WO2009077107A1 - Rotationsrheometer und verfahren zur bestimmung von materialeigenschaften mit einem rotationsrheometer - Google Patents

Rotationsrheometer und verfahren zur bestimmung von materialeigenschaften mit einem rotationsrheometer Download PDF

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WO2009077107A1
WO2009077107A1 PCT/EP2008/010424 EP2008010424W WO2009077107A1 WO 2009077107 A1 WO2009077107 A1 WO 2009077107A1 EP 2008010424 W EP2008010424 W EP 2008010424W WO 2009077107 A1 WO2009077107 A1 WO 2009077107A1
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internal control
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material sample
controller
evaluation unit
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PCT/EP2008/010424
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Inventor
Ulrich Schulz
Philippe Sierro
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Thermo Electron (Karlsruhe) Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane
    • G01N11/142—Sample held between two members substantially perpendicular to axis of rotation, e.g. parallel plate viscometer
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/024—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • G—PHYSICS
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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
    • G01N2011/0006—Calibrating, controlling or cleaning viscometers

Definitions

  • the invention relates to a Rotationsrheometer for measuring rheological characteristics of a material sample, with a motor whose torque is directly or indirectly detectable and which drives a rotatable shaft, whose movement and position can be detected, with a shaft held on the rotor and a stator, said a measuring space for receiving the material sample is formed between the rotor and the stator, and with a controller which regulates the motor on the basis of an internal control method or internal control parameters, whereby the internal control method or the internal control parameters of the controller can be changed ,
  • the invention relates to a method for determining material properties of a material sample by means of a corresponding rotational rheometer, wherein the motor is regulated by means of a controller based on an internal control method or internal control parameters.
  • the measurement of rheological quantities of a material sample in a rotational rheometer is based on the exact knowledge of the relationship between excitation and deformation the material sample.
  • the exciting force or the torque of the motor and the resulting movement and position of the sensor and thus the deformation of the material sample must be determined as accurately as possible.
  • the movement and the torque of the motor and, if appropriate, also the movement of the shaft are detected and the acquired measured values are transmitted via a connection unit to an evaluation unit, in which the computational processing and evaluation of the measured values and the display of the respective Operating state and also device-specific states and processes takes place.
  • samples can be measured from materials of very different material properties.
  • stator and a rotatable part connected to the rotationally driven shaft, the so-called rotor
  • a measuring space is formed, in which the material sample is arranged.
  • the rotor rests on or dives into the material sample and is driven in a rotary or oscillating motion.
  • the moment of resistance occurring at the motor as well as the movement of the motor and also the movement of the shaft are recorded and evaluated.
  • the accuracy of the determination of the material characteristics depends largely on the accuracy with which the exciting movement of the rotor is carried out.
  • a controller which enforces and guarantees the accuracy of the movement and compensates for disturbances of the movement that occur.
  • Such an electronic controller includes an electronic control method based on internal control parameters that are predetermined. In this way, the effectiveness of the control depends on the particular material sample to be tested, since this acts as a controlled system for the engine and since the internal control method and the internal control parameters are always the same.
  • control parameters are not optimally matched to the material to be examined.
  • the invention has for its object to provide a rotational rheometer of the type mentioned, with their material properties can be detected with high accuracy for different material samples.
  • a corresponding method for determining material properties of a material sample by means of a corresponding rotational rheometer is to be created.
  • an evaluation unit is provided to which rheological characteristic values of the material sample and / or test parameters can be supplied, the evaluation unit determining the internal control method or the internal control parameters on the basis of the supplied characteristic values and / or test parameters and corresponding to the controller established.
  • the optimal setting of the controller ie the appropriate control method and the appropriate control parameters are dependent on the type of material sample to be examined, so that a fixed predetermined control method or fixed internal control parameters can not provide sufficiently accurate results for all material samples, but a differentiated adaptation necessary is.
  • This is achieved according to the invention by ascertaining and adjusting, based on the rheological parameters of the material sample and / or test parameters which are known or ascertained, the best possible internal control parameter and the internal control method of the regulator for the material to be investigated.
