DE702089C

DE702089C - Method and device for toughness measurement

Info

Publication number: DE702089C
Application number: DE1937S0128829
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Gruess
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1937-09-21
Filing date: 1937-09-21
Publication date: 1941-01-30

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Zähigkeitsmessung Es ist eine Einrichtung zur Messung der Zähigkeit von flüssigen oder halbflüssigen Stoffen bekanntgeworden, bei der der zu messende Stoff in einem um seine Längsachse rotierenden, einseitig geschlossenen Hohlzylinder sich befindet. Auf der zu messenden Flüssigkeit schwimmt ein mit einem über einer mitrotierenden Skala spielenden Zeiger versehener Schwimmkorper, dessen Durchmesser wesentlich kleiner als der Zylinderdurchmesser ist. Der von der rotierenden Flüssigkeit mitgenommene Schwimmer wird nach einer kurzen, festgelegten Zeit arretiert.Method and device for toughness measurement It is a device became known for measuring the viscosity of liquid or semi-liquid substances, in which the substance to be measured is one-sided rotating around its longitudinal axis closed hollow cylinder is located. Floats on the liquid to be measured a floating body provided with a pointer playing over a rotating scale, whose diameter is much smaller than the cylinder diameter. The one from the rotating liquid entrained swimmer is laid down after a short Time locked.

Die Stellung des Zeigers entspricht dann nicht mehr -der in der Ruhelage, sondern bildet mit dieser einen \ATinkel, dessen Größe bei sonst gleichbleitbenden Verhältnissen allein von der Viscosität des zu untersuchenden Stoffes abhängt. Wie man leicht einsieht, ist der Winkel um so kleiner, je zäher der Stoff ist. Die bekannte Einrichtung hat vor allem den Nachteil, daß dieselbe nicht eine fortlaufende Messung und Registrierung der Zähigkeit gestattet.The position of the pointer then no longer corresponds to the position in the rest position, but forms with this an angle, the size of which is otherwise constant Relationship depends solely on the viscosity of the substance to be examined. As it is easy to see that the tougher the fabric, the smaller the angle. The well-known The main disadvantage of the device is that it is not a continuous measurement and registration of toughness permitted.

Es ist weiterhin bekannt, die Zähigkeit von Flüssigkeiten oder Gasen dadurch zu messen, daß man in dem mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllten Hohlraum eines Rotationskörpers einen zweiten unterbringt, der entgegen der Wirkung einer Feder aus der Gleichgewichtslage abgelenkt wird. Ein derartiges Gerät ergibt auf Grund der Theorie stets eine gradlinige Beziehung zwischen Zähigkeit und Ablenknngswinkel des beeinflußten Drehkörpers. The viscosity of liquids or gases is also known to be measured by being in the cavity filled with the liquid to be measured of a body of revolution accommodates a second, which is contrary to the action of a The spring is deflected from its equilibrium position. Such a device gives up The theory is always based on a straight line relationship between toughness and deflection angle of the affected rotating body.

