Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten oder Festkörpern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US 4 644 782 ist eine Messvorrichtung bekannt, bei der ein transparenter Zylinder mit zwei Flüssigkeiten verschiedener Dichten gefüllt wird. Die Messvorrichtung ist dazu geeignet, den Durchmesser der Flüssigkeit mit der geringen Dichte und die Drehgeschwindigkeit des Zylinders zu messen.

Aus der US 4 250 741 ist eine Messvorrichtung bekannt, die die Grenzflächenspannung zwischen zwei flüssigen Phasen ermittelt. Bei der Messung wird das hydrodynamische Prinzip angewandt.

Aus der US 4 523 456 ist eine Oberflächenmessvorrichtung bekannt, bei der Bewegung einer Luftblase der leichteren Flüssigkeit beobachtet wird.

Die Erfindung weist die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten oder Festkörpern, so dass die Definition der spezifischen Oberflächenenergie genutzt wird, die zahlen- und dimensionsmäßig mit der Oberflächenspannung identisch ist.

Def.:

• &Dgr; W – Zunahme der Energie
• &Dgr; A – Zunahme der Oberfläche

Für den Zweck der Messung der Änderung der Energie und der Änderung der Oberfläche bedient sich die Erfindung eines rotierenden Kreiskegelstumpfs (2) auf dessen schmaleres Ende eine Probe, mittels eines Probengebers (3) gegeben und stets eine vergleichbare Menge der Flüssigkeit dosiert wird und sie aufgrund des Drehmoments eines Mess-Motors (1) zum breiteren Ende des Kegelstumpfs eine lamellenartige Flüssigkeitsblase bildet und sie aufgrund der axialen Rotationskraft zu einem bestimmten Moment platzen wird. Für den Zweck der Erfassung der momentanen Blasenaufplatzung könnte eine Lichtschranke oder ein Abstandsmessgerät (4) z.B. ein Leser genutzt werden. Für die Ermittlung der Energiezunahme könnte man sich der Leistungskennlinien des elektrischen Motors

(P = M·&ohgr;) und der Winkelgeschwindigkeit, des Drehmoments (M = F × r) oder der Drehenergie (d W = F·dr) oder der Kraft, bei der die Zunahme der fortschreitenden lammelenartigen Blasen-Höhe

(&sgr; = dW/dA = F·dh/dA) stattfindet, bedienen. Ferner wäre es auch möglich andere rotierenden Geometrie-Körper zu verwenden.

Es wäre auch denkbar die Möglichkeit der Messung der aufgrund der Rotation entstandenen lamellenartigen Blasengeometrie zu ermitteln.

Der rotierende Kreiskegelstumpf kann selbstverständlich austauschbar eingesetzt werden, so dass sich verschiedene Winkel &agr; und diverse Durchmesser sowie Höhen ergeben.

Durch den rotierenden Kreiskegelstumpf kann die Messung der Arbeit, die verrichtet werden muss, um die Moleküle der Flüssigkeit an die Grenzfläche zu bringen, mittels der Leistungsaufnahme des Motors effizienter und genauer ermittelt werden, wobei die dazu gehörige Erfassung der Oberfläche der Flüssigkeit am besten sensorisch durchgeführt werden und unter temperierten Thermostatierungs-Bedienungen (zur besseren Temperaturermittlung mittels eines Temperatursensors) stattfinden sollte. Daher wäre es möglich, eine Kühlvorrichtung um den drehende Körper sowie eine Wärmepumpe und einen Wärmeaustauscher im Raum der Messvorrichtung zur effizienteren Temperaturkonstanthaltung einzubringen. Eine Vorrichtungsisolation wäre in dem Zusammenhang sicherlich vorteilhaft.

Die Eigenschaften des Mess-Motors ergeben sich aus der Bekanntgabe der Beziehung zwischen dem Drehmoment an der Motorachse und der elektrischen Versorgung, spricht der elektrischen Stromaufnahme, Phasenlage oder Frequenz, was gewährleistet, dass das Moment aus diesen Parametern während des Rotationsversuches ermittelt werden kann.

Es ist darüber hinaus einleuchtend die Möglichkeit der Erfassung der Drehzahl bei gleichzeitig konstantem Drehmoment bzw. die Messung des Drehmoments bzw. Drehposition zu konstanter Drehzahl zu nutzen.

Die Probenuntersuchungen können Flüssigkeiten, Pasten, Schmelzen, Gele und Beschichtungen (1.) umfassen, wobei die Erfassung der Oberflächenspannung von Festkörpern unter der Messung der Abwanderung der Eichflüssigkeiten stattfinden, die durch die Rotation einen Kapillaritätskegel bilden, der aus Form eines Probe-Flüssigkeitsfilms (2) oder des Probe-Tropfens von der fest verankerten Oberfläche, Drehscheibe (5) des zu untersuchenden Festkörpers hinweg gedrängt wird, der sich für den Zweck in Rotationsbewegung befindet. Hierbei sind verschiedene Eichflüssigkeiten mit einer sich verändernden Oberflächenspannung notwendig.

Der durch die Trägheitskraft verursachte Grad der Abwanderung der Flüssigkeiten von der Oberfläche des Probekörpers kann ebenfalls mit Hilfe eines Abstandsmessgeräts wie z.B. Leser gemessen werden, mittels dessen das Kapillaritätsgesetz (&sgr;₁₂·cos &phgr; = &sgr;₁₃ – &sgr;₂₃) siehe (3.) angewandt werden kann.

Die eigentliche Messung kann bequem vorzugsweise direkt oder als eine Vergleichmessung mittels einer Eichprobe durchgeführt werden, wobei mindestens zwei Eichmessungen erforderlich wären.