DEH0022363MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 9. Dezember 1954 Bekanntgemacht am 12. April 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es sind Rotationsviskosimeter bekannt, bei denen

ein Drehkörper, beispielsweise ein Zylinder oder ein Rührflügel, in der Meßsubstanz, deren Viskosität bestimmt werden soll, mit konstanter Drehzahl rotiert und das Drehmoment, welches dabei auf den Drehkörper wirkt, gemessen wird, um daraus auf die Viskosität zu schließen. Diese Viskosimeter bestehen also aus einer Anordnung zur Erzeugung einer oder mehrerer bekannter,, konstanter Drehzahlen und einer

ίο Anordnung zur Messung des Drehmomentes.

Die konstanten Drehzahlen werden zumeist von einem Synchronmotor erzeugt, der durch ein Stufengetriebe untersetzt sein kann.

Die Anordnung zur Drehmomentmessung kann beispielsweise aus einer durch eine Torsionsfeder zweigeteilten Welle bestehen, deren einer Teil mit dem Drehzahlerzeuger mechanisch verbunden ist, während an dem anderen Teil der Drehkörper befestigt ist. Die Winkelverdrehung zwischen beiden Wellenteilen, die mechanisch, elektrisch oder optisch gemessen wird, ist dann ein Maß für das übertragene Drehmoment und mithin auch der Viskosität der Meßsubstanz.

Die mechanische Verbindung zwischen dem Drehzahlerzeuger und der Anordnung zur Drehmomentmessung erfolgte bisher in. der Weise, daß beide Aggregate durch eine starre Welle miteinander verbunden waren. Es wurde also der Drehzahlerzeuger über oder neben dem Drehmomentmesser in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Diese Art der Anordnung bedingte ein relativ hohes Gewicht und große Abmessungen des Rotationsviskosimeters. Diese Geräte waren also unhandlich.

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Bei anderen Rotationsviskosimetern erfolgte bisher die mechanische Verbindung zwischen Drehzahlerzeuger und Drehmomentmesser durch Riementrieb. Bei einem Riementrieb kann jedoch Schlupf auftreten, so daß die Drehzahl des Drehkörpers Veränderungen unterliegen konnte.

Weiterhin wurden Rotationsviskosimeter vorgeschlagen, bei denen der Drehkörper über eine biegsame Welle oder eine Gelenkwelle mit dem Drehzahlerzeuger verbunden. war, der seinerseits mit einer Einrichtung zur Drehmomentmessung versehen, war. Es war hier jedoch nicht möglich, die biegsame Welle mit einem Führungsschlauch zu umgeben, da das durch die Reibung der Welle am Schlauch entstehende zusätzliche Drehmoment ebenfalls mitangezeigt worden wäre. Somit durfte wegen der notwendigen Führungslosigkeit die biegsame Welle nur eine geringe Länge haben und nur schwach gekrümmt sein, so daß es nicht möglich war, den relativ großen Drehzahlerzeuger von den kleineren Meßelementen, also vornehmlich dem Drehkörper, räumlich vollständig zu trennen.

Demgegenüber schlägt die vorliegende Neuerung vor, bei einem Rotationsviskosimeter den Drehzahlerzeuger mit dem Drehmomentmesser zwecks Unterbringung in getrennten Gehäusen durch eine biegsame Welle mechanisch zu verbinden. Die biegsame Welle kann dabei aus Stahldraht gewickelt sein. Es ist jedoch auch möglich, die biegsame Welle aus Kautschuk oder einem anderen elastischen Material zu fertigen. Es kann auch an die Stelle der biegsamen Welle eine Gelenkwelle, die aus mehreren Gliedern besteht, treten. Die folgenden Ausführungen sollen auch für eine solche Gelenkwelle gelten. Die biegsame Welle ist in bekannter Weise von einem flexiblen Schlauch umgeben, der zur Führung und zum Schutz dient. Da die Drehmomentmessung erst hinter der biegsamen Welle erfolgt, hat die Reibung der Welle am Schlauch keinen Einfluß auf die gemessenen Werte.