Diese gradlinige Beziehung stellt jedoch noch einen Mangel dieser sonst sehr zuverlässigen Methode dar. Die Zähigkeit eines Stoffes ist nämlich derartig abhängig von der Temperatur, daß man die Eigenschaften beispielsweise von Schmiermitteln grundsätzlich nur unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit beurteilt. Da Änderungen von etwa I00°, die den praktischen Anwendungs--erhältnissen der Schmierstoffe durchaus entsprechen, schon eine änderung der Zähigkeit um etwa zwei Zehnerpotenzen zur Folge haben, läßt sich die Zähigkeit eines Stoffes bei derartig verschiedenen Temperaturen nicht mittels einer Gradlaufskala des Anzeigers messen. Man hilft sich bei Zähigkeitsmessern dieser Art durch sehr starke Unterteilung des Meßbereichs, beispielsweise dadurch, daß ein Meßbereich von zwei Zehnerpotenzen in zwanzig kleine Meßbereiche aufgelöst wird. Dies setzt jedoch die dauernde Bedienung des Apparates zwecks Umschaltung auf den gerade notwendigen Meßbereich oder sehr komplizierte, selbsttätig wirkende Einrichtungen solcher Art voraus.However, this straightforward relationship still represents a shortcoming of this otherwise a very reliable method. The toughness of a substance is such depending on the temperature, the properties of lubricants, for example basically only taking into account the temperature dependency judged. Because changes of about 100 °, the practical application of the lubricants, even a change in viscosity of about result in two powers of ten, the toughness of a substance can be reduced to such Do not measure different temperatures using a graduation scale on the indicator. One helps oneself with toughness meters of this type by very strong subdivision of the Measuring range, for example by having a measuring range of two powers of ten is resolved into twenty small measuring ranges. However, this implies the continuous service of the apparatus for the purpose of switching to the measuring range required at the moment or very complicated, self-acting facilities of this kind.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Mängel und insbesondere die Schaffung einer Skala, bei der die Meßgröße etwa proportional dem Logaritllmus der Zähigkeit ist, um auf diese Weise unabhängig von der Größenordnung des Zähigkeitswertes gleiche Meßgenauigkeit zu erreichen. Es hat sich bei der praktischen Beurteilung der Zähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur schon als zweckmäßig ergeben, derartige logarithmische Skalen durch Handübertragung der Meßwerte zu benutzen. Der wesentliche patentbegründete Fortschritt der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, bei Zähigkeitsmessern mit Antriebsrotationskörpern und einem zweiten, in die Flüssigkeit eintauchenden, frei beweglichen Rotationskörper eine wenigstens annähernd logarithmisehe Beziehung zwischen Zähigkeit und dem beobachteten Meßwert zu bilden. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß im stationären Gleichgewicht gemessen wird, das sich einstellt, wenn der zweite, frei bewegliche Körper durch eine von seiner Drehzahl abhängige Bremskraft in seiner Drehgeschwindigkeit beschränkt wird. The invention aims to remedy these deficiencies and in particular the creation of a scale in which the measured variable is roughly proportional to the logarithm The toughness is in order in this way regardless of the order of magnitude of the toughness value to achieve the same measurement accuracy. It has been judged in practice the toughness as a function of the temperature are found to be expedient, such to use logarithmic scales by hand transferring the measured values. The essential one The patent-based advancement of the present invention now resides in tenacity meters with rotary drive bodies and a second, immersed in the liquid, freely movable body of revolution an at least approximately logarithmic relationship between toughness and the observed measured value. This is done according to the invention achieved by measuring in the steady state equilibrium that is established, when the second, freely movable body has a speed dependent on its speed Braking force is limited in its rotational speed.

Es ergibt sich dann Gleichgewicht zwischen antreibendem Drehmoment und dem die Bewegung dämpfenden Bremsmoment, wenn Gleichheit zwischen beiden Kräften besteht. There is then a balance between the driving torque and the braking torque damping the movement, if the two forces are equal consists.

Das Antriebsmoment ist ry worin # die zu messende Zähigkeit, S die Drehzahl des Antriebsrotationskörpers und ii die des mitgenommenen Körpers ist. Das Bremsmoment, das auf diesen Körper wirkt, ist B = C . n, worin C eine Materialkonstante ist, die von der Bemessung des Gerätes abhängt. Für den Fall des Gleichgewichtes sind beide Momente einander gleich. Daraus ergibt sich # = C n .The drive torque is ry where # is the viscosity to be measured, S is the Speed of the drive rotating body and ii is that of the driven body. The braking torque that acts on this body is B = C. n, where C is a material constant which depends on the rating of the device. In the event of equilibrium both moments are equal to each other. This results in # = C n.

