DEH0022363MA - - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
Tag der Anmeldung: 9. Dezember 1954 Bekanntgemacht am 12. April 1956Registration date: December 9, 1954. Advertised on April 12, 1956
DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE
Es sind Rotationsviskosimeter bekannt, bei denenRotational viscometers are known in which
ein Drehkörper, beispielsweise ein Zylinder oder ein Rührflügel, in der Meßsubstanz, deren Viskosität bestimmt werden soll, mit konstanter Drehzahl rotiert und das Drehmoment, welches dabei auf den Drehkörper wirkt, gemessen wird, um daraus auf die Viskosität zu schließen. Diese Viskosimeter bestehen also aus einer Anordnung zur Erzeugung einer oder mehrerer bekannter,, konstanter Drehzahlen und einera rotating body, for example a cylinder or an impeller, in the substance to be measured, its viscosity is to be determined, rotates at a constant speed and the torque that is applied to the Rotary body acts, is measured, in order to infer the viscosity. These viscometers exist So from an arrangement for generating one or more known, constant speeds and one
ίο Anordnung zur Messung des Drehmomentes.ίο Arrangement for measuring the torque.
Die konstanten Drehzahlen werden zumeist von einem Synchronmotor erzeugt, der durch ein Stufengetriebe untersetzt sein kann.The constant speeds are mostly generated by a synchronous motor, which is driven by a multi-step gear can be squat.
Die Anordnung zur Drehmomentmessung kann beispielsweise aus einer durch eine Torsionsfeder zweigeteilten Welle bestehen, deren einer Teil mit dem Drehzahlerzeuger mechanisch verbunden ist, während an dem anderen Teil der Drehkörper befestigt ist. Die Winkelverdrehung zwischen beiden Wellenteilen, die mechanisch, elektrisch oder optisch gemessen wird, ist dann ein Maß für das übertragene Drehmoment und mithin auch der Viskosität der Meßsubstanz.The arrangement for measuring the torque can, for example, consist of a torsion spring that is divided into two parts Shaft exist, one part of which is mechanically connected to the speed generator, while is attached to the other part of the rotating body. The angular rotation between the two parts of the shaft that is measured mechanically, electrically or optically, is then a measure of the transmitted torque and therefore also the viscosity of the substance to be measured.
Die mechanische Verbindung zwischen dem Drehzahlerzeuger und der Anordnung zur Drehmomentmessung erfolgte bisher in. der Weise, daß beide Aggregate durch eine starre Welle miteinander verbunden waren. Es wurde also der Drehzahlerzeuger über oder neben dem Drehmomentmesser in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Diese Art der Anordnung bedingte ein relativ hohes Gewicht und große Abmessungen des Rotationsviskosimeters. Diese Geräte waren also unhandlich.The mechanical connection between the speed generator and the arrangement for torque measurement has so far taken place in such a way that both units are connected to one another by a rigid shaft was. So it became the speed generator above or next to the torque meter in one common housing arranged. This type of arrangement required a relatively high weight and large dimensions of the rotational viscometer. So these devices were unwieldy.
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Bei anderen Rotationsviskosimetern erfolgte bisher die mechanische Verbindung zwischen Drehzahlerzeuger und Drehmomentmesser durch Riementrieb. Bei einem Riementrieb kann jedoch Schlupf auftreten, so daß die Drehzahl des Drehkörpers Veränderungen unterliegen konnte.In the case of other rotary viscometers, the mechanical connection between the speed generator has so far been made and torque meter by belt drive. With a belt drive, however, there can be slippage occur, so that the speed of the rotating body could be subject to changes.
