CS261139B1 - Solární zařízení pro .urychlená zkoušky atmosférického stárnutí - Google Patents

Description

Vynález se týká solárního zařízení pro urychlené zkoušky atmosférického stárnutí a koroze materiálů syntetických i přírodních, .nekovových i kovových a z nich vyrobených výrobků. Zařízení je určeno k rychlému zjišťování dlouhodové .až více než desetileté životnosti a zbytkových hodnot různých fyzikálních a mechanických vlastností materiálů a modelových výrobků pro účely výrobní i aplikační, a to v době kratší jednoho roku.

Dosud používaná zařízení k rychlému zjišťování relativního chování materiálů pro venkovní aplikace jsou založená na tzv. zkouškách umělého neboli urychleného stárnutí, resp. koroze materiálů v komerčně vyráběných zkušebních zařízeních s umělými zdroji Intenzivního světelného záření, jako jsou xenonové či rtuťové výbojky nebo· uhlíkový oblouk, a to za současného působení cyklického· zahřívání, ochlazování, zvlhčování, skrápění vodou a případně za současného působení různých agresivních plynů nebo roztoků na zkoušené vzorky materiálů.

Mezi taková zkušební zařízení pro umělé napodobení hlavních klimatických faktorů a pro zintenzívnění jejích účinků patří např. i zařízení, které sestává ze soustavy leštěných hliníkových zrcadel, odrážejících přímé sluneční paprsky na protilehle umístěné vzorky, jejichž celková plocha je 10 X menší, než je plocha zrcadel. Zkoušené vzorky materiálů, které jsou tak ozařovány koncentrovaným slunečním světlem cca desetinásobné intenzity, jsou k zamezení přehřátí ofukovány vzduchem a případně ještě ostřikovány v určitých časových intervalech destilovanou vodou.

Nevýhodou uvedených zařízení je zejména to, že mohou sloužit pouze pro· relativní porovnávání zkoušených materiálů mezi sebou, nikoliv však ke stanovení reálné životnosti, tj. doby použitelnosti materiálů za podmínek odpovídajících jejich přirozenému povětrnostnímu stárnutí nebo korozi při venkovních aplikacích materiálů v praxi. Důvodem je ta skutečnost, že uměle připravené klimatické podmínky ve výše uvedených zařízeních neodpovídají souboru všech klimatických faktorů a podmínek, které se uplatňují při přirozeném atmosférickém stárnutí na povětrnosti.

Z čs. AO č. 253 653 je známo solární zařízení pro· urychlené zkoušky atmosférického stárnutí a koroze materiálů za použití koncentrovaného slunečního záření odraženého kovovými zrcadly, umístěnými na otočném rámu s protilehle umístěnými vzorky ofukovanýml vzduchem, u něhož na elektricky poháněné točně se svislou osou otáčení jsou upevněny stojiny s rámem, na němž jsou připevněna kovová desková zrcadla, uspořádaná do dvou paraboloidů pro odraz slunečních paprsků na dva protilehle umístěné držáky zkoušených materiálů, a na zadní části rámu s kovovými deskovými zrcadly je připevněna sběrná kapota s podélnými otvory pro sběr a svedení vody a atmosférického spádu na ozařovaný povrch zkoušených materiálů. Na rámu je je upevněno čtyřboké fotočlánkové čidlo s napojeným elektronickým naváděcím zařízením s časově řízeným programem.

Určitým nedostatkem výše popsaného zařízení je to, že při rozptýleném slunečním světle, např. při oblačném počasí nebo za tmy, např. v noci, není zajištěno osvětlování vzorků. V těchto obdobích pak má zařízení relativně sníženou účinnost.

Jinou nevýhodou je i ta skutečnost, že zařízení s elektricky poháněnou točnou neumožňuje využití stávajících pohonných jednotek, které jsou založeny např. na otáčivém mechanickém expozičním stojanu, který je naváděn z,a sluncem .pomocí programové kulisy s mikrospínači a hodinového strojku, který prostřednictvím elektromotoru s planetovou převodovkou natáčí přes kuželový ozubený převod hřídel s expozičním rámem tak, aby přímé sluneční paprsky dopadaly vždy kolmo na rovinu expozičního rámu.

Uvedené nedostatky odstraňuje modifikované solární zařízení pro· urychlené zkoušky atmosférického stárnutí a koroze materiálů podle vynálezu, sestávající z otočného rámu, na němž jsou umístěna jednak zrcadla pre· odraz a koncentraci slunečního záření, jednak vzorky ofukované vzduchem. Na zadní straně zrcadel jsou umístěny sběrné kapoty s volným středovým prostorem pro sběr a koncentraci vodních srážek a atmosférického spádu na ozářený povrch sklopených vzorků. Otočný rám se zrcadly a se vzorky je umístěn na otáčivém stojanu poháněném prostřednictvím vačkového mechanismu a kuželového ozubeného převodu elektromotorem, přičemž otáčení stojanu je elektromechanicky řízeno vůči slunci.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že na otočném rámu je pomocí spodního kloubového spojení a horních zajištovacích kolíků upevněn sklopný rám, na jehož zadní straně je umístěna sběrná kapota skloněná směrem k volnému středovému prostoru, a na jehož přední straně jsou^; po obou stranách volného středového, prostoru umístěny dvě řady deskových zrcadel z leštěného kovu, které vytváří reflexní panel. Na sklopném rámu je na nosnících upevněn expoziční panel se vzorky. Pod okrajovými částmi expozičního panelu jsou umístěny dva ventilátory a po obou podélných stranách expozičního panelu jsou v jeho· těsné blízkosti umístěny v ochranných světloodrážejících krytech UV-zářivky.

