DE60202573T2

DE60202573T2 - Permeameter-Porosimeter

Info

Publication number: DE60202573T2
Application number: DE60202573T
Authority: DE
Inventors: Bulent Wheaton Chavdar
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: JP4874279B2; JP2003185561A; KR100881453B1; KR20030031419A; US20030066339A1; JP2008203268A; DE60202573D1; JP4119722B2; EP1302763A1; US6655192B2; EP1302763B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Permeameter/Porosimeter (im folgenden als "Permeameter" bezeichnet) zum Messen der Permeabilität und Porosität poröser Materialien in normaler und in seitlicher (d.h. zu der normalen senkrechter) Richtung. Mit dem neuen Permeameter läßt sich die Permeabilität von gewebten oder nicht gewebten porösen, bahnförmigen oder plattenförmigen Materialien wie Papier, Stoff, Plastschaumstoff, Frittglas, Stahlwolle, Metallpulver usw. messen. Das Permeameter gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich gut zum Messen der Permeabilität von Reibungsmaterialien für Naßkupplungsanwendungen; es kann jedoch auch bei jedem porösen Material angewandt werden, das dreidimensionale Strukturbeständigkeit aufweist. Mit dem neuen Permeameter kann eine Probe mechanisch komprimiert werden und können Permeabilitätsmessungen an der komprimierten Probe ausgeführt werden. Mit dem Permeameter sind auch Messungen bei höheren Temperaturen bis zu 150°C möglich. Das Permeameter mißt die Permeabilität, Porosität, Porengrößenverteilung, durchschnittliche Porengröße und Anzahl der Poren pro Flächeneinheit.
Die Bedeutung der Permeabilität für die Leistung von Reibungsmaterialien wurde in den mathematischen Modellen des Kupplungseingriffs demonstriert. Jedoch liegen wenige experimentelle Informationen zur Permeabilität von Reibungsmaterialien vor, zum Teil auf Grund des Fehlens eines Permeameters, Das sowohl in normaler als auch in seitlicher Richtung genaue Messungen ausführen kann.
Die Permeabilität von Reibungsmaterialien weist einen sehr starken Einfluß auf die Drehmomentempfindlichkeit auf, da sich die Permeabilität auf den anfänglichen Reibungskoefizienten auswirkt.
In der Vergangenheit wurde ein Ölabsorptionstest als indirektes Maß für die Permeabilität und Porosität von Reibungsmaterialien verwendet. Jedoch weist der Ölabsorptionstest bestimmte Mängel auf, die durch das Permeameter gemäß der vorliegenden Erfindungbeseitigt werden.
In US-A-3577767 sind eine Vorrichtung zum Testen der Permeabilitätseigenschaften von Filz oder dergleichen sowie die Auswirkung der Komprimierung auf diese Eigenschaften beschrieben. Die Probe wird zwischen einer oberen und einer unteren Platte eingespannt, die mit Öffnungen zum Hindurchfluß von Wasser versehen sind. Die obere Platte ist an dem unteren Ende eines zylindrischen Stützelementes mit einer Bohrung befestigt, in die über ein Regelventil unter Druck gesetztes Wasser eingeleitet wird, wobei der Druck in der Bohrung von einem Manometer angezeigt wird. Das Wasser, das durch die Probe läuft, wird in einem Meßbecher gesammelt, wobei die in einer vorgegebenen Zeit gesammelte Menge gemessen wird. Zum Messen der normalen und der seitlichen Permeabilität mit Hilfe einer scheibenförmigen Probe werden unterschiedliche Platten verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidstroms durch eine Probe aus porösem Material geschaffen, mit:

(a) einem Stützelement mit einer Fläche zum Abstützen der Probe;
(b) einem Fluidkammergehäuse mit einer zylindrischen Wand und einer Endwand, die zwecks Bildung einer Kammer zum Aufnehmen des Fluids zusammenwirken, wobei die Endwand eine Fläche aufweist, die mit der Fläche des Stützelementes zusammenwirkt, um die Probe dazwischen einzuspannen;
(c) einer Öffnung in der Endwand zum Einführen des Fluids in die Probe; und
(d) einem Fluidstromregler zum Hindurchdrücken des Fluids unter Druck durch die Öffnung und die Probe; dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstromregler einen Kolben mit einer Stange und einem vergrößerten Kopf aufweist, wobei der vergrößerte Kopf eine Öffnung aufweist, um das Einbringen des Fluids in die Kammer und die Öffnung zu ermöglichen und durch die Bewegung des Kolbens zu der Probe hin den Fluidstrom durch die Probe hindurch zu steuern.

Eine solche Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in Ausführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 14 verwendet werden, bei dem die Schritte des Einspannens der ersten Unterprobe und des Strömenlassens eines durchdringenden Fluids durch diese und des Einspannens der zweiten Unterprobe und des Strömenlassens des durchdringenden Fluids durch diese jeweils in einer Vorrichtung nach der Definition in Anspruch 1 ausgeführt werden.
Ein bevorzugtes Permeameter, das die Erfindung verkörpert, umfaßt drei Einheiten: 1) ein Probenabteil mit Komprimierungsfähigkeit; 2) eine Fluidkammer mit durchdringendem Fluid darin und mit einem Druckbeaufschlagungskolben und einem Temperatursteuerelement; und 3) Fluidvorratsbehälter und Regelkreis-Transportleitungen zum Füllen der Fluidkammer. Das durchdringende Fluid kann abhängig von dem Testverfahren Gas oder Flüssigkeit sein. Das durchdringende Fluid wird unter Druck durch die Probe gedrückt. Vor und nach dem Test werden Messungen der Belastung, Fluidverdrängung, Strömungszeit, Probendicke und des Gewichts der Probe aufgezeichnet und bei den Berechnungen von Permeabilität, Porosität, Porengrößenverteilung, durchschnittlicher Porengröße und Anzahl der Poren pro Flächeneinheit verwendet.
Die normale Permeabilität und die seitliche Permeabilität werden getrennt gemessen. Für die Messung der normalen Permeabilität ist eine scheibenförmige Probe erforderlich, und für die Messung der seitlichen Permeabilität ist eine ringförmige Probe erforderlich. Beide Proben können in einem einzigen Ausstanzvorgang ausgestanzt werden, bei dem die scheibenförmige Probe der mittige Kernblock der ringförmigen Probe ist. Bei dem Test auf normale Permeabilität wird das hindurch dringende Fluid entlang der Dicke von einer flachen Seite zur anderen durch die scheibenförmige Probe gedrückt. Bei dem Test auf seitliche Permeabilität wird das Fluid entlang dem Kreisring vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser durch die ringförmige Probe gedrückt.
Manchmal muß die Permeabilität von Materialien (insbesondere der stark komprimierbaren) gemessen werden, wenn diese unter Komprimierung stehen. Das Komprimieren führt zu einer Änderung von Form und Größe der Poren und wirkt sich dadurch auf die Permeabilität aus. Beispielsweise funktioniert ein Dichtringmaterial auf Papierbasis unter einer Komprimierung derart, daß es das Auslaufen von Öl verhindert. Es ist wichtig, die optimale Komprimierung zu kennen, die für eine effektive Abdichtung notwendig ist, da zu schwache Komprimierung zu Undichtigkeit führt und zu starke Komprimierung die Lebensdauer der Dichtung verkürzt. Das Permeameter gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Fähigkeit, die Probe mechanisch zu komprimieren und Permeabilitätmessungen an der komprimierten Probe vorzunehmen.