Weiterhin wurden Rotationsviskosimeter vorgeschlagen, bei denen der Drehkörper über eine biegsame Welle oder eine Gelenkwelle mit dem Drehzahlerzeuger verbunden. war, der seinerseits mit einer Einrichtung zur Drehmomentmessung versehen, war. Es war hier jedoch nicht möglich, die biegsame Welle mit einem Führungsschlauch zu umgeben, da das durch die Reibung der Welle am Schlauch entstehende zusätzliche Drehmoment ebenfalls mitangezeigt worden wäre. Somit durfte wegen der notwendigen Führungslosigkeit die biegsame Welle nur eine geringe Länge haben und nur schwach gekrümmt sein, so daß es nicht möglich war, den relativ großen Drehzahlerzeuger von den kleineren Meßelementen, also vornehmlich dem Drehkörper, räumlich vollständig zu trennen.Furthermore, rotational viscometers have been proposed in which the rotating body has a flexible Shaft or a cardan shaft connected to the speed generator. was who in turn with a Device for torque measurement provided was. However, it was not possible here, the flexible shaft to be surrounded with a guide hose, as this is caused by the friction of the shaft on the hose additional torque would also have been displayed. Thus, because of the necessary Leadless the flexible shaft have only a short length and only be slightly curved, so that it was not possible to use the relatively large speed generator from the smaller measuring elements, ie primarily the rotating body, spatially completely separate.
Demgegenüber schlägt die vorliegende Neuerung vor, bei einem Rotationsviskosimeter den Drehzahlerzeuger mit dem Drehmomentmesser zwecks Unterbringung in getrennten Gehäusen durch eine biegsame Welle mechanisch zu verbinden. Die biegsame Welle kann dabei aus Stahldraht gewickelt sein. Es ist jedoch auch möglich, die biegsame Welle aus Kautschuk oder einem anderen elastischen Material zu fertigen. Es kann auch an die Stelle der biegsamen Welle eine Gelenkwelle, die aus mehreren Gliedern besteht, treten. Die folgenden Ausführungen sollen auch für eine solche Gelenkwelle gelten. Die biegsame Welle ist in bekannter Weise von einem flexiblen Schlauch umgeben, der zur Führung und zum Schutz dient. Da die Drehmomentmessung erst hinter der biegsamen Welle erfolgt, hat die Reibung der Welle am Schlauch keinen Einfluß auf die gemessenen Werte.In contrast, the present innovation suggests the speed generator for a rotation viscometer with the torque meter for the purpose of housing in separate housings through a flexible Mechanically connect the shaft. The flexible shaft can be wound from steel wire. It is however, it is also possible to make the flexible shaft made of rubber or another elastic material manufacture. The flexible shaft can also be replaced by a cardan shaft made up of several links exists, kick. The following statements should also apply to such a cardan shaft. The flexible one Shaft is surrounded in a known manner by a flexible hose, which is used for guidance and protection serves. Since the torque measurement only takes place behind the flexible shaft, the friction of the shaft has on the hose has no effect on the measured values.
Durch die biegsame Welle ist eine vollständige räumliche Trennung von Drehzahlerzeuger und Drehmomentmesser möglich. Beide Aggregate können sich in getrennten Gehäusen befinden. Da es möglich ist, den Drehmomentmesser relativ klein zu gestalten, kann man ein Rotationsviskosimeter gemäß derThe flexible shaft provides a complete spatial separation of the speed generator and torque meter possible. Both units can be located in separate housings. Since it is possible To make the torque meter relatively small, you can use a rotational viscometer according to the
' Neuerung nach dem Fühlerprinzip bauen, indem der Drehmomentmesser in einem Meßkopf angeordnet ist, aus dem unten der Drehkörper heräusragt, der'Build innovation based on the sensor principle, in that the torque meter is arranged in a measuring head is, protruding from the bottom of the rotating body, the
50- in die Meßsubstanz getaucht wird. Der Meßkopf ist durch die biegsame Welle mit einem größeren Gehäuse verbunden, in dem sich der Drehzahlerzeuger und eventuell Anzeigeelemente befinden. Der Meßkopf kann, nun wie ein Meßwertfühler angewendet und in Gefäße getaucht werden, die mit der zu messenden Substanz gefüllt sind. Die Handhabung ist also bei einem Rotationsviskosimeter gemäß der Neuerung sehr erleichtert.50- is immersed in the substance to be measured. The measuring head is due to the flexible shaft with a larger Connected housing in which the speed generator and possibly display elements are located. The measuring head can now be used like a measuring probe and immersed in vessels that contain the Substance are filled. The handling is therefore in accordance with the innovation in the case of a rotary viscometer very relieved.
