WO2014044339A1 - Rheologisches messgerät mit einer kupplung zwischen antriebswelle und einem messteilschaft - Google Patents

Rheologisches messgerät mit einer kupplung zwischen antriebswelle und einem messteilschaft Download PDF

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WO2014044339A1
WO2014044339A1 PCT/EP2013/002464 EP2013002464W WO2014044339A1 WO 2014044339 A1 WO2014044339 A1 WO 2014044339A1 EP 2013002464 W EP2013002464 W EP 2013002464W WO 2014044339 A1 WO2014044339 A1 WO 2014044339A1
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WO
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drive shaft
clamping
measuring device
messteilschaft
rheological
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PCT/EP2013/002464
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Platzek
Uwe Bauer
Original Assignee
Thermo Electron (Karlsruhe) Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/10—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
    • F16D1/108—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially having retaining means rotating with the coupling and acting by interengaging parts, i.e. positive coupling
    • F16D1/116—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially having retaining means rotating with the coupling and acting by interengaging parts, i.e. positive coupling the interengaging parts including a continuous or interrupted circumferential groove in the surface of one of the coupling parts

Definitions

  • the invention relates to a rheological measuring device with a drive shaft and an attachable thereto
  • Insertion direction can be inserted and fixed there.
  • a rheological measuring device for example a rheometer or a viscometer
  • the deformation and the forces and moments necessary for the deformation are recorded, from which the rheological values of the material forming the sample can be calculated.
  • Messteilschaft has at its upper end a tubular end portion into which the lower end of
  • the Messteilschaft is with its upper end in a tubular lower portion of the drive shaft
  • axial is intended to refer to the longitudinal extent or longitudinal axis of the Messteilschaftes and the longitudinal extent or the longitudinal axis of the drive shaft, the
  • the invention has for its object to provide a rheological instrument of the type mentioned, in which the Messteilschaft can be positioned and set with high accuracy and in a simple manner in the drive shaft.
  • Messteilschaft has a conical section with a decreasing towards its free end cross-section and that the Messteilschaft with its conical portion under elastic expansion of the end portion of the
  • the Messteilschaft has in its conical section a small taper in
  • End portion of the drive shaft preferably has the same conicity as the Messteilschaft, but it can also have a constant circular cross-section, so that the Messteilschaft when inserted into the end portion of
  • Measuring stem portion Due to the geometric configuration of the taper of the drive shafts and the taper of the Messteilschafts can be given a self-locking, so that a high adhesion is given. As a result, the further advantage is achieved that in addition to the engagement of the clamping body, a frictional connection between the outside of the Messteilschaftes and the inside of the tubular end portion of the drive shaft is achieved, which leads to very high torque from the drive shaft to the Messteilschaft and thus can be transferred to the measuring part.
  • the clamping sleeve is acted upon by means of a first spring in its clamping position and that the clamping surface under a
  • Inclination to the insertion direction is arranged such that the clamping force has a facing in the insertion direction component.
  • the clamping sleeve in the Clamping 1. spring ensures that the clamping sleeve a relatively large clamping force is exerted, which ensures a secure positioning of the Messteilschaftes in the drive shaft.
  • Insertion direction or to the longitudinal axis of the drive shaft determines the ratio between the radial component and the axial, in the insertion direction facing component of the clamping force. It has proved to be advantageous, an inclination of the clamping surface relative to the insertion direction in the range of 3 ° to 15 °.
  • the first spring with which the clamping sleeve is acted upon in its clamping position, should preferably between the
  • the first spring is arranged in a gap which between the outside of the
  • the first spring is completely encapsulated in relation to the environment and protected against external impairments and in particular against contamination.
  • the clamping sleeve adjacent to the clamping surface has an annular groove for receiving the clamping body.
  • Clamping elements which are preferably balls, radially inwardly into the recesses of
  • an ejector is mounted axially displaceable.
  • the ejector pin is adjustable along the drive shaft and can be acted upon by a second spring, which is preferably arranged in the interior of the tubular end portion of the drive shaft.
  • the measuring stem When the user inserts the upper end of the measuring stem into the tubular end portion of the drive shaft, the measuring stem shifts the ejector pin against the force of the second spring, which is thereby tightened.
  • the ejector provides on the one hand for a play-free axial seating of Messteilschaftes in the end portion of the drive shaft and in particular supports the removal of Messteilschaftes from the end portion of the drive shaft by acting on the Messteilschaft acting in End Spotifycardi force.
  • an inner Abutment for the clamping body forms, ie, the clamping body of the clear cross-section of the end portion of the
  • the Drive shaft pushes radially outward, so that they do not hinder the insertion of the Messteilschaftes when inserting.
  • the ejector pin presses the clamping body radially outward until the measuring shank with its upper end comes into abutment with the ejector bolt and displaces it upwards, the clamping bodies then being moved radially outward through the measuring shank
  • the clamping sleeve is moved by the user against the force of the first spring down until it rests with its lower end to the console and thereby exerts a Meßsteilschaft of the end portion of the drive shaft releasing axial force on the Messteilschaft.
  • a corresponding force is exerted by a corresponding power source, which pushes the ejector pin down, whereby the Messteilschaft pushed out of the drive shaft and released.
  • FIG. 1 shows a cross section through an inventive rheological measuring device before inserting the
  • FIG. 2 shows the rheological measuring device according to FIG. 1 in FIG.
  • FIG. 3 shows the rheological measuring device according to FIG. 1 in FIG.
  • Fig. 6 is a figure 5 corresponding representation of
  • FIG. 7 shows the rheological measuring device according to FIG. 6 in FIG.
  • FIG. 8 shows the rheological measuring device according to FIG. 6 in FIG.
  • FIG. 9 shows the rheological measurement according to FIG. 6 in FIG.
