WO2004017049A2 - Capillary rheometer - Google Patents

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WO2004017049A2
WO2004017049A2 PCT/DE2003/002475 DE0302475W WO2004017049A2 WO 2004017049 A2 WO2004017049 A2 WO 2004017049A2 DE 0302475 W DE0302475 W DE 0302475W WO 2004017049 A2 WO2004017049 A2 WO 2004017049A2
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brush
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Axel Goettfert
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Goettfert Werkstoff-Pruefmaschinen Gmbh
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • G—PHYSICS
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/44—Resins; Plastics; Rubber; Leather
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    • G—PHYSICS
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    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N2011/0006—Calibrating, controlling or cleaning viscometers

Definitions

  • the invention relates to a capillary rheometer for determining theological properties of polymer melts, in particular the viscosity, with a channel for receiving a test material, with a nozzle that closes the channel and with a die that can be positively inserted into the channel for extruding the test material through the nozzle.
  • Capillary rheometers are test devices known in practice to determine the viscosity of polymer melts in a wide range of applications, i.e. H. to be determined, in particular, at different temperatures, as occur, for example, in a melt or during extrusion.
  • ISO 11443 describes the device structure, the test procedure and the generation of the measured values in detail.
  • a test channel that can be heated and tempered is sealed at the end with a nozzle of a defined length and diameter.
  • Test material usually in the form of granules, is introduced into the test channel and melted under constant temperature conditions.
  • the polymer melt is then extruded through the die at a constant stamp feed rate using a positive test stamp.
  • the test pressure in the channel that results at different stamp speeds which corresponds in the first approximation to the pressure drop across the nozzle, is either measured directly in front of the nozzle in the channel or via a load cell located between the stamp and the drive unit.
  • the viscosity function of the polymer melt can be determined from the measured values "test pressure" and "stamp speed" and taking into account the nozzle and channel geometry.
  • the handling of the known devices is very time-consuming and labor-intensive. After each measuring process, all parts that come into contact with the melt, such as the stamp, channel and nozzle, must be cleaned manually. To do this, the nozzle that closes the duct must be removed and reinstalled. After cleaning, the sample to be examined must be introduced manually into the test channel, and only then can the actual measuring process be started.
  • the invention is based on the object of designing and developing a capillary rheometer of the type mentioned at the outset in such a way that, with a high level of operating convenience, a user is able to examine samples faster and more easily than the prior art, while maintaining the quality of the measurement results.
  • capillary rheometer of the generic type according to the invention achieves the above object by the features of claim 1.
  • a capillary rheometer is characterized by a cleaning unit with at least one brush for mechanical cleaning of the channel and / or the stamp and / or the nozzle face facing the channel.
  • the nozzle closing the channel could be integrated in a mold plate, the distance between the mold plate and the channel underside being advantageously changeable.
  • the change in the distance between the mold plate and the underside of the channel could be carried out by controlling the mold plate by means of hydraulic lifting cylinders. Under test conditions, the mold plate could then be moved into an upper end position in which it presses against the underside of the duct.
  • the maximum possible hydraulic back pressure could be 65 kN.
  • the mold plate could be moved in the vertical direction by means of the hydraulic control. This would result in the possibility of inserting brushes between the mold plate and the underside of the duct for cleaning the underside of the duct and the nozzle face facing the duct. ever Depending on the size of the distance set between the mold plate and the underside of the channel, the brushes used could have different diameters.
  • the brush could be pivoted horizontally and vertically. By swiveling the brush in the horizontal direction, the underside of the duct and the face of the nozzle could then be cleaned. The brush could then be aligned vertically and inserted into the test channel for cleaning.
  • a vertical brush system could be provided, to which one or more brushes could be assigned.
  • a drive for example an electric motor, could be provided with a drive shaft which sets the brush system in rotation via a force-transmitting means. Due to the rotation of the brush system, polymer residues located on the outer surface of the stamp are gripped and stripped by the brushes.
  • the housing can be moved vertically along the axis of the capillary rheometer, wherein a linear motor could be used as the drive.
  • a linear motor could be used as the drive.
  • the brushes grasp the stamp over its entire length, whereby a thorough cleaning of the entire surface of the stamp is achieved.
  • the brush system could of course remain unchanged in its position while the stamp is moved relative to the brush system.
  • the brushes for cleaning the outer surface of the stamp could be arranged on the inner side wall of a cylindrical housing, the diameter of which is advantageously matched to the stamp diameter such that the brushes are in constant contact with the outer surface of the stamp when the brush system rotates.
  • the brushes within the housing it would be conceivable, for example, to provide a total of three brushes, each of which is at an angular distance of 120 ° to one another.
  • one or more brushes could also be arranged on the base plate of the housing. The housing could be moved into an upper end position by means of the linear motor, so that the brushes arranged on the base plate of the housing come into contact with the end face of the stamp.
  • the brushes for cleaning the outer surface of the stamp preferably have a round shape
  • the brush for cleaning the end face of the stamp could be elongated in a particularly advantageous manner.
  • the length of the brush could correspond to the diameter of the housing, so that when the housing rotates, the entire face of the stamp is covered and cleaned by the brush.
  • the base plate of the housing could be provided with cutouts. This constructive design ensures easier disposal of the polymer residues stuck in the brushes.
  • a brush could also be arranged below the base plate of the housing, which brush could be rigidly connected to the housing.
  • the brush could advantageously be positioned on the housing axis and have a diameter such that when the housing rotates, it strips and cleans the entire inner surface of the channel. Connected to the linear drive - as already mentioned - the end face of the stamp is cleaned in the upper end position. The test channel is cleaned in the downward movement until a lower end position is reached.
  • a further brush could be provided for cleaning the end face of the nozzle integrated in the mold plate and the underside of the channel, which could be designed to be pivotable horizontally, ie perpendicular to the vertical axis of the capillary rheometer.
  • a particularly thorough cleaning effect could be achieved by rotating the brush about its own axis in addition to the horizontal pivoting movement.
  • the choice of the distance between the mold plate and the underside of the channel during the cleaning process and the dimensioning of the horizontal brush could be coordinated so that both end faces - that of the mold plate and the underside of the channel - are simultaneously gripped by the rotating brush.
  • the brushes arranged within the housing can also be designed such that they can also rotate about their own axis in addition to the movements already described above.
  • the vertical brush system and the horizontally guided brushes could be coupled on the drive side.
  • a single drive is sufficient for the rotational movement of the brushes used for stamp or channel cleaning and for the rotational movements of the horizontally guided brush for cleaning the nozzle plate with the underside of the channel.
  • the coupling could be implemented, for example, via two intermeshing bevel gears.
  • the entire cleaning unit could be pivoted so that the cleaning unit can be easily removed and the actual measuring process started after the cleaning process has been completed.
  • a horizontal swivel range of 90 - 160 ° should be sufficient to ensure the introduction of test material into the channel and an unimpeded vertical movement of the test stamp and the mold plate.
  • the horizontal and the vertical brush system could be pivotable independently of one another.
  • the cleaning unit can be controlled manually. A user could then decide on a case-by-case basis as part of a measurement process comprising several samples, depending on the degree of current contamination, whether cleaning should be carried out.
  • the possibility of actuating individual brushes for the selective cleaning of only certain areas of the capillary rheometer is also conceivable.
  • automatic cleaning could advantageously also be carried out after each individual sample examination.
  • the capillary rheometer according to the invention achieves the object mentioned at the outset by the features of patent claim 19. According to this, such a capillary rheometer is characterized by a sample loading with a sample magazine for receiving the samples and with a movable gripper arm for transporting the samples from the sample magazine into the channel.
  • the sample magazine has a total of 64 sample positions. These could, for example, be formed as recesses in a cylindrical container. This could be rotatably mounted, the sample places could be arranged in a radial manner in four concentric rings. Each beam could have a radius of curvature corresponding to the length of the gripper arm.
  • the sample transport could then proceed as follows:
  • the sample magazine is fed in such a way that the swiveling gripping arm swings over the four sample positions of a first selected beam and can therefore remove the four test materials stored there.
  • the sample magazine rotates one position so that the four samples of the next beam can be reached by the gripper arm and so on.
  • the gripper arm could, for example, be designed as a vacuum suction device.