Die Abb. I zeigt ein Prinzipschema eines Ausfüh-Fig. I shows a basic diagram of an execution
■60 rungsbeispiels eines Rotationsviskosimeters gemäß der Neuerung.■ 60 example of a rotation viscometer according to the innovation.
ι stellt den Meßkopf dar, in dem sich der Drehmomentmesser befindet. An dem Meßkopf ist auf einer Welle ein Zylinder 2 als Drehkörper befestigt. Die in einem sSchutzschlauch 3 befindliche biegsame Welle 4 stellt die mechanische Verbindung zu dem Gehäuse 5 her, in dem sich der Drehzahlerzeuger sowie Anzeigeelemente für das Drehmoment befinden.ι represents the measuring head in which the torque meter is located. A cylinder 2 is attached to the measuring head on a shaft as a rotating body. The flexible shaft 4 located in a protective hose 3 provides the mechanical connection to the Housing 5, in which the speed generator and display elements for the torque are located.
Es zeigt sich, daß sich der allgemeinen Drehbewegung des Drehkörpers Drehschwingungen überlagern, die von dem Drehzahlerzeuger und insbesondere von der biegsamen Welle herrühren. Diese Schwingungen bewirken ein ständiges Schwanken des Drehmomentes und damit des Meßwertes um einen Mittelwert. Die Ursache der Torsionsschwingungen ist in der Bewegungsart der biegsamen Welle zu suchen. Die biegsame Welle gleitet nämlich ständig über die Innenwand des Schutzschlaüches. Der Reibungswiderstand dieser Bewegung ändert sich nun fortlaufend, so daß die biegsame Welle, die ja ein Federelement darstellt, eine wechselnde Torsion bekommt. Die wechselnden Torsionen äußern sich als Drehschwingungen.It turns out that the general rotary motion of the rotary body is superimposed by torsional vibrations, which originate from the speed generator and in particular from the flexible shaft. This Vibrations cause the torque and thus the measured value to fluctuate continuously an average. The cause of the torsional vibrations is the type of movement of the flexible shaft to search. The flexible shaft slides constantly over the inner wall of the protective tube. The frictional resistance of this movement changes now continuous, so that the flexible shaft, which is a spring element, has an alternating torsion receives. The changing torsions express themselves as torsional vibrations.
Diese Drehschwingungen sind, solange sie ein gewisses Maß nicht überschreiten, durchaus erwünscht. Sie haben nämlich zur Folge, daß an allen wesentlichen Stellen des Drehmomentmessers Gleitreibung herrscht, so daß durch Reibung bedingte mechanische Fehlerquellen weitgehend beseitigt werden und mithin die Meßgenauigkeit steigt. Es ist möglich, diese Dreh- go schwingungen neuerungsmäßig noch durch geeignete Mittel zu vergrößern. Beispielsweise kann ein Ratterwiderstand vorgesehen werden, etwa ein Zahnrad, auf dem eine Feder gleitet; oder es kann dem ganzen System durch an sich bekannte elektromagnetische Mittel die Netzfrequenz als Drehschwingung aufgedrückt werden.These torsional vibrations are, as long as they do not exceed a certain level, quite desirable. They have the consequence that there is sliding friction at all essential points of the torque meter, so that mechanical sources of error caused by friction are largely eliminated and consequently the Measurement accuracy increases. It is possible to innovate these torsional vibrations by means of suitable ones Means to enlarge. For example, a chatter resistor can be provided, such as a gear, on which a spring slides; or it can be the whole system through known electromagnetic Means the network frequency can be applied as a torsional oscillation.
Im allgemeinen sind jedoch die von der biegsamen Welle herrührenden Drehschwingungen so groß, daß sie das wünschenswerte Maß übersteigen, indem nämhch der Meßwert störend großen Schwankungen unterliegt.In general, however, the torsional vibrations originating from the flexible shaft are so great that they exceed the desirable level by namely the measured value is subject to disturbing large fluctuations.