N - n Diese Gleichung läßt erkennen, daß die Abhällgigkeit der Zähigkeit von der Drehzahl n ungefähr logaritmisch verläuft. Es ist ersichtlich, daß der Meßbereich zwischen der Drehzahl n = 0 und der Drehzahl n = N den gesamten Bereich der Zähigkeit von o bis oo umfaßt. Des weiteren zeigt eine genaue Prüfung, daß innerhalb eines sehr großen MeR-bereiches von >1 0,2 bis o,g N die Beziehung zwischen dem Logarithmus der Zähigkeit und der Drehzahl fast genau geradlinig ist. Man erreicht daher einen Skalenverlauf eines solchen Viscosimeters, der über 80010 des gesamten Aussehlags die gewünschten gradlinigen Beziehungen zwischen dem Logarithmus der Zähigkeit und dem Zeigerausschlag aufweist. N - n This equation shows that the dependence of the toughness of the speed n runs approximately logaritmically. It can be seen that the measuring range between the speed n = 0 and the speed n = N the entire range of toughness encompasses from o to oo. Furthermore, a close examination shows that within a very large MeR range from> 1 0.2 to 0. g N the relationship between the logarithm the tenacity and the speed is almost exactly straight. One therefore reaches one Scale progression of such a viscometer, which is over 80,010 of the total reading the desired straight line relationships between the logarithm of toughness and the pointer deflection.

Die beiden Endbereiche der Skala umfassen dann enggedrängt den übrigen Bereich der Zähigkeitsskala zwischen o und oo. Die Darstellung der Zähigkeit im logarithmischen Maße hat den Vorteil daß die Meßgenauigkeit, bezogen auf den Sollwert, stets die gleiche Größe besitzt.The two end ranges of the scale then closely encompass the rest Range of the toughness scale between o and oo. The representation of the toughness in the logarithmic dimensions has the advantage that the measurement accuracy, based on the nominal value, always has the same size.

Eine derartige Dämpfung, deren Bremswirkung proportional mit der Drehzahl n wächst, kann auf verschiedene bekannte Weise vorgenommen werden. Besonders empfiehlt sich die Methode der Bremsung mit Hilfe der wenig temperaturabhängigen Luftdämpfung, die man auch durch eine Quecksilberdämpfung ersetzen kann. Such a damping, the braking effect of which is proportional to the The speed n increases can be done in various known ways. Particularly the method of braking with the help of the little temperature-dependent is recommended Air damping, which can also be replaced by mercury damping.

In der Fig. 2 ist ein Gerät auf der Grund lage der Magnetwirbelstrombremse dargestellt. Als Mittel zur Messung der Drehzahl wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Tourendynamo benutzt, die mit dem angetriebenen Rotationskörper fest verbunden ist. Die Drehzahl wird durch Messung des induzierten Stromes mittels eines Anzeige-oder Schreibgerätes festgestellt, welches direkt in Zähigkeitswerten geeicht sein kann. In Fig. 2, a device is based on the magnetic eddy current brake shown. As a means for measuring the speed in this embodiment a touring dynamo is used, which is firmly connected to the driven rotating body is. The speed is determined by measuring the induced current by means of a display or Found writing instrument, which can be calibrated directly in toughness values.

