DD227519A1

DD227519A1 - Vorrichtung zur temperierung rheologischer messsysteme in rotationsrheometern

Info

Publication number: DD227519A1
Application number: DD26818484A
Authority: DD
Inventors: Uwe Reinhold; Helmut Lotzing; Werner Dahms
Original assignee: Grubenlampen U Akkumulatorenwe
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1984-10-09
Publication date: 1985-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft die Temperierung von Messsystemen, verwendet an Rotationsrheometern fuer Laborbetrieb und Prozessueberwachung. Die Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung zur Temperierung der Messsysteme bei Rotationsrheometern zu schaffen, die bei verringertem Aufwand die rheologische Charakterisierung von Stoffsystemen mit geringeren systematischen und zufaelligen Fehlern, bei erhoehten sicherheitstechnischen Schutz ermoeglicht. Aufgabe der Erfindung ist es, den Stoereinfluss der bei der Temperierung der Messsysteme auftretenden Schwingungen und Pumpstoessen auf die Messgenauigkeit bei Rotationsrheometern, ohne Einschraenkung der Dynamik und des Temperatur- und Dissipationsbereiches der Rotationsrheometer, erheblich zu verringern und den Schutz temperaturkritischer Bauteile des Messgeraetes vor extremen Temperaturen zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der die Masssubstanz enthaltende Teil des Messbehaelters in das Bad des im Rotationsrheometer integrierten Thermostaten eintaucht und am Messbehaelter angebrachte Ruehrelemente mit einem im Bedarfsfall zuschaltbaren Ruehrer die Temperierung gewaehrleisten und bei einem vom Rotationsrheometer erkannten Stoerungsfall auch der Thermostat abgeschaltet wird. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist vorzugsweise die Rotationsrheometrie.

Description

Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Temperierung rheologischer Meßsysteme in Rot at ionsrheomet ern

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft die Temperierung von Meßsystemen, verwendet an Rotationsrheometem für Laborbetrieb und Prozeßüberwachung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Eotationsrheometer nach dem Searle- und Couette-System-mit Meßsystemen verschiedener Geometrie zu verwenden, an denen sich eine oder mehrere Temperierkammern befinden, welche über Zu- und Abläufe zu Thermostaten die Plussigkeit stemperierung der Meßsubstanz im Meßsystem gewährleisten. (Bedienungsanleitung zum Rotationsviskosimeter ⁿ Rheotest 3 " der Firma VEB MXW Prüfgeräte Werk Medingen).

Nachteilig ist, daß die Eigenschwingungen und Pumpstöße des dem Anwender des Rotationsrheometers in freier Auswahl überlassenen Flüssigkeitswälzthermostaten über die Temperier— flüssigkeit und die Anschlußschläuche auf das Rotationsrheometer übertragen werden© Diese Schwingungen wirken sich als Erhöhung der Meßunsicherheit, insbesondere bei wegarmer und wegloser Drehmomentmessung aus.

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Weitere Nachteile sind die Gefährdung des Anwenders durch die Pumpschläuche, die Hebewirkung zwischen Eotationsrheometer und [Flüssigkeit sumwälzthermo st at, die schlechte Handhabbarkeit der Pumpschlauche bei hohen und tiefen Meßtemperaturen, der Einfluß der Umgebungstemperatur über die Pumpschläuche, die verschlechterte Eegelgenauigkeit und Langzeitdrift des Flüssigkeit sumwälzthermostaten bei .Anschluß des Eotationsrheometers als Außenverbraucher und der weitere. Betrieb des Plüssigkeitsumwälzthermostaten bei am Eotationsrheometer festgestellten Übertemperaturen» Außerdem ist bekannt, an Eotationsrheometern des Couette-Typs Festkörperthermostaten zu verwenden, deren temperierende Bestandteile mit dem ffießbehälter mitrotieren» !achteilig sind die erhöhten Massen und Trägheitsmomente der rotierenden Teile, so daß dynamische Drehzahlregelungen eine erhöhte üngenauigkeit besitzen und für große !Drehzahländerungen begrenzt sind· Der Aufwand zur Eealisierung der erforderlichen Arbeitstemperaturen zwischen - 6O⁰C und + 300 C ist bei der Pestkörperthermostatisierung erhöht· Bekannt ist auch, an Eotationsrheometern des Couette—Typs llüssigkeitsmmwälz- oder Festkörperthermostaten zu verwenden, bei denen der Wärmeaustausch zwischen ruhenden Thermostat und rotierenden Meßbehälter durch Lagerbuchsen oder Temperierflüssigkeiten, die nicht in die'Flüssigkeitsumwälzung des Thermostates einbezogen sind, erfolgt (DE AS 2 330 964)· !Nachteilig sind bei der Verwendung von Lagerbuchsen die hohen Kosten für die konstruktive Ausbildung der Lagerung und spezielle Buchsenmaterialien für die Gewährleistung der Lagerung in weiten Arbeitstemperaturbereichen· Bei Verwendung von Temperierflüssigkeiten ist nachteilig, daß deren Eignung temperatur-, beanspruchungs- und zeitabhängig begrenzt und dementsprechend eine zusätzliche Wartung erforderlich ist·

Enge Spalte zwischen Meß "behälter und Thermostat verschlechtern die Dynamik der Drehzahlregelung, weite Spalte verschlechtern die Temperierung der Meßsubstanz· Weiterhin ist bekannt, Rotationsrheometer des Searle-Typs mit Festkörperthermostaten zu verwenden· Nachteilig ist, daß die Drehmomentmessung am rotierenden Innenzylinder erfolgen muß, wodurch deren Maßgenauigkeit verschlechtert wird und sich ein erhöhter Aufwand zur drehmoment armen Übertragung des Drehmomentsignals aus dem rotierenden System ergibt«