  • Figure 1 shows a partial vertical section through a rheological measuring device 10 with a measuring stem 14, of which only the upper portion is shown, and a drive shaft 11, of which only a lower portion
  • the rheological measuring device may in particular be a rheometer or a viscometer.
  • the measuring stem 14 extends substantially vertically with a longitudinal axis L and has at its upper end a conical portion 14a with an upwardly decreasing towards its free end cross-section.
  • the inclination of the lateral surface of the conical section 14a relative to the longitudinal axis L, i. the angle shown in Figure 1 is less than or equal to 7 ° and is preferably in the range of 2 to 3 °.
  • a circumferential recess 16 is arranged with a trapezoidal cross-section at a small distance from the upper end.
  • the upper end of the Messteilschaftes 14 facing side wall 16a of the recess 16 extends at an angle ß inclined to the left axis L of the Messteilschaftes 14, wherein the angle ß in the range of 10 ° to 80 ° and preferably in the range of 30 ° to 60 °. In the illustrated embodiment, the angle ß 45 °.
  • a circumferential, radially projecting bracket 15 is arranged below this, which serves as a stop.
  • the drive shaft 11 whose longitudinal axis L 'with the
  • Longitudinal axis L of the Messteilschaftes 14 coincides, is designed tubular in its lower end, wherein in
  • cylindrical ejector pin 20 is received axially displaceable.
  • the ejector pin 20 has at its upper end a widened head 22, which is engageable with a radially inwardly facing, circumferential projection 23 of the drive shaft 11 into abutment.
  • opposite bottom end of the ejector 20 has a piston portion 27 which is in engagement with the inner wall of the drive shaft 11.
  • a second spring 19 is arranged, which the ejector pin 20 down, i. towards the introductory part of the
  • Drive shaft 11 biases, as indicated by the arrow F 2 .
  • Openings 28 provided.
  • a spherical clamping body 13 is arranged, which engages radially between an engaging in the clear cross-section of the drive shaft 11 position and the clear cross-section the drive shaft 11 releasing, to the outside
  • protruding position is adjustable.
  • End portion 24 of the drive shaft 11 is in radial
  • an axially displaceable clamping sleeve 12 is arranged, which has on its inner, the drive shaft 11 side facing a pocket 26 into which a on the drive shaft 11th
  • the size of the pocket 26 determines the maximum axial
  • Clamping sleeve 12 is formed a radially inwardly opening annular groove 25.
  • the annular groove 25 is dimensioned so that it can receive the protruding on the outside of the drive shaft 11 portion of the spherical clamp body 13.
  • Clamping sleeve 12 is reduced to its lower end.
  • the user guides the measuring stem 14 in the insertion direction E, i. in the axial direction from below into the tubular end portion 24 of the drive shaft 11 a. Due to the conicity of the conical portion 14a of the measuring shaft 14, the end portion 24 of the drive shaft 11 is expanded radially elastically to a small extent and spans radially from the outside to the conical portion 14a of
  • Messteilschafts 14 In a first phase of the insertion movement, the upper end of the Messteilschaftes 14 comes with the bottom of the ejector 20 in contact, as in
  • FIG. 2 is shown.
  • the piston section 27 of the ejector pin 20 holds the spherical clamping body 13 still in their outward position in which they are arranged in.
  • End portion 24 of the drive shaft 11 is further expanded radially elastic. This state is shown in FIG.
  • the Messteilschaft 14 is so far in the tubular
  • the abutment of the lower end of the drive shaft 11 with the console 15 of the measuring stem 14 ensures that the measuring stem 14 is aligned exactly axially with the drive shaft 11, i. that the longitudinal axis L of the
  • Section 14a of the measuring shaft 14 and the radially elastically flared end portion 24 of the drive shaft 14 supports this exact positioning of the
  • FIGS. 6 to 9 show the individual phases of
  • Figure 6 shows a representation corresponding to Figure 5 of the assembled state of Messteilschaftes 14, wherein the spherical clamp body 13 are clamped by the clamping surface 21 of the clamping sleeve 12 in the recess 16 of the Messteilschaftes 14 and the lower end the drive shaft 11 rests against the bracket 15 of the Messteilschaftes 14. From this mounting position, the user moves the clamping sleeve 12 against the force of the first spring 17 downward, as indicated in Figure 6 by the arrows B. The shift takes place until the lower end of the clamping sleeve 12 likewise comes into contact with the bracket 15 of the measuring shaft 14 (see FIG. 7).
  • the annular groove 25 of the clamping sleeve 12 is in the region of the spherical clamping body 13, so that they can perform a radial movement.
  • the clamping sleeve 12 via the bracket 15 exerts a downward force on the Messteilschaft 14.
  • This is supported by the ejector pin 20, which likewise exerts a downward force on the measuring part shaft 14 as a result of the second spring 19.
  • Messteilschaftes 14 is, however, due to the elastic expansion of the end portion 24 of the Drive shaft 11 given clamping force prevented, so that the user can take the Messteilschaft 14 down.
  • the removal of the Messteilschaftes 14 can be automated by the downward adjustment of the clamping sleeve 12 is effected instead of by the user of an electric, pneumatic or hydraulic power source, as indicated in Figure 6 by the arrows P and P '.
  • an effective between the drive shaft and the clamping sleeve force can be generated or applied, whereby the clamping sleeve is moved downward.
  • a pneumatic force pulse according to the arrow P in Figure 6 the force acts between the shoulder 18 of the drive shaft 11 and the clamping sleeve 12, whereby this is displaced in the direction of arrows B down.
  • a force is exerted on the ejector pin 18, for example by a hydraulic force pulse according to the arrow P 'on the top of the ejector pin 20 is effective, whereby the ejector pin 20 is pressed down and thus an ejection force the Messteilschaft 14 exercises.