  • the rheological characteristic values of the material sample and / or the test parameters can be entered by a user by means of an input unit. Due to his specialist knowledge, the user knows the characteristic values of the material sample or can, for example, select them from a table or database. In addition, the user knows more experimental parameters of the experiment he wants to perform. He can enter these values in a simple manner, from which the evaluation unit determines the control method and those internal control parameters which are best suited for carrying out the test for these predefined values.
  • the evaluation unit automatically determines or changes the internal control method and the controller's internal control parameters on the basis of test data, which will be discussed in more detail later in the explanation of the method.
  • the rheological parameters used to determine the control method and parameters may be, for example, the viscosity of the material to be examined and / or the elasticity or storage modulus G 'and / or the loss modulus G "and / or the shear modulus G of the material to be investigated.
  • the controller consists of a main controller and an additional controller, the internal control method or the internal control parameters are adjustable on the additional controller and wherein the main controller is guided by the additional controller and controls the motor and for the Movement is responsible.
  • the additional controller and the main controller are combined in a single controller.
  • the previously set control parameters and the set control method can also be taken into account in the evaluation unit.
  • the set or determined control parameters can be evaluated in the sense of a diagnosis and thus provide information about the status of the rotational rheometer.
  • the set or determined control parameters provide information about the measurement configuration used so that it is possible for the rotational rheometer based on this measurement configuration to provide the user with further recommendations for the settings and / or operation of the rotational rheometer.
  • the abovementioned object is achieved in that rheological characteristics of the material sample and / or test parameters are supplied to the evaluation unit and that the evaluation unit is based on the basic principle. If the supplied characteristic values and / or test parameters internal control parameters or an internal control method is determined, then the controller is set accordingly.
  • This method is characterized by an automatic setting of the controller of the rotational rheometer on the basis of material characteristics and / or test parameters, which are entered by a user into the evaluation unit, for example.
  • test data of the material sample to be tested can be determined and used as the basis for calculating the optimal control method and the optimal control parameters.
  • these experimental data are used in a preliminary test, i. before the actual measurement of the material sample, to determine the rheological characteristics with respect to the properties of the material sample.
  • This preliminary test must be designed so that it does not affect the material sample and does not change its material properties.
  • the optimum control parameters and the associated control method are determined for the current material sample, whereupon the controller is configured with these control parameters and then the actual attempt to determine the material characteristics is carried out.
  • control methods for different types of material are stored in the controller and in particular in the additional controller and that the control methods are superimposed as a function of the control parameters or control methods determined by the evaluation unit. the.
  • the rheological characteristic values of the material sample which are used in the evaluation unit to determine the optimal control method and the internal control parameters, can be, for example, the viscosity and / or the elasticity or storage modulus G 1 and / or the loss modulus G "and / or the shear modulus G of the material to be examined.
  • a rotational rheometer 10 includes a rotatable shaft 11 which is rotatably driven in rotation or oscillated by a motor M.
  • a plate-shaped rotor 12 is arranged, which is positioned at a distance above a fixed, plate-shaped stator 13.
  • a measuring space 14 is formed, in which a material sample P is arranged.
  • the motor M is associated with a controller R, which consists in the illustrated embodiment of a main controller HR and an additional controller ZR.
  • the controller R an internal control method and internal control parameters are stored, which control the drive movements of the motor M, as indicated by the arrow S.
  • the main controller HR is guided by the additional controller ZR, which is indicated by the arrow F.
  • the controller R is preceded by an evaluation unit A, in which a user via an input unit E rheological characteristics of the material sample and / or test parameters can enter, as indicated by the arrow B.
  • the evaluation unit A calculates the optimum for the material sample to be checked internal control parameters and the corresponding control method from the user entered rheological characteristics and / or experimental parameters and adjusts them to the additional controller ZR, as indicated by the arrow C.
  • the internal control method and the internal control parameters of the controller R can be changed and adjusted automatically.
  • Experimental data are acquired for this purpose, the movement of the shaft 11 on the one hand being shown in the illustrated embodiment on the one hand. Corresponding data are supplied via a line 15 of the evaluation unit E.
