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Viskosimeter, insbesondere Plastometer Zusatz zum Patent 896570
Die
Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung eines Vi skosimeters, insbesondere
Plastometers, nach Patent 896 570, bei dem eine über einen Kegeltrieb durch einen
gewichtsbelasteten WQalgeba,lken antreibbare senkrechte Welle mit einem kegelförmigen
Körper gegen den in einem hohllkegeligen Behälter haftenden hochviskosen oder plastischen
Meßstoff drängt und ihre Verdrehung bei Erreichong des rheologischen Fließpunktes
durch eine sich gegenüber einer Meßmarke bewegende Skalentrommel angezeigt wird.
Die Vergrößerung des auf die Welle zur Einwirkung gebrachten Dreh momentes erfolgt
bei dem Hauptpa,tent durch Auflegen von Gewichten auf die Waagschale des Waagebalkens.
Die Vergrößerung der Drehkraft dieses Gewichtsantriebes erfolgt also in gewissen
Stufen, nicht kontinuierlich. Auch wenn der Fließpunkt bei Durchführung des Versuches
ungefähr bekannt ist, so kann es daher leicht vorkommen, daß das zuletzt aufgelegte
Gewicht ein Übergewicht ist. Selbst wenn man die letzte Gewichtserhöhung mittels
eines die Waagschale belastenden Federdynamometers bewirkt und auf diese Weise eine
kontinuierliche Belastungssteigerung hervorruft, wird die Untersuchung doch dadurch
erschwert, daß der Beobachter naturgemäß ständig im Wechsel die Einstellvorrichtung
des Dynamometers und dann wieder die Skalentrommel betrachten muß.
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Der genaue Beginn des Fließens, der für die Messung wichtig ist, wtrd
dalher leicht nicht genau festgestellt.
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Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil dadurch, daß auf der Welle
ein zusätzlicher Drehantrieb in Form einer eine Skala aufweisenden, durch einen
Spanutrieb kontinuierlich beeiinfluRblaren Trommel angeordnet ist, an der das äußere
Ende einer Spiralfeder befestigt ist, während ihr inneres Ende an einer sich lose
auf der Welle liegenden, aber nach Abschaltung des Waagebalkenantriebes mit ihr
kuppelbaren Buchse angreift. Dabei sind die beiden Skalentrommeln zweckmäßig auf
der Welle so dicht beieinander angeordnet, daß die beiden Skalen in den untereinanderliegenden
Fenstern zugleich betrachtet werden können.
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Für Fließpunktbestimmungen bei plastischen Proben, wie Teigen, Fetten,
Wachsen, Kitt, Modellierton, Kunststoff u. dgl., ist der Federantrieb vorzuziehen,
der wesentlich schneller und sicherer zum Ergebnis führt, weil die Federspannung
ganz allmählich und kontinuierlich gesteigert werden kann. Auch für die Messung
plastischer Verformung sowie der thermoel a sti schen Rückfederung, wie sie bei
Kunststoffen, Bitumen und Harzen zu beobachten sind, ist dieser Antriebl vorzuziehen.
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Für gewisse Fälle aber ist auch unter Abschaltung des Federantriebes
die Benutzung des Gewichtsanfriebes vorzuziehen, z. B. wenn nach Feststellung der
elastischen Rückfederung eines plastisch-elastischen Stoffes der plastische Anteil
ermittelt werden soll. Das Gerät ist daher in dieser Form. auch für die Untersuchnng
stabWförmiger Versuchskörper besonders geeignet, deren beide Enden in einem Spannfutter
befestigt werden. In diesem Falle werden die beiden Kegel gegen eine Spannfuttereinrichtung
ausgetauscht, die für die Benutzung in einem Temperierbad ausgebildet ist. Die untere
Fassung, deren Spannbacken durch eine eingesch raubte Sp a numutter beeinflußt werden,
ist nach Herstellung dieser Verbindung in die untere Öffnung eines becherartigen,
in das Temperiergefäß einsetzbaren, bis in den Bereich der oberen von der Welle
getragenen Fassung hinaufreichenden Mantels eingeschraubt. Diese obere Fassung kann
nach dem Einsetzen dieses Bechers in den Temperierbehälter angezogen werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darges
tel lt.
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Fig. I zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung, Fig. 2 eine Einzelheit
des Wellenantriebes und Fig. 3 eine Einspannvorrichtung für stabförmige Versuchskörper
aus elastischem oder plastischem Werkstoff.