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Abstract

Zur Befestigung eines Messteilschaftes an einer Antriebswelle eines rheologischen Messgerätes wird der Messteilschaft in einen rohrförmigen Endabschnitt der Antriebswelle in Einführöffnung eingeführt und dort fixiert. Dabei ist vorgesehen, dass am Messteilschaft eine als Anschlag dienende Konsole ausgebildet ist, mit der das freie Ende der Antriebswelle in Anlage bringbar ist, dass der Messteilschaft einen konischen Abschnitt mit einem zu seinem freien Ende hin abnehmenden Querschnitt besitzt und dass der Messteilschaft mit seinem konischen Abschnitt unter elastischer Aufweitung des Endabschnitts der Antriebswelle in diesen einführbar ist.

Description

RHEOLOGISCHES MESSGERÄT MIT EINER KUPPLUNG ZWISCHEN ANTRIEBSWELLE
UND EINEM MESSTEILSCHAFT
Die Erfindung betrifft ein rheologisches Messgerät mit einer Antriebswelle und einem daran anbringbaren
Messteilschaft, wobei der Messteilschaft in einen
rohrförmigen Endabschnitt der Antriebswelle in
Einführrichtung einführbar und dort fixierbar ist.
Bei einem rheologischen Messgerät, beispielsweise einem Rheometer oder einem Viskosimeter, ist es üblich, eine zu untersuchende Probe zwischen zwei Messteilen anzuordnen und dann durch Bewegung zumindest eines der Messteile in der Probe eine Verformung zu erzeugen. Die Verformung und diefür die Verformung notwendigen Kräfte und Momente werden erfasst, woraus sich die rheologischen Werte des die Probe bildenden Materials errechnen lassen.
Je nach Art des Probenmaterials und in Abhängigkeit von den zu bestimmenden rheologischen Kenngrößen sind
unterschiedliche Messteile notwendig. Aus diesem Grund ist es allgemein bekannt, dass der Benutzer wahlweise ein geeignetes Messteil an dem unteren, der Probe zugewanden Ende der drehangetriebenen Antriebswelle in lösbarer Weise anbringen kann.
Im Folgenden soll beispielhaft davon ausgegangen werden, dass die Antriebswelle vertikal ausgerichtet ist und dass das Messteil mit einem sich ebenfalls vertikalen Messteilschaft in einen rohrförmigen Endabschnitt der
Antriebswelle in vertikaler Richtung von unten, d.h. in Einführrichtung, eingeführt und dort befestigt wird. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf eine entsprechende Ausrichtung der Bauteile und Baugruppen, jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt.
Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass der
Messteilschaft an seinem oberen Ende einen rohrförmigen Endabschnitt besitzt, in den das untere Ende der
Antriebswelle einführbar ist. Diese kinematische Umkehr der im folgenden beschriebenen Ausführungsform soll durch die Erfindung ausdrücklich mit umfasst sein.
Der Messteilschaft wird mit seinem oberen Ende in einen rohrförmigen unteren Abschnitt der Antriebswelle
eingeführt. In der Wandung des rohrförmigen Endabschnitts der Antriebswelle sind kugelförmige Klemmkörper gehalten, die durch eine äußere, verschieblich gelagerte Klemmhülse radial nach innen gedrückt werden können, wobei sie in Ausnehmungen des Messteilschaftes eingreifen und diesen axial, d.h. in Einführrichtung sichern, so dass der
Messteilschaft aus der Antriebswelle nicht herausfallen kann.
Der Begriff "axial" soll sich auf die Längserstreckung bzw. Längsachse des Messteilschaftes und die Längserstreckung bzw. die Längsachse der Antriebswelle beziehen, die
zusammenfallen, wobei auch die Einführrichtung in axialer Richtung verläuft. Der Begriff "radial" soll sich auf eine dazu senkrechte Richtung beziehen. Es hat sich herausgestellt, dass die Positioniergenauigkeit des Messteilschaftes in der Antriebswelle wesentlich von der Sorgfalt abhängt, mit der der Benutzer den
Messteilschaft in möglichst vertikaler Ausrichtung in den rohrförmigen Endabschnitt der Antriebswelle einführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rheologisches Messgerät der genannten Art zu schaffen, bei dem sich der Messteilschaft mit hoher Genauigkeit und in einfacher Weise in der Antriebswelle positionieren und festlegen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein rheologisches Messgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass am Messteilschaft eine als Anschlag dienende Konsole ausgebildet ist, mit der das freie Ende der Antriebswelle in Anlage bringbar ist, dass der
Messteilschaft einen konischen Abschnitt mit einem zu seinem freien Ende hin abnehmenden Querschnitt besitzt und dass der Messteilschaft mit seinem konischen Abschnitt unter elastischer Aufweitung des Endabschnitts der
Antriebswelle in diesen einführbar ist.
Da am Messteilschaft eine als Anschlag dienende Konsole ausgebildet ist, mit der das freie Ende der Antriebswelle in Anlage bringbar ist, ist die Einführbewegung des
Messteilschaftes in den rohrförmigen Endabschnitt der
Antriebswelle und damit auch die Spreizkraft durch die Konsole begrenzt und für den Benutzer ist von außen in einfacher Weise feststellbar, dass der Messteilschaft seine Soll-Position zu der Antriebswelle eingenommen hat, wenn das untere axiale Ende der Antriebswelle an der Konsole anliegt. Die Anlage des unteren Endes der Antriebswelle an der Konsole des Messteilschaftes stellt sicher, dass der Messteilschaft exakt axial zu der Antriebswelle ausgerichtet ist, d.h. dass die Längsachse des
Messteilschaftes und die Längsachse der Antriebswelle zusammenfallen oder zumindest parallel zueinander
verlaufen. Darüber hinaus ist ein übermäßiges axiales
Einschieben des Messteilschafts in die Antriebswelle infolge übermäßiger axialer Krafteinwirkung vermieden.