Zum Betätigen des Kolbens des Permeameters muß eine im Handel erhältliche Universalprüfmaschine mit geeichter Kraft und mit geeichten Verdrängungssteuerelementen verwendet werden. Das Permeameter gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch zum Messen der seitlichen Permeabilität eines weiten Bereichs von fertigen Kupplungsscheiben bis zu 190mm Durchmesser verwendet werden.
THEORETISCHER HINTERGRUND
Eine Prüfung der Reynoldsschen Zahl zeigt an, daß der Strom bei einem Flüssigkeitspermeabilitätstest laminar ist. Daher läßt sich die Formel von Darcy auf die Berechnung der Permeabilitätskonstanten anwenden. Weiterhin wird auch angenommen, daß sämtliche Poren zylindrisch und von gleicher Größe sind. In Wirklichkeit weisen die Poren eine beliebige Form und Größe auf. Durch die Annahme, daß die Poren gleichmäßig sind, können wir jedoch einen äquivalenten mittleren Porendurchmesser und eine äquivalente Anzahl von Poren für die geprüften Proben berechnen.
Die normale Durchlässigkeit wird unter Anwendung der folgenden Formel berechnet:
wobei k_z die normale Permeabilität (m²) ist,
Q die Strömungsgeschwindigkeit (m³/s) ist;
η die absolute Viskosität des Fluids (Ns/m²) ist,
1 die Strecke des Fluidstroms durch die Probe (m) ist,
ΔP die Druckdifferenz zwischen Fluideinlaß und -auslaß (Pa) ist,
A der Probenbereich ist, durch den das Fluid strömt (m²).
Die seitliche Permeabilität wird unter Anwendung der folgenden Formel berechnet:
wobei k_r die seitlich Permeabilität ist, r_o und r_l der äußere und der innere Durchmesser der ringförmigen Probe sind und t die Dicke der Probe ist.
Das Verhältnis des Volumens der von der Probe absorbierten durchdringenden Flüssigkeit zum geometrischen Volumen der Probe ergibt die Porosität in Prozent. Die Porosität in Prozent wird aus der Gewichtsdifferenz der Probe vor und nach dem Permeabilitätstest unter Anwendung der folgenden Formel errechnet:
wobei ϕ_p die Porosität in Prozent ist, W_A und W_B das Gewicht der Probe nach und vor dem Test sind, ρ die Dichte des Fluids ist und V das geometrische Volumen der Probe ist.
Die durchschnittliche Porengröße wird unter der Annahme bestimmt, daß die Poren zylindrisch, gerade und von gleichem Durchmesser sind. Der Strom durch eine Kapillarpore mit Durchmesser d_p und Länge 1 ist durch die folgende Formel gegeben:
Der gesamte Strom durch die Probe (Q) wird durch Multiplizieren des Stroms durch eine Pore (q) mit der Anzahl der Poren (N) festgestellt: Q=Nq (5)
Die Gesamtzahl der Poren (N) erhält man durch Dividieren des gesamten Porenvolumens (V_p) durch ein einziges Porenvolumen (vp):
Das gesamte Porenvolumen (V_p) wird durch Multiplizieren des Volumens der Probe (V) mit der Porosität (ϕ_p) in Prozent festgestellt:
Das einzelne Porenvolumen beträgt
wobei (d_p) der Porendurchmesser ist und (1) die Porenlänge ist. Bei der normalen Permeabilität ist 1 gleich der Dicke der scheibenförmigen Probe. Bei der seitlichen Permeabilität ist 1 gleich der Breite des Kreisrings der ringförmigen Probe.
Der mittlere Porendurchmesser (d_p) wird durch Einsetzen der Gleichungen 4, 6, 7 und 8 in 5 und Extrahieren von d_p errechnet
Die Anzahl der Poren pro Flächeneinheit der Probe (N _{pro mm} ²) ist hinsichtlich Porosität (ϕ_p) und mittlerem Porendurchmesser (d_p) folgendermaßen gegeben:
wobei d_p in mm ausgedrückt ist.
Die Porengrößenverteilung erhält man durch Verwendung von Luft als durchdringendes Fluid. Die Luftströmungsgeschwindigkeit der Luft wird unter einem rampenartig ansteigenden Luftdruck an einer trockenen Probe gemessen. Die trockene Probe wird aus dem Permeameter entnommen und mit einem sich einsaugenden Fluid mit niedriger Oberflächenspanung gesättigt, bis die Probe vollkommen naß ist. Dann wird die Messung der Luftströmungsgeschwindigkeit unter dem rampenartig ansteigenden Druck an der nassen Probe wiederholt. Die Differenz der Strömungsgeschwindigkeit zwischen der trockenen Probe und der nassen Probe in jedem Druckzwischenraum ergibt Informationen zu der Porengrößenverteilung.
Bei den Messungen können Fluids verschiedener Viskositäten verwendet werden, damit sich genug Haltezeit für genaue Messungen ergibt. Beispielsweise kann Öl zur Messung der normalen Permeabilität verwendet werden, während Wasser zu derjenigen der seitlichen Permeabilität verwendet werden kann. Permeabilitäts- und Porositätsberechnungen erfordern, daß die Strömungsgeschwindigkeit bzw. das Volumen des festgehaltenen Fluids gemessen wird. Permeabilität (k) und Porosität (ϕ) sind unabhängige Parameter, da Strömungsgeschwindigkeit und Volumen des festgehaltenen Fluids unabhängig gemessen werden. Andererseits sind Porengröße (d) und Anzahl der Poren (N) verbundene Parameter und nicht von Permeabilität und Porosität unabhängig.
