DE1208525B - Rotationsviskosimeter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIn

Deutsche Kl.: 421-7/02

Nummer: 1 208 525

Aktenzeichen: H 33000IX b/421

Anmeldetag: 15. April 1958

Auslegetag: 5. Januar 1966

Zur Messung der Viskosität und der Fließeigenschaften von flüssigen und plastischen Medien werden mit Vorteil sogenannte Rotationsviskosimeter nach dem Couette-Prinzip angewendet. Diese bestehen aus zwei koaxialen, ineinander angeordneten und unabhängig voneinander drehbar gelagerten Zylindern mit verschiedenem Durchmesser. In dem ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Zylindern wird das Medium, dessen Viskosität bestimmt werden soll, eingebracht. Der eine der beiden Zylinder, vorzugsweise der äußere, wird von einer Antriebsvorrichtung konstanter Drehzahl gedreht und das durch die Viskosität des Mediums auf den inneren Zylinder ausgeübte Drehmoment durch eine Drehmomentmeßeinrichtung, beispielsweise eine fest angelenkte Spiralfeder oder Torsionsfeder, gemessen. Zur Messung des auf den beweglichen Zylinder ausgeübten Drehmomentes ist es bekannt, elektrische Einrichtungen zur selbsttätigen Drehmomentkompensation vorzusehen, welche einen dem zu messenden Drehmoment proportionalen, von dem Widerstand der angeschlossenen Meßgeräte innerhalb gegebener Grenzen unabhängigen Strom liefern. Durch die Erfindung werden diese bekannten Viskosimeter mit Messung des Drehmomentes durch eine Drehmomentkompensationseinrichtung wesentlich verbessert und ihre Anwendung und Instandhaltung auch durch ungeschultes Personal erleichtert.

Die Erfindung geht ebenfalls aus von einem Rotationsviskosimeter, bestehend aus einem mit konstanter Drehzahl angetriebenen Zylinder und einem dazu koaxial angeordneten Zylinder, dessen Drehmoment mit Hilfe einer Vorrichtung zur selbsttätigen Drehmomentkompensation bestimmt wird, und besteht darin, daß eine bis auf je eine Öffnung für die Zuleitung und die Ableitung des zu messenden Mediums allseits geschlossene Kammer vorgesehen ist, welche in ihrem Inneren die je für sich drehbar gelagerten koaxialen Zylinder enthält, daß dieses Meßgehäuse als Ganzes zwischen das als geschlossene, auswechselbare Einheit ausgebildete Aggregat zum Antrieb des einen Zylinders und das ebenfalls als geschlossene, auswechselbare Einheit ausgebildete Aggregat zur automatischen Drehmomentkompensation einschiebbar ausgebildet ist und daß die Übertragung der Drehbewegung von dem Antriebsaggregat auf den angetriebenen Zylinder und die Übertragung des zu messenden Drehmomentes von dem unter der Wirkung der Viskosität des Prüfgutes mitgenommenen und unter dem Einfluß einer entgegengesetzt wirkenden Rückstellkraft festgehaltenen Zylinder auf die Drehmomentkompensationseinrichtung über je Rotationsviskosimeter

Anmelder:

Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M. W 13, Gräfstr. 97

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Heinrich Stabe,

Berthold Hamburger, Frankfurt/M.

Beanspruchte Priorität:
Internationaler Kongreß mit Ausstellung für
Meßtechnik und Automatik — INTERKAMA,
Düsseldorf, Eröffnungstag 2. November 1957 -

eine an sich bekannte magnetische Kupplung durch die Kammerwände hindurch erfolgt.

Geräte nach der Erfindung eignen sich besonders zur fortlaufenden kontinuierlichen Messung und Re-