Um nun diesen Drehschwingungen ein erträgliches und wünschenswertes Maß zu geben, schlägt die Neuerung vor, sie durch geeignete Mittel zu dämpfen. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Raum zwischen biegsamer Welle und Schutzschlauch mit einem Schmierfett gefüllt wird. Das Fett als viskoses Medium sucht jede Bewegung zu hemmen. Die Hemmung der allgemeinen Drehbewegung wird von dem Drehzahlerzeuger überwunden; da die Drehmomentmessung erst hinter der biegsamen Welle erfolgt, wird der Meßwert dadurch nicht beeinflußt. Es werden jedoch Drehschwingungen der biegsamen Welle durch die Fettschicht stark gedämpft, so daß sie sich in dieser Hinsicht nahezu wie eine starre Welle verhält.In order to give these torsional vibrations a tolerable and desirable level, the suggests Innovation suggests to dampen it by suitable means. This can happen, for example, that the The space between the flexible shaft and the protective hose is filled with a lubricating grease. The fat as viscous medium tries to inhibit any movement. The general rotation is inhibited overcome by the speed generator; because the torque measurement is only behind the flexible shaft occurs, the measured value is not affected. However, there are torsional vibrations of the flexible Wave is strongly attenuated by the layer of fat, so that in this respect it is almost like a rigid one Wave behaves.
Die Fettschicht kann auch andere Wellenteile auf dem Wege vom Drehzahlerzeuger zum Drehmomentmesser umhüllen zum Zwecke der Dämpfung.The fat layer can also contain other parts of the shaft on the way from the speed generator to the torque meter envelop for the purpose of damping.
Es ist auch möglich, die Drehschwingungen beispielsweise durch eine magnetische oder mechanische Bremse zu dämpfen.It is also possible to use the torsional vibrations for example dampened by a magnetic or mechanical brake.
Weiterhin schlägt die Neuerung vor, das viskositätsabhängige Drehmoment, welches auf den Drehkörper '25 übertragen wird, in an sich bekannter Weise zu messenFurthermore, the innovation suggests the viscosity-dependent torque, which is applied to the rotating body '25 is transmitted to measure in a known manner
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durch Bestimmung der Winkelverdrehung, die zwei durch eine Torsionsfeder verbundene Wellen gegeneinander erfahren. Die Messung der Winkelverdrehung soll ebenfalls in an sich bekannter Weise elektrisch, und zwar durch Abgreifen einer elektrischen Widerstandswicklung oder -schicht, eines sogenannten Abgreifwiderstandes; erfolgen. Der Abgreifwiderstand ist dabei auf einen isolierenden Ring aufgebracht, der an einer der beiden Wellen zentrisch befestigt ist.by determining the angular rotation, the two shafts connected by a torsion spring against each other Experienced. The measurement of the angular rotation should also be carried out electrically in a manner known per se, namely by tapping an electrical resistance winding or layer, a so-called Tapping resistance; respectively. The tapping resistor is applied to an insulating ring, which is attached centrally to one of the two shafts.
