DE7640849U - Kapillar-Rheometer zur Messung der Viskosität von Kautschuk und thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Description

Göttfert-Feinwerk-Technik GmbH
6967 Buchen

Gebrauchsmuster-Anmeldung

Kapillar-Rhe jmeter zur Messung der Viskosität von Kautschuk und thermoplastischen Kunststoffen

Die Erfindung betrifft ein Kapillar-Rheometer zur Messung der Viskosität von Kautschuk und thermoplastischen Kunststoffen mit einer ortsfesten Prüfkammer an deren einem Ende eine Düse angeordnet ist und einem in der Prüfkammer von einer Antriebsvorrichtung hin- und - her bewegbaren Prüfstempel.

Ein derartiges Gerät ist bereits bekannt (Lit. 1.), bei dem die auf den Prüfstempel und damit auf das in der Prüfkammer befindliche, zu prüfende Material, auszuübende Kraft von Prüfgewichten aufgebracht wird. Es können damit Prüfkräfte bis maximal 100 kp in Stufen zu je 10 kp erzeugt werden. Diese Kräfte sind jedoch für manche Anwendungsfälle nicht ausreichend. Die Prüfgewichte werden von einem Heberahmen angehoben, der von einem Elektromotor angetrieben wird, um sie nach erfolgtem Prüfungsablauf wieder in die Ausgangslage zu bringen. Die Gewichtsbelastung ist hier während eines Prüfvorganges konstant gehalten. Die Prüfung der Viskosität geschieht hier in der Weise, daß die vom Prüfstempel durch die Düse bei einer bestimmten Prüf Stempelkraft ausgestoßene Extrudat^menge gemessen wird.

7640849 ii.oa77

Bei einem anderen bekannten, ähnlichen Prüfgerät J it. 2} wird die Prüfkraft von einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit auf den Prüfstempel aufgebracht, wobei der hydraulische Druck konstant gehalten wird. Die Ermittlung der Viskosität erfolgt hier in ähnlicher Weise durch Messung der Ausstoßmenge des Extrudats bei einer bestimmten Prüf stempel-Druckkraft. Mittels eines hydraulischen Menge regelventils kann die Prüfung bei diesem Gerät auch mit konstanter Geschwindigkeit erfolgen. Dieses Prüfgerät hat jedoch den Nachteil, daß die Einstellung der Geschwindigkeit abhängig ist von der Viskosität des Hydraulik-Öls; sie muß daher laufend von Hand neu eingestellt worden.

Ein weiteres Rheometer ist bekannt (Lit. 3.), bei dem der Antrieb des Prüfstempels pneumatisch erfolgt. Die Prüfung kann hier entweder mit konstanter Kraft oder konstanter Prüfkolbengeschwindigkeit erfolgen.

Bekannt ist weiterhin ein Gerät dieser Gattung (Lit. 4. und 5.), bei welchem der Antrieb des Prüfstempels von einer Antriebsspindel, die von. einem Gleichstrommotor angetrieben ist, erfolgt, wobei die Prüfkraft von der Spindel über Säulen auf ein daran befestigtes Joch, an dem der Prüfstem^el befestigt ist, übertragen wird. Die Prüfung erfolgt hier bei konstanter Geschwindigkeit, wobei die am Prüfstempel auftretende Kraft von einem mit dem Prüfstempel verbundenen Kraftaufnehmer gemessen und hieraus dann die -Viskosität ermittelt wird. Von Nachteil ist aber bei diesem Gerät, daß die Prüfung nur bei konstanter Geschwindigkeit erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät der eingangs bezeichneten Gattung mit einfachen Mitteln zu schaffen, das einfach zu bedienen ist und eine hohe Prüfgenauigkeit gewährleistet und das ferner je nach den technischen Gegebenheiten und je nach Beschaffenheit des zu prüfenden Materials sowie je nach Prüferfordernis wahlweise mit konstanter Prüfkraft des Prüfstempels, oder mit konstantem Massedruck vor der Düse oder mit konstanter Geschwindigkeit des aus der Düse austretenden Extrudats gefahren werden kann, wobei im letzteren Fall wahlweise gleichzeitig auch das Quellverhalten des Prüf-Extrudats auf einfache Weise meßbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) der Prüfstempel ist über ein oberes Joch und daran befestigten Säulen mit einem unteren, an den Säulen befestigten Joch kraftschlüssig verbunden,