a5 gistrierung der Viskosität eines Mediums, das durch die Meßeinrichtung hindurchströmt. Sie lassen sich daher mit besonderem Vorteil zur Überwachung von Fabrikaiionsprozessen, insbesondere in Ölraffinerien, anwenden. Es ist oft notwendig, Überwachungen der Viskosität bzw. der Fließeigenschaften von Stoffen an Orten vorzunehmen, in welchen das Netz zur Stromversorgung keine einwandfrei konstante und stabile Frequenz aufweist, in denen es deshalb nicht möglich ist, durch einen Synchronmotor einen Antrieb mit genau konstanter Drehzahl herzustellen. Da sich Änderungen der Umdrehungszahl des angetriebenen Zylinders in einem Rotationsviskosimeter während der Messung als grobe Meßfehler auswirken, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Stromes mit genau konstanter Frequenz zur Speisung des Antriebsaggregates vor, nämlich des Synchronmotors zum Antrieb beispielsweise des äußeren Zylinders im Viskosimeter. Auch dieses Aggregat zur Erzeugung eines Stromes mit konstanter Frequenz ist erfindungsgemäß zu einer kompakten Baueinheit zusammengefaßt, die sich leicht am Gerät nach der Erfindung anbringen und abnehmen läßt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Das eigentliche Gerät ist auf einer Grundplatte montiert, die in der Zeichnung mit 1 bezeichnet ist. An dieser Grundplatte 1

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sind zwei Träger 2 und 3 genau zentrisch übereinander befestigt. In dem Raum zwischen den beiden Trägern 2 und 3 kann die als austauschbare Einheit ausgebildete Meßkammer 4 mit all ihren im folgenden noch zu beschreibenden Einzelteilen eingeschoben und in genau zentrischer Lage befestigt werden. Die Meßkammer 4 ist in der Zeichnung schematisch im Schnitt dargestellt. Sie besteht aus einem allseits geschlossenen Gehäuse 5, das zylindrisch ausgebildet ist und je eine Rohrleitung für den Zufluß und den Abfluß des zu messenden Mediums aufweist. Das Gehäuse 5 ist bei der Messung mit dem zu messenden Stoff ausgefüllt, der durch die Leitungen 6 und 7 ständig erneuert wird. Das Gehäuse 5 ist von einem Mantel 8 umgeben, der mit einem flüssigen Medium, z. B. Wasser von ganz bestimmter Temperatur, ausgefüllt wird. Das Medium in dem hohlzylinderförmigen Mantel 8 wird durch die Zuführungsleitung 9 und die Abführungsleitung 10 ständig erneuert und durch einen nicht gezeigten Thermostat auf genau konstanter Temperatur gehalten. Ein weiterer hohlzylinderförmiger Behälter 11, der den Behälter 8 umgibt, ist mit einem besonderen wärmeisolierenden Material ausgefüllt. In dem Gehäuse der eigentlichen Meßkammer 5 ist ein Zylinder 12 rotierbar gelagert angeordnet. Dieser Zylinder 12 trägt an seinem einen Ende einen Magneten mit den Polen 13, der den einen Teil einer magnetischen Kupplung bildet. Innerhalb des Zylinders 12 ist ein weiterer Zylinder 14 angeordnet, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser des Zylinders 12. Der Zylinder 14 ist innerhalb des Zylinders 12 frei drehbar. Mit der Achse des Zylinders 14 ist wieder ein Magnet 15 fest verbunden, der ebenfalls den einen Teil einer weiteren magnetischen Kupplung bildet. Die untere Begrenzungswand

16 des Zylinders 5 und seine obere Begrenzungswand

17 bestehen aus nichtmagnetischem Material. Gegenüber dem Magneten mit den Polschuhen 13 ist ein rotierbarer Magnet 20 angebracht, der mit dem Magneten 13 zusammen eine magnetische Kupplung bildet. Ebenso ist gegenüber dem Magneten 15 auf der äußeren Seite der nichtmagnetischen Zwischenwand 17 ein Magnet 21 drehbar gelagert. Die Magneten 15 und 21 bilden zusammen ebenfalls eine magnetische Kupplung. Die Kammer 4 kann zwischen zwei an den Körpern 2 und 3 angebrachten zylindrischen Haltekörpern 18 und 19 eingeschoben und dort so zentriert werden, daß die Achsen der Zylinder 12 und 14 genau mit den Achsen der Magneten 20 und 21 fluchten. An dem Haltekörper 2 kann eine Vorrichtung 22 leicht lösbar angebracht werden, die zum Antrieb des Magneten 20 mit einer ganz bestimmten konstanten Geschwindigkeit dient. Die Anordnung 22 enthält einen Synchronmotor 23 sowie einen Asynchronmotor 24, die durch ein geeignetes Getriebe 25 miteinander gekoppelt sind, oder einen selbstanlaufenden Synchronmotor. Mit dem zu einer leicht löslich angebrachten Einheit zusammengefaßten Antriebsmechanismus 22 ist ein weiteres Bauteil 26 leicht lösbar verbunden. Das Bauteil 26 enthält den Netzanschlußanteil, bestehend aus Transformatoren 27, Gleichrichtern und anderen Teilen. Es ist mit dem Bauteil 22 mechanisch durch Klammern 28 verbunden; die erforderlichen elektrischen Verbindungen werden durch Steckkontakte 29 gebildet, die durch die Grundplatten der Bauteile 22 und 27 hindurchführen. Am Bauteil 27 ist unten ein weiteres Bauteil 30 so angebracht, daß es ebenfalls mechanisch leicht lösbar ist. Wiederum wird die mechanische Verbindung durch Klammern 28 und die elektrische Verbindung durch Steckkontakte 29 hergestellt. Das Bauteil 30 enthält eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Stromes mit konstanter Frequenz und enthält die schematisch angedeuteten Bauelemente, einen Quarzgenerator 31 sowie einen mit Elektronenröhren oder Transistoren bestückten Verstärker 32. Über die Bauteile 22, 27 und 30 wird von