Ein Hauptvorteil der Methode besteht darin, daß der Meßbereich insofern geändert werden kann, als durch Änderung der Konstante C in der angeffihrten Gleichung sich die mit einer bestimmten Drehzahl gemessene Zähigkeit im gleichen Maße ändert. Ändert man z. B. das elektrische Bremsmoment um eine Zehnerpotenz, so verändert sich der Meßbereich des Visosimeters ebenfalls um eine Zehnerpotenz in dem Sinne, daß zwar die Anfangs- und Endwerte wiederum bei einer Zähigkeit von o bzw. # liegen, die Zwischenwerte jedoch die in der Fig. 1 dargestellte Beziehung für die Momente M = 1,10 und 100 aufweisen. Alaun kann auch an Stelle der Veränderung des Bremsmomentes das Antriebsmoment ändern und erhält die gleiche Wirkung. Ein besonderer Vorzug der Zähigkeitsmesser der beschriebenen Art ist die Tatsache, daß der Dämpfungszustand des Gerätes bei gegebener Antriebsgeschwindigkeit unabhängig von der Zähigkeit ist. Dadurch ergibt sich eine Einstellgeschwindigkeit für den mitgenommenen Rotationskörper, die nur von seinem Trägheitsmoment und seinem Bremsmoment abhängt. Während man sonst in Anwendung sowohl der Methode der konzentrischen Zylinder als auch der Kapillarviscosimeter bekanntlich mit sehr starker Änderung der Meßzeiten in Abhängigkeit von der Zähigkeit rechnen muß, die unter Umständen sehr lang sind, ergibt sich in vorliegendem Falle eine von der Zähigkeit unabhängigeZeit, die man mit Leichtigkeit auf einige Sekunden herabdrücken kann. A main advantage of the method is that the measuring range in this respect can be changed than by changing the constant C in the equation given the viscosity measured at a certain speed changes to the same extent. If you change z. B. the electrical braking torque changed by a power of ten the measuring range of the visosimeter is also a power of ten in the sense, that the start and end values are again at a viscosity of o or #, however, the intermediate values have the relationship shown in FIG. 1 for the moments M = 1.10 and 100. Alum can also be used in place of change of the braking torque change the drive torque and have the same effect. A A particular advantage of the viscosity meters of the type described is the fact that the damping state of the device at a given drive speed is independent of toughness is. This results in a setting speed for the entrained rotational body that only depends on its moment of inertia and its braking torque depends. While one is otherwise using both the method of the concentric cylinder as well as the capillary viscometer is known to have a very strong change in the measuring times depending on the toughness, which may be very long, In the present case the result is a time that is independent of the toughness can press down to a few seconds with ease.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. I ist ein Synchronmotor, der dem Antriebsrotationskörper 2 eine bestimmte Drehzahl mitteilt. Er wird von einem feststehenden Teil 3 umhüllt. In Fig. 2 is an embodiment of the subject invention shown. I is a synchronous motor, the drive rotating body 2 a certain Speed communicates. It is surrounded by a fixed part 3.

Innerhalb des Teiles 2 ist ein in diesem Beispiel kegelförmiger Teil 4 angeordnet, der in seiner Höhe mittels seiner Hohlachse 5 verstellbar auf der Achse 6 angeordnet ist. Eine Kupplungsanordnung7 ermöglicht durch die Rasten 8 die Einstellung des Kegels 4 auf mehrere bestimmte Höhen und damit die Einhaltung einer wählbaren Eichkonstanten. Der Teil 4 erhält durch den umlaufenden Teil 2 ein Drehmoment nach Maßgabe der Zähigkeit der durch den Trichter g einfüllbaren Flüssigkeit, welches durch die darüberliegende maguetische Bremseinrichtung abgebremst wird.Inside the part 2 is a conical part in this example 4 arranged, which is adjustable in height by means of its hollow axis 5 on the Axis 6 is arranged. A coupling arrangement 7 enables the notches 8 to Adjustment of the cone 4 to several specific heights and thus compliance with a selectable calibration constants. The part 4 receives a torque from the rotating part 2 depending on the viscosity of the liquid that can be filled through the funnel g, which is braked by the magnetic braking device above.

In dem Feld zweier Magnete 10 läuft eine metallische Bremsscheibe I I, welche direkt auf der Achse 6 des Rotationskörpers 4 sitzt.A metallic brake disk runs in the field of two magnets 10 I I, which sits directly on the axis 6 of the rotating body 4.