IN DEN ZEICHNUNGEN IST
1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Permeameter/Porosimeter-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung und zeigt die Prüfung einer scheibenförmigen Probe in normaler Richtung,
2 eine perspektivische Ansicht des Basiselementes der Anordnung gemäß 1,
3 eine perspektivische Ansicht des Stützblocks der Anordnung gemäß
1,
4 eine perspektivische Ansicht des Druckelementes der Anordnung gemäß 1,
5 eine perspektivische Ansicht einer modifizierten Ausführungsform zum Testen einer ringförmigen Probe in seitlicher Richtung,
6 eine perspektivische Ansicht eines mit der Ausführungsform gemäß 5 verwendeten plattenförmigen Elementes,
7 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform ähnlich der gemäß 1 zum Testen einer ringförmigen Probe in seitlicher Richtung,
8 eine Ansicht ähnlich der gemäß 1, die eine andere Ausführungsform zum Testen einer scheibenförmigen Probe in normaler Richtung zeigt,
9 eine schematische Ansicht, die ein Regelkreissystem zum Zuführen von durchdringendem Fluid zu der Permeameter/Porosimeter-Anordnung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In den Zeichnungen 1 – 4 und 9 ist eine erste Ausführungsform der Permeameter/Porosimeter-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die allgemein mit der Ziffer 10 bezeichnet ist. Die Anordnung 10 erstreckt sich entlang einer Achse A und umfaßt ein Basiselement 12, ein Fluidkammergehäuse 40 und einen Druckring 60. Das Basiselement 12 weist eine Ausnehmung 14 auf, die nach oben weist und von einer zylindrischen oberen Seitenwand 16 und einer Querwand 18 gebildet wird. Die zylindrische obere Seitenwand 16 besitzt ein Außengewinde 39. Von der Querwand 18 nach unten erstreckt sich eine untere zylindrische Wand 20 mit vier radial verlaufenden Mäuselöchern 21, die 90° voneinander beabstandet sind, und vier nach oben verlaufenden, mit Gewinde versehenen Ausnehmungen 22, die jeweils 45° von den benachbarten Mäuselöchern 21 beabstandet sind und von der Unterkante der unteren zylindrischen Wand 20 nach oben verlaufen. In die Ausnehmungen 22 können Befestiger von einem Stützelement aus eingreifen, auf dem die untere zylindrische Wand 20 aufliegt. Die Querwand 18 umfaßt eine Schulter 17, die sich von der zylindrischen oberen Seitenwand 16 radial nach innen erstreckt, und eine Mehrzahl von Schlitzen 19, vorzugsweise vier an der Zahl, die 90° voneinander entfernt positioniert sind.
Die Querwand 18 weist auch eine mittig auf der Achse A positionierte Gewindeöffnung 24 auf, durch die in die Ausnehmung 14 eintretendes durchdringendes Fluid ablaufen kann. Ein Auslaßrohr 26 und zugehörige Verbindungselemente nehmen aus der Ausnehmung 14 ausfließendes Fluid auf und lenken es in Fluidvorratsbehälter 11.
In der Ausnehmung 14 ist ein ringförmiger Stützblock 28 mit einem Innengewinde 29 positioniert und liegt auf der Schulter 17 auf. Der Stützblock 28 besitzt eine radial nach außen vorstehende Schulter 27, die auf der Schulter 17 des Basiselementes 12 aufliegt, und eine nach oben weisende Ringnut 35, in der eine Ringdichtung positioniert werden kann.
In dem Stützblock 28 ist ein unterer Hohlblock 30 untergebracht, der in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde 29 steht. Der untere Hohlblock 30 ist auf dem Stützblock 28 durch Drehung einstellbar, wenn er in Gewindeeingriff mit dem Stützblock 28 steht, um sein oberes Ende in der gewünschten Höhe zu positionieren. Der untere Hohlblock 30 ist mit einer Vielzahl von Strömungskanälen 31 versehen, die axial durch diesen hindurchlaufen. Die Anzahl der durch den unteren Hohlblock 30 hindurch verlaufenden Strömungskanäle 31 ist derart, daß sie im wesentlichen den gesamten Querbereich des unteren Hohlblocks 30 einnehmen, was bei Betrachtung aus einer Axialrichtung das Aussehen einer Wabe bietet. Die Anzahl der Strömungskanäle 31 in Verbindung mit deren Größen ist derart, daß sie sich im Verhältnis zu Fluid, das durch eine in Prüfung befindliche Probe fließt, minimal auf den Strom des hindurch fließenden, durchdringenden Fluids auswirkt. Beispielsweise kann ein Hohlblock mit einem Außendurchmesser von 50,8 mm mehr als 100 Strömungskanäle mit einem Durchmesser von je 3,2 mm aufweisen.
Mit dem Basiselement 12 in Eingriff steht ein Fluidkammergehäuse 40, das einen oberen, axial verlaufenden Abschnitt 42 und einen vergrößerten unteren Abschnitt 44 aufweist. Der untere Abschnitt 44 besitzt einen radial nach außen vorstehenden Flansch 47, der so bemessen ist, daß er in die zylindrische obere Seitenwand 16 des Basiselementes 12 paßt und eng mit dieser in Eingriff steht. Der untere Abschnitt 44 ist ringförmig und weist ein Innengewinde 45 auf, mit dem ein oberer Hohlblock 46 in Gewindeeingriff gebracht werden kann. Der obere Hohlblock 46 besitzt eine Reihe von sich axial erstreckenden Strömungskanälen 48 ähnlich den Strömungskanälen 31 des unteren Hohlblocks 30.
Zwischen dem unteren Stützblock 28 und der Unterseite des Radialflansches 47 des Fluidkammergehäuses 40 wird eine scheibenförmige Probe S, die in normaler Richtung getestet werden soll, mit ihrem dazwischen geklemmten Außenumfang zwischen (i) der Oberseite des Stützblocks 28 und, bei Verwendung, einer in der Ringnut 35 positionierten Ringdichtung, und (ii) der Unterseite des Radialflansches 47 positioniert. Wie im folgenden ausführlich an Hand von 5 und 6 beschrieben wird, ist die Probe dann, wenn die Probe in Radialichtung getestet werden soll, ein ringförmiges Element, es wird eine flache Platte 32 verwendet, und die Probe wird zwischen der flachen Platte 32 und der Unterseite des Fluidkammergehäuses 40 und seinem Radialflansch 47 positioniert.
Wie in 1 gezeigt ist, sind zwei poröse Abstandshalter 36 vorgesehen, wobei einer in dem unteren Stützblock 28 positioniert ist, der mit der Oberseite des unteren Hohlblocks 30 in Eingriff steht, und der andere in der Öffnung des unteren Abschnitts 44 des Fluidkammergehäuses 40 positioniert ist, der mit der Unterseite des oberen Hohlblocks 46 in Eingriff steht. Die porösen Abstandshalter 36 können aus einem Schaumkunststoff oder einem Frittglas ausgebildet sein und sollten eine mittlere Porengröße aufweisen, die mindestens zehn Mal größer als die der Testprobe S ist, so daß die Einwirkung der porösen Abstandshalter 36 auf den Strom des durchdringenden Fluids im Verhältnis zu dem durch die Testprobe fließenden Fluid minimal ist.
An der Verbindungsstelle des oberen rohrförmigen Abschnitts 42 des Fluidkammergehäuses 40 mit dem unteren Abschnitt 44 ist eine Schulter vorgesehen, die radial nach innen zu dem Bereich des Innengewindes 45 vorsteht.
Innerhalb des oberen rohrförmigen Abschnitts 42 ist ein Kolben 50 positioniert, der in Axialrichtung innerhalb des oberen rohrförmigen Abschnitts 42 bewegbar ist. Durch einen O-Ring 52 wird eine Dichtung zwischen dem vergrößerten Kopf des Kolbens 50 und der Innenseite des oberen rohrförmigen Abschnitts 42 bereitgestellt.