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Die Grundplatte I mit Ständer 2 trägt zwei waagerechte Tische 3,
5. Der Tisch 3 nimmt innerhalb eines Temperierbaldbehälters 4 den Versuchskörper
auf. Der Tisch 5 dient der senkrechten Welle 6 als Lagerung und trägt zugleich auf
seiner Unterseite ein zylindrisches Gehäuse 7 mit zwei Fensterausschnitten 8, g,
h.inter denen zwei Skalentrommeln I0, 11 liegen, die hinter einer Nullmarke o der
Fenster sichtbar werden. Die Trommel 10 ist mit der Welle 6 starr verbunden und
weist eine Winkelgradeinteilung auf, die Trommel II dagegen eine Skaileneinteilung
in Drehmomenteinheiten (cm. g).
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Als Antrieb besitzt der sie tragende Scheibenkörper I5 am Umfang eine
Verzahnung I2, mit der die Schnecke 13 einer von Hand bedienbaren Triebwelle 14
im Eingriff steht. Das äußere Ende einer die Weile 6 umgebenden Spiralfeder I6 ist
an einem Zapfen I7 festgelegt, ihr inneres Ende dagegen greift an einer Büchse IS
an, die lose um die Welle 6 drehbar ist, aber im Falle der Benutzung dieses Federantriebes
durch eine nicht dargestellte Kupplung mit der Welle lauf Drehung verbunden werden
kann.
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Die Welle 6 wird durch ein Kegelradpaar I9, 20 angetrieben. Auf der
Welle 2I ist ein Sperrad 22 befestigt. Lose drehbar auf dieser Welle 21 ist der
Waagebalken 23 gelagert, an dessen Arm 24 eine Sperrklinke 2:5 angeordnet ist, die
bei einer Belastung der am freien Ende des Waagebalkens 23 angreifenden Waagschale
26 mit Gewichten 27 das Sperrad 22 mitnimmt und auf diese Weise eine Drehung der
Welle 6 veranlaßt. Die Benutzung dieses Gewichtsantriebes ist möglich, sobald. ein
am Tisch 5 am Lagerbock 5a gelagerter Stützhebel 5b den Waagebalken 23 freigibt
und der Federantrieb I6 durch Entkupplung der Büchse I8 abgeschaltet ist.
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Die Welle 6 ist zweckmäßig in zwei Teile geteilt, die durch eine
Kupplung 6a verbunden sind, so daß der untere Teil bequem herausgenommen werden
kann. Dieser trägt einen Kegel 28, der in einen Hohlkegel 29 eindringt. Der zu prüfende
Stoff wird in den Raum 29 des becherförmigen Gehäuses 30 eingehracht, bevor die
Welle 6 mit dem Kegel 28 eingesetzt wird. Der Becher 30 wird durch Einetellen in
das Temperierbadgefäß 4 auf einem bestimmten Wärmegrad gehalten un.d. an einer Verdrehung
in Richtung der Weliendrebung 6 gehindert.
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Das Gerät läßt sich aber auch zur Untersuchung eines stabförmigen
Probeörpers auseinerplastischelastischen Masse hinsichtlich seines Verhaltens gegenüber
einer Drehung verwenden. In diesem Falle ist es noltwenldig, die beiden Stabenden
drehungssicher einzuspannen. Hierzu dient eine Einrichtung (Fig. 3), bei der die
Welle 6 in einem geschlitzten Futter 3I endet, welches durch eine tiberwurfmutter
32 gespannt wird, deren konische Innenfläche gegen die konischen Spannklauen für
das obere Stabende wirksam wird. In gleicher Weise ist das untere Ende des Stabes
33 eingespannt. Von dem einhängbaren, becherförmigen Gehäuse 30 ist in diesem Falle
ein Bodenstück 34 abgetrennt, dessen mittlerer Teil wiederum als geschlitztes Spannfutter
35 ausgebildet ist. Das Bodenstück 34 besitzt Außengewinde und das untere Ende des
Bechers 30 ein gleiches Innengewinde. Zunächst wird das untere Ende des Stabes 33
durch eine bequeme zugängliche Mutter 36 festgespannt, deren konische Innenfläche
wiederum gegen die konische Außenfläche der Spannbacken 35 wirkt. Nachdem das untere
und obere Ende des Stabes 33 verspannt sind, wird die Hülse 30 auf
das
Bodenstück 34 aufgeschraubt, in den Temperierbehälter 4 eingesetzt und nun beide
Wellenteile miteinander gekuppelt.
