DE7414117U - Rotationsviscometer - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH 0-8 MÖNCHEN Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN aeiwddt«««· ίο Dr. rer. not. W. KÖRBER ?Μ0β9, · 29 66 84 Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS PATENTANWÄLTE

23, April

CONTRAVES AG

8052 Zürich
Schaffhpuserstr-ße 580

Gebr^uchsmusterpnmeldung

Rotptionsv iscometer

Unter der Bezeichnung "Rotationsviscometer" sind Geräte bekannt, welche einen Synchronmotor enthalten, dessen Abtriebsdrehzr-hl ~uf einen in einen Flüssigkeitsbehälter eintauchenden, rotptionssymmetrischen Messkörper übertrRgen wird. Bekfnnte Geräte dieser Art enthalten puch eine Drehmomentwaage, welche dezu bestimmt ist, den durch eine Torsionsfeder an einem festen Gehäuseteil gehaltenen Ilotorstntor gegen das Rückstellmoment dieser Torsionsfeder im r.p.sse des von der Flüssigkeit ~uf den darin rotierenden Messkörper ausgeübten RpPktions-Drehmomentes ujü seine Mittelachse zu verdrehen, so

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dass z.B. mit Hilfe eines am Motorstator befestigten Zeigers und einer zugeordneten, in Viscositätsv/erten geeichten Skala der Viscositeltsv/ert der Flüssigkeit abgelesen werden kann. Es sind auch ähnliche Vi'scometergeräte bekannt, bei denen der gegen das Rückstellmoment der Torsionsfeder aus seiner Ruhelage verschwenkbare Motorstator die Eingangswelle eines mechanisch-elektrischen Wandlers zur Erzeugung einer dem am rotierenden Messkörper wirksamen Reaktionsdrehmoment entsprechenden, bzw. dazu proportionalen elektrischen Grosse verdreht. Derartige elektrische Gebergrössen erleichtern eine Fernanzeige des Viscositätsmesswertes und die Erzeugung einer Stellgrösse für einen elektrisch-mechanischen Wandler z.B. für ein Magnet-Steuerventil, das die Zuleitung von Verdünnerflüssigkeit zur dauernden Regelung der Viscosität der Flüssigkeit auf einen einstellbaren Sollwert beherrscht.^

Es hat sich als relativ auf v/endig erwiesen, den ganzen Motor um seine Mittelachse gegen das Rückstellmoment einer Torsionsfeder schwenkbar zu lagern und trotzdem eine ausreichende Betriebssicherheit des Gerätes bzw. eine ausreichend geringe Empfindlichkeit des Gerätes gegen mechanische Stoss- und Kipp-Bewegungen zu gewährleisten. Es ist auch bei den bekannten Geräten der beschriebenen Art schwierig, einen verfälschend auf den angezeigten Viscositäts-Messwert einwirkenden mechanischen Störeinfluss der Strcruzuführungsleiter zum Motor zu verhindern..

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G 7^ 14 117-6 Contraves j~ !

Zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile wird erfindungsgemäss ein .Sotationsviscometer vorgeschlagen, dessen in einen Flüssigkeitsbehälter eintauchender Messkörper von einem Synchronmotor aus angetrieben wird, wobei eine federelastische Drehmomentwaage im Zusammenwirken mit einem elektrischen Messwertgeber eine der Viscosität der Flüssigkeit entsprechende elektrische Grosse erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentwaage als Kupplung zwischen der Motor-Abtriebswelle und dem Messkörper ausgebildet ist und zwei koaxiale, über eine Torsionsfeder elastisch miteinander gekuppä-te Kupplungs-Scheiben umfasst, wobei die Kupplungs-Scheiben Teile einer berührungslos arbeitenden Winkelgebervorrichtung sind, die in Abhängigkeit von dem momentanen Verdrehungswinkel der beiden Kupplungsscheiben eine periodisch modulierte elektrische Grosse erzeugt.