  • the gripper arm does not bring the selected sample directly into the test channel, but first to a sample temperature control unit, in which the sample is checked to a precisely adjustable test temperature before the rheological examination is heated.
  • the sample tempering unit could have a controllable heating plate which comprises cylindrical recesses for receiving the samples.
  • the heating plate could in particular comprise four recesses which - similar to the sample locations of a beam in the sample magazine - could be at the same distance from the pivot point of the gripping arm for easy access.
  • the heating plate could advantageously cover a control range of 50 - 90 ° C. Since good temperature stabilization is essential for obtaining high-quality measured values, the heating plate could be provided with a form-fitting cover for thermal insulation.
  • Fig. 1 shows the essential parts of a schematic side view
  • FIG. 2 is a schematic side view of an embodiment of a capillary rheometer according to the invention with a cleaning unit, e
  • FIG. 3 shows a schematic top view of the cleaning unit from FIG. 2,
  • Fig. 4 in a schematic plan view of the housing of the vertical
  • FIG. 2, 5 shows a schematic top view of a sample loading of an embodiment of a capillary rheometer according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a capillary rheometer according to the invention in the measurement state.
  • a nozzle 1 for extruding the test material is integrated in a mold plate 2, which can be moved in the vertical direction by means of hydraulic lifting cylinders 3.
  • the molding plate 2 In the measuring position shown in FIG. 1, the molding plate 2 is in an upper end position, in which it closes with a bottom surface 4 of a test channel 5 in a surface-pressing manner.
  • the material sample is introduced into the test channel 5 and extruded through the nozzle 1 through the test plunger 6, which can be moved hydraulically in the vertical direction, at a constant plunger feed rate.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the capillary rheometer according to the invention from FIG. 1 with a cleaning unit 7, which comprises a brush system 8, 9 guided vertically and horizontally.
  • the vertically guided brush system 8 has a cylindrical housing 10 in which a plurality of brushes 11, 12 are arranged for cleaning the stamp 6.
  • the brushes 11 for cleaning the lateral surface 14 of the stamp 6 are located on the inner side wall 13 of the housing, while the brush 12 is arranged on a base plate 16 of the housing 10 for cleaning the stamp end face 15.
  • a further brush 18 is attached to the housing axis 17 and is used to clean the test channel 5.
  • the vertical brush system 8 can be rotated around the housing axis 17 as well as moved along the housing axis 17 in the vertical direction.
  • the brushes 11 cover a larger and larger part of the lateral surface 14 of the test stamp 6 until the brush 12 finally comes into contact with the end face 15 of the stamp when the upper end position is reached.
  • the brush system 8 is moved downward, the brush 12 penetrates into the test channel 5 and removes polymer residues of the sample material which are stuck in the channel 5 by rotating the brush 12.
  • a lower end position of the brush system 8 is reached when the underside of the brush 12 has reached the underside 4 of the channel facing the nozzle 1.
  • An optimization of the cleaning process can be achieved in that the stamp - after the vertically guided brush system 8 has been brought into the position shown in FIG. 2 - is moved downwards, so that the brush 12 is also in the upper end position of the brush system 8 is still partially engaged with the test channel 5. In this way, a simultaneous cleaning of the stamp 6 and the channel 5 can be carried out on the one hand and the required stroke of the brush system 8 can be minimized on the other hand.
  • the horizontally guided brush system 8 comprises a circular rotating brush 27 which cleans both the underside 4 of the channel and the end face 19 of the nozzle.
  • the diameter of the brush 27, which is horizontally displaceable in the direction indicated by the arrows, is so matched to the distance between the underside 4 of the channel and the mold plate 2 that the underside 4 and the end face 19 of the nozzle are simultaneously gripped and cleaned by the brush.
  • FIG. 3 shows a schematic top view of the cleaning unit from FIG. 2 in a position outside the capillary rheometer. In this position, test channel 5 is freely accessible and a measuring process can be carried out without any problems.
  • FIG. 3 shows the cylindrical housing 10, in which three brushes 11 are arranged on the lateral inner wall 13 for cleaning the lateral surface 14 of the test stamp 6. The angular distance between the individual brushes 11 is 120 °. Furthermore, on the bottom plate 16 of the housing 10 there is arranged the brush 12 which is elongated for cleaning the stamp face 15 and which covers the entire diameter of the housing 10.
  • the horizontal and vertical cleaning units 8, 9 are pivotably articulated and can - independently of one another - be pivoted horizontally along the dashed circular path about a common axis of rotation 20.
  • an automatic control brings the housing 10 and the brush 27 into a position exactly above or below the test channel 5.
  • the brush 27 can also perform a cleaning-increasing movement in the horizontal direction during the cleaning process in addition to the rotational movement.
  • the entire cleaning unit is pivoted into the position shown in FIG. 3 outside the capillary rheometer, so that a next measurement can be started.
  • Fig. 4 shows a schematic plan view of the cylindrical housing 10 of the vertical brush system 8 with the three brushes 11 arranged on the inner side wall 13 and the brush 12 arranged on the base plate 16 of the housing for cleaning the stamp end face 15.
  • Base plate 16 formed recesses, which are used for easy disposal of polymer residues stuck in the brushes 11, 12.
  • FIG. 5 shows, in a schematic plan view, next to the test channel 5 and the mechanical cleaning unit 7, a sample feeder 20.
  • This comprises a sample magazine 21 formed in a cylindrical container 23 with a total of 64 sample places 22. These are in four concentric circles in a radial shape in the rotatably mounted container 23 arranged, each beam having a radius of curvature matched to the length of a gripper arm 24.
  • the gripping arm 24, which is designed as a vacuum suction device, is designed to be pivotable and, because of the special positioning of the sample locations 22, can move the four sample locations 22 of a beam with a pivoting movement along the dashed circular path shown in FIG. Another beam can be delivered to the gripping arm 24 by rotating the container 23.
  • the temperature control unit 25 which essentially comprises a controllable heating plate and a plurality of cylindrical cutouts 26 for receiving the samples, is designed and positioned in such a way that all the cutouts 26 lie on the circular path defined by the pivoting movement of the gripping arm 24.

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Abstract

The invention relates to a capillary rheometer for determining rheological properties of polymer melts, especially the viscosity thereof. Said rheometer comprises a channel (5) for receiving a test material, a nozzle (1) sealing the channel (5), and a die (6) which is introduced into the channel (5) in a positively engaging manner and is used to extrude the test material through the nozzle (1). In view of a rapid and simple analysis of the samples, the inventive capillary rheometer is characterised by a cleaning unit (7) comprising at least one brush (11, 12, 18, 27) for mechanically cleaning the channel (5) and/or the die (6) and/or the front side (19) of the nozzle facing the channel (5). According to the invention, said capillary rheometer is provided with a sample loading system (20) comprising a sample store (21) for receiving the samples and a displaceable gripping arm (24) for transporting the samples from the sample store (21) into the channel (5).

Description

„Kapillarrheometer" "Capillary"
Die Erfindung betrifft ein Kapillarrheometer zur Bestimmung Theologischer Eigenschaften von Polymerschmelzen, insbesondere der Viskosität, mit einem Kanal zur Aufnahme eines Prüfmaterials, mit einer den Kanal abschließenden Düse und mit einem formschlüssig in den Kanal einführbaren Stempel zum Extrudieren des Prüfmaterials durch die Düse.The invention relates to a capillary rheometer for determining theological properties of polymer melts, in particular the viscosity, with a channel for receiving a test material, with a nozzle that closes the channel and with a die that can be positively inserted into the channel for extruding the test material through the nozzle.
Kapillarrheometer sind aus der Praxis bekannte Prüfgeräte, um die Viskosität von Polymerschmelzen in einem breiten Verarbeitungsbereich, d. h. insbesondere bei unterschiedlichen Temperaturen wie sie beispielsweise in einer Schmelze oder bei der Extrusion auftreten, zu bestimmen. In ISO 11443 wird der Geräteaufbau, der Prüfablauf und die Generierung der Messwerte im Detail beschrieben. Hierbei ist ein beheiz- und temperierbarer Prüfkanal am Ende mit einer Düse mit definierter Länge und definiertem Durchmesser fest verschlossen.Capillary rheometers are test devices known in practice to determine the viscosity of polymer melts in a wide range of applications, i.e. H. to be determined, in particular, at different temperatures, as occur, for example, in a melt or during extrusion. ISO 11443 describes the device structure, the test procedure and the generation of the measured values in detail. Here, a test channel that can be heated and tempered is sealed at the end with a nozzle of a defined length and diameter.