Durch die biegsame Welle ist eine vollständige räumliche Trennung von Drehzahlerzeuger und Drehmomentmesser möglich. Beide Aggregate können sich in getrennten Gehäusen befinden. Da es möglich ist, den Drehmomentmesser relativ klein zu gestalten, kann man ein Rotationsviskosimeter gemäß der

' Neuerung nach dem Fühlerprinzip bauen, indem der Drehmomentmesser in einem Meßkopf angeordnet ist, aus dem unten der Drehkörper heräusragt, der

50- in die Meßsubstanz getaucht wird. Der Meßkopf ist durch die biegsame Welle mit einem größeren Gehäuse verbunden, in dem sich der Drehzahlerzeuger und eventuell Anzeigeelemente befinden. Der Meßkopf kann, nun wie ein Meßwertfühler angewendet und in Gefäße getaucht werden, die mit der zu messenden Substanz gefüllt sind. Die Handhabung ist also bei einem Rotationsviskosimeter gemäß der Neuerung sehr erleichtert.

Die Abb. I zeigt ein Prinzipschema eines Ausfüh-

■60 rungsbeispiels eines Rotationsviskosimeters gemäß der Neuerung.

ι stellt den Meßkopf dar, in dem sich der Drehmomentmesser befindet. An dem Meßkopf ist auf einer Welle ein Zylinder 2 als Drehkörper befestigt. Die in einem sSchutzschlauch 3 befindliche biegsame Welle 4 stellt die mechanische Verbindung zu dem Gehäuse 5 her, in dem sich der Drehzahlerzeuger sowie Anzeigeelemente für das Drehmoment befinden.

Es zeigt sich, daß sich der allgemeinen Drehbewegung des Drehkörpers Drehschwingungen überlagern, die von dem Drehzahlerzeuger und insbesondere von der biegsamen Welle herrühren. Diese Schwingungen bewirken ein ständiges Schwanken des Drehmomentes und damit des Meßwertes um einen Mittelwert. Die Ursache der Torsionsschwingungen ist in der Bewegungsart der biegsamen Welle zu suchen. Die biegsame Welle gleitet nämlich ständig über die Innenwand des Schutzschlaüches. Der Reibungswiderstand dieser Bewegung ändert sich nun fortlaufend, so daß die biegsame Welle, die ja ein Federelement darstellt, eine wechselnde Torsion bekommt. Die wechselnden Torsionen äußern sich als Drehschwingungen.

Diese Drehschwingungen sind, solange sie ein gewisses Maß nicht überschreiten, durchaus erwünscht. Sie haben nämlich zur Folge, daß an allen wesentlichen Stellen des Drehmomentmessers Gleitreibung herrscht, so daß durch Reibung bedingte mechanische Fehlerquellen weitgehend beseitigt werden und mithin die Meßgenauigkeit steigt. Es ist möglich, diese Dreh- go schwingungen neuerungsmäßig noch durch geeignete Mittel zu vergrößern. Beispielsweise kann ein Ratterwiderstand vorgesehen werden, etwa ein Zahnrad, auf dem eine Feder gleitet; oder es kann dem ganzen System durch an sich bekannte elektromagnetische Mittel die Netzfrequenz als Drehschwingung aufgedrückt werden.

Im allgemeinen sind jedoch die von der biegsamen Welle herrührenden Drehschwingungen so groß, daß sie das wünschenswerte Maß übersteigen, indem nämhch der Meßwert störend großen Schwankungen unterliegt.

Um nun diesen Drehschwingungen ein erträgliches und wünschenswertes Maß zu geben, schlägt die Neuerung vor, sie durch geeignete Mittel zu dämpfen. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Raum zwischen biegsamer Welle und Schutzschlauch mit einem Schmierfett gefüllt wird. Das Fett als viskoses Medium sucht jede Bewegung zu hemmen. Die Hemmung der allgemeinen Drehbewegung wird von dem Drehzahlerzeuger überwunden; da die Drehmomentmessung erst hinter der biegsamen Welle erfolgt, wird der Meßwert dadurch nicht beeinflußt. Es werden jedoch Drehschwingungen der biegsamen Welle durch die Fettschicht stark gedämpft, so daß sie sich in dieser Hinsicht nahezu wie eine starre Welle verhält.

Die Fettschicht kann auch andere Wellenteile auf dem Wege vom Drehzahlerzeuger zum Drehmomentmesser umhüllen zum Zwecke der Dämpfung.