Eine in diesem Sinn als Kupplung ausgebildete Drehmomentwaage erlaubt auch den Einbau eines auf ein wählbares Untersetzungsverhältnis umsteuerbares Getriebe zwischen der eigentlichen Motorwelle und der Antriebswelle einer solchen Kupplung, was bisher nicht zulässig war, weil sonst am Motorstator nicht nur das Reaktionsdrehmoment am Messkörper, sondern auch die inneren Reibungsmomente eines solchen Getriebes wirksam wären und den angezeigten Viscositätswert vergrössern würden. Anderseits erlaubt ein solches auf verschiedene Abtriebsdrehzahlen einstellbares Getriebe, ein- und demselben Messkörper .je nach dem höheren oder niedrigeren Viscositätsbereich der Flüssig-

keit eine niedrigere oder höhere Drehzahl zu erteilen, d.h. denselben Messkörper für verschiedene Viscositätsbereiche zu verwenden.

So können der Motorstator feststehend im Gerätegehäuse montiert und im Drehzahl-Übertragungsweg von der Motor-Abtriebswelle zum angetriebenen Messkörper eine als schlupffreie, aber torsionelastische Kupplung ausgebildete Drehmomentwaage eingebaut werden, welche letztere dazu geeignet ist, eine elektrische Grosse zu erzeugen, welche dem von der Kupplung übertragenen Drehmoment bzw. dem von der Flüssigkeit auf den mit der Abtriebsdrehzahl des Motors umlaufenden Messkörper ausgeübten Reaktionsdrehmoment, also dem Istwert der Viscosität der Flüssigkeit, proportional ist.

Vorzugsweise enthalten die beiden Scheiben i.er Drehmomentwaage an ihren Umfangen Lichtdurchtrittsfenster, die im Zusammenwirken mit einer fotoelektrischen Viinkel«ebervorrich-

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tung, umfassend pine Lichtquelle r-uf der Aussenseite der einen Kupplungsscheibe und eine Fotozellenanordnung auf der AuRsenr-'itr- -,-T anderen Kupplungsscheibe, einen in Funktion des von der Drehmomentwaage zu übertragenden Drehmomentes bzw. der sich dabei einstellenden Verdrehungswinkels der beiden Kupplungs-Scheiben relativ zu einer Ruhelage desselben modulierten Fotozellenstrom erzeugen.

^1?in Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in

Fig. 1 der Zeichnung in vereinfachter Form dargestellt, wobei das Viscosimeter als Gebergerät für eine Viscositätsregeleinrichtung dient.

Fig. 2 zeigt schematisch die wesentlichen Teile der Auswertevorrichtung für den Fotozellenstrom I aus dem

Gerät nach Fig. 1 im Zusammenhang mit der Viscosifitsrege!einrichtung.

Fig. ■*■ veranschaulicht das Zustandekommen des modulierten Fotozellenstromes I₁-,.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Regeldiagrammes, wie es mit der Einrichtung realisierbar ist.

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Gemäss Fig. 1 steht in einem Behälter 10 für die Messflüssigkeit F das Gehäuse 1 eines Rotationsviscometers, dessen Fussteile mit Durchbrechungen 11 versehen sind, welche der Messflüssigkeit F den freien Zufluss zum Messkörperraum ermöglichen. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist durch zwei explosionsdicht eingesetzte Querplatten 12 und 13 unterteilt. Im Motorraum 14 zwischen den Platten 12 und 13 ist ein Synchronmotor 2 mit Hilfe eines Trägers 20 starr im Gehäuse 1 eingebaut. Er dreht entweder direkt oder über ein z.B. im Motorgehäuse eingebautes Schaltgetriebe, das auf wählbare Untersetzungsstufen umsteuerbar sein kann, die Welle 21 mit einer vorbestimmten bzw. einstellbaren Drehzahl.