ίο unten her eine Schutzkappe 33 übergestülpt und mit dem Haltekörper 2 verschraubt. Eine Druckfeder 47 im Inneren der Schutzkappe 33 dient dazu, bei aufgeschobener Schutzkappe 33 die Bauteile 22, 27 und 30 zusätzlich nach oben zu drücken und die Klammern 28 zu entlasten. Über der Meßkammer 4 ist ein Drehmomentkompensator 34 angeordnet und an dem festen Gehäuseteil 3 leicht löslich befestigt. Der Drehmomentkompensator 34 besteht in der Hauptsache aus einem elektrischen Drehspulmeßsystem, dessen Spulenrähmchen mit dem Magneten 21 der oberen Magnetkupplung gekuppelt ist. Das Spulenrähmchen des elektrischen Meßinstrumentes ist mit 35 bezeichnet, es bewegt sich im Feld eines Magneten mit den Polschuhen 35 und 37 frei. Die Drehspule 35 trägt einen Zeiger 38 mit einer undurchsichtigen Blende 39. Die Elende 39 ist so angeordnet, daß sie im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle 40 mit einer Optik 41 und einer Fotozelle 42 steht. Die Fotozelle ist mit dem Gitter einer Elektronenröhre 43 oder der Steuerelektrode eines Transistorverstärkers verbunden. Die Fotozelle 42 wird je nach der Stellung des Zeigers 38 mit der Elende 39 verschieden stark belichtet. An dem Drehmomentkompensator 34. dessen Funktion nachstehend noch erläutert werden wird, schließt sich oben, ebenfalls leicht lösbar mit Klammern 28 befestigt, ein weiteres Netzteil 44 an, das ebenfalls aus Transformatoren 45, Gleichrichtern 46 usw. besteht und mit dem Kompensationsteil über Steckkontakte 29 auch elektrisch verbunden ist. Über diesem Netzteil 44 ist wieder ein Bauelement 48 angeordnet, das Elemente zur Temperaturkorrektur enthält. Diese Elemente kennen z. B. aus Transduktoren 49 bestehen. Auch dieses Bauelement 48 ist wiederum durch Steckkontakte 29 elektrisch mit dem Bauelement 44 verbunden und wird an diesem durch Klammern 28 festgehalten. Eine Kappe 50 wird über die Bauelemente 34, 44 und 48 gestülpt und auf den Trägerkörper 3 aufgeschraubt. Im Inneren der Schutzkappe 50 ist ebenfalls eine Feder 51 an-

go gebracht, die bei aufgeschraubtem Zylinder die Elemente 34,44 und 48 zusätzlich aufeinanderdrückt. Die Zylinder 33 und 50 können zur Abführung der in ihrem Inneren entstehenden Wärme mit Vorzug mit Kühlrippen ausgestattet sein. An den Trägerelementen 2 und 3 sind Schalter 52 zur Ein- und Ausschaltung der einzelnen Geräteteile sowie Warnlampen 53 angebracht, welche leuchten, wenn der entsprechende Geräteteil betriebsbereit ist oder umgekehrt so geschaltet sind, daß sie aufleuchten, wenn eine Störung in einem bestimmten Geräteteil auftritt. Durch das Kabel 54 sind die oberen und unteren Apaarateteile miteinander verbunden; das Kabel 55 dient zur Versorgung der Anlage mit dem Betriebsstrom und wird an das Netz angeschaltet, das Kabel 56 führt zu dem Anzeigegerät bzw. Registriergerät 57 und 58.