b) das untere Joch ist mit einer Antriebsspindel beweglich verbunden,

c) die Antriebsspindel ist über ein Schneckengetriebe mit einem Gleichstrommotor mit Tacho-Generator verbunden,

d) Motor und Tacho-Generator sind mit einem PID-Regler mit Sollwertsteller verbunden,

e) der Regler ist wahlweise mit einem am Prüfstempel befestigten Kraftaufnehmer, oder

f) mit einem vor der Düse angeordneten Massedruckaufnehmer, oder

g) nur mit dem Sollwertsteller verbunden und

h) mit einem. Zeitmesser und zwei unterhalb der Prüfkammer, im Abstand voneinander und gegenüber zwei Lichtsendern angeordneten Lichtempfängern, verbunden.

7640849 11.08.77

In vorteilhaften Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, daß der Regler über einen Schalter und einen Meßverstärker mit dem Kraftaufnehmer, oder daß der Regler über den selben Schalter und einen anderen Meßverstärker mit dem Massedruckaufnehmer verbunden ist. Di.mit kann in einfacher Weise und von dem selben Bedienungs-Standort aus die eine oder die andere Betriebsart gewählt werden.

Kraftaufnehmer und Ma ssedruck-Aufnehmer arbeiten vorteilhafterweise nach dem bekannten Dehnungs-Meßstreifen-Prinzip. In ebenso vorteilhafter und einfacher Weise kann eine dritte Betriebsart gewählt werden, bei welcher der Regler nur mit dem Sollwertsteller verbunden ist, auf dem die Sollgeschwindigkeit des Prüfstempels vorgegeben ist.

Es kann somit bei jeder der drei vorgenannten Prüfbetriebsarten jeweils entweder mit konstanter Prüfkraft am Prüfstempel, oder mit konstantem Prüfmassedruck vor der Düse, oder mit konstanter Geschwindigkeit des aus der Düse austretenden Extrudats die Viskosität des Prüfmaterials gemessen werden. Hierbei wird die Drehzahl des Antriebsmotors und damit Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebsspindel bzw. des Prüfstempels vom Prüfkraftaufnehmer oder vom Massedruckaufnehmer über den Regler gesteuert und auf den am Sollwertsteller eingestellten jeweiligen Sollwert konstant gehalten. Oder aber die Drehzahl des Antriebsmotor wird von der am Sollwertsteller eingestellten Geschwindigkeit über den Regler konstant gehalten.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben.

7640849 11.08.77

Das in der Zeichnung schematisch gezeigte Prüfgerät, dessen für das Verständnis der Erfindung unwesentliche Teile der besseren Übersicht wegen fortgelassen sind, weist eine von einer Antriebs spindel 10 betätigbare Deckeinrichtung auf, die aus einem mit der Antriebsspindel beweglich verbundenen, unteren Joch 12 und einem oberen Joch 18 besteht, wobei beide Joche mittels zweier Säulen 14 und 16 kraftschlüssig und starr miteinander verbunden sind.

Der in dem Prüfkammer raum 22 einer ortsfest angeordneten Prüfkammer 58 hin-und-her bewegbare Prüfstempel 24 ist an seinem oberen Ende mittels Befestigungsflanschen 26 unr- 28 und eines zwischen beiden Flanschen angeordneten und mit diesen verbundenen Dehnungsmeßstreifen-Kraftaufnehmer 30 mit dem oberen Joch 18 fest verbunden. Mit 32 und 34 sind Dehnungsmeßstreifen bezeichnet. Der Kraftaufnehmer 30 ist über eine Leitung 36 mit einem Meßverstärker 38 und dieser über eine Leitung 40 und über einen Schalter 42 sowie über eire weitere Leitung 44 mit einem PID-Regler 46 mit Sollwertsteller 48 verbunden. Der Regler 46 staht seinerseits mit einem Gleichstrommotor 50, an dem ein Tacho-Generator 52 angeschlossen ist, in Verbindung. Der Motor 50 dient zum Antrieb der Antriebsspindel 10 unter Zwischenschaltung eines Schneckengetriebes