Gemäß der Erfindung ist der Messteilschaft unter
elastischer Aufweitung des Endabschnitts der Antriebswelle in diesen einführbar ist. Der Messteilschaft besitzt in seinem konischen Abschnitt eine geringe Konizität in
Längsrichtung mit einem Winkel α gegenüber der Längsachse des Messteilschafts, wobei α < 7° ist und vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 3,0° liegt. Der rohrförmige
Endabschnitt der Antriebswelle besitzt vorzugsweise die gleiche Konizität wie der Messteilschaft, er kann aber auch einen konstanten Kreisquerschnitt aufweise, so dass der Messteilschaft beim Einführen in den Endabschnitt der
Antriebswelle mit seinen konischen Ende den Endabschnitt aufweitet. Dies kann alleine durch die elastische
Verformung der Antriebswelle geschehen, es ist jedoch auch möglich, die Antriebswelle durch vorbestimmte
Schwächungsbereiche oder -linien, Nuten oder Schlitze so auszugestalten, dass sie der Aufweitung gut und in
reproduzierbarer Weise folgen kann.
Im eingesetzten Zustand des Messteilschaftes spannt sich der rohrförmige Endabschnitt der Antriebswelle aufgrund seiner durch die elastische Verformung hervorgerufenen Reaktionskräfte radial von außen auf den Umfang des
Messteilschaftes. Aufgrund der geometrischen Ausgestaltung der Konizität der Antriebswellen und der Konizität des Messteilschafts kann eine Selbsthemmung gegeben sein, so dass ein hoher Kraftschluss gegeben ist. Dadurch ist der weitere Vorteil erreicht, dass zusätzlich zu dem Eingriff der Klemmkörper eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Außenseite des Messteilschaftes und der Innenseite des rohrförmigen Endabschnitts der Antriebswelle erreicht ist, was dazu führt, dass sich sehr hohe Drehmomente von der Antriebswelle auf den Messteilschaft und somit auf das Messteil übertragen lassen.
Der Eingriff des konischen Abschnitts des Messteilschafts in den Endabschnitt der Antriebswelle unter dessen
elastischer radialer Aufweitung stellt sicher, dass der Messteilschaft relativ zur Antriebswelle zentriert ist und somit die beiden Längsachsen der Antriebswelle und des
Messteilschaftes zusammenfallen, so dass der Messteilschaft relativ zu der Antriebswelle genau ausgerichtet ist.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Klemmhülse mittels einer 1. Feder in ihre Klemmstellung beaufschlagt ist und dass die Klemmfläche unter einer
Neigung zur Einführrichtung derart angeordnet ist, dass die Klemmkraft eine in Einführrichtung weisende Komponente aufweist .
Aufgrund der Neigung der Klemmfläche wird von der
Klemmhülse über die Klemmfläche auf die Klemmkörper und damit auf den Messteilschaft eine Klemmkraft ausgeübte, die eine radial nach innen gerichtete Komponente und eine in Einführrichtung gerichtete axiale Komponente aufweist. Die in Einführrichtung gerichtete Komponente zieht den
Messteilschaft in die Antriebswelle hinein, so dass dieser darin sicher gehalten ist. Die die Klemmhülse in die Klemmstellung beaufschlagende 1. Feder sorgt dafür, dass von der Klemmhülse eine relativ große Klemmkraft ausgeübt wird, die eine sichere Positionierung des Messteilschaftes in der Antriebswelle gewährleistet.
Das Maß der Neigung der Klemmfläche relativ zur
Einführrichtung bzw. zur Längsachse der Antriebswelle bestimmt das Verhältnis zwischen der radialen Komponente und der axialen, in Einführrichtung weisenden Komponente der Klemmkraft. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine Neigung der Klemmfläche gegenüber der Einführrichtung im Bereich von 3° bis 15° liegt.
Die 1. Feder, mit der die Klemmhülse in ihre Klemmstellung beaufschlagt ist, sollte vorzugsweise zwischen der
Klemmhülse und der Antriebswelle wirksam sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die 1. Feder in einem Zwischenraum angeordnet ist, der zwischen der Außenseite der
Antriebswelle und der Innenseite der Klemmhülse gebildet ist. Auf diese Weise ist die 1. Feder vollständig gegenüber der Umgebung gekapselt und vor äußeren Beeinträchtigungen und insbesondere vor Verschmutzung geschützt.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Klemmhülse benachbart zu der Klemmfläche eine Ringnut zur Aufnahme der Klemmkörper aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Klemmkörper bei einer bestimmten
Position der Klemmhülse zumindest teilweise in der Ringnut aufgenommen sind, wodurch der lichte Querschnitt des rohrförmigen Endabschnitts der Antriebswelle von den
Klemmkörpern frei kommt, so dass der Messteilschaft in einfacher Weise in den Endabschnitt der Antriebswelle eingeschoben werden kann. Sobald der Messteilschaft mit entsprechenden Ausnehmungen im Inneren der Antriebswelle im Bereich der Klemmkörper positioniert ist, können die
Klemmkörper, bei denen es sich vorzugsweise um Kugeln handelt, radial nach innen in die Ausnehmungen des
Messteilschaftes eintreten. Dadurch wird die Klemmhülse frei gegeben, die in Folge der Kraft der 1. Feder eine axiale Verstellung erfährt und mit ihrer Klemmfläche die Klemmkörper weiter radial nach innen drückt und dabei gleichzeitig die in Einführrichtung wirkende
Kraftkomponente erzeugt, mit der der Messteilschaft in seine Endposition in der Antriebswelle eingezogen wird.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass innerhalb der Antriebswelle ein Auswerferbolzen axial verschieblich gelagert ist. Der Auswerferbolzen ist längs der Antriebswelle verstellbar und kann mittels einer 2. Feder beaufschlagt sein, die vorzugsweise im Inneren des rohrförmigen Endabschnitts der Antriebswelle angeordnet ist .