Prüfmaterial, meistens in Form von Granulat, wird in den Prüfkanal eingeführt und unter konstanten Temperaturbedingungen aufgeschmolzen. Über einen formschlüssigen Prüfstempel wird danach die Polymerschmelze bei konstanter Stempelvorschubgeschwindigkeit durch die Düse extrudiert. Der sich bei unterschiedlichen Stempelgeschwindigkeiten ergebende Prüfdruck im Kanal, der in erster Näherung dem Druckabfall über der Düse entspricht, wird entweder direkt vor der Düse im Kanal gemessen oder über eine Kraftmessdose, die sich zwischen Stempel und An- triebseinheit befindet. Aus den Messwerten „Prüfdruck" und „Stempelgeschwindigkeit" sowie unter Berücksichtigung der Düsen- und Kanalgeometrie lässt sich die Viskositätsfunktion der Polymerschmelze bestimmen.Test material, usually in the form of granules, is introduced into the test channel and melted under constant temperature conditions. The polymer melt is then extruded through the die at a constant stamp feed rate using a positive test stamp. The test pressure in the channel that results at different stamp speeds, which corresponds in the first approximation to the pressure drop across the nozzle, is either measured directly in front of the nozzle in the channel or via a load cell located between the stamp and the drive unit. The viscosity function of the polymer melt can be determined from the measured values "test pressure" and "stamp speed" and taking into account the nozzle and channel geometry.
Die Handhabung der bekannten Geräte ist sehr zeit- und arbeitsaufwendig. Nach jedem Messvorgang müssen zunächst alle schmelzeberührenden Teile wie Stempel, Kanal und Düse manuell gereinigt werden. Hierzu muss die den Kanal abschließende Düse aus- und wieder eingebaut werden. Nach erfolgter Reinigung muss die zu untersuchende Probe manuell in den Prüfkanal eingebracht werden, und erst danach kann mit dem eigentlichen Messvorgang begonnen werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kapillarrheometer der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass es einem Anwender bei hohem Bedienungskomfort eine gegenüber dem Stand der Technik schnellere und einfachere Untersuchung von Proben bei unverminderter Qualität der Messergebnisse ermöglicht.The handling of the known devices is very time-consuming and labor-intensive. After each measuring process, all parts that come into contact with the melt, such as the stamp, channel and nozzle, must be cleaned manually. To do this, the nozzle that closes the duct must be removed and reinstalled. After cleaning, the sample to be examined must be introduced manually into the test channel, and only then can the actual measuring process be started. The invention is based on the object of designing and developing a capillary rheometer of the type mentioned at the outset in such a way that, with a high level of operating convenience, a user is able to examine samples faster and more easily than the prior art, while maintaining the quality of the measurement results.
Das erfindungsgemäße Kapillarrheometer der gattungsbildenden Art löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist ein solches Kapillarrheometer gekennzeichnet durch eine Reinigungseinheit mit mindestens einer Bürste zur maschinellen Reinigung des Kanals und/oder des Stempels und/oder der dem Kanal zugewandten Düsenstirnseite.The capillary rheometer of the generic type according to the invention achieves the above object by the features of claim 1. According to this, such a capillary rheometer is characterized by a cleaning unit with at least one brush for mechanical cleaning of the channel and / or the stamp and / or the nozzle face facing the channel.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass bei der Viskositätsmessung mittels eines Kapillarrheometers eine hohe Zeitersparnis dadurch erreicht werden kann, dass alle schmelzeberührenden Teile des Kapillarrheometers wie Stempel, Kanal und Düse mit einem Bürstensystem maschinell gereinigt werden. Ein aufwendiges Ausbauen einzelner Teile, insbesondere der Düse, entfällt somit, und eine Vielzahl von Proben unterschiedlichen Materials kann in schneller Folge hintereinander untersucht werden.According to the invention, it has been recognized that when measuring viscosity by means of a capillary rheometer, a great deal of time can be saved by mechanically cleaning all parts of the capillary rheometer that come into contact with the melt, such as the punch, channel and nozzle, with a brush system. There is thus no need to remove individual parts, in particular the nozzle, and a large number of samples of different materials can be examined in quick succession.
Dabei könnte die den Kanal abschließende Düse in eine Formplatte integriert sein, wobei in vorteilhafter Weise der Abstand der Formplatte zu der Kanalunterseite veränderbar ist. Die Veränderung des Abstandes der Formplatte zu der Kanalunterseite könnte durch eine Steuerung der Formplatte mittels hydraulischer Hubzylinder durchgeführt werden. Unter Prüfbedingungen könnte die Formplatte dann in eine obere Endposition verfahren werden, in der sie mit der Kanalunterseite flächenpressend abschließt. Der maximal mögliche hydraulische Gegendruck könnte 65 kN betragen.The nozzle closing the channel could be integrated in a mold plate, the distance between the mold plate and the channel underside being advantageously changeable. The change in the distance between the mold plate and the underside of the channel could be carried out by controlling the mold plate by means of hydraulic lifting cylinders. Under test conditions, the mold plate could then be moved into an upper end position in which it presses against the underside of the duct. The maximum possible hydraulic back pressure could be 65 kN.
Zu Reinigungszwecken könnte die Formplatte mittels der hydraulischen Steuerung in vertikaler Richtung verfahren werden. Hierdurch ergäbe sich nämlich die Möglichkeit, zwischen der Formplatte und der Kanalunterseite Bürsten zur Reinigung der Kanalunterseite und der dem Kanal zugewandten Düsenstirnseite einzubringen. Je nach Größe des zwischen der Formplatte und der Kanalunterseite eingestellten Abstandes könnten die eingesetzten Bürsten unterschiedliche Durchmesser aufweisen. In besonders vorteilhafter Weise könnte die Bürste dabei horizontal und vertikal schwenkbar sein. Durch Verschwenken der Bürste in horizontaler Richtung könnte dann die Kanal Unterseite und die Düsenstirnfläche gereinigt werden. Anschließend könnte die Bürste vertikal ausgerichtet werden und zur Reinigung des Prüfkanals in diesen eingefahren werden.For cleaning purposes, the mold plate could be moved in the vertical direction by means of the hydraulic control. This would result in the possibility of inserting brushes between the mold plate and the underside of the duct for cleaning the underside of the duct and the nozzle face facing the duct. ever Depending on the size of the distance set between the mold plate and the underside of the channel, the brushes used could have different diameters. In a particularly advantageous manner, the brush could be pivoted horizontally and vertically. By swiveling the brush in the horizontal direction, the underside of the duct and the face of the nozzle could then be cleaned. The brush could then be aligned vertically and inserted into the test channel for cleaning.
Zur Reinigung der Mantelfläche des Prüfstempels, der in bevorzugter Weise einen Durchmesser von 15 bis 45 mm aufweist, könnte ein vertikales Bürstensystem vorgesehen sein, dem eine oder mehrere Bürsten zugeordnet sein könnten. Damit eine vollständige Reinigung der Mantelfläche des Stempels entlang seiner Umfangsfläche gewährleistet ist, könnte ein Antrieb, bspw. ein Elektromotor, mit einer Antriebswelle vorgesehen sein, der das Bürstensystem über ein kraftübertragendes Mittel in Rotation versetzt. Durch die Rotation des Bürstensystems werden an der äußeren Mantelfläche des Stempels befindliche Polymerreste von den Bürsten erfasst und abgestreift.To clean the outer surface of the test stamp, which preferably has a diameter of 15 to 45 mm, a vertical brush system could be provided, to which one or more brushes could be assigned. In order to ensure complete cleaning of the outer surface of the stamp along its circumferential surface, a drive, for example an electric motor, could be provided with a drive shaft which sets the brush system in rotation via a force-transmitting means. Due to the rotation of the brush system, polymer residues located on the outer surface of the stamp are gripped and stripped by the brushes.