Auf der Welle 21 sitzt drehstarr eine Kupplungsscheibe 22, die am Umfang mit Schlitzen 220 oder anderen Lichtdurchtrittsfenstern versehen ist. Der Kupplungsscheibe 22 steht koaxial eine zweite Kupplungsscheibe 23 gegenüber, die auf dem nach innen abgesetzten Endteil 210 der Welle 21 schwenkbar gelagert ist und am Umfang ebenfalls wie die Scheibe 22

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mit Schlitzen 230, bzw. Lichtdurchtrittsfenstern. versehen ist. Eine Torsionsfeder 24 in Form einer Federstahl-Spirale, deren Anfang mit der Scheibe 22 und deren Inneres Ende mit der Nabe der Scheibe 23 verbunden ist, übernimmt die Schlupffreie, aber federelastische Kupplung der beiden Scheiben und ist so vorgespannt, dass sie die beiden Scheiben 22 und 23 gegen eine relative Ausgangsdrehstellung, definiert durch einen nicht gezeigten Anschlag, treibt, in welcher beispielsweise die Schlitze 220 der Scheibe 22 in Deckung mit den Stegen zwischen den Schlitzen 230 der Scheibe 23 stehen. Im Masse der auf sie einwirkenden Reaktionsdrehmomentes wird die Scheibe 23 aus der genannten Ausgnngslage gegenüber der angetriebenen Scheibe 22 unter entsprechend zusätzlicher Spannung der Torsionsfeder 24 um einen Schleppwinkel \p verdreht, der also zu dem von der Scheibe 22 auf die Scheibe 23 momentan übertragenen Drehmoment proportional sein kann* Der sich jeweils einstellende Verdrehungswinkel y der Scheiben 22 und 23 gegenüber deren relativen Ausgangslage kann in nachstehend beschriebener Weise fortwährend gemessen werden.

Die Scheiben 22 und 23 bilden also zusammen mit der sie verbindenden Torsionsfeder 24 eine Drehmomentwaage. Kit der Scheibe 23 ist ein dauermagnetisch polprisierter 1-Iagnetkupplungskörper 25 drehstarr verbunden, dessen achsiel gerichtete Pole N, S durch die aus nicht-rapgnetischem Material

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bestehende Abschlussscheibe 13 hindurch auf entsprechend dagegen gerichtete Polschuhe eines im Messkörper 3 fest eingesetzten magnetischen Kupplungskörper 35 tragend und kuppelnd einwirken. Der topfföimig gestaltete Messkörper 3 enthält in seinem Grund ein Spitzenlager 30 für einen in der Mittelachse der Abschluss-Platte 13 feststehend eingesetzten Lagerdorn 130. Der Messkörper 3 wird auf diese Weise unter Wirkung der Magnetkupplungskörper 25 und 35 getragen, zentriert und mit der Drehzahl der Kupplungsscheibe 2 3 um die gemeinsame Mittelachse der Motor-Abtriebswelle 21 gedreht. Ausser vernachlässigbar kleinen Bremsdrehmomente im Spitzenlager 30 wirken nur die durch die Viscosität der Flüssigkeit F verursachten Brernsinomcnte auf die Drehmomentwaage 22, 23, 24 ein. Ausserdcm ist ein auf die erläuterte Weise ausgebildeter und gelagerter Messkörper 3 zur günstigen Anpassungseiner geometrischen Form an den Viscositätsbereich aer Flüssigkeit und die eingestellte Drehzahl der Antriebswelle 21 der Scheibe 22 und zum Reinigen leicht auswechselbar.