Letztendlich ist bekannt, das Meßsystem und die Meßsnbstanz durch umströmende Gase zu temperieren· Nachteilig ist die verschlechterte Wärmekonvektion bei Gasen gegenüber der von Flüssigkeiten und der Wärmeleitung bei FestkSrperno Dadurch ist der Anwendungsbereich für extreme Temperaturen bzw» hohe Energiedissipation der Meßsubstanz begrenzt·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung.zur Temperierung der Meßsysteme bei Rotationsrheometern, die die rheologische Charakterisierung von Stoffsystemen mit verringerten systematischen und zufälligen Fehlern bei verringertem Aufwand und erhöhten sicherheitstechnischen Schutz gewährleistet·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Störeinfluß der bei der Temperierung der Meßsysteme in Form von Schwingungen und Pumpstößen auf die Meßgenauigkeit des Eotationsrheometers, ohne Einschränkung der Dynamik und des Temperatur- und Dissipationsbereiches des Rotationsrheometers we-

sentlich au verringern und den Schutz temperaturkritischer Bauteile des Meßgerätes vor extremen Temperaturen zu erhöhen· Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Rotationsrheometer des Couette-Typs so ausgebildet wird, daß dea Meßbehälter mit seinem, die Meßsubstanz enthaltenden Teil direkt in das Temperierbad des im Viskosimeter integrierten Thermostaten eintaucht, die. Umwälzung durch am Meßbehälter angebrachte Hührelemente gewährleistet wird und der Thermostat bei Erkennung fehlerhafter rheologischer Kennziffern, deren Ursache eine fehlerhafte Temperierung sein kann, zusätzlich abgeschaltet wird· G-egebenenfalls können zusätzliche Rohrelemente eingebracht werden. Damit werden-die in der Charakteristik der bekannten technischen lösungen aufgezeigten Nachteile vollkommen beseitigt. Anhand des Ausführungsbeispieles soll die erfindungsgemäße Lösung in ihrer Punktion umfassend beschrieben werden.

Ausführungsbeispiel

Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen vorteilhaften schematischen Aufbau des rheologischen Meßsystems eines Rotations— rheometers. Durch das Drehzahlregelsystem 1 wird liber die Drehzahluntersetzung 2 die Meßbehälteraufnahme 3 rotatorisch angetrieben» Die Meßbehälteraufnähme 3 ist durch die Lagerung 4 mit dem ruhenden System 5 verbunden· In die leßbehälteraufnähme 3 können Meßbehälter 6 verschiedener Meßgeometrie eingesetzt werden. Dazu ist die Kupplung 7, die den Stator 8 mit dem Drehmomentmeß- und -regelsystem 9 verbindet, zu lösen und dieses abzunehmen. Danach kann der Meßbehälter 6 mit dem Stator 8 und der Meßsubstanz 10 aus der Meßbehälteraufnahme 3 gehoben werden. Durch das Abschrauben 11 kann die Meßsubstanz auslaufen und der Stator 8 aus dem Meßbehälter 6 entnommen werden. Die Vorbereitung der Messung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Der Meßbehälter 6 taucht in seinem, die Meßsubstanz enthaltenden Teil, in die Temperierflüssigkeit 12 ein, die sich im Thermostatenbehälter 13 befindete Die Temperierflüssigkeit 12 wird von dem Temperaturregelsystem 14 über die Heizwendel 15 und das Kühlsystem 16 auf die programmierte Temperatur gebracht. Der Rührer 17 gewährleistet im Bedarfsfall die Umwälzung der Temperierflüssigkeit 12 zur verbesserten Temperierung des Meßgutes· Eine entsprechende Umwälzung erfolgt auch über am Meßbehälter 3 anbringbare Rührelemente 18. Da sich bei hohen Drehzahlen hohe Energiedissipationen der Meßsubstanz 10 ergeben, wird diese durch die erhöhte Umwälzung der Rührelemente 18 verstärkt abgeführt. Die bei 3?lüssigkeitsthermostaten übliche Pumpeinheit mit ihren Pumpstößen und Eigenschwingungen sowie die Pumpschläuohe entfallen* Deckplatte 19, Aufnahme 20 und die Lagerung 4 werden durch iühler auf ihre Temperatur kontrolliert. Bei Über— bzw· Unterschreitung der zulässigen Grenzen sowie bei Erkennen fehlerhafter rheologischer Parameter, deren Ursache eine fehlerhafte Temperierung sein kann, wird neben dem Drehzahlregelsyst em 1 und dem Drehmomentmeß- und -regelsystem 9 auch das Temperaturregelsystem 14 abgeschaltet. Damit wird eine zusätzliche Sicherheit vor Temperaturzerstörungen der Lagerung 4 und der Regelsysteme geschaffen»

Claims

Erfindungsalisprüche

1» Vorrichtung zur Temperierung rheologischer Meßsysteme in Rotationsrheometern, dadurch gekennzeichnet, daß der,die Meßsubstanz enthaltende Teil des Meßbehälters direkt in die im Thermostatenbad befindliche Temperierflüssigkeit des im Rotationsrheometer integrierten Flüssigkeitsumis al zt hemostat en eintaucht und am Meßbehälter zusätzliche Rühreiemente angebracht sind·

Vorrichtung zur Temperierung rheologischer Meßsysteme nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Über- bzw. Untersehreitung zulässiger Temperaturen an temperaturkritischen Rheometerbauteilen und der Erkennung fehlerhafter Temperaturen aus Theologischen Meßgrößen auch der Thermostatenteil abgeschaltet wird.

Hierzu 1 SsifG Zeichnungen