Weiterhin könnte vorgesehen sein, dass das Gehäuse vertikal entlang der Achse des Kapillarrheometers verfahrbar ist, wobei als Antrieb ein Linearmotor eingesetzt werden könnte. Durch mehrmals wiederholbare Auf- und Abwärtsbewegungen des Bürstensystems erfassen die Bürsten den Stempel über dessen gesamte Länge, wodurch eine gründliche Reinigung der gesamten Fläche des Stempels erreicht ist. Ebenso könnte natürlich auch das Bürstensystem in seiner Position unverändert bleiben, während der Stempel relativ zu dem Bürstensystem bewegt wird.Furthermore, it could be provided that the housing can be moved vertically along the axis of the capillary rheometer, wherein a linear motor could be used as the drive. By repeatedly repeating up and down movements of the brush system, the brushes grasp the stamp over its entire length, whereby a thorough cleaning of the entire surface of the stamp is achieved. Likewise, the brush system could of course remain unchanged in its position while the stamp is moved relative to the brush system.
Die Bürsten zur Reinigung der Mantelfläche des Stempels könnten an der seitlichen Innenwand eines zylindrischen Gehäuses angeordnet sein, dessen Durchmesser in vorteilhafter Weise so auf den Stempeldurchmesser abgestimmt ist, dass sich die Bürsten bei der Rotation des Bürstensystems ständig in Kontakt mit der Mantelfläche des Stempels befinden. Im Hinblick auf eine besonders einfache und übersichtliche Anordnung der Bürsten innerhalb des Gehäuses wäre es beispielsweise denkbar, insgesamt drei Bürsten vorzusehen, die jeweils einen Winkelabstand von 120° zueinander aufweisen. Zur Reinigung der Stirnseite des Stempels könnten auch auf der Bodenplatte des Gehäuses eine oder mehrere Bürsten angeordnet sein. Mittels des Linearmotors könnte das Gehäuse in eine obere Endposition verfahren werden, so dass die auf der Bodenplatte des Gehäuses angeordneten Bürsten in Kontakt mit der Stirnseite des Stempels gelangen. Während die Bürsten zur Reinigung der Mantelfläche des Stempels vorzugsweise eine runde Form aufweisen, könnte die Bürste zur Reinigung der Stirnseite des Stempels in besonders vorteilhafter Weise länglich ausgestaltet sein. Die Länge der Bürste könnte dabei dem Durchmesser des Gehäuses entsprechen, so dass bei der Rotation des Gehäuses die komplette Stempelstirnseite von der Bürste abgedeckt und gereinigt wird.The brushes for cleaning the outer surface of the stamp could be arranged on the inner side wall of a cylindrical housing, the diameter of which is advantageously matched to the stamp diameter such that the brushes are in constant contact with the outer surface of the stamp when the brush system rotates. With regard to a particularly simple and clear arrangement of the brushes within the housing, it would be conceivable, for example, to provide a total of three brushes, each of which is at an angular distance of 120 ° to one another. To clean the end face of the stamp, one or more brushes could also be arranged on the base plate of the housing. The housing could be moved into an upper end position by means of the linear motor, so that the brushes arranged on the base plate of the housing come into contact with the end face of the stamp. While the brushes for cleaning the outer surface of the stamp preferably have a round shape, the brush for cleaning the end face of the stamp could be elongated in a particularly advantageous manner. The length of the brush could correspond to the diameter of the housing, so that when the housing rotates, the entire face of the stamp is covered and cleaned by the brush.
In besonders vorteilhafter Weise könnte die Bodenplatte des Gehäuses mit Aussparungen versehen sein. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird eine leichtere Entsorgung der in den Bürsten hängengebliebene Polymerreste gewährleistet.In a particularly advantageous manner, the base plate of the housing could be provided with cutouts. This constructive design ensures easier disposal of the polymer residues stuck in the brushes.
Zur Reinigung des Prüfkanals könnte auch unterhalb der Bodenplatte des Gehäuses eine Bürste angeordnet sein, die starr mit dem Gehäuse verbunden sein könnte. Dabei könnte die Bürste in vorteilhafter Weise auf der Gehäuseachse positioniert werden und einen solchen Durchmesser aufweisen, dass sie bei Rotation des Gehäuses die gesamte Innenfläche des Kanals abstreift und säubert. Verbunden mit dem Linearantrieb wird dann - wie schon erwähnt - in der oberen Endposition die stirnseitige Stempelfläche gereinigt. In der Abwärtsbewegung bis zum Erreichen einer unteren Endposition wird der Prüfkanal gereinigt.To clean the test channel, a brush could also be arranged below the base plate of the housing, which brush could be rigidly connected to the housing. The brush could advantageously be positioned on the housing axis and have a diameter such that when the housing rotates, it strips and cleans the entire inner surface of the channel. Connected to the linear drive - as already mentioned - the end face of the stamp is cleaned in the upper end position. The test channel is cleaned in the downward movement until a lower end position is reached.
In einer weiteren und besonders praktischen Ausgestaltung könnte eine weitere Bürste zur Reinigung der Stirnfläche der in die Formplatte integrierten Düse sowie der Kanalunterseite vorgesehen sein, wobei diese horizontal, d. h. senkrecht zur vertikalen Achse des Kapillarrheometers schwenkbar ausgestaltet sein könnte. Dabei könnte ein besonders gründlicher Reinigungseffekt dadurch erzielt werden, dass die Bürste zusätzlich zu der horizontalen Schwenkbewegung um ihre eigene Achse rotiert. Die Wahl des Abstandes zwischen der Formplatte und der Kanalunterseite während des Reinigungsprozesses und die Dimensionierung der horizontalen Bürste könnte so aufeinander abgestimmt sein, dass beide Stirnseiten - die der Formplatte und die der Kanalunterseite - gleichzeitig von der rotierenden Bürste erfasst werden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass selbstverständlich auch die innerhalb des Gehäuses angeordneten Bürsten so ausgestaltet sein können, dass sie zusätzlich zu den bereits oben beschriebenen Bewegungen auch um ihre eigene Achse rotieren können.In a further and particularly practical embodiment, a further brush could be provided for cleaning the end face of the nozzle integrated in the mold plate and the underside of the channel, which could be designed to be pivotable horizontally, ie perpendicular to the vertical axis of the capillary rheometer. A particularly thorough cleaning effect could be achieved by rotating the brush about its own axis in addition to the horizontal pivoting movement. The choice of the distance between the mold plate and the underside of the channel during the cleaning process and the dimensioning of the horizontal brush could be coordinated so that both end faces - that of the mold plate and the underside of the channel - are simultaneously gripped by the rotating brush. At this point it should be noted that, of course, the brushes arranged within the housing can also be designed such that they can also rotate about their own axis in addition to the movements already described above.
Im Hinblick auf eine besonders kostengünstige Ausgestaltung der Reinigungseinheit könnten das vertikale Bürstensystem und die horizontal geführte Bürsten an- triebsseitig gekoppelt sein. Durch eine derartige Kopplung der horizontalen und vertikalen Reinigungseinheit genügt ein einziger Antrieb für die Rotationsbewegung der zur Stempel- beziehungsweise Kanalreinigung verwendeten Bürsten sowie für die Rotationsbewegungen der horizontal geführten Bürste zur Reinigung der Düsenplatte mit Kanalunterseite. Die Kopplung könnte beispielsweise über zwei ineinander greifende Kegelräder realisiert sein.With regard to a particularly inexpensive configuration of the cleaning unit, the vertical brush system and the horizontally guided brushes could be coupled on the drive side. With such a coupling of the horizontal and vertical cleaning unit, a single drive is sufficient for the rotational movement of the brushes used for stamp or channel cleaning and for the rotational movements of the horizontally guided brush for cleaning the nozzle plate with the underside of the channel. The coupling could be implemented, for example, via two intermeshing bevel gears.