Wenn der Benutzer das obere Ende des Messteilschaftes in den rohrförmigen Endabschnitt der Antriebswelle einführt, verschiebt der Messteilschaft den Auswerferbolzen entgegen der Kraft der 2. Feder, die dadurch gespannt wird. Somit sorgt der Auswerferbolzen einerseits für einen spielfreien axialen Sitz des Messteilschaftes in dem Endabschnitt der Antriebswelle und unterstützt insbesondere die Entnahme des Messteilschaftes aus dem Endabschnitt der Antriebswelle, indem er auf den Messteilschaft eine in Endnahmerichtung wirkende Kraft ausübt.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Auswerferbolzen in einer Ruhestellung ein inneres Widerlager für die Klemmkörper bildet, d.h. die Klemmkörper aus dem lichten Querschnitt des Endabschnittes der
Antriebswelle radial nach außen herausdrückt, so dass diese das Einführen des Messteilschaftes beim Einsetzen nicht behindern. Der Auswerferbolzen drückt die Klemmkörper solange radial nach außen bis der Messteilschaft mit seinem oberen Ende mit dem Auswerferbolzen in Anlage kommt und diesen nach oben verdrängt, wobei die Klemmkörper dann durch den Messteilschaft solange radial außerhalb des
Innenraums des rohrförmigen Endabschnitts der Antriebswelle gehalten werden, bis die im Messteilschaft ausgebildete Ausnehmung in den Bereich der Klemmkörper kommt, so dass die Klemmkörper in die Ausnehmung eingreifen können. Die am Messteilschaft ausgebildete Konsole kann alternativ oder zusätzlich dazu auch mit der Klemmhülse in Anlage gebracht werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn der Messteilschaft aus dem rohrförmigen Endabschnitt der
Antriebswelle herausgenommen werden soll. Die Klemmhülse wird von dem Benutzer entgegen der Kraft der 1. Feder nach unten verschoben, bis sie mit ihrem unteren Ende an der Konsole anliegt und dadurch eine den Messsteilschaft von dem Endabschnitt der Antriebswelle lösende Axialkraft auf den Messteilschaft ausübt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektrische, pneumatische oder hydraulische Kraftquelle
vorgesehen, mittels der auf die Klemmhülse eine die
Klemmhülse in die Freigabestellung bringende Kraft
aufgebracht werden kann. Zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass auch auf den Auswerferbolzen eine entsprechende Kraft von einer entsprechenden Kraftquelle ausgeübt wird, die den Auswerferbolzen nach unten drückt, wodurch der Messteilschaft aus der Antriebswelle herausgeschoben und freigegeben wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes rheologisches Messgerät vor Einsetzen des
Messteilschaftes,
Fig. 2 das rheologische Messgerät gemäß Figur 1 in
einer 1. Phase des Einsetzens des
Messteilschaftes ,
Fig. 3 das rheologische Messgerät gemäß Figur 1 in
einer 2. Phase des Einsetzens des
Messteilschaftes , Fig. 4 das rheologische Messgerät gemäß Figur 1 in
einer 3. Phase des Einsetzens des
Messteilschaftes ,
Fig. 5 das rheologische Messgerät gemäß Figur 1 mit
eingesetztem Messteilschaft,
Fig. 6 eine Figur 5 entsprechende Darstellung des
rheologischen Messgeräts vor Entnahme des
Messteilschaftes,
Fig. 7 das rheologische Messgerät gemäß Figur 6 in
einer 1. Phase des Entnahmevorgangs des Messteilschaftes,
Fig. 8 das rheologische Messgerät gemäß Figur 6 in
einer 2. Phase des Entnahmevorgangs des
Messteilschaftes und
Fig. 9 das rheologische Messgerägt gemäß Figur 6 in
einer 3. Phase des Entnahmevorgangs des
Messteilschaftes .
Figur 1 zeigt einen ausschnittsweisen Vertikalschnitt durch ein rheologisches Messgerät 10 mit einem Messteilschaft 14, von dem nur der obere Abschnitt dargestellt ist, und einer Antriebswelle 11, von der nur ein unterer Abschnitt
dargestellt ist. Bei dem rheologischen Messgerät kann es sich insbesondere um ein Rheometer oder ein Viskosimeter handeln.
Der Messteilschaft 14 erstreckt sich mit einer Längsachse L im wesentlichen vertikal und besitzt an seinem oberen Ende einen konischen Abschnitt 14a mit einem nach oben, zu seinem freien Ende hin abnehmendem Querschnitt. Die Neigung der Mantelfläche des konischen Abschnitts 14a relativ zu der Längsachse L, d.h. der in Figur 1 gezeigte Winkel ist kleiner oder gleich 7° und liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 3°.
Auf der Mantelfläche des Messteilschaftes 14 ist mit geringem Abstand zum oberen Ende eine umlaufende Ausnehmung 16 mit einem Trapezquerschnitt angeordnet. Die dem oberen Ende des Messteilschaftes 14 zugewandte Seitenwand 16a der Ausnehmung 16 verläuft unter einem Winkel ß geneigt zur Linksachse L des Messteilschaftes 14, wobei der Winkel ß im Bereich von 10° bis 80° und vorzugsweise im Bereich von 30° bis 60° liegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel ß 45 °. Mit axialem Abstand zu der Ausnehmung 16 ist unterhalb von dieser eine umlaufende, radial hervorstehende Konsole 15 angeordnet, die als Anschlag dient.