Der vergrößerte Kopf des Kolbens 50 ist mit einer Öffnung 53 zum Einleiten von Fluid in den Raum zwischen der Unterseite des vergrößerten Kopfes des Kolbens 50 und dem unteren Abschnitt 44 des Fluidkammergehäuses 40 versehen. Von einer Versorgungsquelle, beispielsweise einem Vorratsbehälter 11, wird durchdringendes Fluid zum Testen durch eine Rohrleitung 55 zu einem Rohr 56 geleitet, das mit der Öffnung 53 verbunden ist. Der Strom des zum Testen verwendeten durchdringenden Fluids wird von einem Kugelventil 58 zwischen der Rohrleitung 55 und dem Rohr 56 gesteuert. Der Vorratsbehälter 11 ist auf eine höhere Ebene als das Fluidkammergehäuse 40 gesetzt, so daß Fluid auf Grund der Schwerkraft strömt, wenn die Kugelventile 58 geöffnet sind. Wie in 9 zu sehen ist, ist auch ein zweites Rohrleitungsstück 57 zwischen dem Vorratsbehälter 11 und dem Fluidkammergehäuse 40 verbunden. Durch Verwendung von zwei getrennten Rohrleitungsstücken 55 und 57 und von Kugelventilen kann eines als Auslaßrohr zum Zurückführen des nicht verwendeten Teils des durchdringenden Fluids zu dem Vorratsbehälter 11 und zum Verhindern dessen fungieren, daß beim Einleiten von durchdringendem Fluid in das Fluidkammergehäuse 40 Lufteinschlüsse entstehen. Der Vorratsbehälter 11 kann auch mit einer Hydraulikpumpe ausgestattet sein, um das Fluidkammergehäuse 40 schneller zu füllen.
Das Fluidkammergehäuse 40 ist mit dem Basiselement 12 durch einen Druckring 60 mit einer ringförmigen Schulter 61 und einem mit Gewinde versehenen Randelement 62 verbunden, das an dem oberen Ende des Basiselementes 12 mit dem Innengewinde 39 in Eingriff steht. Zwischen der Schulter 61 des Druckrings 60 und der Oberseite des Radialflansches 47 des Fluidkammergehäuses 40 sind zwei kugelige Unterlegscheiben 63 positioniert. In Vorsprünge 65 des Druckrings 60 greifen zwei Drehmomentarme 64 ein, um dazu beizutragen, den Druckring 60 mit dem gewünschten Druck mit dem Basiselement 12 in Gewindeeingriff zu bringen, um den unteren Abschnitt 44 des Fluidkammergehäuses 40 an den Umfangsrand der in Prüfung befindlichen scheibenförmigen Probe S anzuklemmen. Die kugeligen Unterlegscheiben 63 richten sich unter Druck von selbst aus und sorgen für einen gleichmäßigen Druck über der Testprobe S, wenn der Druckring 60 mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels und der Drehmomentarme 64 auf den gewünschten Druck gedreht wird.
Der obere rohrförmige Abschnitt 42 ist von einem Heizelement 66 umschlossen. Das Heizelement 66 funktioniert zusammen mit einem mit dem vergrößerten Kopf des Kolbens 50 in Eingriff stehenden Heizelement 66 derart, daß es das Testfluid auf die gewünschte Temperatur für die in Prüfung befindlichen speziellen Proben bringt und es auf dieser hält.
Der Kolben 50 besitzt eine untere Stange 68, der von dem vergrößerten Kopf ausgeht, und eine mit diesem in Gewindeeingriff stehende obere Stangenverlängerung 69. Die obere Stangenverlängerung 69 weist ein kugeliges Oberteil 70 auf. Mit der oberen Stangenverlängerung 69 kann eine Handhabe 71 in Eingriff gebracht werden, damit sich der Kolben 50 ohne weiteres innerhalb oder vollständig aus dem oberen rohrförmigen Abschnitt 42 des Fluidkammergehäuses 40 heraus heben läßt.
Die Permeameter/Porosimeter-Anordnung 10 kann an einer im Handel erhältlichen Universaltestmaschine oder an einer Presse P (siehe 9) mit geeichten Kraft- und Verschiebungssteuerelementen angebaut werden. Die Presse P wird in das Oberteil 70 der oberen Schaftverlängerung 69 in Eingriff gebracht, um den Kolben 50 zu betätigen und den Betrag des Drucks, dem der Kolben 50 unterworfen wird, genau zu steuern.
Wie weiter vorn erläutert, muß die Testprobe S manchmal bei dem Test komprimiert sein. Bei anderen Materialarten sollte der Test ohne Druckkraft auf dem Mittelabschnitt der in Prüfung befindlichen Probe S erfolgen. An Hand von 1 wird nunmehr der Test einer scheibenförmigen Probe S in einer zu der Ebene der Probe und zu dem Mitteabschnitt der unter Druckkraft stehenden Probe S senkrechten Richtung beschrieben.
Der untere Hohlblock 30 wird durch Drehung innerhalb des Stützblocks 28 in eine derartige Position eingestellt, daß sich die Oberseite des darauf positionierten unteren porösen Abstandshalters 36 etwas oberhalb der Oberseite des Stützblocks 28 befindet. Die scheibenförmige Probe S mit einer Durchmessergröße, die größer als der Durchmesser des porösen Abstandshalters 36 ist, wird auf dem Stützblock 28 positioniert, wobei ihr Außenrand und der benachbarte Umfangsabschnitt darauf aufliegen und ihr Mittelabschnitt über dem porösen Abstandshalter 36 positioniert ist und auf diesem aufliegt. Nachdem die scheibenförmige Probe S derart positioniert ist, wird das Fluidkammergehäuse 40 mit dieser in Eingriff gebracht, wobei sich der Radialflansch 47 in die zylindrische obere Wand 16 des Basiselementes 12 schiebt und die Unterseite des Radialflansches 47 mit dem Außenumfang der scheibenförmigen Probe S in Eingriff kommt. Vor dieser Positionierung des Fluidkammergehäuses 40 wird der obere Hohlblock 46 durch schraubende Drehung desselben innerhalb des unteren Abschnitts 44 in eine derartige Position eingestellt, daß sich die Unterseite des darin eingreifenden oberen porösen Abstandshalters 36 etwas unterhalb der Oberseite des Radialflansches 47 befindet.
Dann wird der Druckring 60 in Gewindeeingriff mit dem Basiselement 12 gebracht und gedreht, um den Umfangsrand der scheibenförmigen Probe S zwischen der Oberseite des Stützblocks 28 und der Unterseite des Radialflansches 47 des Fluidkammergehäuses fest einzuklemmen. Die Drehmomentarme 64 können zum ausreichenden Festspannen des Druckrings 60 verwendet werden, damit keine Testflüssigkeit radial aus diesem Randabschnitt ausfließt. Bei Bedarf kann in der nach oben weisenden Ringnut 35 des Stützblocks 28 ein O-Ring verwendet werden, um dazu beizutragen, daß die Testflüssigkeit nicht in Radialrichtung fließt. Jedoch haben Tests gezeigt, daß gewöhnlich kein O-Ring verwendet zu werden braucht. Der Komprimierungsdruck auf den Randabschnitt kann im Bereich von 2,0 Megapascal (MPa) liegen.
Durch die weiter vorn beschriebene Positionierung des unteren Hohlblocks 30 und des oberen Hohlblocks 46 und der mit diesen in Eingriff stehenden entsprechenden porösen Abstandshalter 36 komprimieren diese porösen Abstandshalter den Mittelabschnitt der dazwischen eingeklemmten Probe S. Der Betrag des Drucks auf dem in Prüfung befindlichen Mittelabschnitt könnte im Bereich von null bis zu mehreren Megapascal liegen.