Damit nach Abschluss des Reinigungsvorgangs die Reinigungseinheit einfach entfernt und mit dem eigentlichen Messvorgang begonnen werden kann, könnte die gesamte Reinigungseinheit schwenkbar gelagert sein. Je nach Form des Kapillarrheometers sollte ein horizontaler Schwenkbereich von 90 - 160° ausreichend sein, um das Einbringen von Prüfmaterial in den Kanal sowie eine ungehinderte vertikale Bewegung des Prüfstempels und der Formplatte sicherzustellen. Im Hinblick auf einen flexiblen Einsatz der Reinigungseinheit könnten das horizontale und das vertikale Bürstensystem unabhängig voneinander schwenkbar sein.The entire cleaning unit could be pivoted so that the cleaning unit can be easily removed and the actual measuring process started after the cleaning process has been completed. Depending on the shape of the capillary rheometer, a horizontal swivel range of 90 - 160 ° should be sufficient to ensure the introduction of test material into the channel and an unimpeded vertical movement of the test stamp and the mold plate. With regard to a flexible use of the cleaning unit, the horizontal and the vertical brush system could be pivotable independently of one another.
Hinsichtlich der Bedienung des Kapillarrheometers könnte vorgesehen sein, dass die Reinigungseinheit manuell steuerbar ist. Ein Anwender könnte dann im Rahmen eines mehrere Proben umfassenden Messprozesses in Abhängigkeit vom Grad der aktuellen Verschmutzung von Fall zu Fall entscheiden, ob eine Reinigung durchgeführt werden soll. Auch die Möglichkeit der Betätigung einzelner Bürsten zur selektiven Reinigung lediglich bestimmter Bereiche des Kapillarrheometers ist denkbar. In vorteilhafter Weise könnte jedoch auch eine automatische Reinigung nach jeder einzelnen Probenuntersuchung durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Kapillarrheometer löst die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 19. Danach ist ein solches Kapillarrheometer gekennzeichnet durch eine Probenbeschickung mit einem Probenmagazin zur Aufnahme der Proben und mit einem beweglichen Greifarm zum Transportieren der Proben vom Probenmagazin in den Kanal.With regard to the operation of the capillary rheometer, it could be provided that the cleaning unit can be controlled manually. A user could then decide on a case-by-case basis as part of a measurement process comprising several samples, depending on the degree of current contamination, whether cleaning should be carried out. The possibility of actuating individual brushes for the selective cleaning of only certain areas of the capillary rheometer is also conceivable. However, automatic cleaning could advantageously also be carried out after each individual sample examination. The capillary rheometer according to the invention achieves the object mentioned at the outset by the features of patent claim 19. According to this, such a capillary rheometer is characterized by a sample loading with a sample magazine for receiving the samples and with a movable gripper arm for transporting the samples from the sample magazine into the channel.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine solche Ausgestaltung dem Anwender die Benutzung des Kapillarrheometers enorm vereinfacht. Insbesondere wenn eine Vielzahl von Proben untersucht werden soll, ergibt sich eine hohe Zeitersparnis, da ein manuelles Wechseln des Prüfmaterials nach einem abgeschlossenem Messvorgang entfällt. Der Anwender muss lediglich einmal das Probenmagazin mit den zu untersuchenden Prüfmaterialien beschicken und den Messvorgang einmalig starten. Anschließend kann er sich anderen Aufgaben zuwenden, während das Kapillarrheometer automatisch eine Probe nach der anderen in den Prüfkanal verbringt und die Viskosität des Probenmaterials bestimmt.According to the invention, it has been recognized that such a configuration enormously simplifies the use of the capillary rheometer for the user. In particular, if a large number of samples are to be examined, this saves a great deal of time, since there is no need to manually change the test material after a completed measurement process. The user only has to load the sample magazine to be examined once and start the measurement process once. He can then move on to other tasks while the capillary rheometer automatically moves sample after sample into the test channel and determines the viscosity of the sample material.
In einer speziellen Ausführungsform weist das Probenmagazin insgesamt 64 Probenplätze auf. Diese könnten beispielsweise als Aussparrungen in einem zylinder- förmigen Behältnis ausgebildet sein. Dieses könnte drehbar gelagert sein, wobei die Probenplätze strahlenförmig in vier konzentrischen Ringen angeordnet sein könnten. Jeder Strahl könnte dabei einen der Länge des Greifarms entsprechenden Krümmungsradius aufweisen.In a special embodiment, the sample magazine has a total of 64 sample positions. These could, for example, be formed as recesses in a cylindrical container. This could be rotatably mounted, the sample places could be arranged in a radial manner in four concentric rings. Each beam could have a radius of curvature corresponding to the length of the gripper arm.
Der Probentransport könnte dann wie folgt ablaufen: Das Probenmagazin wird so zugestellt, dass der schwenkbar ausgebildete Greifarm über die vier Probenplätze eines ersten ausgewählten Strahls hinweg schwenken und somit die vier dort abgelegten Prüfmaterialien entnehmen kann. Sobald die ersten vier Proben untersucht sind, dreht das Probenmagazin eine Position weiter, so dass die vier Proben des nächsten Strahls für den Greifarm erreichbar sind und so weiter.The sample transport could then proceed as follows: The sample magazine is fed in such a way that the swiveling gripping arm swings over the four sample positions of a first selected beam and can therefore remove the four test materials stored there. As soon as the first four samples have been examined, the sample magazine rotates one position so that the four samples of the next beam can be reached by the gripper arm and so on.
Dabei könnte der Greifarm beispielsweise als Vakuumsauger ausgeführt sein. In besonders vorteilhafter Weise verbringt der Greifarm die ausgewählte Probe nicht direkt in den Prüfkanal sondern zunächst zu einer Probentemperiereinheit, in der die Probe vor der rheologischen Untersuchung auf eine exakt einstellbare Prüftemperatur erwärmt wird. Hierzu könnte die Probentempenereinheit eine regelbare Heizplatte aufweisen, welche zylindrische Aussparungen zur Aufnahme der Proben umfasst. Die Heizplatte könnte insbesondere vier Aussparungen umfassen, welche - ähnlich wie die Probenplätze eines Strahls im Probenmagazin - zur einfachen Erreichbarkeit den gleichen Abstand zum Drehpunkt des Greifarms aufweisen könnten.The gripper arm could, for example, be designed as a vacuum suction device. In a particularly advantageous manner, the gripper arm does not bring the selected sample directly into the test channel, but first to a sample temperature control unit, in which the sample is checked to a precisely adjustable test temperature before the rheological examination is heated. For this purpose, the sample tempering unit could have a controllable heating plate which comprises cylindrical recesses for receiving the samples. The heating plate could in particular comprise four recesses which - similar to the sample locations of a beam in the sample magazine - could be at the same distance from the pivot point of the gripping arm for easy access.