Zur fotoelektrischen Messung des sich im Betrieb an der Drehmomentwaage 22, 23, 24 einstellenden '/erdrehungswinkels ;; der Kupplungsscheiben 22 und 23 gegenüber deren-relativer Ausgangslage sind auf einem feststehenden Träger 41 eine Lichtquelle 42 über dem Umfang der Scheibe 22 und eine Fotozellenanordnung 43 unter dem umfang der Scheibe 23 befestigt. In der Fotozelle 4 3 entsteht gemass Fig. 3 während jeder

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Umdrehunp; der V/elle 21 ein Stromimpuls i, dessen zeitliche Lrge proportional zum momentanen Verdrehungswinkel der beiden Scheiben 22, 2?, also proportional zu dem von der Drehmomentwaage übertragenen Drehmoment, bzw. zur Viscositrit der Flüssigkeit F ist. Der Synchronmotor 2 und die fotoelektrische Winkelgebervorrichtung sind über ein Kabel mit einem Speise- und Auswertegerät 5 verbunden, das dazu dient, die Viscosität der Flüssigkeit F auf einem vorgeschrie benen Wert zu regeln und das mit Vorteil in einem vom Messrs um getrennten Raum angeordnet ist. Es enthält in einer Frontplatte 50 ein Spannungsanzeigeinstrument 51, dessen Zeiger über einer in Viscositätswerten geeichten Skalp spielt. Ein Drehknopf 52 erlaubt die Einstellung eines Viscositäts-Sollwertes, auf den z.B. in nachstehend beschriebener V/eise die Flüssigkeit F durch entsprechend gesteuerte Zuleitung von Verdünnerflüssigkeit einzuregeln ist In der Frontpl-tte 50 sind weiterhin ein Ein-Aus-Schalter und eine Signallampe 5A- eingesetzt. Die Signallampe kann z.E. anzeigen, dass der gemessene Istwert der Viscosität vom eingestellten Sollwert abweicht. Wie im Schema nach Fig. 2 dargestellt ist, enthält das Auswertegerät 5

einen Demodulator 55, dem der periodisch modulierte Fotozellenstiom Ip aus dem Viscometer zugeführt wird, um daraus eine zur gemessenen Viscosität proportionale Istwertspannung U^ zu erzeugen, die einerseits dem Anzeigeinstrument 51 und anderseits einem Vergleicher 56 zugeführt wird. Dem Verglei- I

eher 56 wird auch eine am Potentiometer 520 entsprechend der Einstellung des Sollwertes am Einstellknopf 52 erzeugte Sollwert-Spannung Ug zugeführt, und er erzeugt eine Differenzspannung VJ=Ui-U₃, die einem Stellgrössengeber 57 zugeführt wird. In grundsätzlich bekannter Weise erzeugt dieser ' Stellgrössengeber 57 in vorbestimmter Abhängigkeit vom Wert der Differenzspannung &U ein Stellsignal S oder Stellimpulse s, die einem Magnetventil 61 und der Anzeigelampe 54 zugeführt werden.

Das Magnetventil 61 beherrscht nach Fig. 1 die Zuleitung von. Verdünnerflüssigkeit aus einem Behälter 6 zum Flüssigkeitsbehälter 10, damit die durch Verdunsten von Verdünnerflüssigkeit im Betrieb ansteigende Viscosität der Flüssigkeit F auf den eingestellten Sollwert geregelt werden" kann. ° !

In Fig. 3 ist schematisch die Entstehungsweise der periodischen Impulse i des Fotozellenstromes Ip dargestellt. Die : Kupplungsscheiben 22 und 23, welche durch die Torsionsfeder 24 federelastiich gekuppelt sind, bewegen sich in Pfeilrich- * tung relativ zur feststehenden Ablesevorrichtung mit der \ Lichtquelle 42 und der Fotozelle 43. Im Masse des über die \

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Torsionsfeder 24 übertragenen Drehmomentes verdrehen sich die beiden Scheiben 22 und 23 um einen Winkel (^ aus der Ausgangslage, in v;elcher die Schlitze 220 und 230 kein Licht von der Lichtquelle 42 zur Fotozelle 43 durchtreten lassen. Dementsprechend werden in jeder Periode ρχ, P2, P3/ P4 usw. der Scheibendrehung Fotos tromimpulse L-\, X2r 13» i4 usw. erzeugt, deren Flächen proportional zum Verstellwinkel ^J der Scheiber, bezw. zum übertragenen Drehmoment bzw. zum Viscositätswert der Flüssigkeit F sind.