Die Funktion des Gerätes nach der Erfindung ist folgende: Während des Betriebes wird die Meß-

1

kammer 5 ständig von dem Medium, dessen Viskosität gemessen werden soll, durchströmt. Der Ringraum zwischen dem äußeren Zylinder 12 und dem inneren Zylinder 14 ist deshalb mit diesem Medium ausgefüllt. Durch den Synchronmotor 23 wird der äußere Zylinder 12 in Umdrehungen mit konstanter Geschwindigkeit ^ersetzt. Die Übertragung der Bewegung dos Synchronmotor^ auf den im inneren des Gehäuses 5 befindlichen Zylinder 12 erfolgt dadurch, daß der Mo niet 2C- vcm Synchronmotor23 direkt angetrieben wird und dieser den Zylinder 12 über den Mairneien 13 munimnii. Durch die Viskosität des Mediums zwischen den beiden Zylindern 12 und 14 cniiilt c^r Zylinder 14 ein Drehmoment, das sich auf den Mafien 15 auswirkt. Dieses Drehmoment teilt ig sich di'rdt die 7";.nä 17 hindurch auf den Magneten 2Ί mit dieser ist n:^;; der Drelispirie 35 des Koixipensaiior-sv^Ter:^ 3-" -es·: verbunden, so daß also auf d'jso¹-. Drehroidsysiem ein Drehmoment ausgeübt wird. DzUUz¹Zh wir;¹ c.v.cli der Zeiger S3 mit der so ZeigerFhnc 2? bewegt, so daß er den Lichisirah! zwischen ;:!;;· Lichtquelle 40 und der Fciozelle 42 teilweise freigib;:. Die Fotozellenspannimg liegt am Gitter de- Röhre '*· ^r.n. so d^ß durch diese Röhre ein Si rom v.\ idriF-n begin;:';, wenn die Fotozelle 42 beli,-!ue: '-■■;.-..:. Fsteile-'2 und Verstärker 43 bilden al ο „-..·:".;!::■:-..::; einer; veränderlichen Widerstand. Der "dt;,\ h (Fesen veränderlichen Widerstand niei'cnd..· : ■;-;:.;. wird Cc: Drsh spule ZS zugeleitet und 1!-..-■..-:".;■]'. '.Λ JFre in ein;:« solchen Sinne, daß die D-. !''-Piiie e"n Drehmoment erhält, welches dem Divmv.onn-;-·· ent-veenwirkt, chs auf sie durch den Zylind-- ·:.-■ "■-■=_■ "die Xcxneten idJ und 21 wirkt. Es bddet FJj ;·:- ein Gieiehiewiehisztisiarsd zwischen i!\"-en beider. Drehmomenten aus; derjenige Strom, d;.- .'τη jureh die Drehscule 33 und den aus dem \".'T-'^:' "!; :: 4Z ι^::ιί der Fotozelle 42 bestehenden v.--:ub'.y,) Vv'idej-s^nd ίΐϊώί., ist ein direktes Maß für ti;.; :u:i Fy]:;:öer:" .-*■ aiiit-'etende Drehmoirent. Dieses D."e!ü.;o"ir.: ■ rn: Zv!in^;:'er 14 ist abhängig von der !Ιυι.·.ίΙοπ:_.-'-":;]:ν.νΓ_οϊ§Ι-:·?;ί des Zylinders 12 »nd g!.-ic],.--.:^:i!g -:ich von cer "/iskccität des Mediums, iL.:.; iii7 .ni';gvM:ii zwi3"]ien cen Zvlindern 12 und 14 e:j J¹LiIk-T is:. E ;i konilt^nt gehaiiener Drehzahl des '/: !Inders Ll b'e-:; άί.ζ Drennionieni arn Zylinder 14 und drinit U:r Glrcm drrdi die Spule TS ein genaues M-;f· lür die Vrinosifät ties zu niessenden Mediums. D!e;;er et-en: "-iiF nv.n durch das Element 43 gelcilc '. :n wF;nen: er in einen Spannungsabfall umrewriK'eli und i_ssr Spannungsabiall nach Maßgabe c-ϊ: Ten-potiur des zn messenden Mediums rßodifiziert wir;!. Zn diesem Zwecke ist in dem zu messenden Medium ein nicht gezeigter Temperaturfühler, z.B. ein Widereaindsihernionieter, angeordnet und ir.ii den Transdaktoren 49 der Anordnung 4S verbunde«. Der genannte Spannungsabfall wird durch ein Kabel Z6 cn die Meßinstrumente £7 bzw. R.egistrierinslruniente-53 cnselest.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Rotationsviskosimeter, bestehend aus einem mit konstanter Drehzahl angetriebenen Zylinder und einem dazu koaxial angeordneten Zylinder, dessen Drehmoment mit Hilfe einer Vorrichtung zur selbsttätigen Drehmomentkompensation bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,