Für gewöhnliche Anwendungen des Kapillarrheometers im Rahmen von Viskositätsuntersuchungen - vorzugsweise werden mit dem entwickelten Gerät Kautschukmischungen gemessen - könnte die Heizplatte in vorteilhafter Weise einen Regelbereich von 50 - 90°C abdecken. Da eine gute Temperaturstabilisierung zur Gewinnung von Messwerten hoher Qualität unerlässlich ist, könnte die Heizplatte mit einem formschlüssig abschließenden Deckel zur thermischen Isolierung versehen werden.For normal applications of the capillary rheometer in the context of viscosity tests - preferably rubber mixtures are measured with the developed device - the heating plate could advantageously cover a control range of 50 - 90 ° C. Since good temperature stabilization is essential for obtaining high-quality measured values, the heating plate could be provided with a form-fitting cover for thermal insulation.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigenThere are now various possibilities for advantageously designing and developing the teaching of the present invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the claims subordinate to patent claim 1, and on the other hand to the following explanation of a preferred exemplary embodiment of the invention with reference to the drawing. In connection with the explanation of the preferred embodiment of the invention with reference to the drawing, preferred embodiments of the teaching are also explained in general. Show in the drawing
Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht die wesentlichen Teile einesFig. 1 shows the essential parts of a schematic side view
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kapillarrheometers im Messzustand,Embodiment of a capillary rheometer according to the invention in the measurement state,
Fig. 2 in einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kapillarrheometers mit einer Reinigungseinheit, e2 is a schematic side view of an embodiment of a capillary rheometer according to the invention with a cleaning unit, e
Fig. 3 in einer schematischen Draufsicht die Reinigungseinheit aus Fig. 2,3 shows a schematic top view of the cleaning unit from FIG. 2,
Fig. 4 in einer schematischen Draufsicht das Gehäuse des vertikalenFig. 4 in a schematic plan view of the housing of the vertical
Bürstensystems aus Fig. 2, Fig. 5 in einer schematischen Draufsicht eine Probenbeschickung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kapillarrheometers.2, 5 shows a schematic top view of a sample loading of an embodiment of a capillary rheometer according to the invention.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kapillarrheometers im Messzustand. Eine Düse 1 zum Extrudieren des Prüfmaterials ist in eine Formplatte 2 integriert, welche mittels hydraulischer Hubzylinder 3 in vertikaler Richtung verfahrbar ist. In der in Fig. 1 dargestellten Messposition befindet sich die Formplatte 2 in einer oberen Endposition, in der sie flächenpressend mit einer Unterseite 4 eines Prüfkanals 5 abschliesst. Zur Messung der Viskosität eines Prüfmaterials wird die Materialprobe in den Prüfkanal 5 eingebracht und durch den in vertikaler Richtung hydraulisch verfahrbaren Prüfstempel 6 mit konstanter Stempelvorschubgeschwindigkeit durch die Düse 1 extrudiert.1 shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a capillary rheometer according to the invention in the measurement state. A nozzle 1 for extruding the test material is integrated in a mold plate 2, which can be moved in the vertical direction by means of hydraulic lifting cylinders 3. In the measuring position shown in FIG. 1, the molding plate 2 is in an upper end position, in which it closes with a bottom surface 4 of a test channel 5 in a surface-pressing manner. To measure the viscosity of a test material, the material sample is introduced into the test channel 5 and extruded through the nozzle 1 through the test plunger 6, which can be moved hydraulically in the vertical direction, at a constant plunger feed rate.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht das erfindungsgemäße Kapillarrheometer aus Fig. 1 mit einer Reinigungseinheit 7, die ein vertikal und ein horizontal geführtes Bürstensystem 8, 9 umfasst. Das vertikal geführte Bürstensystem 8 weist ein zylindrisches Gehäuse 10 auf, in dem mehrere Bürsten 11 , 12 zur Reinigung des Stempels 6 angeordnet sind. An der inneren Seitenwand 13 des Gehäuses befinden sich die Bürsten 11 zur Reinigung der Mantelfläche 14 des Stempels 6, während die Bürste 12 zur Reinigung der Stempelstirnseite 15 auf einer Bodenplatte 16 des Gehäuses 10 angeordnet ist. Unterhalb des Gehäuses 10 ist auf der Gehäuseachse 17 eine weitere Bürste 18 angebracht, die zur Reinigung des Prüfkanals 5 dient.FIG. 2 shows a schematic side view of the capillary rheometer according to the invention from FIG. 1 with a cleaning unit 7, which comprises a brush system 8, 9 guided vertically and horizontally. The vertically guided brush system 8 has a cylindrical housing 10 in which a plurality of brushes 11, 12 are arranged for cleaning the stamp 6. The brushes 11 for cleaning the lateral surface 14 of the stamp 6 are located on the inner side wall 13 of the housing, while the brush 12 is arranged on a base plate 16 of the housing 10 for cleaning the stamp end face 15. Below the housing 10, a further brush 18 is attached to the housing axis 17 and is used to clean the test channel 5.
Das vertikale Bürstensystem 8 kann sowohl um die Gehäuseachse 17 rotiert als auch entlang der Gehäuseachse 17 in vertikaler Richtung verfahren werden. Beim Verfahren des Bürstensystems 8 in eine obere Endposition überdecken die Bürsten 11 einen größer werdenden Teil der Mantelfläche 14 des Prüfstempels 6, bis schließlich bei Erreichen der oberen Endposition die Bürste 12 in Kontakt mit der Stempelstirnseite 15 gelangt. Beim Verfahren des Bürstensystems 8 nach unten dringt die Bürste 12 in den Prüfkanal 5 ein und entfernt durch Rotation der Bürste 12 im Kanal 5 hängen gebliebene Polymerreste des Probenmaterials. Eine untere Endposition des Bürstensystems 8 ist erreicht, wenn die Unterseite der Bürste 12 an der der Düse 1 zugewandten Kanal Unterseite 4 angelangt ist. Durch mehrmaliges Auf- und Abbewegen des Bürstensystems 8 zwischen der oberen und der unteren Endposition ergibt sich eine besonders gründliche Reinigung des Stempels 6 sowie des Kanals 5.The vertical brush system 8 can be rotated around the housing axis 17 as well as moved along the housing axis 17 in the vertical direction. When the brush system 8 is moved into an upper end position, the brushes 11 cover a larger and larger part of the lateral surface 14 of the test stamp 6 until the brush 12 finally comes into contact with the end face 15 of the stamp when the upper end position is reached. When the brush system 8 is moved downward, the brush 12 penetrates into the test channel 5 and removes polymer residues of the sample material which are stuck in the channel 5 by rotating the brush 12. A lower end position of the brush system 8 is reached when the underside of the brush 12 has reached the underside 4 of the channel facing the nozzle 1. By repeated and moving the brush system 8 between the upper and lower end positions results in a particularly thorough cleaning of the stamp 6 and the channel 5.
Eine Optimierung des Reinigungsprozesses kann dadurch erreicht werden, dass der Stempel - nachdem das vertikal geführte Bürstensystem 8 in die in Fig. 2 gezeigte Position verbracht worden ist - nach unten verfahren wird, so dass sich die Bürste 12 auch in der oberen Endposition des Bürstensystem 8 noch teilweise in Eingriff mit dem Prüfkanal 5 befindet. Auf diese Weise kann zum einen eine gleichzeitige Reinigung des Stempels 6 und des Kanals 5 durchgeführt und zum anderen der benötigte Hub des Bürstensystems 8 minimiert werden.An optimization of the cleaning process can be achieved in that the stamp - after the vertically guided brush system 8 has been brought into the position shown in FIG. 2 - is moved downwards, so that the brush 12 is also in the upper end position of the brush system 8 is still partially engaged with the test channel 5. In this way, a simultaneous cleaning of the stamp 6 and the channel 5 can be carried out on the one hand and the required stroke of the brush system 8 can be minimized on the other hand.
Das horizontal geführte Bürstensystem 8 umfasst eine kreisförmige rotierende Bürste 27, welche sowohl die Kanalunterseite 4 als auch die Düsenstirnseite 19 reinigt. Der Durchmesser der Bürste 27, die in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung horizontal verschiebbar ist, ist so auf den Abstand zwischen der Kanalunterseite 4 und der Formplatte 2 abgestimmt, dass Kanalunterseite 4 und Düsenstirnseite 19 gleichzeitig von der Bürste erfasst und gereinigt werden.The horizontally guided brush system 8 comprises a circular rotating brush 27 which cleans both the underside 4 of the channel and the end face 19 of the nozzle. The diameter of the brush 27, which is horizontally displaceable in the direction indicated by the arrows, is so matched to the distance between the underside 4 of the channel and the mold plate 2 that the underside 4 and the end face 19 of the nozzle are simultaneously gripped and cleaned by the brush.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Draufsicht die Reinigungseinheit aus Fig. 2 in einer Positionierung außerhalb des Kapillarrheometers. In dieser Stellung ist der Prüfkanal 5 frei zugänglich und ein Messvorgang kann problemlos durchgeführt werden. Die Fig. 3 zeigt das zylindrische Gehäuse 10, in dem an der seitlichen Innenwand 13 drei Bürsten 11 zur Reinigung der Mantelfläche 14 des Prüfstempels 6 angeordnet sind. Der Winkelabstand der einzelnen Bürsten 11 zueinander beträgt hierbei 120°. Des Weiteren ist auf der Bodenplatte 16 des Gehäuses 10 die zur Reinigung der Stempelstirnseite 15 länglich ausgestaltete Bürste 12 angeordnet, welche den gesamten Durchmesser des Gehäuses 10 überdeckt.FIG. 3 shows a schematic top view of the cleaning unit from FIG. 2 in a position outside the capillary rheometer. In this position, test channel 5 is freely accessible and a measuring process can be carried out without any problems. FIG. 3 shows the cylindrical housing 10, in which three brushes 11 are arranged on the lateral inner wall 13 for cleaning the lateral surface 14 of the test stamp 6. The angular distance between the individual brushes 11 is 120 °. Furthermore, on the bottom plate 16 of the housing 10 there is arranged the brush 12 which is elongated for cleaning the stamp face 15 and which covers the entire diameter of the housing 10.