Die Antriebswelle 11, deren Längsachse L' mit der
Längsachse L des Messteilschaftes 14 zusammenfällt, ist in ihrem unteren Ende rohrförmig ausgestaltet, wobei im
Inneren der Antriebswelle 11 ein im wesentlichen
zylindrischer Auswer-ferbolzen 20 axial verschieblich aufgenommen ist. Der Auswerferbolzen 20 besitzt an seinem oberen Ende einen verbreiterten Kopf 22, der mit einem radial nach innen weisenden, umlaufenden Vorsprung 23 der Antriebswelle 11 in Anlage bringbar ist. An seinem
entgegengesetzten unteren Ende besitzt der Auswerferbolzen 20 einen Kolbenabschnitt 27, der mit der Innenwandung der Antriebswelle 11 in Anlage steht. Zwischen dem
Kolbenabschnitt 27 und dem Vorsprung 23 der Antriebswelle 11 ist eine 2. Feder 19 angeordnet, die den Auswerferbolzen 20 nach unten, d.h. in Richtung des Einführendes der
Antriebswelle 11 vorspannt, wie es durch den Pfeil F2 angedeutet ist.
Im Bereich des Kolbenabschnitts 27 des Auswerferbolzens 20 sind in der Wandung der Antriebswelle 11 mehrere
Durchbrechungen 28 vorgesehen. In jeder Durchbrechung 28 ist ein kugelförmiger Klemmkörper 13 angeordnet, der radial zwischen einer in den lichten Querschnitt der Antriebswelle 11 eingreifenden Stellung und einer den lichten Querschnitt der Antriebswelle 11 freigebenden, nach außen
hervorstehenden Stellung verstellbar ist.
Wenn der Messteilschaft 14 noch nicht in die Antriebswelle 11 eingeführt ist, befindet sich der Auswerferbolzen 20 in seiner in Figur 1 dargestellten unteren Ruhestellung, in der er infolge der Kraft der 2. Feder 19 mit seinem oberen Kopf 22 an dem Vorsprung 23 der Antriebswelle 11 anliegt. Dabei befindet sich der Kolbenabschnitt 27 des
Auswerferbolzens 20 in Höhe der Durchbrechungen 28, so dass der Kolbenabschnitt 27 mit den kugel örmigen Klemmkörpern 13 in Anlage steht und diese in ihrer nach außen
hervorstehenden Stellung hält. Ein unterhalb der Durchbrechungen 28 angeordneter
Endabschnitt 24 der Antriebswelle 11 ist in radialer
Richtung elastisch aufweitbar, was dadurch unterstützt sein kann, dass in den Endabschnitt 24 der Antriebswelle 11 Schwächungslinien in Form von axialen Schlitzen oder Nuten 29 eingebracht sind.
Auf der Außenseite der Antriebswelle 11 ist eine axial verschiebliche Klemmhülse 12 angeordnet, die auf ihrer inneren, der Antriebswelle 11 zugewandten Seite eine Tasche 26 aufweist, in die eine an der Antriebswelle 11
angebrachte oder angeformte Schulter 18 eingreift. Die Größe der Tasche 26 bestimmt den maximalen axialen
Verstellweg der Klemmhülse 12, da die Schulter 18 bei der Verstellung der Klemmhülse 12 längs der Tasche 26 verstellt wird, wobei die axialen Enden der Tasche 26 jeweils einen Anschlag bilden, wodurch die Bewegung der Klemmhülse 12 beschränkt ist. Zwischen der Schulter 18 der Antriebswelle 11 und der Klemmhülse 12 ist eine 1. Feder 17 angeordnet, die die Klemmhülse 12 in eine nach oben, d.h. vom
Einführende der Antriebswelle 11 weg gerichtete Richtung beaufschlagt, wie es durch die Pfeile Fi in Figur 1
angedeutet ist.
Unterhalb der Tasche 26 ist in der Innenwandung der
Klemmhülse 12 eine radial nach innen öffnende Ringnut 25 ausgebildet. Die Ringnut 25 ist so dimensioniert, dass sie den auf der Außenseite der Antriebswelle 11 vorstehenden Abschnitt der kugelförmigen Klemmkörper 13 aufnehmen kann.
Unterhalb der Ringnut 25 schließt sich an diese eine radial innere Klemmfläche 21 der Klemmhülse 12 an, die gegenüber der vertikalen Längsachse L' unter einem Winkel von 3° bis 15° derart geneigt ist, dass der innere Querschnitt der
Klemmhülse 12 sich zu ihrem unteren Ende hin verkleinert.
Im Folgenden wird anhand der Figuren 2 bis 5 die
Einbringung und Befestigung des Messteilschaftes 14
erläutert. Aus der in Figur 1 dargestellten Stellung führt der Benutzer den Messteilschaft 14 in Einführrichtung E, d.h. in axialer Richtung von unten in den rohrförmigen Endabschnitt 24 der Antriebswelle 11 ein. Aufgrund der Konizität des konischen Abschnitts 14a des Messteilschaftes 14 wird dabei der Endabschnitt 24 der Antriebswelle 11 in geringem Maße radial elastisch aufgeweitet und spannt sich radial von außen auf den konischen Abschnitt 14a des
Messteilschafts 14. In einer 1. Phase der Einführbewegung kommt die obere Stirnseite des Messteilschaftes 14 mit der Unterseite des Auswerferbolzens 20 in Anlage, wie es in
Figur 2 dargestellt ist. Dabei hält der Kolbenabschnitt 27 des Auswerferbolzens 20 die kugelförmigen Klemmkörper 13 noch in ihrer nach außen gerichteten Stellung, in der sie in. der Ringnut 25 der Klemmhülse 12 angeordnet sind.