Wenn mithin die scheibenförmige Probe S positioniert und der Kolben 50 gehoben ist, werden die Kugelventile 58 geöffnet, um das Testfluid durch die zwei Rohrleitungsstücke 55 und 57 hindurch in den Raum unterhalb der Unterseite des vergrößerten Kopfes des Kolbens 50 einzuleiten. Das Heizelement 66 bringt zusammen mit dem Thermoelement das Testfluid in dem oberen rohrförmigen Abschnitt 42 auf die gewünschte Temperatur zum Test und hält es auf dieser. Nach dem Schließen der Ventile 58 wird dann der Kolben 50 entweder mit einer im Handel erhältlichen Universaltestmaschine oder mit einer Presse mit geeichten Kraft- und Verschiebungssteuerelementen nach unten hin betätigt, um die Flüssigkeit durch die Strömungskanäle 48 des oberen Hohlblocks 46, durch den oberen porösen Abstandshalter 36, durch die scheibenförmige Probe S, durch den unteren porösen Abstandshalter 36 und durch die Strömungskanäle 31 des unteren Hohlblocks 30 in das Auslaßrohr 26 zu drücken, um sie in einem gesonderten Behälter zu sammeln. Die porösen Abstandshalter 36 laminarisieren den Fluidstrom gleichmäßig über der scheibenförmige Probe S. Wie weiter vorn erwähnt, muß die mittlere Porengröße mindestens zehn Mal größer als die der Testprobe S sein, so daß die Einwirkung dieser porösen Abstandshalter 36 auf den Fluidstrom im Vergleich zu der Einwirkung der Testproben auf diesen Fluidstrom minimal ist.
Es wird nur ein Teil des durchdringenden Testfluids durch die Probe S gedrückt. Nach Beendigung der Betätigung des Kolbens nach unten werden dann die Ventile 58 geöffnet, und durch die fortgesetzte Abwärtsbewegung des Kolbens 50 wird das in dem Fluidkammergehäuse 40 verbliebene durchdringende Testfluid zurück in den Vorratsbehälter 11 gedrückt.
Das kugelige Oberteil 70 der oberen Verlängerungsstange 69 des Kolbens trägt dazu bei, den Rundlauf der Achsen des Kolbens 50 und der Universaltestmaschine oder Presse zu sichern.
Bei Anwendungen, bei denen es nicht erwünscht ist, Druckkraft auf den Mittelabschnitt der scheibenförmige Probe S auszuüben, bevor das Fluid durch diese Probe hindurch geleitet wurde, können die porösen Abstandshalter weggelassen werden. In diesem Fall kann der untere Hohlblock 30 in eine derartige Position gedreht werden, daß sich seine Oberseite etwas unterhalb der Oberseite des Stützblocks 28 befindet. Bei dieser Positionierung berührt die Testprobe S während des Einrichtens dieses Tests den unteren Hohlblock 30 nicht; jedoch stützt der untere Hohlblock 30 die Probe S ab, wenn sie unter dem in Normalrichtung hindurch laufenden Fluiddruck während des Testvorgangs nachgibt.
In 5 und 6 ist eine Modifizierung der Anordnung gemäß 1 gezeigt, um einen Test der seitlichen Permeabilität einer ringförmigen Probe R zu ermöglichen. Wie in 5 gezeigt ist, wird dann, wenn die weiter oben beschriebene Anordnung 10 zum Testen einer ringförmigen Probe R in seitlicher Richtung verwendet werden soll, wobei das Fluid radial fließt und eine flache Platte 32 auf dem Stützblock 28 positioniert wird, damit keine Flüssigkeit axial durch den unteren Hohlblock 30 fließt. Vorzugsweise weist die flache Platte 32 an ihrem Außenumfang einen nach unten ragenden Flansch 33 an auf, der so bemessen ist, daß er straff über den Außenumfang des Stützblocks 28 paßt. Zum Ausführen des Tests auf seitliche Permeabilität mit dieser Ausführungsform werden die in der Ausführungsform gemäß 1 – 4 beschriebenen porösen Abstandshalter nicht verwendet.
Die ringförmige Probe R wird auf der flachen Platte 32 in einer Position positioniert, in welche die Unterseite des Radialflansches 47 des Fluidkammergehäuses 40 eingreifen soll. Im Gegensatz zu dem weiter oben beschriebenen Test auf normale Permeabilität, bei dem der Außenumfang der scheibenförmigen Probe S zwischen dem Radialflansch und der Oberseite des Stützblocks 28 mit ausreichendem Druck eingeklemmt war, so daß das Testfluid nicht radial hindurch fließen konnte, liegt bei dem vorliegenden Test auf seitliche Permeabilität der mechanische Kompressionsdruck auf der ringförmigen Testprobe R in der Größenordnung von 0,62 MPa, wobei durch diesen Kompressionsdruckbetrag eine Abdichtung zwischen den flachen Flächen des Radialflansches 47 und dem Stützblock 28 und der ringförmigen porösen Testprobe R hergestellt wird. Infolgedessen wird das Testfluid veranlaßt, durch die ringförmige Testprobe R hindurch seitlich nach außen zu fließen. Der Betrag des Kompressionsdrucks kann verändert werden, um die Permeabilitätsleistung des Materials, aus dem die Testprobe R ausgeformt ist, unter verschiedenen Kompressionsdruckbedingungen zu messen.
In 7 ist eine modifizierte Permeameter/Porosimeter-Anordnung 110 gezeigt, die sich zur Vornahme von Messungen an einer Probe mit einem Durchmesser eignet, der größer als der maximale Durchmesser der Testprobe ist, die an den in 1 – 6 beschriebenen Anordnungen getestet wurde. Sie besitzt auch die Fähigkeit zur Vornahme von Messungen nicht nur an einer Probe des porösen Materials selbst, sondern auch an einer ringförmigen Probe porösen Materials, das mit einem anderen Element als Teil einer Anordnung verklebt ist, beispielsweise einer Kupplungsscheibe.
Die Anordnung 110 umfaßt ein Basiselement 112 ähnlich dem Basiselement 12 der Ausführungsform gemäß 1. Demgemäß werden die Einzelheiten des Basiselementes nicht weiter beschrieben, mit Ausnahme der Anmerkung, daß das Basiselement 112 eine Schulter 117 umfaßt, die von einer zylindrischen Seitenwand 116 radial nach innen vorsteht, und daß in der Schulter eine Mehrzahl von Schlitzen 119 vorhanden ist, damit das durchdringende Testfluid ablaufen kann. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform weist die Querwand 118 eine Öffnung 124 auf, an der ein Auslaßrohr 26 befestigt werden kann.
In der Ausnehmung 114 ist ein Stützblock 128 positioniert, der eine Unterseite 130 aufweist, die auf der Schulter 117 aufliegt. Bei Betrachtung von oben ist der Stützblock 128 scheibenförmig mit einer flachen, kreisförmigen Oberseite 129. Von der Unterseite 130 steht ein zylindrischer Vorsprung 132 nach unten vor,,. der so bemessen ist, daß er in die zylindrische Wand 120 paßt, die von der Schulter 117 des Basiselementes 112 nach unten vorsteht. Wie aus 7 zu ersehen ist, sind in dieser Ausführungsform keine Hohlblöcke vorhanden, und auf Grund der festen, scheibenförmige Oberseite 129 des Stützblocks 128 kann Testfluid erst dann in Axialrichtung über diese Seite 129 hinaus fließen, wenn es durch die in Prüfung befindliche ringförmige Probe RR hindurch radial nach außen geflossen ist.
