DE8215271U1

DE8215271U1 - Vorrichtung zum vergleichenden Beobachten der Viskositäten verschiedener Flüssigkeiten

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Publication number: DE8215271U1
Application number: DE8215271U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1982-09-23

Description

19. Mai 1982

P 8798

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Prof. Dr, Peter Menzel, 7300 Esslingen, und
Prof. Jürgen Mauch, 7302 Ostfildern 1 - Ruit,

Vorrichtung zum vergleichenden Beobachten
der Viskositäten verschiedener Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum vergleichenden Beobachten der Viskositäten verschiedener Flüssigkeiten» die jeweils zusammen mit einem Sink- oder Steigkörper in einem offenbaren Rohr aus durchsichtigem Material enthalten sind.

j Zum Veranschaulichen und gegebenenfalls Berechnen der Viskosität einer Flüssigkeit zu Lehrzwecken kann man die jeweilige
Flüssigkeit sowie einen Sink- oder Steigkörper in ein durchsichtiges Rohr eingeben und sodann die Sink- oder Steiggeschwindigkeit beobachten. Dies wird herkömmlicherweise mit
Hilfe eines von Hand gehaltenen Rohres vorgenommen. Will man
die Viskositäten verschiedener Flüssigkeiten vergleichen,
müssen mehrere solche Rohre möglichst gleichzeitig in die Ausgangslage gehalten werden, damit die verschiedenen Sink- öder Steiggeschwindigkeiten augenfällig werden. Eine solche Gleich-

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zeitigkeit läßt sich jedoch, von Hand kaum erreichen, und dazuhin können von einer Person nur zwei Rohre zur gleichen ieit gehalten werden, so daß die vergleichende Beobachtung auf zwei Flüssigkeiten beschränkt ist. Ferner besteht in einem Lehrsaal die Schwierigkeit, daß die weiter hinten sitzenden Personen die Sink- oder Steigkörper nur ungenau verfolgen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe die Viskositätsunterschiede einer Vielzahl von Flüssigkeiten gleichzeitig beobachtet werden können und die auch zur Anwendung in großen Lehrsälen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl von gleichen Rohren parallel nebeneinander in einer Ebene in einem Rahmen gehaltert ist, der um eine rechtwinkelig zur Rohr- und Rahmen-Längsrichtung stehende horizontale Achse neigbar ist.

In einem solchen Rahmen nehmen sämtliche Rohre stets die glei-: ehe Winkellage mit Bezug auf die Horizontale ein, so daß, da auch die Rohre gleiche Gestalt besitzen, sämtliche wesentlichen Parameter mit Ausnahme der Viskosität gleich sind. Die Sinkoder Steigkörper beginnen deshalb ihre Sink- oder Steigbewegung gleichzeitig, und es läßt sich ohne Schwierigkeiten beobachten, wie sich die Sink- oder Steigkörper unter Einfluß der Schwerkraft oder ihres Auftriebs verschieden schnell fortbewegen.

Ein weiterer Vorzug liegt darin, daß man den Rahmen mit den Rohren auf eine horizontale Unterlage geneigt stellen kann, so daß man mittels eines üblichen Projektors das Sinken oder Steigen der Körper auf einer Projektionswand beobachten kann, so daß sich praktisch beliebige Vergrößerungen erzielen lassen.

Um die Sink- oder Steigkörper in ihre Ausgangslange zu bringen, kann man den Rahmen zunächst entsprechend neigen, so daß die Körper zur gleichen Seite hin sinken oder steigen. Sodann neigt man den Rahmen in entgegengesetzter Richtung in seine definierte Betriebslage, wonach die vergleichende Beobachtung beginnen kann. Dies kann in einfachster Weise dadurch erfolgen, daß man den Rahmen einseitig erhöht unterlegt. Zweckmäßigerweise ist jedoch an einem der Längsenden des Rahmens eine Schrägstell-Einrichtung angeordnet, die eine auf die Außenseite des zugewandten Rahmenschenkels aufgesetzte, in der Höhenlage verstellbare Stellplatte enthält oder von mindestens einer den Rahmen durchdringenden Stellschraube gebildet wird. Hierdurch erhält man nicht nur eine an der Vorrichtung sitzende, sondern auch im gewünschten Ausmaß verstellbare Schrägste!!-Einrichtung, die man dazuhin mit einer Skala versehen kann, um reproduzierbare Betriebslagen zu erhalten.