Horizontale und vertikale Reinigungseinheit 8, 9 sind schwenkbar angelenkt und können - unabhängig voneinander - entlang der gestrichelten Kreisbahn um eine gemeinsame Drehachse 20 horizontal geschwenkt werden. Zur Reinigung verbringt eine automatische Steuerung das Gehäuse 10 und die Bürste 27 in eine Position exakt ober- bzw. unterhalb des Prüfkanals 5. Während des Reinigungsvorgangs wird das Gehäuse 10 in dieser Position in horizontaler Richtung arretiert und - wie oben beschrieben - in vertikaler Richtung verfahren. Die Bürste 27 hingegen kann auch während des Reinigungsvorgangs zusätzlich zu der Rotationsbewegung eine die Reinigungswirkung erhöhende Bewegung in horizontaler Richtung ausführen. Nach Beendigung des Reinigungsprozesses wird die gesamte Reinigungseinheit in die in Fig. 3 gezeigte Position außerhalb des Kapillarrheometers geschwenkt, so dass eine nächste Messung gestartet werden kann.The horizontal and vertical cleaning units 8, 9 are pivotably articulated and can - independently of one another - be pivoted horizontally along the dashed circular path about a common axis of rotation 20. For cleaning, an automatic control brings the housing 10 and the brush 27 into a position exactly above or below the test channel 5. During the cleaning process the housing 10 locked in this position in the horizontal direction and - as described above - move in the vertical direction. The brush 27, on the other hand, can also perform a cleaning-increasing movement in the horizontal direction during the cleaning process in addition to the rotational movement. After the cleaning process has ended, the entire cleaning unit is pivoted into the position shown in FIG. 3 outside the capillary rheometer, so that a next measurement can be started.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Draufsicht das zylindrische Gehäuse 10 des vertikalen Bürstensystems 8 mit den drei an der inneren Seitenwand 13 angeordneten Bürsten 11 sowie der auf der Bodenplatte 16 des Gehäuses angeordneten Bürste 12 zur Reinigung der Stempelstirnseite 15. Nicht dargestellt sind die in der Bodenplatte 16 ausgebildeten Aussparungen, die zur einfachen Entsorgung von in den Bürsten 11 , 12 hängen gebliebenen Polymerresten dienen.Fig. 4 shows a schematic plan view of the cylindrical housing 10 of the vertical brush system 8 with the three brushes 11 arranged on the inner side wall 13 and the brush 12 arranged on the base plate 16 of the housing for cleaning the stamp end face 15. Not shown in FIG Base plate 16 formed recesses, which are used for easy disposal of polymer residues stuck in the brushes 11, 12.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Draufsicht neben dem Prüfkanal 5 und der maschinellen Reinigungseinheit 7 eine Probenbeschickung 20. Diese umfasst ein in einem zylindrischen Behältnis 23 ausgebildetes Probenmagazin 21 mit insgesamt 64 Probenplätzen 22. Diese sind in vier konzentrischen Kreisen strahlenförmig in dem drehbar gelagerten Behältnis 23 angeordnet, wobei jeder Strahl eine auf die Länge eines Greifarms 24 abgestimmten Krümmungsradius aufweist. Der als Vakuumsauger ausgebildete Greifarm 24 ist schwenkbar ausgebildet und kann aufgrund der speziellen Positionierung der Probenplätze 22 mit einer Schwenkbewegung entlang der in Fig. 5 eingezeichneten gestrichelten Kreisbahn die vier Probenplätze 22 eines Strahls abfahren. Durch Drehung des Behältnisses 23 kann dem Greifarm 24 ein anderer Strahl zugestellt werden.5 shows, in a schematic plan view, next to the test channel 5 and the mechanical cleaning unit 7, a sample feeder 20. This comprises a sample magazine 21 formed in a cylindrical container 23 with a total of 64 sample places 22. These are in four concentric circles in a radial shape in the rotatably mounted container 23 arranged, each beam having a radius of curvature matched to the length of a gripper arm 24. The gripping arm 24, which is designed as a vacuum suction device, is designed to be pivotable and, because of the special positioning of the sample locations 22, can move the four sample locations 22 of a beam with a pivoting movement along the dashed circular path shown in FIG. Another beam can be delivered to the gripping arm 24 by rotating the container 23.
Als Teil der Probenbeschickung 20 ist in Fig. 5 eine Probentempenereinheit 25 dargestellt, in der eine selektierte Probe bevor sie zur Viskositätsbestimmung in den Prüfkanal 5 eingebracht wird zunächst auf eine einstellbare Temperatur vorgewärmt wird. Die Temperiereinheit 25, die im Wesentlichen eine regelbare Heizplatte sowie mehrere zylindrische Aussparungen 26 zur Aufnahme der Proben umfasst, ist dabei derart ausgestaltet und positioniert, dass alle Aussparungen 26 auf der durch die Schwenkbewegung des Greifarms 24 definierten Kreisbahn liegen. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.5 shows a sample tempering unit 25, in which a selected sample is preheated to an adjustable temperature before it is introduced into the test channel 5 for determining the viscosity. The temperature control unit 25, which essentially comprises a controllable heating plate and a plurality of cylindrical cutouts 26 for receiving the samples, is designed and positioned in such a way that all the cutouts 26 lie on the circular path defined by the pivoting movement of the gripping arm 24. With regard to further advantageous refinements and developments of the teaching according to the invention, reference is made on the one hand to the general part of the description and on the other hand to the appended claims.
Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt. In conclusion, it should be particularly emphasized that the previously selected purely arbitrary exemplary embodiment only serves to discuss the teaching according to the invention, but does not restrict it to the exemplary embodiment.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kapillarrheometer zur Bestimmung rheologischer Eigenschaften von Polymerschmelzen, insbesondere der Viskosität, mit einem Kanal (5) zur Aufnahme eines Prüfmaterials, einer den Kanal (5) abschließenden Düse (1) und einem formschlüssig in den Kanal (5) einführbaren Stempel (6) zum Extrudieren des Prüfmaterials durch die Düse (1), gekennzeichnet durch eine Reinigungseinheit (7) mit mindestens einer Bürste (11, 12, 18, 27) zur maschinellen Reinigung des Kanals (5) und/oder des Stempels (6) und/oder der dem Kanal (5) zugewandten Düsenstirnseite (19).1. Capillary rheometer for determining rheological properties of polymer melts, in particular the viscosity, with a channel (5) for receiving a test material, a nozzle (1) closing the channel (5) and a punch (6) which can be positively inserted into the channel (5). for extruding the test material through the nozzle (1), characterized by a cleaning unit (7) with at least one brush (11, 12, 18, 27) for mechanical cleaning of the channel (5) and / or the stamp (6) and / or the nozzle face (19) facing the channel (5).
2. Kapillarrheometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) in eine Formplatte (2) integriert ist.2. Capillary rheometer according to claim 1, characterized in that the nozzle (1) is integrated in a mold plate (2).
3. Kapillarrheometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Formplatte (2) zu der Kanal Unterseite (4) veränderbar ist.3. capillary rheometer according to claim 2, characterized in that the distance of the mold plate (2) to the channel bottom (4) is variable.
4. Kapillarrheometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formplatte (2) über hydraulische Hubzylinder vertikal steuerbar ist.4. Capillary rheometer according to claim 2 or 3, characterized in that the shaped plate (2) can be controlled vertically via hydraulic lifting cylinders.
5. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bürste (11, 12, 18, 27) horizontal und/oder vertikal schwenkbar ist.5. capillary rheometer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one brush (11, 12, 18, 27) is horizontally and / or vertically pivotable.
6. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit ein vertikales und/oder ein horizontales Bürstensystem (8, 9) umfasst.6. capillary rheometer according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cleaning unit comprises a vertical and / or a horizontal brush system (8, 9).
7. Kapillarrheometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem vertikalen Bürstensystem (8) eine oder mehrere Bürsten (11) zur Reinigung der Mantelfläche (14) des Stempels (6) zugeordnet sind. 7. capillary rheometer according to claim 6, characterized in that the vertical brush system (8) one or more brushes (11) for cleaning the outer surface (14) of the stamp (6) are assigned.