In das Basiselement 112 greift ein Fluidkammergehäuse 140 ein, das einen oberen, axial verlaufenden rohrförmigen Abschnitt 142 und einen vergrößerten unteren Abschnitt 144 aufweist. Der untere Abschnitt 144 weist einen radial nach außen vorstehenden Flansch 147 auf, der so bemessen ist, daß er in die zylindrische obere Seitenwand 126 des Basiselementes 112 in festem Eingriff mit dieser paßt. In dem oberen rohrförmigen Abschnitt 142 des Fluidkammergehäuses 140 ist ein Kolben 50 der in Bezug auf 1 beschriebenen Art positioniert. Der untere Abschnitt 144 ist mit einem Kanal 134 versehen, der sich in Axialrichtung hindurch erstreckt, damit das Testfluid nach seiner Einleitung durch die Öffnung 53 hindurch aus dem oberen rohrförmigen Abschnitt 142 fließen kann.
Der Druckring 60 steht in der bei der vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Weise in Eingriff mit dem Basiselement 112. Zwischen dem Druckring 60 und der Oberseite des Radialflansches 147 sind kugelige Unterlegscheiben 63 positioniert.
Bei Gebrauch wird eine ringförmige Testprobe RR auf der flachen Oberseite 129 des Stützblocks 128 positioniert. Dann wird das Fluidkammergehäuse 140 auf dem Basiselement 112 positioniert, wobei der Außenrand des Radialflansches 147 in der zylindrischen oberen Seitenwand 116 des Basiselementes 112 positioniert wird und die Unterseite des unteren Abschnitts 144 mit der ringförmigen Testprobe RR in Eingriff kommt. Wie in 7 zu sehen ist, wird durch diese Positionierung des Fluidkammergehäuses 140 ein Zwischenraum 138 zwischen der Unterseite des unteren Abschnitts 144 und der Oberseite 129 des Stützblocks 128 geschaffen. Der Betrag des Kompressionsdrucks auf der Testprobe R liegt in der Größenordnung von 0,62 MPa.
Nachdem sich der Kolben 50 in gehobener Position in dem oberen ringförmigen Abschnitt 142 des Fluidkammergehäuses 140 befindet, wird Fluid durch die Öffnung 53 des Kolbens 50 hindurch eingeleitet und fließt durch den Axialkanal 134 des unteren Abschnitts 144 des Fluidkammergehäuses 140 und in den Zwischenraum 138. Beim Erhitzen das Testfluids auf die gewünschte Temperatur und Schließen des Kugelventils 58 wird der Kolben 50 nach unten betätigt, um das Testfluid aus dem Fluidkammergehäuse 140, dem Axialkanal 134, in Radialrichtung durch den Zwischenraum 138 und in Radialrichtung durch die ringförmige Testprobe RR zu drücken.
Die Ausführungsform gemäß 7 läßt sich auch ohne weiteres modifizieren, um eine scheibenförmige Probe in normaler Richtung testen zu können. Das kann erfolgen, indem der Stützblock 128 mit einer festen Oberseite 129 durch einen Stützblock mit einer in Axialrichtung durch diesen verlaufenden mittigen Öffnung ersetzt wird und in der in 8 gezeigten Weise ein fester Abstandshalterring zwischen die scheibenförmige Probe und die Fluidkammer eingelegt wird.
In 8 ist eine modifizierte Permeameter/Porosimeter-Anordnung 210 gezeigt, die sich zur Vornahme von Messungen an einer scheibenförmigen Probe S in normaler Richtung eignet.
Die Anordnung 210 umfaßt ein Basiselement 112, das mit dem Basiselement der Ausführungsform gemäß 7 identisch ist. Demgemäß werden die Einzelheiten des Basiselementes 112 nicht weiter beschrieben, mit Ausnahme der Anmerkung, daß die Querwand 118 eine Öffnung 124 aufweist, an der ein Auslaßrohr 26 befestigt werden kann.
In der Ausnehmung 114 ist ein ringförmiger Stützblock 228 positioniert, der ein Innengewinde 229 und einen radial nach außen vorstehenden Flansch 227 aufweist, der auf der Schulter 117 des Basiselementes 112 aufliegt.
In dem Stützblock 228 ist ein Hohlblock 230 untergebracht, der in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde 229 steht. Der Hohlblock 230 ist auf dem Stützblock 228 durch Drehung einstellbar, wenn er in Gewindeeingriff mit dem Stützblock 228 steht, um sein oberes Ende in der gewünschten Höhe zu positionieren. Der Hohlblock 230 ist mit einer Vielzahl von Strömungskanälen 231 versehen, die axial durch diesen hindurchlaufen. Die Anzahl der durch den Hohlblock 230 hindurch verlaufenden Strömungskanäle 231 ist derart, daß sie im wesentlichen den gesamten Querbereich des Hohlblocks 230 einnehmen, was bei Betrachtung aus einer axialen Richtung das Aussehen einer Wabe bietet. Die Anzahl der Strömungskanäle 231 in Verbindung mit deren Größen ist derart, daß sie sich im Verhältnis zu durchdringendem Fluid, das durch die in Prüfung befindliche Probe fließt, minimal auf den Strom des hindurch fließenden durchdringenden Fluids auswirkt. Bei Bedarf kann ein poröser Abstandshalter auf dem Hohlblock 230 positioniert werden.
Mit dem Basiselement 112 in Eingriff steht ein Fluidkammergehäuse 140, das mit dem Fluidkammergehäuse 140 der Ausführungsform gemäß 7 identisch ist. In dem oberen rohrförmigen Abschnitt 142 des Fluidkammergehäuses 140 ist ein Kolben 50 der in Bezug auf 1 beschriebenen Art positioniert. Der untere Abschnitt 144 ist mit einem Kanal 134 versehen, der sich in Axialrichtung hindurch erstreckt, damit das durchdringende Testfluid nach seiner Einleitung durch die Öffnung 53 aus dem oberen rohrförmigen Abschnitt 142 fließen kann.
Der Druckring 60 steht in der bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen Weise in Eingriff mit dem Basiselement 112. Zwischen dem Druckring 60 und der Oberseite des Radialflansches 147 sind kugelige Unterlegscheiben 63 positioniert.