Diese Scheibe enthält auch die Wicklung einer magnetelektrischen Maschine, in der Induktionsströme durch die Felder der Magneten 10 bei Bewegung der Scheibe II erzeugt werden. Die Induktionsströme werden durch den Kommutator 12 und die Bürsten I3 gleichgerichtet und abgeleitet. Zwecks Ausgleichs des Temperaturfehlers, den die Bremskraft infolge des Temperaturkoeffizienten des Bremsscheibenmaterials aufweist, wird der in der Tourendynamo erzeugte Strom über einen Widerstand aus temperaturabhängigem Material 14 zu dem Galvanometer 15 geleitet, welches beispielsweise nach Art der Fallbügelschreiber einen Kurvenverlauf der Zähigkeit aufzuzeichnen gestattet.This disc also contains the winding of a magneto-electric machine, in the induction currents through the fields of the magnets 10 when the disc moves II can be generated. The induction currents are passed through the commutator 12 and the brushes I3 rectified and derived. To compensate for the temperature error, the has the braking force due to the temperature coefficient of the brake disc material, the electricity generated in the touring dynamo is made up of a temperature-dependent resistor via a resistor Material 14 passed to the galvanometer 15, which, for example, in the manner of Dart recorder allows to record a curve of the toughness.

Koaxial zu der Hauptachse 6 des mitgeführten Systems ist eine weitere Bremsscheibe I6 angeordnet, die mittels ihrer Hohlachse 17 und einer Kupplungseinrichtung Ig durch Heben eines Zwischengliedes 19 mit der Hauptachse 6 fest verbunden werden kann. Diese Art der Kupplung ist vorteilhaft, weil für den Fall der Abschaltung des starken Bremsmomentes der bewegliche Teil mit einem kleinstmöglichen zusätzlichen Gewicht, dem Kupplungsteil I9, belastet wird. Another is coaxial with the main axis 6 of the system carried along Arranged brake disk I6, by means of its hollow axis 17 and a coupling device Ig can be firmly connected to the main axis 6 by lifting an intermediate member 19 can. This type of coupling is advantageous because it can be used in the event of a shutdown the moving part with the smallest possible additional Weight, the coupling part I9, is loaded.

Die Scheibe I6, die im entkuppelten Zustande in den Schlitzen der Magneten 20 ruht, wird im Falle der Kupplung etwas angehoben und läuft frei zwischen den Schlitzen. Sie wird durch die Magnete 20 abgebremst. Es ist eine - Frage der richtigen Bemessung, durch entsprechend starke Magnetfelder und hohe Leitfähigkeit der Bremsscheibe I6 ein Bremsmoment zu erreichen, welches beispielsweise genau neunmal stärker ist als das Bremsmoment der Bremsscheibe II. Durch Kupplung dieser stärkeren Bremseinrichtung läßt sich daher das gesamte Bremsmoment genau verzehnfachen. Damit vergrößert sich der durch eine bestimmte Geschwindigkeit des Systems angezeigte Zähigkeitswert der zu prüfenden Flüssigkeit um den Faktor IO. The disk I6, which in the uncoupled state in the slots of the Magnet 20 rests, is raised slightly in the case of the coupling and runs freely between the slots. It is braked by the magnets 20. It's a - question of correct dimensioning, through correspondingly strong magnetic fields and high conductivity the brake disk I6 to achieve a braking torque, which, for example, exactly nine times is stronger than the braking torque of the brake disc II. By coupling this stronger Braking device can therefore increase the total braking torque exactly tenfold. In order to that indicated by a certain speed of the system increases Viscosity value of the liquid to be tested by the factor IO.