ίο Der Abgreifkontakt ist an der anderen Welle befestigt. Nach der Neuerung ist nun der Abgreifkontakt unmittelbar mit der Metallmasse der Gesamtanordnung verbunden. Er braucht also nicht auf irgendeinem Isolierträger befestigt zu sein. Weiterhin ist nach der Neuerung ein Ende des Abgreifwiderstandes mit einem Kontaktschleifring verbunden, auf dem ein Kontaktschleifer gleitet. Durch diesen Schleifkontakt wird nun dem Abgreifwiderstand Strom zugeführt. Der Strom durchfließt den Abgreifwiderstand bis zum Abgreifkontakt und wird dort der Metallmasse zugeleitet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß nur eine elektrische Leitung zum Drehmomentmesser führt und nur ein Schleifkontakt erforderlich ist. Weiterhin liegt bei einer elektrischenίο The tapping contact is attached to the other shaft. After the innovation, the tapping contact is now directly with the metal mass of the overall arrangement connected. So it does not need to be attached to any insulating support. Furthermore is According to the innovation, one end of the tapping resistor is connected to a contact slip ring on which a contact wiper slides. The tapping resistor is now supplied with current through this sliding contact fed. The current flows through the tapping resistor to the tapping contact, where it becomes the Metal mass fed. This arrangement has the advantage that only one electrical line to the torque meter leads and only one sliding contact is required. Furthermore, there is an electrical
•25 Unterbrechung zwischen Abgreifwiderstand und Abgreifkontakt durch Oxyd- oder Schmutzschichten die volle Spannung der Stromquelle an diesen Trennschichten, so daß sie schneller zerstört werden. Die Abb. II zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Drehmomentmessers für Rotationsviskosimeter gemäß der Neuerung.• 25 interruption between tapping resistor and Tapping contact through oxide or dirt layers the full voltage of the power source at these separating layers, so that they are destroyed more quickly. Fig. II shows in section an embodiment a torque meter for rotational viscometers according to the innovation.
11 und 12 sind die beiden Wellen; 13 stellt die Torsionsfeder dar, die an den Trägern 14 und 15 befestigt ist. Auf dem Isolierring 6, der an 12 befestigt ist, befindet sich der Abgreifwiderstand 7, der mit dem Schleifring 8 verbunden ist. Der Schleifkontakt 9 führt den Strom zu. Der Abgreifkontakt 10, eine Feder, ist mit 11 metallisch fest verbunden, er gleitet auf der Widerstandswicklung oder -schicht. Seine Stellung dort ist abhängig von der Winkelverdrehung zwischen 11 und 12 und damit vom übertragenen Drehmoment.11 and 12 are the two shafts; 13 represents the Torsion spring which is attached to the beams 14 and 15. On the insulating ring 6 attached to 12 is, there is the tapping resistor 7, which is connected to the slip ring 8. The sliding contact 9 feeds the electricity. The tapping contact 10, a spring, is firmly connected to the metal with 11, and it slides on the resistor winding or layer. Its position there depends on the angular rotation between 11 and 12 and thus the transmitted torque.
Um diese drehmomentabhängige Stellung führt der Abgreifkontakt kleine Schwingungen aus infolge der oben behandelten Drehschwingungen. Dadurch ist der Reibungswiderstand zwischen Abgreifwiderstand und Abgreifkontakt klein und mithin die Meßgenauigkeit gesteigert.The tapping contact carries out small vibrations around this torque-dependent position as a result of the torsional vibrations discussed above. Thereby the frictional resistance between tapping resistance and Tapping contact is small and therefore the measuring accuracy is increased.
Weiterhin erfolgt , dadurch eine ständige Selbstreinigung der elektrischen Kontaktstellen von Oxyd- und Schmutzschichten.Furthermore, there is a constant self-cleaning of the electrical contact points of oxide and layers of dirt.
Das Potential V des Abgreifwiderstand-Einganges . gegenüber der Metallmasse ist gegeben durch den abgegriffenen Widerstand R und den Strom /, und es gilt:The potential V of the tapping resistor input. to the metal mass is given by the tapped resistance R and the current /, and the following applies:
V = R-J.V = R-J.
Dieses Potential V ist also ein Maß für den abgegriffenen Widerstand und mithin für das viskositätsabhängige Drehmoment.This potential V is therefore a measure for the tapped resistance and therefore for the viscosity-dependent torque.