Ein weiteres axiales Einführen des Messteilschaftes 14 in Einführrichtung E führt dazu, dass der Auswerferbolzen 20 entgegen der Kraft der 2. Feder 19 axial nach oben
geschoben wird, wobei die kugelförmigen Klemmkörper 13 nunmehr durch den Messteilschaft 14 in ihrer nach außen gerichteten Stellung gehalten sind. Aufgrund des konischen Abschnitts 14a des Messteilschaftes 14 wird der
Endabschnitt 24 der Antriebswelle 11 noch weiter radial elastisch aufgeweitet. Dieser Zustand ist in Figur 3 dargestellt . Der Messteilschaft 14 wird so weit in den rohrförmigen
Endabschnitt 24 der Antriebswelle 11 eingeführt, bis die unteren Enden der Antriebswelle 11 mit der Konsole 15 des Messteilschaftes 14 in Anlage kommen. In diesem in Figur 4 dargestellten Zustand ist der rohrförmige Endabschnitt 24 soweit radial elastisch aufgeweitet, dass er vollflächig unter Eigenspannung auf die Mantelfläche des
Messteilschaftes 14 gespannt ist. In diesem Zustand
befinden sich die ringförmige Ausnehmung 16 des
Messteilschafts 14 im Bereich der kugelförmigen Klemmkörper 13, so dass diese eine radial nach innen gerichtete
Bewegung ausführen und in die Ausnehmung 16 eingreifen können. Durch diese Bewegung der kugelförmigen Klemmkörper 13 kommt die Klemmhülse 12 frei und führt infolge der Kraft der 1. Feder 17 eine axial nach oben gerichtete Bewegung aus (siehe Figur 4) . Dadurch kommt die geneigte Klemmfläche 21 mit den kugelförmigen Klemmkörpern 13 von außen in
Anlage und drückt diese noch weiter in die Ausnehmung 16 des Messteilschaftes 14 hinein. Aufgrund der Neigung der Klemmfläche 21 besitzt die von der Klemmhülse 12 auf die kugelförmigen Klemmkörper 13 und von diesen auf den
Messteilschaft 14 ausgeübte Kraft eine in Richtung der Längsachse L' wirkende axiale Komponente, wodurch der
Messteilschaft 14 in den rohrförmigen Endabschnitt 24 der Antriebswelle 11 eingezogen wird. Dadurch ist
sichergestellt, dass das untere Ende der Antriebswelle 11 über den gesamten Umfang in Anlage an der Konsole 15 des Messteilschaftes 14 liegt. Dieser Zustand ist in Figur 5 dargestellt.
Die Anlage des unteren Endes der Antriebswelle 11 an der Konsole 15 des Messteilschaftes 14 stellt sicher, dass der Messteilschaft 14 exakt axial zu der Antriebswelle 11 ausgerichtet ist, d.h. dass die Längsachse L des
Messteilschaftes 14 und die Längsachse L' der Antriebswelle 11 parallel zueinander verlaufen. Der Eingriff des
konischen Abschnitts 14a des Messteilschaftes 14 in den Endabschnitt 24 der Antriebswelle 11 unter dessen
elastischer radialer Aufweitung stellt sicher, dass die beiden Längsachsen L und L1 zusammenfallen, d.h. dass der Messteilschaft 14 relativ zu der Antriebswelle 11 genau positioniert ist. Aufgrund der geneigten Klemmfläche 21 und der daraus resultierenden axialen Klemmkraftkomponente richtet sich der Messteilschaft 14 selbsttätig aus und wird in seine Sollposition gebracht und dort unter Vorspannung gehalten. Die radiale Klemmkraft zwischen dem oberen konischen
Abschnitt 14a des Messteilschaftes 14 und dem radial elastisch aufgeweiteten Endabschnitt 24 der Antriebswelle 14 unterstützt diese exakte Positionierung des
Messteilschaftes 1 und bringt den Vorteil mit sich, dass zwischen der Antriebswelle 11 und dem Messteilschaft 14 hohe Drehmomente übertragen werden können.
Die Figuren 6 bis 9 zeigen die einzelnen Phasen der
Entnahme des Messteilschaftes 14 aus der Kupplung 10. Figur 6 zeigt eine der Figur 5 entsprechende Darstellung des montierten Zustandes des Messteilschaftes 14, wobei die kugelförmigen Klemmkörper 13 durch die Klemmfläche 21 der Klemmhülse 12 in die Ausnehmung 16 des Messteilschaftes 14 gespannt sind und das untere Ende der Antriebswelle 11 an der Konsole 15 des Messteilschaftes 14 anliegt. Aus dieser Montagestellung verschiebt der Benutzer die Klemmhülse 12 entgegen der Kraft der 1. Feder 17 nach unten, wie es in Figur 6 durch die Pfeile B angedeutet ist. Die Verschiebung erfolgt soweit, bis das untere Ende der Klemmhülse 12 ebenfalls mit der Konsole 15 des Messteilschaftes 14 in Anlage tritt (siehe Figur 7). In dieser Stellung befindet sich die Ringnut 25 der Klemmhülse 12 im Bereich der kugelförmigen Klemmkörper 13, so dass diese eine radiale Bewegung ausführen können. Bei einer weiteren nach unten gerichteten Bewegung der Klemmhülse 12 durch den Benutzer übt die Klemmhülse 12 über die Konsole 15 eine nach unten gerichtete Kraft auf den Messteilschaft 14 aus. Dies wird unterstützt durch den Auswerferbolzen 20, der infolge der 2. Feder 19 ebenfalls eine nach unten gerichtete Kraft auf den Messteil-schaft 14 ausübt. Durch die nach unten
gerichtete Bewegung des Messteilschaftes 14 werden die kugelförmigen Klemmkörper 13 seitlich verdrängt und in die Ringnut 25 gedrückt, so dass der Messteilschaft 14 dann mittels des Auswerferbolzens 20 längs der Antriebswelle 11 aus dieser herausgeschoben wird. Ein Herausfallen des
Messteilschaftes 14 ist jedoch durch die infolge der elastischen Aufweitung des Endabschnittes 24 der Antriebswelle 11 gegebenen Klemmkraft verhindert, so dass der Benutzer den Messteilschaft 14 nach unten abnehmen kann . Die Entnahme des Messteilschaftes 14 kann automatisiert werden, indem die nach unten gerichtete Verstellbewegung der Klemmhülse 12 statt durch den Benutzer von einer elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Kraftquelle bewirkt wird, wie es in Figur 6 durch die Pfeile P und P' angedeutet ist. Mittels der Kraftquelle kann eine zwischen der Antriebswelle und der Klemmhülse wirksame Kraft erzeugt bzw. aufgebracht werden, wodurch die Klemmhülse nach unten verschoben wird. Bei Einbringung beispielsweise eines pneumatischen Kraftstoßes gemäß dem Pfeil P in Figur 6 wirkt die Kraft zwischen der Schulter 18 der Antriebswelle 11 und der Klemmhülse 12, wodurch diese in Richtung der Pfeile B nach unten verschoben wird.
Zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass auf den Auswer- ferbolzen 18 eine Kraft ausgeübt wird, indem beispielsweise ein hydraulischer Kraftstoß gemäß dem Pfeil P' auf der Oberseite des Auswerferbolzens 20 wirksam wird, wodurch der Auswerferbolzen 20 nach unten gedrückt wird und somit eine Auswerfekraft auf den Messteilschaft 14 ausübt.

Claims

Patentansprüche
1. Rheologisches Messgerät mit einer Antriebswelle (11) und einem daran anbringbaren Messteilschaft (14), wobei der Messteilschaft (14) in einen rohrförmigen
Endabschnitt (24) der Antriebswelle (11) in
Einführrichtung (E) einführbar und dort fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Messteilschaft (14) eine als Anschlag dienende Konsole (15) ausgebildet ist, mit der das freie Ende der Antriebswelle (11) in Anlage bringbar ist, dass der Messteilschaft (14) einen konischen Abschnitt (14a) mit einem zu seinem freien Ende hin abnehmenden Querschnitt besitzt und dass der Messteilschaft (14) mit seinem konischen Abschnitt (14a) unter elastischer Aufweitung des Endabschnitts (24) der Antriebswelle (11) in diesen einführbar ist.
2. Rheologisches Messgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der konische Abschnitt (14a) gegenüber einer Längsachse (L) des Messteilschafts (14) unter einen Winkel α < 7° geneigt ist.
3. Rheologisches Messgerät nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Winkel im Bereich von 2,5° bis 3° liegt.
4. Rheologisches Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Endabschnitt (24) der Antriebswelle (11) Schwächungsbereiche in Form von Schlitzen oder Nuten (29) ausgebildet sind.
Rheologisches Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messteilschaft (24) in dem rohrförmigen Endabschnitt (24) der Antriebswelle (11) mittels radial verstellbarer Klemmköper (13) fixierbar ist und dass eine auf der Antriebswelle (11) verschieblich gelagerten Klemmhülse (12) vorgesehen ist, die zwischen einer Klemmstellung, in der sie über eine Klemmfläche (21) auf die Klemmkörper (13) eine diese gegen den Messteilschaft (14) spannende
Klemmkraft ausübt, und einer Freigabestellung
verstellbar ist, in der die Klemmkörper (13) keine Klemmkraft auf den Messteilschaft (14) ausüben.
Rheologisches Messgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmhülse (12) mittels einer 1. Feder (17) in ihre Klemmstellung beaufschlagt ist und dass die Klemmfläche (21) unter einer Neigung zur Einführrichtung (E) derart angeordnet ist, dass die Klemmkraft eine in Einführrichtung (E) weisende
Komponente aufweist.
Rheologisches Messgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Klemmfläche (21) gegenüber der Einführrichtung (E) im Bereich von 3° bis 15° liegt.
Rheologisches Messgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die 1. Feder (17) zwischen der Klemmhülse (12) und der Antriebswelle (11) wirksam ist.
9. Rheologisches Messgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmhülse (12) benachbart zu der Klemmfläche (21) eine Ringnut (25) zur Aufnahme der Klemmkörper (13) aufweist.
10. Rheologisches Messgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (13) Kugeln sind.
11. Rheologisches Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der
Antriebswelle (11) ein Auswerferbolzen (20) axial verschieblich gelagert ist.
12. Rheologisches Messgerät nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Auswerferbolzen (20) in einer Ruhestellung ein inneres Widerlager für die Klemmkörper (13) bildet.
13. Rheologisches Messgerät nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Auswerferbolzen (20) mit einer 2. Feder (19) in die Ruhestellung beaufschlagt ist.
14. Rheologisches Messgerät nach einem der Ansprüche 5 bis
13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmhülse (12) entgegen der Kraft der 1. Feder (17) in die
Freigabestellung verstellbar ist, wobei die Klemmhülse (12) mit der Konsole (15) des Messteilschafts (14) in Anlage kommt.
15. Rheologisches Messgerät nach einem der Ansprüche 5 bis
14, gekennzeichnet durch eine elektrische, pneumatische oder hydraulische Kraftquelle, mittels der auf die Klemmhülse (12) eine die Klemmhülse (12) in die
Freigabestellung bringende Kraft aufbringbar ist.
Rheologisches Messgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch eine elektrische, pneumatische oder hydraulische Kraftquelle, mittels der auf den Auswerferbolzen (20) eine den Auswerferbolzen (20) in die Freigabestellung bringende Kraft aufbringbar ist.
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