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Benutzungsweise Will man (Fig. I) den Fließpunkt einer plastischen
Probe bestimmen, so wird die Welle 6 mit der Trommel 10 sO eingestellt, daß der
Anfang der Ska,la unter dem Nullstrich o des Fensters 8 liegt und nach Ankupplung
der Büchse I8 an die Welle 6 die Feder I6 durch den Trieb, I3, 14 gespannt, bis
sich die Skala auf der Trommel 10 gegenüber der Nullmarke des Fensters 8 gerade
zu bewegen beginnt. Die Größe der Federkraft I6 wird daher unmittelbare an der Skala
der Trommel II in Drehmomenteiniheiten abgelesen und in Schlubspannungseinheiten
umgerechnet, sofern man nicht a.ußerdem noch auf dieser Trommel 11 eine Teilung
in Schubspannungseinheiten g/cm2 anordnet. Die Benutzung dieses Federantriebes erlaubt,
die Drehkraft bis zur Erreichung des rheologischen Fließpunktes allmählich und kontinuierlich
anwachsen zu lassen, was dadurch erleichtert wird, daß beide Skalen in derselben
Blockrichtung liegen.
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Man kann den. Fließpunkt auch unter Benutzung des Gewichtsantriebes
bestimmen, indem man nach Abschaltung des Federantriebes und Entfernung der Stütze
5b die Gewichtsschale 26 nacheinander mit Gewichten 27 belastet. In diesem Falle
aber wird das letzte Gewicht etwas zu groß sein. Man muß daher meist nach Abnehmen
des letzten zu schweren Gewichtes die Waagschale mit kleineren Gewichten belasten,
was z. B. durch Einfüllen von Bleischrot oder Wasser in einen kleinen Becher der
Gewichtsschale geschehen kann, bis die Drehung der Trommel 10 eintritt. Die Errechnung
des Schubspannungswertes erfolgt alsdann unter Berücksichtigung des Gesaintgewichtes
der Belastung der Gewichtsschale einschließlich Becher und Schrot bzw. Wasser, jedoch
ist diese Art der Benutzung mühevoll.
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Erlaubt ein zu untersuchender plastischelastischer Stoff nur die
Herstellung eines stabförmigen Probekörpers, so wird die Einrichtung nach Fig. 3
benutzt. Der Feder antrieb wird mit der Welle 6 gekuppelt und ein bestimmtes Drehmoment,
z.B.
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100 g cm, auf der Trommel 11 eingestellt. Infolgedessen hat sich nun
auch der eingespannte Stab 33 zwischen den beiden Fassungen verwunden. An der Trommel
10 der entsprechend verdrehten Welle 6 wird festgestellt, daß die Welle sich um
z. B. 440 verdreht hat. Darauf wird der Federantrieb von der Welle entkuppelt und
an der Skala der Trommel 10 beobachtet, um wieviel Winkelgrade diese wieder zurückgeht.
Angenommen, sie zeigt den Wert 300, so beträgt die elastische Rückfederung des Stoffes
30 # IOO = 68°. Der verbleibende pla-44 stische Anteil von 320/c wird nun unter
Abschaltung des Federantriebes allein durch Benutzung des Gewic.htsantriebes 23,
26 ermittelt. In diesem Falle muß man die Verdrehung der Trommel 10 mit ihrer Skala
gegenüber der Nullmarke durch Feststellung ihrer Winkelgeschwindigkeit und unter
Zuhilfenahme eines Zeitmeßgerätes (Stoppuhr) beobachten. Der Gewichtsan:trieb erlaubt
eine plötzliche Belastung der Welle 6 und des Probekörpers 33 mit einem bestimmten
Gewicht und daher auch eine genaue Beobachtung der Winkel geschwindigkeit. Man schaltet
nach Ausschwenken des Stützhebels 5b z. B. bei dem Wert IO der Trommel IO die Stoppuhr
ein, beim Wert 30 wieder aus und erhält so die Zeit, innerhalb deren die Welle 6
eine Drehung von 20 Winkelgraden durch-]aRlfen hat. Bei Belastung der Gewichtsschale
26 mit einem größeren Gewicht und erneutem Ausschwenken des Stützhebels gb wird
man beim Wert 50 wieder die Stoppuhr ein- und bei 70 ausschalten. Aus mehreren Versuchen
dieser An kann man also auf die Viskosität des Versuchskörpers 33 Rückschlüsse ziehen
bzw. diese nach einer besonderen Formel errechnen.