Handelt es sich um aus magnetisierbarem Material bestehende Sinkkörper, kann man diese auch,ohne den Rahmen zuvor entgegen der Betriebslage zu neigen,in ihre Ausgangslage überführen, indem an einer vom Rahmen gesonderten Trägerleiste im Abstand

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der Rohre Magnetkörper befestigt sind. In diesem Falle läßt sich der Rahmen bereits vor dem Experiment in seiner definierten Betriebslage aufstellen, wonach man die Sinkkörper mit Hilfe der Trägerleiste in ihre in vertikaler Richtung oben liegende Ausgangslange zieht. Beim Abheben der Trägerleiste von den Rohren beginnen die Sinkkörper ihre Sinkbewegung exakt gleichzeitig.

Zusätzlich oder alternativ zu der genannten Schrägstell-Einrichtung kann zweckmäßigerweise außerdem in der Längsmittelebene des Rahmens an der Rahmen-Unterseite eine Wippeinrichtung vorstehen, um die man den Rahmen in beide Richtungen mit Bezug auf die Horizontale kippen kann. Bei unwirksamer oder fehlender 5chrägeinrichtung kann somit das Steigen oder Sinken der Körper in entgegengesetzten Richtungen beobachtet werden.

Als Sinkkörper kann man beispielsweise Metallkugeln insbesondere aus Stahl verwenden, während Steigkörper im einfachsten Falle von Luftblasen gebildet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie weitere zweckmäßige Maßnahmen, die in den Unteransprüchen angegeben sind, werden nun anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht von oben einer Vorrichtung zum vergleichenden Beobachten der Viskositäten verschiedener Flüssigkeiten,

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Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in Seitenansicht in etwas verkleinerter Darstellung,

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Pfeil III in Fig. 1,

Fig. 4 den Rahmen nach Fig. 1 im Querschnitt gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, wobei sich die Vorrichtung in einer anderen Betriebslage befindet und

Fig. 6 eine Magnetkörper tragende Trägerleiste zum Verschie^hen der Sinkkörper in einer der Fig. 1 entsprech*nden Draufsicht, wobei der Rahmen und die Rohre nur in Teildarstellung gezeigt sind.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zum vergleichenden Beobachten der Viskositäten verschiedener Flüssigkeiten. Jede der Flüssigkeiten ist in einem gesonderten Rohr 10 enthalten, wobei beim Ausführungsbeispiel insgesamt fünf solche Rohre vorhanden sind, es können jedoch auch mehr oder weniger Rohre sein. In jedem Rohr 10 befindet sich außerdem ein Sinkkörper 11 in Gestalt einer Stahlkugel, die wegen der Lichtbrechung durch die durchsichtige Rohrwandung linsenförmig erscheint. Die aus Glas bestehenden Rohre 10 sind einenends durch, eine aufgestülpte Kappe 12 aus Gummi-ähnlichem Material

verschlossen, die zum Befüllen des Rohres abgenommen we. .'an kann. Sämtliche Rohre 10 besitzen gleiche Gestalt und sind parallel nebeneinander in einer Ebene in einem Rahmen 13 gehaltert, der auf noch zu beschreibende Weise um eine rechtwinkelig zur Rohr- und Rahmen-Längsrichtung stehende horizontale Achse neigbar ist.

Der Rahmen 13 ist ein Rechteckrahmen_sund die Rohre 10 verlaufen parallel zu den beiden seitlichen Rahmenschenkeln 14, 15 zwischen den beiden anderen Rahmenschenkeln 16, 17, an denen sie endseitig gelagert sind. Sämtliche Rahmenschenkel 14 bis 17 besitzen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt und sind beim Ausführungsbeispiel einstückig miteinander verbunden, wobei der Rahmen aus durchsichtigem Material, insbesondere aus Kunstglas, z. B. Acrylglas, besteht. An den Stellen der Rohrenden weist der jeweils zugewandte Rahmenschenkel 16 bzw. 17 an dsr Rahmen-Oberseite 18 offene Einlege-Ausnehmungen 19 bzw. 20 auf, deren UmfangsfTäche 21 nach Art eines U gebogen ist. In jeweils ein solches Ausnehmungspaar 19, 20 läßt sich eines der Rohre 10 ohne zusätzliche Handgriffe einlegen. Die Einlege-Ausnehmungen 19, 20 lassen sich außerdem bei der Rahmen-Herstellung sehr einfach einformen.