  • the experimental data with respect to the current operating state of the engine M for example, speed, load, resistance torque, etc. supplied via a line 16 of the evaluation unit E.
  • the the Evaluation unit E of supplied test data are evaluated and on the basis of the acquired test data new internal control parameters and, if necessary, a new internal control method are determined and these are set on the additional controller ZR.

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Abstract

Ein Rotationsrheometer zur Messung rheologischer Kenngrößen einer Materialprobe umfasst einen Motor, dessen Drehmoment erfassbar ist und der eine drehbare Welle treibt, deren Bewegungsgeschwindigkeit und Position erfassbar ist. An der Welle ist ein Rotor gehalten und zwischen dem Rotor und einem Stator ist ein Messraum zur Aufnahme der Materialprobe gebildet. Ein Regler regelt den Motor auf der Basis einer internen Regelmethode bzw. interner Regelparameter, wobei die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter des Reglers veränderbar und einstellbar sind. Dabei ist eine Auswerte-Einheit vorgesehen, der rheologische Kennwerte der Materialprobe und/oder Versuchsparameter zuführbar sind, wobei die Auswerte-Einheit auf der Grundlage der zugeführten Kennwerte und/oder Versuchsparameter die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter bestimmt und den Regler entsprechend einstellt.

Description

Rotationsrheometer und Verfahren zur Bestimmung von Materialeigenschaften mit einem Rotationsrheometer
Die Erfindung betrifft ein Rotationsrheometer zur Messung rheologischer Kenngrößen einer Materialprobe, mit einem Motor, dessen Drehmoment unmittelbar oder mittelbar erfassbar ist und der eine drehbare Welle treibt, deren Bewegung und Position erfassbar ist, mit einem an der Welle gehaltenen Rotor und mit einem Stator, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Messraum zur Aufnahme der Materialprobe gebildet ist, und mit einem Regler, der den Motor auf der Ba- sis einer internen Regelmethode bzw. interner Regelparameter regelt, wobei die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter des Reglers veränderbar sind.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Be- Stimmung von Materialeigenschaften einer Materialprobe mittels eines entsprechenden Rotationsrheometers, wobei der Motor mittels eines Reglers auf der Basis einer internen Regelmethode bzw. interner Regelparameter geregelt wird.
Die Messung rheologischer Größen einer Materialprobe in einem Rotationsrheometer beruht auf der genauen Kenntnis des Zusammenhangs zwischen einer Anregung und der Verformung der Materialprobe. Um aus diesen Kenngrößen die Materialeigenschaften ableiten zu können, müssen die anregende Kraft bzw. das Drehmoment des Motors und die daraus resultierende Bewegung und Position des Sensors und somit die Verformung der Materialprobe möglichst genau ermittelt werden. Dazu werden die Bewegung und das Drehmoment des Motors und gegebenenfalls auch die Bewegung der Welle erfasst und die er- fassten Messwerte werden über eine Verbindungseinheit an eine Auswerte-Einheit übertragen, in der die rechentechni- sehe Aufbereitung und Auswertung der Messwerte sowie die Anzeige des jeweiligen Betriebszustandes und auch gerätespezifischer Zustände und Prozesse erfolgt.
In einem Rotationsrheometer können Proben aus Materialien unterschiedlichster Materialeigenschaften gemessen werden. Zwischen einem feststehenden Teil, dem sogenannten Stator, und einem mit der drehangetriebenen Welle verbundenen drehbaren Teil, dem sogenannten Rotor, ist ein Messraum gebildet, in dem die Materialprobe angeordnet wird. Der Rotor liegt auf der Materialprobe auf oder taucht in diese ein und wird in rotativer oder oszillierender Bewegung angetrieben. Das am Motor auftretende Widerstandsmoment sowie die Bewegung des Motors und auch die Bewegung der Welle werden erfasst und ausgewertet. Die Genauigkeit der Bestim- mung der Materialkennwerte hängt wesentlich von der Genauigkeit ab, mit der die anregenden Bewegung des Rotors ausgeführt wird. Um diese entsprechend den Vorgaben möglichst exakt einzuhalten, wird üblicherweise ein Regler eingesetzt, der die Genauigkeit der Bewegung erzwingt und ge- währleistet und dabei auftretende Störungen der Bewegung kompensiert. Ein derartiger elektronischer Regler umfasst eine elektronische Regelmethode auf der Basis interner Regelparameter, die vorgegeben sind. Auf diese Weise hängt die Wirksamkeit der Regelung von der jeweils zu überprüfenden Materialprobe ab, da diese als Regelstrecke für den Motor wirkt und da die interne Regelmethode und die internen Regelparameter immer gleich sind.
