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Viskosimeter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Viskosimeter mit einem
Synchronelektromotor, dessen Welle mit einer Meßwelle in Antriebsverbindung steht,
die einen zum Eintauchen in die zu messende Flüssigkeit bestimmten Widerstandskörper
trägt, und dessen Stator drehbar gelagert ist, so daß er sich unter der Wirkung
des Reaktionsdrehmomentes um seine Längsachse entgegen Federwirkung drehen kann,
wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um diese Drehbewegung auf eine Anzeigevorrichtung
zu übertragen.
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Von diesen bekannten Viskositätsmeßvorrichtungen unterscheidet sich
das erfindungsgemäße Viskosimeter dadurch, daß von den beiden Wicklungen des Synchronmotors
(Feld- oder Ankerwicklung) mindestens die eine an einen Wechselstrom angeschlossen
ist, dessen Frequenz gegenüber derjenigen des Stromes in der anderen Wicklung variiert
werden kann.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. I das Viskosimeter im Vertikalschnitt und Fig.
2 ein zugehöriges Schaltungsschema.
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In Fig. I bezeichnet I das Statorgehäuse eines Synchronelektromotors,
dessen Rotor 1a mit der Meßwelle 2 starr verbunden ist. Auf das untere Ende der
Welle 2 ist ein als Quirl ausgebildeter
Widerstands- oder Meßkörper
3 wegnehmbar und gegen anders dimensionierte oder geformte weitere Meßkörper auswechselbar
aufgesetzt.
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Das Gehäuse I des Synchronmotors steht mit einer zu der Meßwelle
2 koaxialen Achse 4 in starrer Verbindung. Die Achse 4 ist mittels eines Radialkugellagers
5 und eines Druckkugellagers 6 in einer mit einem Hals 7 versehenen Platte 8 leicht
drehbar gelagert. Synchronmotor I und Platte 8 sind im Innern eines oben mittels
einer transparenten Scheibe g abgeschlossenen Gehäuses 10 angeordnet.
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Am oberen Ende der Achse 4 ist ein über einer Skalenscheibe II schwenkbarer
Zeiger I2 angeordnet. Mit I3 ist weiter eine Spiralfeder bezeichnet, deren inneres
Ende fest auf der Achse 4 sitzt, während das äußere Federende an einer in der Platte
8 verankerten Stütze I3a befestigt ist; die Stütze 14 dient als Träger für die Stromzuführung
15.
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Das Gehäuse 10 trägt auf seiner unteren Seite einen im Durchmesser
abgesetzten zylindrischen Fortsatz I6, auf welchen ein zylindrisches, mit einer
schlitzförmigen Ausnehmung I7 versehenes Meßrohr I8 aufgesteckt ist.
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19 bezeichnet eine Flüssigkeit, deren Viskosität gemessen werden
soll und in die die Meßwelle 2 bis zur Mitte der Ausnehmung I7 eintaucht.
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Stator und Rotor des Synchronmotors sind je vierpolig ausgebildet,
wobei die Feldwicklungen 25 (Fig. 2) an eine Wechselstromleitung 26 von konstanter
Frequenz von beispielsweise 50 Hz angeschlossen sind, während die Ankerwicklung
an eine Wechselstromleitung 27 mit variabler Frequenz von beispielsweise 50 bis
83,3 Hz angeschlossen ist Die Ankerwicklung wird von einem Frequenzumformer 28,
29 gespeist, dessen Motor 29 über eine Leitung 30, in welche ein stufenloser Widerstandsschalter
3I eingebaut ist, mit der Leitung 26 in Verbindung steht. Mit 32 ist ein mit dem
Motor 29 in mechanischer Antriebsverbindung stehender Tachometerdynamo bezeichnet,
der über eine Leitung 33 mit einem als Tourenzähler dienenden Spannungsmesser 34
elektrisch verbunden ist.
