimmter, unveränderlicher oder beliebig
einstellbarer, vornehmlich Bruchteile eines Millimeters betragender Abstand gegeben
wird.
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Die Vorzüge der neuen Vorrichtung sind der einfache Aufbau ohne besondere
Antriebskraft, bequeme Handhabung und kurze Meßzeit, geringes für die Einzelmessung
benötigtes Stoffquantum, endlich die Möglichkeit von Absolutbestimmungen unter.
Zugrundelegung der bekannten Viskositätsformeln. Der letzte Punkt ist besonders
bei hochviskosen Stoffen von Wichtigkeit, da hierfür Vergleichsstoffe bekannter
Zähigkeit nicht oder nur in spärlicher Auswahl zur Verfügung stehen.
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Die Zeichnung zeigt schematisch in Vorderansicht sowie im Schnitt
ein Ausführungsbeispiel.
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In dem Gestenkörper z ist leicht drehbar die Achse 2' gelagert, auf
der die Nabe 3 befestigt ist. Mit der Nabe sind ein Pendel q. und ein Mitnehmer
5 fest verbunden. Schlägt das Pendel nach rechts aus, so legt sich der Mitnehmer
5 gegen einen Stift 6, der mit einem Index 7 verbunden ist, welcher auf der kreisbogenförmigen,
konzentrisch zur Pendelachse angeordneten Skala 8 verschiebbar ist und als Schleppzeiger
die erreichte größte Schwingungsweite festhält. Mit der Pendelachse starr gekuppelt
ist weiter ein Teller 9, dessen ebener kreisrunder Stirnfläche eine ebensolche Stirnfläche
des zylindrischen Drehkörpers io gegenübersteht. Dieser Körper ist mit Gewinde in
dem Arme ii des Gestellkörpers befestigt, so daß durch Drehen desselben der Luftspalt
zwischen seiner Stirnfläche und dem Teller 9 auf beliebige Werte eingestellt werden
kann. Die Stellung des Zylinders kann durch Anziehen der Klemmschraube 12 gesichert
werden.
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Der zylindrische Körper io trägt weiterhin einen Gewindeansatz 13,
auf welchen die Schraubkappe 1q. aufgesetzt ist. Diese Kappe bildet den Vorratsbehälter
für zu untersuchende Stoffe von salbenartiger Konsistenz, welche durch Drehen der
Kappe durch eine axiale Bohrung zwischen die parallelen Stirnflächen der Körper
9 und io gedrückt werden.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Das Pendel wird nach links um einen
beliebigen Drehwinkel bis zu einer Nullstellung angehoben, die auch durch eine einfache
Ausrastvorrichtung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, festgehalten werden
kann. Nach erfolgter Ausrastung des Pendels wird dieses über die Ruhelage nach der
entgegengesetzten Richtung einen Ausschlag ausführen, der um so kleiner ist, je
größer der Bewegungswiderstand ist, den das zwischen dem Teller 9 und dem zylindrischen
Körper io befindliche zu untersuchende Medium einer relativen Verschiebung der beiden
parallelen Stirnflächen entgegensetzt, d. h. also, je größer seine Viskosität ist.
Der zuvor in die Nullstellung gebrachte Schleppzeiger 7 wird beim Ausschlag des
Pendels durch den Mitnehmer 5 auf der Skala 8 verschoben, um in der dem maximalen
Ausschlag entsprechenden .Stellung stehenzubleiben. Die Skala kann in beliebige
Einheiten zwecks unmittelbarer Ablesung der Viskosität geteilt werden.
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Die Schraubkappe iq. kann genügend groß bemessen werden, um ausreichende
Stoffmengen. für die Durchführung mehrerer Versuche unmittelbar hintereinander aufzunehmen.
An Stelle der Schraubkappe kann auch ein geeigneter Einfüllstutzen für das Einbringen
flüssiger Stoffe aufgesetzt werden. An sich wird für die Einzelmessung nur eine
sehr geringe Stoffmenge benötigt, da durch enge Dimensionierung der Bohrung der
schädliche Raum auf ein Minimum reduziert ist.
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Durch Längsverschiebung des zylindrischen Körpers io läßt sich der
Abstand der beiden Meßflächen und somit die Schichtdicke des Mediums beliebig einstellen.
Eine Veränderung des Meßbereiches ist auf leichte Weise möglich, indem die Belastung
oder auch die wirksame Länge des Pendels verlängert wird. Die Skala kann hierbei
drehbar oder auswechselbar angeordnet
werden oder auch mehrere
Teilungen nebeneinander erhalten.
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Natürlich ist es ohne weiteres möglich, das Instrument finit einer
zusätzlichen Heizvorrichtung auszurüsten, um die Viskosität bei verschiedenen Temperaturen
zu bestimmen. Zu diesem Zweck könnten beispielsweise diejenigen Teile, welche mit
dem zu untersuchenden Medium in Berührung kommen, mit einer elektrischen Heizentwicklung
umgeben sein, oder das Instrument könnte ganz oder teilweise mit einer heizbaren
Kammer umkleidet werden.