8. Kapillarrheometer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bürstensystem (8) um seine vertikale Achse drehbar ist.8. capillary rheometer according to claim 6 or 7, characterized in that the brush system (8) is rotatable about its vertical axis.
9. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bürstensystem (8) und/oder der Stempel (6) in vertikaler Richtung verfahrbar sind.9. capillary rheometer according to one of claims 6 to 8, characterized in that the brush system (8) and / or the stamp (6) can be moved in the vertical direction.
10. Kapillarrheometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linearmotor zum vertikalen Verfahren des Bürstensystems (8) vorgesehen ist.10. capillary rheometer according to claim 9, characterized in that a linear motor for vertical movement of the brush system (8) is provided.
11. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten (11) in einem zylindrischen Gehäuse (10) angeordnet sind.11. Capillary rheometer according to one of claims 7 to 10, characterized in that the brushes (11) are arranged in a cylindrical housing (10).
12. Kapillarrheometer nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass drei Bürsten (11) sternförmig innerhalb des Gehäuses (10) angeordnet sind.12. Capillary rheometer according to claim 11, characterized in that three brushes (11) are arranged in a star shape within the housing (10).
13. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Bodenplatte (16) des Gehäuses (10) eine oder mehrere Bürsten (12) zur Reinigung der Stirnseite (15) des Stempels (6) angeordnet sind.13. Capillary rheometer according to one of claims 5 to 9, characterized in that one or more brushes (12) for cleaning the end face (15) of the stamp (6) are arranged on the base plate (16) of the housing (10).
14. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (16) des Gehäuses (10) mit Aussparungen versehen ist.14. Capillary rheometer according to one of claims 5 to 10, characterized in that the bottom plate (16) of the housing (10) is provided with cutouts.
15. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Bodenplatte (16) des Gehäuses (10) eine Bürste (18) zur Reinigung des Kanals (5) angeordnet ist.15. Capillary rheometer according to one of claims 5 to 11, characterized in that a brush (18) for cleaning the channel (5) is arranged below the base plate (16) of the housing (10).
16. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem horizontalen Bürstensystem (9) mindestens eine Bürste (27) zur Reinigung der Düsenstirnseite (19) und der Kanalunterseite (4) zugeordnet ist.16. Capillary rheometer according to one of claims 1 to 12, characterized in that the horizontal brush system (9) is assigned at least one brush (27) for cleaning the nozzle end face (19) and the channel underside (4).
17. Kapillarrheometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bürste (27) um ihre Achse drehbar ist. 17. Capillary rheometer according to claim 13, characterized in that the at least one brush (27) is rotatable about its axis.
18. Kapillarrheometer nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikale Bürstensystem (8) und die mindestens eine Bürste (27) antriebsseitig gekoppelt sind.18. Capillary rheometer according to claim 13 or 14, characterized in that the vertical brush system (8) and the at least one brush (27) are coupled on the drive side.
19. Kapillarrheometer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung über zwei Kegelräder realisiert ist.19. Capillary rheometer according to claim 15, characterized in that the coupling is realized via two bevel gears.
20. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Antriebe für die Rotationsbewegungen der Bürsten (11 , 12, 18, 27) vorgesehen sind.20. Capillary rheometer according to one of claims 1 to 16, characterized in that one or more drives for the rotational movements of the brushes (11, 12, 18, 27) are provided.
21. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Reinigungseinheit (7) schwenkbar gelagert ist, vorzugsweise zwischen 90° und 160°.21. Capillary rheometer according to one of claims 1 to 17, characterized in that the entire cleaning unit (7) is pivotally mounted, preferably between 90 ° and 160 °.
22. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikale und das horizontale Bürstensystem (8, 9) unabhängig voneinander horizontal schwenkbar sind.22. Capillary rheometer according to one of claims 13 to 18, characterized in that the vertical and the horizontal brush system (8, 9) are independently pivotable horizontally.
23. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit manuell betätigbar ist.23. Capillary rheometer according to one of claims 13 to 18, characterized in that the cleaning unit can be operated manually.
24. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit automatisch steuerbar ist.24. Capillary rheometer according to one of claims 13 to 18, characterized in that the cleaning unit can be controlled automatically.
25. Kapillarrheometer zur Bestimmung rheologischer Eigenschaften von Polymerschmelzen, insbesondere der Viskosität, gegebenenfalls nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kanal (5) zur Aufnahme eines Prüfmaterials, mit einer den Kanal (5) abschließenden Düse (1) und mit einem formschlüssig in den Kanal (5) einführbaren Stempel (6) zum Extrudieren des Prüfmaterials durch die Düse (1), g e k e n n z e i c h n e t d u rc h eine Probenbeschickung (20) mit einem Probenmagazin (21) zur Aufnahme der Proben und mit einem beweglichen Greifarm (24) zum Transportieren der Proben vom Probenmagazin (21) in den Kanal (5). 25. Capillary rheometer for determining rheological properties of polymer melts, in particular the viscosity, optionally according to one of the preceding claims, with a channel (5) for receiving a test material, with a nozzle (1) closing the channel (5) and with a form-fitting in the Channel (5) insertable punch (6) for extruding the test material through the nozzle (1), characterizeddu rc h a sample feed (20) with a sample magazine (21) for receiving the samples and with a movable gripper arm (24) for transporting the samples from the sample magazine (21) into the channel (5).
26. Kapillarrheometer nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Probenmagazin (21 ) drehbar ausgebildet ist.26. Capillary rheometer according to claim 25, characterized in that the sample magazine (21) is rotatable.
27. Kapillarrheometer nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt 64 Probenplätze (22) vorgesehen sind.27. Capillary rheometer according to claim 25 or 26, characterized in that a total of 64 sample places (22) are provided.
28. Kapillarrheometer nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenplätze (22) als Aussparungen in einem zylinderförmigen Behältnis (23) ausgebildet sind.28. Capillary rheometer according to claim 27, characterized in that the sample places (22) are designed as recesses in a cylindrical container (23).
29. Kapillarrheometer nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenplätze (22) strahlenförmig in vier konzentrischen Ringen angeordnet sind.29. Capillary rheometer according to claim 27 or 28, characterized in that the sample positions (22) are arranged in a radial manner in four concentric rings.
30. Kapillarrheometer nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strahl einen der Länge des Greifarms (24) entsprechenden Krümmungsradius aufweist.30. Capillary rheometer according to claim 29, characterized in that each beam has a radius of curvature corresponding to the length of the gripping arm (24).
31. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifarm (24) schwenkbar ist.31. Capillary rheometer according to one of claims 27 to 30, characterized in that the gripping arm (24) is pivotable.
32. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 25 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der Greifarm (24) als Vakuumsauger ausgeführt ist.32. capillary rheometer according to one of claims 25 to 31, characterized in that the gripping arm (24) is designed as a vacuum suction device.
33. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Probentempenereinheit (25) zur Erwärmung der Proben auf eine Prüftemperatur vorgesehen ist.33. Capillary rheometer according to one of claims 25 to 32, characterized in that a sample tempener unit (25) is provided for heating the samples to a test temperature.
34. Kapillarrheometer nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Probentempenereinheit (25) eine regelbare Heizplatte umfasst.34. Capillary rheometer according to claim 33, characterized in that the sample tempering unit (25) comprises a controllable heating plate.
35. Kapillarrheometer nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte zylindrische Aussparungen (26) zur Aufnahme der Proben umfasst. 35. Capillary rheometer according to claim 34, characterized in that the heating plate comprises cylindrical recesses (26) for receiving the samples.
36. Kapillarrheometer nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aussparung (26) den gleichen Abstand zum Drehpunkt des Greifarms (24) aufweist.36. Capillary rheometer according to claim 35, characterized in that each recess (26) is at the same distance from the pivot point of the gripping arm (24).
37. Kapillarrheometer nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte einen Regelbereich von 50-90°C aufweist.37. capillary rheometer according to claim 34, characterized in that the heating plate has a control range of 50-90 ° C.
38. Kapillarrheometer nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte einen formschlüssig abschließenden Deckel aufweist. 38. Capillary rheometer according to one of claims 34 to 37, characterized in that the heating plate has a form-fitting cover.
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