Wie schon angedeutet, sind die Rohre 10 mittels eines Verschlusses aus elastisch nachgiebigem Material verschlossen, wobei man anstelle der aufgestülpten Kappen 12 auch eingesteckte Stopfen verwenden kann. Die Abmessungen der Einlege-

Ausnehmungen sind nun so gewählt, daß die Rohrverschllisse in

i'· die zugewandte Einlege-Ausnehmung 20 klemmend eingedrückt werden kb'nnen»so daß man eine Klemmhalterung fü> die Rohre erhält.

An einem der Längsenden des Rahmens 13 ist eine Schrägstell-

Einrichtung angeordnet, um die Vorrichtung in einer mit Bezug

auf die Horizontale geneigten Ausgangslage auf einer Unterlage

22, z. B. ein Tisch, aufstellen zu können. Beim dargestellten

Ausflihrungsbeispiel enthält diese Schrägstell-Einrichtung eine ' auf die Außenseite des zugewandten Rahmenschenkels 17, an dem

!; die offenbaren Rohrenden gelagert sind, aufgesetzte Stellplat- & te 23 rechteckiger Gestalt, die in der Höhenlage verstellbar | ist* Zum Verstellen besitzt die Stellplatte ein sich in Höhen- |'

richtung, d. n. rechtwinkelig zur Rahmenebene, erstreckendes Langloch 24, das an der der Unterlage 22 zugewandten Unterseite offen ist und durch das eine von außen her betätigbare Klemmschraube 25 in den Rahmenschenkel 17 eingeschraubt ist. Durch Verdrehen des Schraubenkopfes 26 kann die Stellplatte 23 gegen den Rahmenschenkel 17 geklemmt werden* Infolge des Langloches 24 kann diese Klemmung in jeder gewünschten Höhenlage erfolgen. Hierzu muß die Klemmschraube 25 nur um einen kurzen Weg gelöst werden. In ihrer wirksamen Stellung steht die Stellplatte 23 über die Unterseite des Rahmens 13 nach unten hin vor (Fig. 2), während sie in ihrer unwirksamen Stellung (Fig. 5) so weit hochgeschoben ist, daß sie die Auflage des Rahmens auf der Unterlage 22 nicht behindert. Des weiteren ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, daß der Schraubenkopf 26

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mit Bezug auf die Unterkante des Rahmenschenkels 17 hochgesetzt ist, damit der Kopf 26 bei unwirksamer Stellplatte 23 nicht auf der Unterlage 22 aufsitzt. Durch die Verwendung einer Platte als Schrägsten-Einrichtung erhält man in der wirksamen Stellung eine flächige Auflage ohne seitliche Kippgefahr. Außerdem läßt sich die Neigung des aufgestellten Rahmens praktisch mit einem Handgriff verändern.

Anstelle der Stellplatte 23 kann man auch mindestens eine, zweckmäßigerweise zwei im Abstand angeordnete Stellschrauben vorsehen, die den Rahmen 13 im Bereich des Rahmenschenkels 17 von der Oberseite bis zur Unterseite durchdringen und je nach der Einschraubtiefe im gewünschten Ausmaß über die Rahmen-Unterseite vorstehen.

Befinden sich die Sinkkb'rper in ihrer der Schrägste! 1-Einrichtung zugewandten Ausgangslage (Fig. l)_cund nimmt die Vorrichtung bei" wirksamer Schrägstel !-Einrichtung ihre geneigte Betriebslage (Fig. 2) ein, bewegen sich die Sinkkörper 11 in den Flüssigkeiten infolge der Schwerkraft zum anderen Rohrende hin. Die Bewegungsgeschwindiglcei t ist von der Viskosität der jeweiligen Flüssigkeit: abhängig, so daß man durch einen Geschwindigkeits-Vergleich der Sinkkörper 11 Aussagen über die unterschiedlichen Viskositäten erhält.