   525 daß eine bis auf je eine Öffnung für die Zuleitung und die Ableitung des zu messenden Mediums allseits geschlossene Kammer als Meßgehäuse vorgesehen ist, welche in ihrem Inneren die je für sich drehbar gelagerten koaxialen Zylinder enthält, daß dieses Meßgehäuse als Ganzes zwischen das als geschlossene, auswechselbare Einheit ausgebildete Aggregat zum Antrieb des einen Zylinders und dss ebenfalls als geschlossene, auswechselbare Einheit ausgebildete Aggregat zur automatischen Drehmomentkompensation einschiebbar ausgebildet ist und daß die Übertragung der Drehbewegung von dem Antriebsaggregat auf den angetriebenen Zylinder und die Übertragung des zu messenden Drehmomentes von dem unter der Wirkung der Viskosität des Prü-giites mitgenommenen und unter dem Ein-ί'Ιΐΐβ einer entgegengesetzt wirkenden Rückstellkraft festgehaltenen Zylinder aiii die Drehmomenikompensaiionseinrichtung über je eine an sich bekannte magnetische Kupplung durch die Kammerwände hindurch erfolgt.
2. 2. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Hrzengung eines Stromes mit einer konstanten Frequenz zur Speisung des Antnebsaggregates für den einen Zylinder vorgesehen ist und daß diese ebenfalls als leicht auswechselbare Einheit ausgebildet ist.
3. 3. P-Giadonsviskosimeier nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzanscl:IuBieile zur Erzeugung des Speisestromes für die DrelimGmentkoniper-saüonseinrichiüng und gegefcenerrniis für die Speisung des Generators zirr Erzeugung eines Stromes konstanter Frequenz ebenfalls als in sich geschlossene, leicht abnehmbare bzw. auswechselbare Einheiten ausgebildet sind.
4. -'.. Rotationsviskosimeter nach einem der vorhers;ehe-nden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrekttirvcrrichttmg vorgesehen ist, weiche in Verbindung mit einem in das zu iTiessenci? I.iediuni eintauchenden Thermometer die Abhängigkeit des Meßwertes von der Temperatur kompensiert und welche ebenfalls als leicht auswechselbare Baueinheit ausgebildet ist
5. 5. -X'oiaiionsviskosimeier nach einem der vorhergehender! Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als auswechselbare Baueinheit gestaltete Meßgehäuse zwischen zv/ei fest gelagerten Trägern eingeschoben und zentrisch fixiert werden kann und daß die als Baueinheiten ausgebildeten Zusatzeinrichtungen für Antrieb, Drehmomentkompensfition. Erzeugung eines Stromes konstanter Frequenz usw. beiderseits des Meßgehäuses ebenfalls an denselben Trägern leicht lösbar angebracht sind.
6. 6. Rotationsviskosimeter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgehäuse von einem Flüssigkeitsbad umgeben ist, welches durch einen Thermostaten auf konstanter Temperatur gehalten wird.
7. 7. Rotationsviskosimeter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Bauteile durch leicht abnehmbare, vorzugsweise zylindrische, mit Kühlrippen versehene Schutzhüllen gesichert sind.
8. 8. Rotationsviskosimeter nach einem der vor-

   hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bauteile der elektrischen Schaltung als steckbare Einheiten ausgebildet sind, wobei die elektrische Verbindung durch Steckkontakte hergestellt wird und die einzelnen Einheiten durch Klammern zusammengehalten werden.
9. 9. Rotationsviskosimeter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsbad, welches das Meßgehäuse umgibt, selbst von einem

   Mantel aus wärmeisolierendem Material umgeben ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 186 232, 844 362, 389, 894 327, 919 700;

   deutsche Auslegeschrift S 39819 DI/42 e (bekanntgemacht am 6.12.1956);
   USA.-Patentschrift Nr. 2 657 572.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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