Es ist auch möglich, die Drehschwingungen beispielsweise durch eine magnetische oder mechanische Bremse zu dämpfen.

Weiterhin schlägt die Neuerung vor, das viskositätsabhängige Drehmoment, welches auf den Drehkörper '25 übertragen wird, in an sich bekannter Weise zu messen

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durch Bestimmung der Winkelverdrehung, die zwei durch eine Torsionsfeder verbundene Wellen gegeneinander erfahren. Die Messung der Winkelverdrehung soll ebenfalls in an sich bekannter Weise elektrisch, und zwar durch Abgreifen einer elektrischen Widerstandswicklung oder -schicht, eines sogenannten Abgreifwiderstandes; erfolgen. Der Abgreifwiderstand ist dabei auf einen isolierenden Ring aufgebracht, der an einer der beiden Wellen zentrisch befestigt ist.

ίο Der Abgreifkontakt ist an der anderen Welle befestigt. Nach der Neuerung ist nun der Abgreifkontakt unmittelbar mit der Metallmasse der Gesamtanordnung verbunden. Er braucht also nicht auf irgendeinem Isolierträger befestigt zu sein. Weiterhin ist nach der Neuerung ein Ende des Abgreifwiderstandes mit einem Kontaktschleifring verbunden, auf dem ein Kontaktschleifer gleitet. Durch diesen Schleifkontakt wird nun dem Abgreifwiderstand Strom zugeführt. Der Strom durchfließt den Abgreifwiderstand bis zum Abgreifkontakt und wird dort der Metallmasse zugeleitet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß nur eine elektrische Leitung zum Drehmomentmesser führt und nur ein Schleifkontakt erforderlich ist. Weiterhin liegt bei einer elektrischen

•25 Unterbrechung zwischen Abgreifwiderstand und Abgreifkontakt durch Oxyd- oder Schmutzschichten die volle Spannung der Stromquelle an diesen Trennschichten, so daß sie schneller zerstört werden. Die Abb. II zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Drehmomentmessers für Rotationsviskosimeter gemäß der Neuerung.

11 und 12 sind die beiden Wellen; 13 stellt die Torsionsfeder dar, die an den Trägern 14 und 15 befestigt ist. Auf dem Isolierring 6, der an 12 befestigt ist, befindet sich der Abgreifwiderstand 7, der mit dem Schleifring 8 verbunden ist. Der Schleifkontakt 9 führt den Strom zu. Der Abgreifkontakt 10, eine Feder, ist mit 11 metallisch fest verbunden, er gleitet auf der Widerstandswicklung oder -schicht. Seine Stellung dort ist abhängig von der Winkelverdrehung zwischen 11 und 12 und damit vom übertragenen Drehmoment.

Um diese drehmomentabhängige Stellung führt der Abgreifkontakt kleine Schwingungen aus infolge der oben behandelten Drehschwingungen. Dadurch ist der Reibungswiderstand zwischen Abgreifwiderstand und Abgreifkontakt klein und mithin die Meßgenauigkeit gesteigert.

Weiterhin erfolgt , dadurch eine ständige Selbstreinigung der elektrischen Kontaktstellen von Oxyd- und Schmutzschichten.

Das Potential V des Abgreifwiderstand-Einganges . gegenüber der Metallmasse ist gegeben durch den abgegriffenen Widerstand R und den Strom /, und es gilt:

V = R-J.

Dieses Potential V ist also ein Maß für den abgegriffenen Widerstand und mithin für das viskositätsabhängige Drehmoment.

Es ist auch umgekehrt möglich, den Abgreifkontakt auf einem Isolierträger zu befestigen und über einen Schleifring mit einem Schleifkontakt elektrisch zu verbinden und weiterhin ein Ende des Abgreifwiderstandes an Masse zu legen. Es ist auch in diesem Fall das Potential V des Abgreifkontaktes gegenüber der Metallmasse gegeben durch:

V = R-J.'