Dieses Experiment kann man selbst bei klein bauender Vorrichtung einem großen Auditorium deutlich sichtbar machen, da sich

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der Rahmen mit den Rohren auf eine Unterlage 22 legen und mittels eines üblichen Projektionsapparates auf einer Projektionswand in vergrößerter Darstellung abbilden laßt. Um diese Abbildung nicht durch Lichtreflexionen an der Rahmen-Oberseite 18 zu stören, kann diese mattiert ausgebildet sein, z. B. indem man die Rahmen-Oberseite 18 aufrauht. Ferner kann man* wenn der von dem Rahmen 13 umschlossene Raum 27 frei ist, den Rahmen auf ein Papier od.dgl. legen, das beispielsweise durch geeignete Färbung eine besonders kontrastreiche Abbildung der sich bewegenden Sinkkörper 11 ergibt.

Anstelle der Sinkkörper 11 können auch Steigkörper benutzt werden, die infolge einer Auftriebskraft nach oben steigen. In diesem Falle ist die Bewegungsrichtung umgekehrt von unten nach oben. Im einfachsten Falle werden solche Steigkörper von Luftblasen gebildet.

Um die Neigung des Rahmens 13 in seiner Betriebslage reproduzierbar einstellen zu können, kann man die Stellplatte 23 oder die dieser entsprechenden Stellschrauben mit einer nicht dargestellten Maßskala versehen.

Damit die Sink- oder Steigkörper in ihre Ausgangslage gelangen, kann man den Rahmen 13, bevor man ihn in seiner Betriebslage (Fig. 2) aufstellt, in entgegengesetzter Richtung geneigt halten. In dem Fall, daß man Sinkkörper aus magnetisierbarem Material, z. B. Stahlkugeln, verwendet, kann man jedoch auch folgen-

dermaßen vorgehen:

Gemäß Fig. 6 ist an einer Trägerleiste 28 im Abstand der Rohre 10 eine der Rohranzahl entsprechende Anzahl von Magnctkörpern 29 reihenartig befestigt. Diese Leiste 28 mit den Magnetkörpern 29 stellt ein gesondertes Teil dar. Befinden sich nun die Sinkkörper 11 in ihrer Endlage, also am unteren Rohrende, legt man die Trägerleiste 28 derart quer über die Rohre 10, daß jeweils ein Magnetkörper 29 über einem Sinkkörper 11 angeordnet ist. Sodann lassen sich sämtliche Sinkkörper gleichzeitig durch Magnetkraft in ihre obere Ausgangslage (Fig. 1) ziehen. Durch Abheben der Leiste 28 von den Rohren starten die Sinkkörper 11 gleichzeitig mit ihrer Sinkbewegung, die je nach der Höheneinstellung der Schrägstell-Einrichtung 23 schneller oder langsamer erfolgt.

Es versteht sich, daß man im einfachsten Falle anstelle der einen Vorrichtungsbestandteil darstellenden Stellplatte 23 od. dgl. auch einen gesonderten Klotz od.dgl. unterlegen kann. Ferner ist ersichtlich, daß die Unterkante des der Schrägstell-Einrichtung entgegengesetzten Rahmenschenkels 16 als Kippachse dient, auf der der schräggestel1 te Rahmen aufliegt.

Im übrigen ist die Vorrichtung auch für Praktikumsversuche geeignet. Für die Experiment-Durchführung kann es außerdem zweckmäßig sein, am Rahmen an den Stellen der Rohre diesen zugeordnete Beschriftungen oder entsprechende Markierungen an-

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zubringen (siehe in Fig. 1 die auf den Rahmenschenkel 16 aufge- ff schriebenen Zahlen 1 bis 5).

Die dargestellte Vorrichtung besitzt außerdem eine Wippeinrichtung. Diese steht in der Längsmittel ebene des Rahmens 13 an der Rahmen-Unterseite vor und wird beim Ausführungsbeispiel von an den seitlichen Rahmenschenkeln 14, 15 befestigten Wippvorsprüngen 30, 31 zweckmäßigerweise in Gestalt eines quer verlaufenden Rundstabes gebildet, der an die Rahmen-Unterseite angeklebt oder angeformt ist. Die beiden Wippvorsprünge 30, 31 können auch durch in Höhenrichtung die Rahmenschenkel 14, 15 durchdringende Stellschrauben ersetzt werden, falls eine Höhenverstellung erwünscht ist. Will man diese Wippeinrichtung benutzen, muß man die Stellplatte 23 od.dgl. in ihre unwirksame Stellung (Fig. 5) verstellen. Der Rahmen ruht dann auf den Wippvorsprüngen 30, 31. Je nachdem, welches Rahmenende man von Hand zur Unterlage 22 hin verschwenkt, bleibt der Rahmen in der einen oder der entgegengesetzten Schräglage liegen. Wiederum bewegen sich die Sink- oder Steigkörper zum jeweils unten bzw. oben liegenden Rohrende. Mit Hilfe dieser Einrichtung lassen sich also sozusagen Wechselexperimente ausführen, bei denen die Körper am Ende ihrer Bewegung nicht in ihre Ausgangslage zurückgebracht werden müssen. Hierdurch läßt sich die Bewegung von Luftblasen besonders gut demonstrieren.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel besitzt sowohl eine