Beim Testen der Probe S wird, nachdem die Probe S derart positioniert ist, daß ihr Umfangsrand auf der Oberseite des Stützblocks 228 aufliegt, wobei ihr zu testender Mittelabschnitt auf dem Hohlblock 230 positioniert ist, ein ringförmiger, fester Abstandshalterring 240 mit einer Dicke im Bereich von 5 mm ± 2 mm auf diesem Umfangsrand der Probe S positioniert. Dann wird das Fluidkammergehäuse 140 in dem Basiselement 112 positioniert, wobei der untere Abschnitt 144 in den Abstandshalterring 240 eingreift. Durch Eingriff des Druckrings 60 in das Basiselement 112 in der weiter oben beschriebenen Weise wird bewirkt, daß der Abstandshalterring 240 den Umfangsrand der Probe S entgegen der Oberseite des Stützblocks 228 mit genug Druckkraft komprimiert, so daß kein durchdringendes Fluid radial nach außen fließen kann. Bei Bedarf kann in die Ringnut in der Oberseite des Stützblocks eine Ringdichtung eingesetzt werden. Dann kann das durchdringende Fluid in der weiter oben beschriebenen Weise durch die Öffnung 53 des Kolbens 50, den Kanal 134, durch die Probe S in normaler Richtung zu dieser, durch die Strömungskanäle 231 hindurch eingeleitet und aus dem Auslaß 124 heraus geleitet werden.
Durch Messung des Drucks, mit dem das Testfluid durch die Probe S, R oder RR hindurch gedrückt wird, der Dicke der Probe S oder der seitlichen Breite, durch die das Testfluid bei den Proben R und RR fließt, des Gewichts dieser Proben, der Drucklast auf den zu testenden Abschnitten der Probe und der Durchflußzeit lassen sich Permeabilität, Porosität, Porengrößenverteilung, durcschnittliche Porengröße und Anzahl der Poren pro Flächeneinheit berechnen.
Ein Hauptmerkmal des Permeameters gemäß der vorliegenden Erfindung ist dessen Fähigkeit zur Bestimmung der Flüssigkeitspermeabilität von Reibungsmaterialien, die bei Naßkupplungsanwendungen in Automatikgetrieben verwendet werden. Eine Naßkupplung enthält eine Anzahl von inneren (oder äußeren) kerbverzahnten Kupplungsscheiben und äußeren (oder inneren) kerbverzahnten Zwischenplatten, die wechselweise zwischen einer Nabe und einem Gehäuse gepackt sind. Die inneren kerbverzahnten Platten sind an der Nabe befestigt, und die äußeren inneren kerbverzahnten Platten sind an dem Gehäuse befestigt. Die Kupplungsscheiben bestehen aus porösen Reibmaterialien, die zur mechanischen Unterstützung auf Stahlkernscheiben aufgeklebt sind. Gewöhnlich drehen sich die Kupplungsscheiben und die Zwischenplatten mit verschiedenen Drehzahlen, bevor die Kupplung eingerückt wird. In den Freiraum zwischen den Platten wird durch die radialen Löcher an der Nabe hindurch ein Ölstrom zu Kühl- und Schmierzwecken geliefert. Während des Einrückens der Kupplung werden die Platten von einem Kolben zusammengedrückt. Das zwischen den Platten befindliche Öl wird aus der Trennfläche herausgedrückt oder dringt in die Poren des Reibungsmaterials ein und daraus heraus. Zu Beginn eines Einrückvorgangs dringt das Öl in normalen Richtungen in das Reibungsmaterial ein und dringt in seitlicher Richtung aus dem Material heraus. Am Ende eines Einrückvorgangs kann das Öl abhängig von der Beschleunigungsrichtung und dem Kompressionsgrad in die oder aus den Poren gedrückt werden. Der Einrückvorgang ist abgeschlossen, wenn zwischen den Kupplungsscheiben und den Zwischenplatten keine Drehzahldifferenz besteht. Die Drehmomentkapazitä einer Kupplung hängt von der thermischen und der mechanischen Beständigkeit des Reibungsmaterials und von dem Reibungskoeffizienten der Trennfläche ab.
Die Permeabilität wirkt sich auf die Temperatur der Trennfläche und daher auf die thermische Beständigkeit eines Reibungsmaterials aus. Weiterhin wirkt sich die Permeabilität auf die Form der Drehmomentansprechkurve aus, indem zu Beginn des Einrückvorgangs der anfängliche Reibungskoeffizient höher oder niedriger wird. Ein abnehmender Reibungskoeffizient bei abnehmender Drehzahl bildet eine positive Drehmomentkurvenform, und ein zunehmender Reibungskoeffizient bei abnehmender Drehzahl bedeutet eine negative Drehmomentkurvenform. Da eine negative Drehmomentkurvenform die Voraussetzungen für ein Ruckgleiten und Zittern besitzt, ist eine positive Drehmomentkurvenform erwünscht.
Reibungsmaterialfachleute möchten die Permeabilität in normaler und in planarer Richtung messen und steuern, so daß sie die Beziehungen zwischen der Permeabilität eines Reibungsmaterials und die Naßreibungsleistung des Materials untersuchen können. Für eine Voraussage der Leistung von Reibungsmaterialien erfordern die Wärmemodelle von Kupplungen und die Einrückmodelle von Kupplungen, daß genaue Messungen der Permeabilitätskonstanten erfolgen.
Mit dem neuen Permeameter können nicht nur Daten für die mathematischen Modelle geliefert werden, sondern es kann auch das Zusammenwirken von Fluids von Automatikgetrieben mit Reibungsmaterialien untersucht werden. Zwei Getriebefluids mit der gleichen Viskosität bei der Testtemperatur können auf Grund der Unterschiede in ihrem Gehalt an Zusatzstoffen und in der chemischen Zusammensetzung unterschiedliches Permeationsverhalten aufweisen. Zusätzlich zu der Permeabilität läßt sich aus den mit dem neuen Permeameter vorgenommenen Messungen die Porosität berechnen. Die Porosität wirkt sich auf die mechanische Festigkeit und auf den Reibungskoeffizienten eines Reibungsmaterials aus.
BEISPIEL I
Der Test auf normale Permeabilität wurde an einer Probe ausgeführt, die eine Scheibe mit einem Durchmesser von 63 mm war. Der Außenrand der Probe von 50,8 mm bis 63 mm wurde zwischen der flachen Oberseite des Stützblocks 28 und einer Unterseite des unteren Abschnitts 44 des Fluidkammergehäuses 40 komprimiert, um seitliche Undichtigkeit zu verhindern. Der Druck auf dem Außenrand der Probe betrug 2 MPa. Das Testfluid wurde durch den 50,8 mm im Durchmesser betragenden Mittelabschnitt der Scheibe mit einer Fläche von 2027 mm² hindurch geleitet. Das Testfluid war Automatikgetriebefluid FN1996 mit einer absoluten Viskosität von 61,6 × 10^–3 (Pa) bei Zimmertemperatur (22,5°C) und wurde durch die Dicke der Probe, und zwar von einem (1) mm, mit einem Fluiddruck von 0,23 MPa geleitet. Die Menge des durch die Probe fließenden Fluids betrug 292 cm³.
BEISPIEL II
Der Test auf seitliche Permeabilität wurde an einer ringförmigen Probe von 63 mm Innendurchmesser und 82 mm Außendurchmesser ausgeführt. Deshalb betrug die Probenfläche, die von dem Fluid duchflossen wurde, 227 mm2. Die Strecke, über die das Fluid durch die Probe floß, betrug 9,5 mm, d.h. die Breite des Kreisrings des Rings. Das Testfluid war Wasser mit einer absoluten Viskosität von 1 × 10^–3 Pa und wurde mit einem Fluiddruck von 0,23 MPa. durch die Probe hindurch geleitet. Der mechanische Kompressionsdruck an der Probe betrug 0,62 MPa. Die Menge des durch die Probe fließenden Fluids betrug 292 cm³.