Damit jedoch die Funktion V = f (R) linear ist und mithin die Abhängigkeit V = f (Drehmoment) linearen Verlauf hat, muß der Strom / konstant sein und mithin unabhängig von R. Dies erfolgt gemäß der Neuerung in der Weise, daß geeignete Mittel, z. B. Eisenwasserstoffwiderstände oder gegengekoppelte Verstärkerröhren, vorgesehen sind, um den Strom / konstant zu halten.

Die Abb. III zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der Neuerung.

16 stellt eine Stromquelle dar, deren einer Pol an der geerdeten Metallmasse liegt. 17 ist ein Eisenwasserstoffwiderstand. Von 17 führt eine Zuleitung 18 zum Drehmomentmesser und dort zum Schleifkontakt 9. 7 stellt den Abgreifwiderstand dar und 10 den Abgreifkontakt. 19 ist ein Siebglied zur Dämpfung des Spannungsmessers 20. Der Spannungsmesser zeigt das Potential V und damit das wirksame, viskositätsabhängige Drehmoment an. Durch die Stromquelle 21 wird eine regelbare Gegenspannung in den Stromkreis des Spannungsmessers eingeführt, um diesen auf ο einjustieren zu können für verschwindendes Drehmoment. 7 und 10 können auch in einer Weise geschaltet sein, wie es die Abb. IHa zeigt'.

Bei der praktischen Ausführung eines Rotationsviskosimeters gemäß der Neuerung befinden sich die elektrischen Elemente 16, 17, 19, 20 und 21 zweckmäßigerweise in dem Gehäuse für den Drehzahlerzeuger. Von dort führt dann die Leitung 18 zum Meßkopf, in dem sich die Elemente 9, 7 und 10 befinden.

Bei einem Rotationsviskosimeter gemäß der Neuerung ist also die angezeigte Spannung V eine lineare Funktion des Drehmomentes und damit der Viskosität η der Meßsubstanz.

Es gilt für die Viskosität η folgende Beziehung:

η= K-V

Dabei ist K eine Apparatekonstante; die von der Form des Drehkörpers abhängig ist und durch Eichung bestimmt wird. U ist die Drehzahl pro Minute des Drehkörpers.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Rotationsviskosimeter, bestehend aus einer Anordnung zur Messung des Drehmomentes, das die viskose Meßsubstanz auf einen rotierenden Drehkörper ausübt und einer einen Elektromotor und eventuell ein Getriebe enthaltenden Anordnung zur Erzeugung einer Drehbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Messung des Drehmomentes mit der Anordnung zur Erzeugung der Drehbewegung zwecks Unterbringung in getrennten Gehäusen durch eine biegsame Welle oder durch einemehrgliedrigeGelenkwelle verbunden ist.

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2. 2. Rotationsviskosimeter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, die vom Motor und Getriebe sowie von der biegsamen Welle herrühren und die sich der allgemeinen Drehbewegung überlagern, eine Fettschicht oder eine Schicht aus einem Stoff mit fettähnlichem Viskositätsverhalten dient, die die biegsame Welle und/oder einen Teil der Antriebswelle umgibt und die ihrerseits in einer weiteren Umhüllung gleitet.
3. 3. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ratterwiderstand oder eine an sich bekannte elektromagnetische Anordnung vorgesehen ist, um der allgemeinen Drehbewegung eine Drehschwingung zu überlagern zur Minderung von Reibungswiderständen im Drehmomentmesser.
4. 4. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, bei dem die Drehmomentmessung durch Bestimmung der Winkelverdrehung einer Torsionsfeder mittels Widerstandsabgriff erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgreifkontakt mit der Metallmasse der Anordnung verbunden ist und der Abgreifwiderstand über einen Schleifkontakt mit Strom versorgbar ist.
5. 5. Rotationsviskosimeter nach den Ansprüchen ι und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Abgreifwiderstandes an der Metallmasse liegt, und der Abgreifwiderstand von, dem Abgreifkontakt, der seinerseits mit einem Schleifkontakt verbunden ist, mit Strom versorgbar ist.
6. 6. Rotationsviskosimeter nach den Anspruch en 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise durch Eisen wasserstoffwiderstände oder gegengekoppelte Verstärkerröhren die Stromstärke im Abgreifwiderstand unabhängig von der Stellung des Abgreifkontaktes konstant bleibt, um eine lineare Eichkurve zu erhalten.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 848 102.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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