Schrägste! !-Einrichtung als auch eine Kippeinrichtung. |

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Bei einfacheren Varianten kann man auch entweder auf die Schräg stell- oder die Wippeinrichtung veczichten.

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19. Mai 1982

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Prof. Dr. Peter Menzel, 7300 Esslingen, und Prof. Jürgen Mauch, 7302 Ostfildern 1 - Ruit.

Vorrichtung zum vergleichenden Beobachten der Viskositäten verschiedener Flüssigkeiten

Ansprüche :

\.J Vorrichtung zum vergleichenden Beobachten der Viskositäten verschiedener Flüssigkeiten, die jeweils zusammen mit einem Sink- oder Steigkörper in einem offenbaren Rohr aus durchsichtigem Material enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von gleichen Rohren (10) parallel nebeneinander in einer Ebene in einem Rahmen (13) gehaltert ist, der um eine rechtwinkelig zur Rohr- und Rahmen-Längsrichtung stehende horizontale Achse neigbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (13) ein Rechteckrahmen ist und die Rohre (10) parallel zum seitlichen Rahmenschenkel paar (14, 15) zwischen den Rahmens'chenkeln (16, 17) des anderen Paares verlaufen, an

denen sie endseitig gehaltert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß
an den Stellen der Rohrenden der jeweils zugewandte Rahmenschenkel (16, 17) an der Rahmen-Oberseite (18) offene Einlege-Ausnehmungen (19, 20) mit einer zweckmäßigerweise nach Art eines U gebogenen Umfangsflache (21) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rohre (10) mittels "eines Verschlusses (12) aus elastisch
nachgiebigem Material verschlossen sind, der in die zugewandte Einlege-Ausnehmung (20) klemmend eingedrückt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Rahmen (13) umschlossene Raum
(27) fret ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (13) aus durchsichtigem Material, insbesondere aus Kunstglas, z. B, Acrylglas, besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, daß die Rahmen-Oberseite (.18) mattiert ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Längsenden des Rahmens (13)
eine Schrägstell-Einrichtung angeordnet ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstell-Einrichtung eine auf die Außenseite des zugewandten Rahmenschenkels (17) aufgesetzte, in der Höhenlage verstellbare Stellplatte (23) enthält.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellplatte (23) ein sich in Höhenrichtung erstreckendes, zweckmäßigerweise an der Unterseite offenes Langloch (24) besitzt, durch das eine von außen her betätigbare Klemmschraube (25) in den Rähmenschenkel' (17) eingeschraubt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (26) der Klemmschraube mit Bezug auf die Unterkante des Rahmenschenkels hochgesetzt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schragstell-Einrichtung von mindestens einer den Rahmen durchdringenden Stellschraube gebildet wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante des der Schrägstell-Einrichtung entgegengesetzten Rahmenschenkels (16) als Kippachse ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längsmittelebene des Rahmens (13) an der Rahmen-Unterseite eine Wippeinrichtung vorsteht.
15. Verrichtung nach Anspruch 14, daruch gekennzeichnet, daß die Wippeinrichtung von an den seitlichen Rahmenschenkeln (14, 15) befestigten Wippvorsprüngen (30, 31) zweckmäßigerweise in Gestalt eines quer verlaufenden Rundstabes gebildet wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippeinrichtung von durch die seitlichen Rahmenschenkel geschraubten Stellschrauben gebildet wird,
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit aus magnetisierbarem Material bestehenden Sinkkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß an einer vom Rahmen (13) gesonderten Trägerleiste (28) im Abstand der Rohre (IQ) Magnetkörper (29) befestigt sind.

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