Die Strömungsmenge des Fluids wurde aus den Messungen von Fluidverdrängung und Zeit errechnet. Das Volumen des festgehaltenen Fluids wurde aus den Messungen von Gewicht und Dicke jeder Probe vor und nach einem Test errechnet. Durch die oben beschriebenen Berechnungen ergaben sich die Permeabilitäts- und Porositätsdaten.
Für den Fachmann ist erkennbar, daß zahlreiche Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Vorrichtung zum Messen eines Fluidstroms durch eine Probe (S; R; RR) aus porösem Material, mit: (a) einem Stützelement (28; 128; 228) mit einer Fläche zum Abstützen der Probe; (b) einem Fluidkammergehäuse (40; 140) mit einer zylindrischen Wand (42; 142) und einer Endwand (44; 144), die zwecks Bildung einer Kammer zum Aufnehmen des Fluids zusammenwirken, wobei die Endwand eine Fläche aufweist, die mit der Fläche des Stützelementes zusammenwirkt, um die Probe dazwischen einzuspannen; (c) einer Öffnung (45; 134) in der Endwand (44; 144) zum Einführen des Fluids in die Probe; und (d) einem Fluidstromregler zum Hindurchdrücken des Fluids unter Druck durch die Öffnung und die Probe; dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstromregler einen Kolben (50) mit einer Stange (68) und einem vergrößerten Kopf aufweist, wobei der vergößerte Kopf eine Öffnung (53) aufweist, um das Einbringen des Fluids in die Kammer und die Öffnung (45; 134) zu ermöglichen und durch die Bewegung des Kolbens zu der Probe (S; R; RR) hin den Fluidstrom durch die Probe hindurch zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Stützelement (28; 228) eine Öffnung und einen in der Öffnung positionierten Hohlblock (30; 230) enthält, wobei der Hohlblock eine Mehrzahl von durch diesen verlaufenden Kanälen (31; 231) zum Aufnehmen des durch die Probe laufenden Fluids aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Hohlblock (30; 230) schraubbar (29; 229) in der Öffnung des Stützelementes (28; 228) gehalten wird und gedreht werden kann, um die Position des Hohlblocks relativ zu der Fläche des Stützelementes zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, ferner mit einem porösen Abstandshalter (36). an dem Hohlblock in, einer Position, in welche die Probe (S) eingreift, wobei der poröse Abstandshalter den Fluidstrom durch diese hindurch ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, ferner mit einen zweiten Hohlblock (46), der in der Öffnung der Endwand (44) des Fluidkammergehäuses positioniert ist, wobei der zweite Hohlblock eine Mehrzahl von durch diesen verlaufenden Kanälen (48) zum Aufnehmen des durch die Öffnung (53) des vergrößerten Kolbenkopfes laufenden Fluids aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner mit einem ringförmigen Abstandshalterring (240), der über dem Umfangsrand einer auf dem Stützelement (228) abgestützten scheibenförmigen Probe (S) liegt, wobei der Abstandshalterring mit der Endwand (144) des Fluidkammergehäuses in Eingriff steht und die Öffnung (134) der Endwand umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Stützelement (128) eine feste Fläche (129) aufweist, die mit der Fläche der Endwand (144) zusammenwirkt, um die Probe (RR) dazwischen einzuspannen, und die feste Fläche das durch die Probe fließende Fluid radial nach außen strömen läßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Stützelement (28) eine Öffnung enthält und ferner ein Plattenelement (32) mit einer festen Fläche umfaßt, wobei das Plattenelement mit dem über der Öffnung liegenden Stützelement in Eingriff steht und das durch die Probe fließende Fluid radial nach außen strömen läßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Fluidkammergehäuse (40; 140) einen sich nach außen erstreckenden Flansch (47, 147) enthält und ferner (i) ein Basiselement (12; 112) enthält, wobai das Stützelement (28; 128; 228) in dem Basiselement gehalten wird, und (ii) ein Einspannelement (60) enthält, das mit dem Basiselement (12; 112) in Eingriff kommen kann, wobei das Einspannelement (60) betätigbar ist, um den sich nach außen erstreckenden Flansch (47, 147) an dem Stützelement (28; 128; 228) zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner mit einer Gruppe von sich selbst ausrichtenden kugeligen Unterlegscheiben (63; 163) zwischen dem Einspannelemsnt (60) und dem Flansch (47, 147), um einen gleichmäßigen Druck auf eine Probe (S; R; RR) des Materials aufzubringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Fluidkammergehäuse (40; 140) einen sich nach außen erstreckenden Flansch (47, 147) enthält und ferner ein Basiselement (12; 112) mit Gewinde (19) und ein schraubbar in Eingriff mit dem Basiselement stehendes Druckelement (60) enthält, wobei das Druckelement betätigbar ist, um Druck auf den sich nach außen erstreckenden Flansch (47; 147) auszuüben, um das Fluidkammergehäuse (40; 140) an dem Stützelement (28; 128; 228) zu halten und eine Prüfprobe (S, R; RR) zusammenzudrücken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner mit einem Heizelement (66) und einem Temperaturregler (67) zum Steuern der Temperatur des Fluids in dem Fluidkammergehäuse.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit einem Fluidspeicherbehälter (11) und einer Fluidtransportleitung (55 – 57) im geregelten Kreis.
Verfahren zum Messen einer Probe porösen Materials auf normale wie auch auf seitliche Durchlässigkeit, wobei die Probe voneinander beabstandete erste und zweite Seiten aufweist, mit den folgenden Schritten: (a) Entnehmen eines scheibenförmigen Elementes von der Probe und dadurch Hinterlassen eines zweiten Abschnitts der Probe, wobei das scheibenförmige Element eine erste Unterprobe (S) mit einem ringförmigen Außenrand bildet, der sich zwischen den ersten und zweiten Seiten erstreckt, und der zweite Abschnitt eine ringförmige zweite Unterprobe (R; RR) mit einer Öffnung bildet, die von einem ringförmigen Innenrand gebildet wird, der sich zwischen den ersten und zweiten Seiten erstreckt; (b) Einspannen eines ringförmigen Abschnitts der ersten Unterprobe angrenzend an den ringförmigen Außenrand zwischen dem ersten und dem zweiten ringförmigen Stützelement (28, 47) und Stömenlassen eines hindurchdringenden Fluids in normaler Richtung durch die erste Unterprobe; und (c) Einspannen der zweiten Unterprobe zwischen einem ringförmigen ersten Element (47; 147) und einem zweiten Stützelement (32; 128) und Strömenlassen des durchdringenden Fluids in seitlicher Richtung durch die zweite Unterprobe von dem ringförmigen Innenrand nach außen, (d) wobei die Schritte des Einspannens der ersten Unterprobe und des Hindurchströmenlassens des durchdringenden Fluids und des Einspannens der zweiten Unterprobe und des Hindurchströmenlassens des durchdnngenden Fluids jeweils in einer Vorrichtung nach der Definition in Anspruch 1 ausgeführt werden.