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Der Synchronmotor ist dabei so ausgebildet, daß die Drehzahl sowohl
des Drehfeldes des Stators als auch des Drehfeldes des Ankers bei 50 Hz I500 Touren
pro Minute beträgt. Werden nun die Feld- und die Ankerwicklung des Motors mit Strom
gleicher Frequenz, von beispielsweise 50 Hz, gespeist, so rotieren die Drehfelder
beider Wicklungen mit gleicher Geschwindigkeit, wobei sowohl der Anker Ia wie auch
der Stator I stillsteht.
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Wird nun die Frequenz des den Anker speisenden Stromes beispielsweise
auf 83,3 Hz erhöht, so rotiert dessen Drehfeld mit einer Umdrehungszahl von 2500
Touren pro Minute, wobei der Anker Ia mit einer Umdrehungszahl von I000 Touren pro
Minute in Rotation versetzt wird. Mit Hilfe des stufenIosen Regulierschalters 3I
kann die Frequenz des den Anker speisenden Stromes zwischen 50 und 83,3 Hz beliebig
variiert und damit auch die Umlaufgeschwindigkeit des Ankers Ia beliebig gewählt
werden. Die jeweilige Umdrehungszahl des Ankers bzw. der Meßwelle 2 kann am elektrischen
Drehzahlmesser 34 abgelesen werden.
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Je nach der Größe der Viskosität der Flüssigkeit wird der Meßkörper
3 mehr oder weniger abgebremst. Da der Synchronmotor bei einer bestimmten Frequenz
ohne Rücksicht auf die größer werdende Belastung eine konstante Geschwindigkeit
beibehält, erfährt das Statorgehäuse I unter dem Einfluß der Reaktion des nun stärkeren
Drehmomentes eine Rückwärts drehbewegung entgegengesetzt zur Drehrichtung der Meßwelle
2. Das auf das Statorgehäuse I wirkende Reaktionsdrehmoment wird von der Ptäzisionsfeder
I3 aufgenommen, d. h., das Statorgehäuse I kann nur so weit aus seiner Ruhe- oder
Nullstellung abweichen, bis sich die auf den Meßkörper 3 wirkende Reibung und die
sich spannende Präzisionsfeder I3 das Gleichgewicht halten. Dieses Gleichgewicht
tritt praktisch augenblicklich ein, sobald der Meßkörper 3 in die Meßflüssigkeit
19 eingetaucht wird. Die von der Feder I3 aufgenommene Kraft, d. h. die am Meßkörper
auftretende Reibung, welche wiederum proportional zur Reibung der Meßflüssigkeit
19 ist, kann direkt an der eingebauten Skala 1I mit Hilfe des Zeigers 12 abgelesen
werden.
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Statt den Anker mit Strom von variabler Frequenz zu speisen, ist
es selbstverständlich auch möglich, die Feldwicklung an eine Wechselstromleitung
von variabler Frequenz anzuschließen oder aber sowohl die Anker- wie auch die Feldwicklung
mit Strom von gegenüber einander variabler Frequenz zu beschicken.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Synchronmotors ermöglicht es,
die Meßwelle je nach Art und Charakter des Meßgutes mit verschiedenen Tourenzahlen
laufen zu lassen, wobei durch Frequenzänderungen jede beliebige zwischen Null und
der Höchsttourenzahl liegende Umdrehungszahl eingestellt werden kann.
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Natürlich ist es auch bei einem gewöhnlichen Synchronmotor möglich,
die Tourenzahl durch gleichmäßige Frequenzänderungen des Stromes beider Wicklungen
zu variieren bzw. bis auf den Wert Null abzusenken. Hierbei würde jedoch bei einem
gewöhnlichen Synchronmotor in der Nähe des Nullwertes fast kein Drehmoment mehr
erzeugt; Im Gegensatz dazu ändert sich bei der erfindungsgemäßen Ausbildung das
Drehmoment bei verschiedenen Tourenzahlen der Meßwelle bzw. des Ankers nur wenig.