Am unteren Ende der Prüfkammer 22 ist eine Prüfdüse 56 befestigt, die Prüfkammer nimmt das Prüfmaterial auf. Vor dieser Düse ist im Kammerraum ein Massedruckaufnehmer angeordnet. Der ebenfalls nach dem Dehnungs-Meßsti'eifen-Prinzip arbeitende Druckaufnehmer 60 steht mittels einem Meßverstärker 64 und dem Schalter 42 und Leitung 44 ebenfalls mit dem Regler 46 in Verbindung. Unterhalb der Prüfkammer sind auf der einen Seite des aus der Düse 56 austretenden Extrudats 70 und im vertikalen Abstand voneinander entfernt zwei Lichtsender 72 und 74 angeordnet. Diesen gegenüberliegend

7640849 1108.77

sind iuf der anderen Seite des Extrudats 70 zwei Licht- ///

/ / i empfänger 76 und 78 angeordnet. Diese Lichtempfänger 76, 78 sind mit einem Zeitmesser 79 verbunden.

Die Bedienungs- und Funktionsweise dieses Rheometers ist folgende:

Wenn die Viskosität mit konstanter Stempel-Prüfkraft gemessen werden soll, wird die von der Antriebsspindel 10 auf das untere Joch 12, die beiden Säulen 14, 16 und das obere Joch 18 und von hier über den oberen Befestigungsflansch 2 6, den Kraftaufnehmer 30 und den unteren Befestigungsflansch 28 auf den Prnfstempel 24 übertragene Prüfkraft auch auf den Kraftaufnehmer 30 einwirken. Von hier wird diese Kraft darm über die Leitung 36 und den Meßverstärker sowie die Leitung 40 und den Schalter 42 und weiter über die Leitung 44 auf den Regler 46 übertragen. Hierbei ist der Kontakt 100 des Schalters 42 geschlossen. Im Regler 46 wird der Istwert der Kraft mit dem am Sollwertsteller 48 eingestellten Sollwert verglichen. Der Regler 46 stellt mit Hilfe dss Antriebsmotors 50 und des Tachogenerators 52 die axiale Stempelgeschwindigkeit so nach, daß der vorgewählte Kraftwert konstant gehalten wird.

Wenn dagegen die Messung der Viskosität mit konstantem Massedruck des zu prüfenden Materials vor seinem Eintritt in die Düse 56 vorgenommen werden soll, wird der Kontakt des Schalters 42 geschlossen., so daß sich der vor der Düse herrschende Massedruck über den Druckaufnehmer 62, dem Meßverstärker 64, dem Schalter 42 und die Leitung 44auf den Regler 46 übertragen kann. In analoger Weise wird jetzt bei einer Abweichung vom am Sollwertsteller 48 eingestellten Massedruck-Sollwert eine Korrektur der Hubgeschwindigkeit der Antriebsspindel 10 vorgenommen, um den am Sollwertsteller 48 eingestellten Massedruck-Sollwert konstant zu halten.

7640849 11.08.77

Soll die Messung bei konstanter Geschwindigkeit des Prüfstempels 24 und damit auch konstanter Geschwindigkeit des aus der Düse 56 austretenden Extrudats 70 trfolgen, so wird in diesem Fall der Schalter 42 jn Mittelsteilung 104 gebracht und damit mittels Lei/tung 106 mit dem Tachogenerator 52 verbunden. Bei einer Abweichung vom am Sollwertstellfr eingestellten Geschwindigkeits-Sollwert wird ebenfalls in analoger Weise eine Korrektur der Spindelgeschwindigkeit vorgenommen.

Soll außer der Viskosität bei konstanter Geschwindigkeit des Prüfstempels 24 gleichzeitig auch das Quel; erhalten der Prüfmasse ermittelt werden, wird ein Zeitmesser 79 eingeschaltet, der die Zeit für den Weg des Extrudats 70 zwischen den beiden Fotozellen 72,76 und 74,78 misst.

Mittels der Kontinuitäts gleichung für inkompressible Medien mit konstanter volumetrischer Fließmenge kann aus dem Verhältnis vom um das Quellmaß vergrößerten Durchmesser des Extrudats 70 zum Innendurchmesser der Düse 56 und ferner aus dem Verhältnis der Geschwindigkeit des Materials in der Düse zu derjenigen, mit der sich das Extrudat 70 zwischen den beiden Fotozellen 72, 76 und 74, 78 fortbewegt, das Quellmaß ermittelt werden. Dieses ist einfach proportional der Zeit der Bewegung des Extrudats zwischen den beiden Fotozellen (vgl. Lit. 6.).