Da aber die Vergrößerung oder Verkleinerung des Bremsmomentes nicht in dem Maße möglich erscheint, wie es zum Erreichen eines praktisch ausreichend großen Meßbereiches des Gerätes notwendig ist, so ist im Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes die Möglichkeit vorgesehen, durch Vergrößerung des Abstandes zwischen Antriebs- und Folgekegel 2 und 4 das Drehmoment ebenfalls um vorzugsweise genau eine Zehnerpotenz zu verändern. Es sind für die Beeinflussung des Drehmomentes drei Stellungen des Folgekegels 4 vorgesehen. In der ersten Stellung ist der Kegel sehr nahe an den Antriebskegel herangeführt, so daß das Drehmqment bei gegebener Zähigkeit groß ist. In der zweiten, höheren Stellung wird der Abstand so vergrößert, daß bei gleicher wirkenden Fläche und gleicher Zähigkeit lllo des vorher vorhandenen Drehmomentes ausgeübt wird. Nur bei Anwendung von Flüssigkeit von sehr hoher Zähigkeit wird der Kegel noch weiter gehoben, so daß er mit dem Kegelstumpfteil 21 außerhalb der zu untersuchenden Flüssigkeit sich befindet und daher das spezifische Moment der Kupplung zwischen den beiden bewegten Teilen wiederum sehr stark verkleinert wird. But there is no increase or decrease in the braking torque to the extent that it appears practically sufficient to achieve a large measuring range of the device is necessary, so is in the embodiment of Subject of the invention provided the possibility by increasing the distance between drive and follower cone 2 and 4, the torque is also preferably by to change exactly one power of ten. They are for influencing the torque three positions of the follower cone 4 are provided. The cone is in the first position brought very close to the drive cone, so that the torque at a given Toughness is great. In the second, higher position, the distance is increased so that that with the same effective area and the same toughness lllo of the previously existing Torque is exerted. Only when using very viscous fluids the cone is raised even further so that it is with the truncated cone part 21 outside of the liquid to be examined is located and therefore the specific moment the coupling between the two moving parts is in turn greatly reduced in size will.

Der in dem zylindrischen Schlitz des Antriebsgefäßes 2 vorhandene, mit dem Gehäuse 3 verbundene Zylinderring 22 hat die Aufgabe, die Heizung bzw. Kühlung des zu untersuchenden Stoffes sowie Umpumpung in radialer Richtung mit Hilfe der Förderschnecke 23 zu erreichen. Für Relativmessungen empfiehlt es sich, die Möglichkeit vorzusehen, auch innerhalb der starren Grenzen je einer Zehnerpotenz für den Meßbereich beliebige Zwischenwerte einstellen zu können. The existing in the cylindrical slot of the drive vessel 2, The cylinder ring 22 connected to the housing 3 has the task of heating or cooling of the substance to be examined as well as circulation in the radial direction with the help of the To reach conveyor screw 23. For relative measurements it is advisable to have the option to be provided, even within the rigid boundaries of each a power of ten to be able to set any intermediate values for the measuring range.

Dies geschieht dadurch, daß die Magnete 20 zur Erzeugung des zusätzlichen Bremsmomentes in der Scheibe 16 mit Hilfe der Schwenkeinrichtung 24 mehr oder minder ausgeschwenkt werden, so daß die zusätzliche Bremskraft sich zwischen Werten von Null bis dem :INTeunfachen des dauernd wirkenden Bremsmomentes abstimmen läßt.This is done by the fact that the magnets 20 to generate the additional Braking torque in the disc 16 with the help of the pivot device 24 more or less be swiveled out so that the additional braking force is between values of Zero to: INT nine times the continuously acting braking torque can be adjusted.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Method for measuring the toughness using a revolving drive body of rotation, which on their The viscosity of the fluid to be tested has a second body exposed to a braking force luit takes, characterized in that it is measured in steady-state equilibrium, that occurs when the second, freely movable body passes through one of its Speed-dependent braking force is limited in its rotational speed.

2. The method needle of claim I, characterized in that the im steady-state equilibrium adjusting speed of the freely movable second Body serves as an occasion for toughness.

3. The method according to claim I or 2, characterized in that the damping of the freely movable body takes place through air or mercury friction.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that the freely movable body by an eddy current brake in its Movement is dampened.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized characterized in that several braking devices are used which are different Develop strong braking torques and optionally switched to the freely movable body can be.

6. The method according to claim 5, characterized in that several Coupling brake disks or drums can be used.

7. Device for performing the method according to one or more of claims I to 6, characterized in that an additional braking torque generating brake disc or drum by means of a hollow axle with a continuously can be coupled to the freely movable body in connection with the axis.

S. Device according to claim 7, characterized by a hollow axle the coupling member connecting the additional brake disc to the moving system, which performs the coupling or uncoupling by adjusting the height.

9. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by electrical remote measurement of the speed, for example by application a touring dynamo.