Es ist auch umgekehrt möglich, den Abgreifkontakt auf einem Isolierträger zu befestigen und über einen Schleifring mit einem Schleifkontakt elektrisch zu verbinden und weiterhin ein Ende des Abgreifwiderstandes an Masse zu legen. Es ist auch in diesem Fall das Potential V des Abgreifkontaktes gegenüber der Metallmasse gegeben durch:Conversely, it is also possible to attach the tapping contact to an insulating support and to connect it electrically to a sliding contact via a slip ring and still to connect one end of the tapping resistor to ground. In this case, too, the potential V of the tapping contact with respect to the metal mass is given by:
V = R-J.'V = R-J. '
Damit jedoch die Funktion V = f (R) linear ist und mithin die Abhängigkeit V = f (Drehmoment) linearen Verlauf hat, muß der Strom / konstant sein und mithin unabhängig von R. Dies erfolgt gemäß der Neuerung in der Weise, daß geeignete Mittel, z. B. Eisenwasserstoffwiderstände oder gegengekoppelte Verstärkerröhren, vorgesehen sind, um den Strom / konstant zu halten.However, so that the function V = f (R) is linear and consequently the dependence V = f (torque) has a linear course, the current / must be constant and therefore independent of R. This is done according to the innovation in such a way that suitable means , e.g. B. ferrous hydrogen resistors or counter-coupled amplifier tubes are provided to keep the current / constant.
Die Abb. III zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der Neuerung.Fig. III shows an embodiment of a circuit according to the innovation.
16 stellt eine Stromquelle dar, deren einer Pol an der geerdeten Metallmasse liegt. 17 ist ein Eisenwasserstoffwiderstand. Von 17 führt eine Zuleitung 18 zum Drehmomentmesser und dort zum Schleifkontakt 9. 7 stellt den Abgreifwiderstand dar und 10 den Abgreifkontakt. 19 ist ein Siebglied zur Dämpfung des Spannungsmessers 20. Der Spannungsmesser zeigt das Potential V und damit das wirksame, viskositätsabhängige Drehmoment an. Durch die Stromquelle 21 wird eine regelbare Gegenspannung in den Stromkreis des Spannungsmessers eingeführt, um diesen auf ο einjustieren zu können für verschwindendes Drehmoment. 7 und 10 können auch in einer Weise geschaltet sein, wie es die Abb. IHa zeigt'.16 shows a power source with one pole connected to the grounded metal mass. 17 is a ferric hydrogen resistance. A feed line 18 leads from 17 to the torque meter and there to the sliding contact 9. 7 represents the tapping resistance and 10 the tapping contact. 19 is a filter element for damping the voltmeter 20. The voltmeter shows the potential V and thus the effective, viscosity-dependent torque. A controllable counter voltage is introduced into the circuit of the voltmeter by the current source 21 in order to be able to adjust it to ο for zero torque. 7 and 10 can also be connected in a manner as shown in Fig. IHa '.
Bei der praktischen Ausführung eines Rotationsviskosimeters gemäß der Neuerung befinden sich die elektrischen Elemente 16, 17, 19, 20 und 21 zweckmäßigerweise in dem Gehäuse für den Drehzahlerzeuger. Von dort führt dann die Leitung 18 zum Meßkopf, in dem sich die Elemente 9, 7 und 10 befinden. In the practical implementation of a rotational viscometer according to the innovation are the electrical elements 16, 17, 19, 20 and 21 expediently in the housing for the speed generator. From there then the line 18 leads to Measuring head in which the elements 9, 7 and 10 are located.
Bei einem Rotationsviskosimeter gemäß der Neuerung ist also die angezeigte Spannung V eine lineare Funktion des Drehmomentes und damit der Viskosität η der Meßsubstanz.In the case of a rotary viscometer according to the innovation, the displayed voltage V is a linear function of the torque and thus the viscosity η of the substance to be measured.
Es gilt für die Viskosität η folgende Beziehung:The following relationship applies to the viscosity η:
η= K-Vη = K-V
Dabei ist K eine Apparatekonstante; die von der Form des Drehkörpers abhängig ist und durch Eichung bestimmt wird. U ist die Drehzahl pro Minute des Drehkörpers. Here, K is an apparatus constant; which depends on the shape of the rotating body and is determined by calibration. U is the speed per minute of the rotating body.
Claims (6)
Deutsche Patentschrift Nr. 848 102.Referred publications:
German patent specification No. 848 102.
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