Es hat sich gezeigt, dass die Genauigkeit der Ermittlung der Materialkennwerte einer Materialprobe bei verschiedenen Materialien sehr unterschiedlich und auch von der Art der Bewegung des Roboters abhängig ist und sogar dazu führen kann, dass die vorgegebene Regelung bei gewissen Materialien keine sinnvollen Ergebnisse liefert und somit die Ma- terialprobe nicht messbar ist.
Es ist bekannt, dem Benutzer des Rotationsrheometers verschiedene Regelparameter-Sätze anzubieten, aus denen er einen Satz für die Durchführung des Versuches auswählen kann. Auf diese Weise ist jedoch nur eine relativ grobe Anpassung an das zu überprüfende Material möglich. Um ein übermäßiges Aufschwingen der Messergebnisse zu verhindern, kann der Benutzer darüber hinaus die Dämpfung der Regelung verstellen. Jedoch führt eine erhöhte Dämpfung zu einer langsameren Messung und bringt keine Anpassung an die Art des zu untersuchenden Materials.
Ein wesentliches Problem der Einstellung der Regelparameter besteht darin, dass der Anwender üblicherweise kein Rege- lungstechniker, sondern ein Chemiker, Biologe, Labortechniker oder ein Rheologe ist und somit kaum oder keine Kenntnis von der Wirkung der einzelnen Regelparameter hat. Dies führt in der Praxis dazu, dass die Regelparameter nicht optimal auf das zu untersuchende Material abgestimmt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotations- rheometer der genannten Art zu schaffen, mit dem auch für unterschiedliche Materialproben deren Materialeigenschaften mit hoher Genauigkeit erfasst werden können. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung von Materialeigenschaften einer Materialprobe mittels eines ent- sprechenden Rotationsrheometers geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Rotationsrheometers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist eine Aus- werte-Einheit vorgesehen, der rheologische Kennwerte der Materialprobe und/oder Versuchsparameter zuführbar sind, wobei die Auswerte-Einheit auf der Grundlage der zugeführten Kennwerte und/oder Versuchsparameter die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter bestimmt und den Regler entsprechend einstellt.
Die optimale Einstellung des Reglers, d.h. die geeignete Regelmethode und die geeigneten Regelparameter sind von der Art der zu untersuchenden Materialprobe abhängig, so dass eine fest vorgegebene Regelmethode bzw. fest vorgegebene interne Regelparameter nicht für alle Materialproben ausreichend genau Ergebnisse liefern können, sondern eine differenzierte Anpassung notwendig ist. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem auf der Grundlage der rheologischen Kennwerte der Materialprobe und/oder Versuchsparameter, die vorbekannt sind oder ermittelt werden, die für das zu untersuchende Material bestmöglich geeigneten internen Regelparameter und die interne Regelmethode des Reglers ermittelt und eingestellt werden. Durch diese Anpassung sind für jedes Material mit den verbundenen rheologischen Eigenschaften eine eigene, angepasste Regelmethode und entsprechend angepasste Regelparameter einstellbar, so dass viele unterschiedliche Materialien mit dem gleichen Rotationsrhe- ometer mit hoher Genauigkeit messbar sind und die Performance der Messung bezüglich der Anregelzeit und bezüglich der messbaren Geschwindigkeiten und auch bezüglich der Exaktheit der Bewegung verbessert wird. Auf diese Weise sind auch Materialproben messbar, für die bisher keine Messung durchgeführt werden konnte.
In einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die rheologischen Kennwerte der Materialprobe und/oder die Versuchsparameter von einem Benutzer mittels einer Eingabe-Einheit eingebbar sind. Aufgrund seines Fachwissens kennt der Benutzer die Kennwerte der Materialprobe oder kann diese beispielsweise aus einer Tabelle oder Datenbank heraussuchen. Darüber hinaus kennt der Benutzer weitere Versuchsparameter des Versuchs, den er durchführen möchte. Diese Werte kann er in einfacher Weise eingeben, woraus die Auswerte-Einheit diejenige Regelmethode und diejenigen internen Regelparameter ermittelt, die für diese vorgegebenen Werte am besten zur Durchführung des Versuchs geeignet sind.
Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Auswerte-Einheit die interne Regelmethode und die internen Regelparameter des Reglers aufgrund von Versuchsdaten selbsttätig ermittelt oder verändert, worauf später bei der Er- läuterung des Verfahrens näher eingegangen wird.
Bei den rheologischen Kennwerten, die der Ermittlung der Regelmethode und der Regelparameter zugrundegelegt werden, kann es sich beispielsweise um die Viskosität des zu untersuchenden Materials und/oder den Elastizitäts- oder Speichermodul G' und/oder den Verlustmodul G" und/oder den Schubmodul G des zu untersuchenden Materials handeln.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Regler aus einem Hauptregler und einem Zusatzregler besteht, wobei die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter am Zusatzregler einstellbar sind und wobei der Hauptregler durch den Zusatzregler geführt ist und den Motor ansteuert und für dessen Bewegung zuständig ist. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der Zusatzregler und der Hauptregler in einem einzigen Regler vereinigt sind.
Bei der Auswertung und Charakterisierung der Materialprobe können in der Auswerte-Einheit auch die bisher eingestellten Regelparameter sowie die eingestellte Regelmethode berücksichtigt werden. Beispielsweise können die eingestell- ten oder ermittelten Regelparameter im Sinne einer Diagnose ausgewertet werden und somit Aufschluss über den Zustand des Rotationsrheometers geben. Darüber hinaus geben die eingestellten oder ermittelten Regelparameter Aufschluss über die verwendete Messkonfiguration, so dass es möglich ist, dass das Rotationsrheometer auf der Grundlage dieser Messkonfiguration dem Anwender weitergehende Empfehlungen für die Einstellungen und/oder den Betrieb des Rotationsrheometers gibt.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Auswerte-Einheit rheologische Kennwerte der Materialprobe und/oder Versuchsparameter zugeführt werden und dass die Auswerte-Einheit auf der Grund- läge der zugeführten Kennwerte und/oder Versuchsparameter interne Regelparameter bzw. eine interne Regelmethode ermittelt, woraufhin der Regler entsprechend eingestellt wird. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine selbsttäti- ge Einstellung des Reglers des Rotationsrheometers auf der Grundlage von Materialkennwerten und/oder Versuchsparametern aus, die beispielsweise von einem Benutzer in die Aus- werte-Einheit eingegeben werden. Alternativ können Versuchsdaten der zu überprüfenden Materialprobe ermittelt und als Grundlage zur Berechnung der optimalen Regelmethode sowie der optimalen Regelparameter verwendet werden.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass diese Versuchsdaten in einem Vorversuch, d.h. vor der eigentlichen Messung der Materialprobe, ermittelt werden, um die rheologischen Kennwerte bezüglich der Eigenschaften der Materialprobe zu ermitteln. Dieser Vorversuch muss so ausgestaltet sein, dass er die Materialprobe nicht beeinträchtigt und deren Materialeigenschaften nicht verän- dert. Auf der Grundlage der durch den Vorversuch ermittelten Versuchsdaten werden die für die aktuelle Materialprobe optimalen Regelparameter und die zugehörige Regelmethode ermittelt, woraufhin der Regler mit diesen Regelparametern konfiguriert und anschließend der eigentliche Versuch zur Bestimmung der Materialkennwerte durchgeführt wird.