.../... Schutzansprüche

Claims (6)

1. Neue Schutzansprüche:

   (ersetzen die ursprünglichen, am 2 9.12.1976 eingereichten Schutzansprüche 1 bis 5)

   Kapillar-Rheometer zur Messung der Viskosität von Kautschuk und thermoplastischen Kunststoffen mit einer ortsfesten Prüfkammer an deren einem Ende eine Düse angeordnet ist und einem in der Früfkammer von einer Antriebsvorrichtung hin-und-herbewegbaren Prüfstempel, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: a.l) der Prüfstempel (24) ist über ein oberes Joch (18) und daran befestigten Säulen (14, 16) mit einem an den Säulen befestigten, unteren Joch (12) kraftschlüssig verbunden,
   b.l) das untere Joch ist mit einer Antriebsspindel (10) beweglich verbunden,

   c. 1) die Antriebsspindel ist über ein Schneckengetriebe (5^Λ) mit einem Gleichstrommotor (50) mit Tacho Generator (52) verbunden,

   d.l) außerhalb der Prüfkammer (58) sind in Nähe des Ausgangs der Düse (56) zwei Lichtsender (72, 74) und diesen gegenüberliegend zwei Lichtempfänger (76, 78) angeordnet, deren Lichtstrahlen in axialem Abstand voneinander durch die verlängerte Achse oder Düse hindurchgehen,

   e.l) am oberen Ende des Prüfstempels ist ein Kraftaufnehmer (30) angeordnet, der mittels Befestigungsflanschen (26, 28) sowohl mit dem Prüfstempel als auch mit dem oberen Joch verbunden ist.

   7640849 11.08.77
2. 2. Kapillar-Rheometer zur Messung der Viskosität von Kautschuk und thermoplastischen Kunststoffen mit einer ortsfesten Prüfkammer an deren einem Ende eine Düse angeordnet ist und einem in der Prüfkammer von einer Antriebsvorrichtung hin-und-herbewegbaren Prüf stempel, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: a.2) der Prüfstempel (24) ist über ein oberes Joch (18) und daran befestigten Säulen (14, 16) mit einem an den Säulen befestigten, unteren Joch (12)

   kraft schlüssig verbunden,
   b.2) das untere Joch ist mit einer A triebsspindel (10)

   beweglich verbunden,
   c.2) die Antriebsspindel ist über ein Schneckengetriebe

   (54) mit einem Gleichstromgenerator (50) mit Tacho-

   Generatoi (52) verbunden,
   d.2) außerhalb der Prüfkammer (58) sind in Nähe des Ausgangs der Düse (56) zwei Lichtsender (72, 74) und diesen gegenüberliegend zwei Lichtempfänger (76, 78) angeordnet, deren Lichtstrahlen in axialem Abstand voneinander durch die verlängerte Achse

   der Düse hindurchgehen,
   e.2) an der Prüfkammer ist ein Massedruckaufnehmer (60) angeordnet, der mit dem Prüfkammer raum (22) vor der Düse in Verbindung steht.
3. 3. Rheometer nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer (30) bzw. der Massedruckaufnehmer (60) eine nach dem Dehnungs-Meßstreifen-Prinzip arbeitende Kraftmeßdose bzw. Druckmeßdose ist.

   7640849 11.08.77

   In Betracht gezogene Literatur:

   1) Prospekt d. Fa. Göttfert ..., Nr.GFT-9-04, Seite 9 Abb. 22

   2) Prospekt d. Fa. " Nr.GFT-9-04, " 12 " 30

   3) Prospekt d. Fa. Sieglaff-McKelvey Modell R-64-R
4. 4) Prospekt d. " Göttfert Nr.GFT-9-04, Seite 13 " 31
5. 5) ^I! " Instron, Nr. PDS 1096, Modell 3211
6. 6) Zeitschrift "Rubber Chem & Technol. " 46/5; 973, Seiten 1219 ff

   7640849 11.08.77