In Fig. 4 der Zeichnung zeigen der Abzissenswert des Linienzuges. V^ die laufende Zeit t und die Ordinatenwerte die momentanen Istwerte V₁ der Viscosität V der Flüssigkeit F. Der eingestellte Sollwert ist mit V₃ und ein tolierter Wert V₅ + 5% sind als Hilfslinien im Diagramm eingezeichnet. So-^ lange der Is'twert V^ der gemessenen Viscosität über diesem Toleranzwert V₃ + 5% liegt, wird vom Stellgrössengeber 57 ein dauerndes Oeffnungssignal S für das Magnetventil 61 erzeugt. Solange der Istwert V₁ der gemessenen Viscosität sswischen dem Sollwert V_s und dem Toleranzwert V₅ + 5% liegt, werden Oeffnungsimpulse s erzeugt. Wenn der Istwert Vx unter dem Sollwert V₃ sinkt, werden überhaupt keine Oeffnungssignale für das Magnetventil 61 erzeugt.

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Claims (1)

1. SchutζanSprüche

   1) Rotationsviscometer, dessen in einem Flüssigkeitsbehälter eintauchender Messkörper von einem Synchronmotor aus angetrieben wird, wobei eine federelastische Drehmomentwaage im Zusammenwirken mit einem elektrischen Messwertgeber eine der Viscosität der Flüssigkeit entsprechende elektrische Grosse erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentwaage als Kupplung (22, 23, 24) zwischen der Motor-Abtriebswelle (21) und dem Messkörper (3) ausgebildet ist und zwei koaxiale, über eine Torsionsfeder (24) elastisch miteinander gekuppleite Kupplungs-Scheiben (22, 23) umfasst, wobei die Kupplungs-Scheiben (22, 23) Teile einer berührungslos arbeitenden Winkelgebervorrichtung (42, 43) sind, die in Abhängigkeit von dem momentanen Verdrehungswinkel (f) der beiden Kupplungsscheiben eine periodisch modulierte elektrische Grosse (1^) erzeugt.

   2) Rotationsviscometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Scheiben (22, 23) der Drehmomentwaage an ihren Umfangen Lichtdurchtrittsfenster (220, 23O) enthalten, d? e mit einer fotoelektrischen Winkelgebervorrichtung (42, 43) umfassend eine Lichtquelle (42) auf der Aussenseite der einen Kupplungs-

   scheibe und eine Fotozellenrnorclnun^ (4".) auf der Aussenseite der anderen Kupplungsscheibe, einen in Funktion des von der Drehmomentwaage zu übertragenden Drehmomentes bzw. des sich dabei einstellenden Verdrehungswinkels (y ) der beiden Kupplungs-Scheiben relativ zu einer Ruhelage denselben modulierten Fotozellenstrom (Ip) erzeugen.

   3) Rotationsviscometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruhelage der beiden am Umfang mit-Lichtdurchtrittsfenstern (220, 230) versehenen Kupplungsscheiben (22,23) der Lichtdurchtritt von der Lichtquelle (42) zur Fotozellenanordnung (43) gesperrt ist und im Masse des übertragenen Drehmomentes freigegeben wird.

   5) Rotationsviscometer nach einem der Ansprüche 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Synchronmotor (2) und der als Kupplung (22,23,24) ausgebildeten Drehmomentwaage ein auf ein wählbares Untersetzungsverhältnis umsteuerbares Getriebe eingebaut ist.

   6) Rotationsviscometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (3) auswechselbar ist.

   Der Patentanwalt

   (i/l/l/U