Alternativ ist es auch möglich, die Versuchsdaten unmittelbar während der Durchführung des Versuchs zur Bestimmung der Materialeigenschaften der Materialprobe zu ermitteln und die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter während des Versuches einzustellen und zu verändern. Dieses Vorgehen bringt den Vorteil mit sich, dass die Regelung während des Versuches nachgestellt werden kann, wenn sich die Materialeigenschaften der Materialprobe während des Versuches stark ändern sollten.
In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah- rens ist vorgesehen, dass in dem Regler und insbesondere in dem Zusatz-Regler mehrere Regelmethoden für unterschiedliche Materialarten hinterlegt sind und dass die Regelmethoden in Abhängigkeit von den von der Auswerte-Einheit bestimmten Regelparametern bzw. Regelmethoden überlagert wer- den.
Die rheologischen Kennwerte der Materialprobe, die in der Auswerte-Einheit der Ermittlung der optimalen Regelmethode sowie der internen Regelparameter zugrundegelegt werden, kann es sich beispielsweise um die Viskosität und/oder den Elastizitäts- oder Speichermodul G1 und/oder den Verlustmodul G" und/oder den Schubmodul G des zu untersuchenden Materials handeln.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige Figur eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Rota- tionsrheometers zeigt.
Gemäß der Figur umfasst ein Rotationsrheometer 10 eine drehbare Welle 11, die von einem Motor M rotierend oder oszillierend drehangetrieben ist. Am unteren Ende der Welle 11 ist ein plattenförmiger Rotor 12 angeordnet, der mit Ab- stand oberhalb eines feststehenden, plattenförmigen Stators 13 positioniert ist. Zwischen dem Rotor 12 und dem Stator 13 ist ein Messraum 14 gebildet, in dem eine Materialprobe P angeordnet ist. Dem Motor M ist ein Regler R zugeordnet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Hauptregler HR und einem Zusatzregler ZR besteht. In dem Regler R sind eine interne Regelmethode und interne Regelparameter gespeichert, die die Antriebsbewegungen des Motors M steuern, wie es durch den Pfeil S angedeutet ist. Der Hauptregler HR ist durch den Zusatzregler ZR geführt, was durch den Pfeil F angedeutet ist.
Dem Regler R ist eine Auswerte-Einheit A vorgeschaltet, in die ein Benutzer über eine Eingabe-Einheit E rheologische Kennwerte der Materialprobe und/oder Versuchsparameter eingeben kann, wie es durch den Pfeil B angedeutet ist. Die Auswerte-Einheit A errechnet aus den vom Benutzer eingegebenen rheologisehen Kennwerten und/oder Versuchsparametern die für die zu überprüfende Materialprobe optimalen internen Regelparameter und die entsprechende Regelmethode und stellt diese am Zusatzregler ZR ein, wie es durch den Pfeil C angedeutet ist.
Alternativ oder zusätzlich zu der Eingabe der rheologischen Kennwerte und/oder der Versuchsparameter durch den Benutzer, können die interne Regelmethode und die internen Re- gelparameter des Reglers R selbsttätig verändert und eingestellt werden. Zu diesem Zweck werden Versuchsdaten er- fasst, wobei es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits um die Bewegung der Welle 11 handelt. Entsprechende Daten werden über eine Leitung 15 der Auswerte- Einheit E zugeführt. In gleichartiger Weise werden die Versuchsdaten bezüglich des aktuellen Betriebszustands des Motors M, z.B. Drehzahl, Last, Widerstandsmoment etc. über eine Leitung 16 der Auswerte-Einheit E zugeführt. Die der Auswerte-Einheit E zugeführten Versuchsdaten werden ausgewertet und auf der Grundlage der erfassten Versuchsdaten werden neue interne Regelparameter und gegebenenfalls eine neue interne Regelmethode ermittelt und diese am Zusatzreg- ler ZR eingestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Rotationsrheometer zur Messung Theologischer Kenngrößen einer Materialprobe (P) , mit einem Motor (M) , dessen Drehmoment erfassbar ist und der eine drehbare Welle (H) treibt, deren Bewegung und Position erfassbar ist, mit einem an der Welle (11) gehaltenen Rotor (12) und mit einem Stator (13), wobei zwischen dem Rotor (12) und dem Stator (13) ein Messraum (14) zur Aufnahme der Materialprobe (P) gebildet ist, und mit einem Regler (R) , der den Motor (M) auf der Basis einer internen Regelmethode bzw. interner Regelparameter regelt, wobei die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter des Reglers (R) veränderbar sind, gekennzeichnet durch eine Auswerte-Einheit (A) , der rheologische Kenn- werte der Materialprobe (P) und/oder Versuchsparameter zuführbar sind, wobei die Auswerte-Einheit (A) auf der Grundlage der zugeführten Kennwerte und/oder Versuchsparameter die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter bestimmt und den Regler (R) entsprechend einstellt.
2. Rotationsrheometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rheologischen Kennwerte der Materi¬
ll alprobe (P) und/oder die Versuchsparameter mittels einer Eingabe-Einheit (E) eingebbar sind.
3. Rotationsrheometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Auswerte-Einheit (A) Versuchsdaten bezüglich der Bewegung des Motors (M) und/oder der Welle (11) erhält und auf deren Grundlage die rheologi- schen Kennwerte der Materialprobe (P) und/oder die Versuchsparameter ermittelt.
4. Rotationsrheometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rheologischen Kennwerte der Materialprobe (P) zumindest die Viskosität und/oder der Elastizitäts- oder Speichermodul G' und/oder der Verlustmodul G" und/oder der Schubmodul G
5. Rotationsrheometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (R) aus einem Hauptregler (HR) und einem Zusatzregler (ZR) besteht, wobei die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter mittels der Auswerte-Einheit (A) am Zusatzregler (ZR) einstellbar sind und wobei der Hauptregler (HR) durch den Zusatzregler (ZR) geführt ist und den Motor (M) ansteuert.
6. Verfahren zur Bestimmung von Materialeigenschaften einer Materialprobe mittels eines Rotationsrheometers gemäß Anspruch 1, wobei der Motor (M) mittels eines Reg- lers (R) auf der Basis einer internen Regelmethode bzw. interner Regelparameter geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass rheologische Kennwerte der Materialprobe (P) und/oder Versuchsparameter einer Auswerte-Einheit (A) zugeführt werden und dass die Auswerte-Einheit (A) auf der Grundlage der zugeführten Kennwerte und/oder Versuchsparameter die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter bestimmt und den Regler (R) ent- sprechend einstellt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die rheologischen Kennwerte der Materialprobe (P) und/oder die Versuchsparameter mittels einer Eingabe- Einheit (E) eingegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Versuchsdaten bezüglich der Bewegung des Motors (M) und/oder der Welle (11) erfasst, daraus die rheologischen Kennwerte der Materialprobe (P) und/oder die Versuchsparameter ermittelt und der Auswerte- Einheit (A) zugeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Versuchsdaten in einem Vorversuch ermittelt werden, woraufhin in der Auswerte-Einheit (A) die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter ermittelt und am Regler (R) entsprechend eingestellt und anschließend der Versuch zur Bestimmung der Materialei- genschaften der Materialprobe (P) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Versuchsdaten während des Versuchs zur Bestimmung der Materialeigenschaften der Materialprobe ermittelt und die interne Regelmethode bzw. die internen Regelparameter während des Versuchs eingestellt und verändert werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regler (R) mehrere Regelmethoden für unterschiedliche Materialarten hinterlegt sind und dass die Regelmethoden in Abhängigkeit von den von der Auswerte-Einheit (A) bestimmten Regelparametern überlagert werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rheologischen Kennwerte der Materialprobe (P) die Viskosität und/oder der Elastizi- täts - oder Speichermodul G' und/oder der Verlustmodul G" und/oder der Schubmodul G sind.
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DE200710060908 DE102007060908A1 (de) 2007-12-14 2007-12-14 Rotationsrheometer und Verfahren zur Bestimmung von Materialeigenschaften mit einem Rotationsrheometer
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