Reflexní panel je tvořen kovovými zrcadly uspořádanými paraboloidně do řad a uloženými na společných .natáčecích mechanismech. Sběrná kapota sestává ze dvou částí umístěných symetricky na obou stranách volného středového prostoru, přičemž sklon obou částí je 2 až 20°. Sklopný rám je sklopně uložen na otočném rámu, a to prostřednictvím mechanismu sestávajícího ze středově umístěného klikového mechanismu rámu, kladky, nosného lanka a zvedacího lanka.

Zařízení podle vynálezu je zdokonalenou modifikací zařízení podle čs. AO č. 253 653. Systém kovových, parabolořdně uspořádaných deskových zrcadel umožňuje odraz a koncentraci slunečního záření na vzorky uimístěné v protilehle upevněném expozičním panelu. Společný natáčecí mechanismus u•možňuje přesné nastavení jednotlivých řad zrcadel do společného ohniska. Sklon osy otáčení v, úhlu odpovídajícím podobně jako u hvězdářského dalekohledu — zeměpisné šířce umožňuje lépe sledovat pohyb slunce po obloze.

Sklápěcí mechanismus sestávající z klikového mechanismu rámu, kladky, nosného lanka a zvedacího lanka, případně se servomotorky, programovou kulisou a časovým strojkem, umožňuje sklopení expozičního rámu při oblačném, počasí, při dešti a v noci do klidové polohy, a naopak jeho zvednutí do pracovní polohy naváděné za sluncem. V klidové poloze slouží kapota umístěná na zadní straně sklopného rámu pro sběr a koncentrující odvod atmosférického spádu, tj. vody a prachu na vzorky. Za oblačného počasí a za tmy jsou vzorky osvětlovány UV-zářivkami umístěnými v jejich těsné blízkosti v ochranných světloodrážejících krytech. Přehřívání vzorků při ozařování slunečním zářením je zabráněno ofukovámím vzduchem pomocí ventilátorů.

Výhody zařízení podle vynálezu spočívají zejména v tom, že desetinásobně zvyšuje degradaoní účinek přirozeného· slunečního záření a korozívně-erozívní účinek přirozených vodních srážek a ostatního atmosférického spádu na zkoušené materiály v· jaké; koliv klimatické oblasti, v· níž je zařízení používáno, čímž dochází až k desetinásobnému. zrýchlení zkoušek přirozeného atmosférického stárnutí a koroze materiálů. To· úmožňuje zjišťování dlouhodobé, až desetileté reálné životnosti a zbytkových hodnot mechanických a fyzikálních vlastností stárnutých materiálů pro účely výrobní i aplikační, a to v· době kratší jednoho roku, a přináší tím vysoké ekonomické a společenské přínosy výrobcům a uživatelům zkoušených materiálů.

Ke zvýšení účinnosti modifikovaného solárního zařízení přispívá značně i ta okolnost, že zkoušené materiály jsou v době zkoušek, kdy je nízká intenzita slunečního záření, např. při oblačném počasí, v noci, příp. za deště podrobovány permanentně působícímu velmi účinnému UV-zářeni pomocí přídavných UV-zářivek s nízkým elektrickým příkonem.

Dalšími výhodami modifikovaného zařízení podle vynálezu je použitelnost stávajících pohonných jednotek s elektromechanickým expozičním stojanem naváděným za sluncem, a tím relativně malé náklady na výrobu celého zařízení, relativně nízká spotřeba elektrické energie a splnění podmínek pro bezpečnost práce při trvalém provozu.

•Příkladné provedení solárního zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na přiložených vyobrazeních, kde na obr. 1 je boční pohled na solární zařízení v pracovní poloze, ma obr. 2 je čelný pohled na stejné zařízení v pracovní poloze, a na obrázku 3 je boční pohled na· sklopenou část zařízení v klidové poloze.

U solárního zařízení na obr. 1 je na masivní nosné konstrukci 20 otočného stojanu umístěn natáčecí hřídel 15, jehož rotační osa je vůči horizontu skloněna v úhlu 50°. Na horní části natáčecího hřídele 15 je namontován vačkový mechanismus 16. V nosné konstrukci 20 otočného stojanu je uložen elektromotor 17 s planetovou převodovkou, která pomocí kuželového ozubeného převodu 19 pootáčí natáčecím hřídelem 15. V ovládací skříni 18 je uložena programová kulisa, mikrospínače a· časový strojek pro navádění stojanu za sluncem. Celoroční vyrovnávání relativní deklinace slunce je zajišťováno šnekovou skříní 26 a klikovým mechanismem 27 stojanu.

Výše popsané části tvoří pohonnou část otočného stojanu, na které je umístěna část expoziční. Na rámu 28 otočného stojanu je pomocí spodního kloubového spojeni 10 a horních zajišťovacích kolíků 12 upevněn sklopný rám 1, na· jehož zadní straně je umístěna sběrná kapota 11 sestávající ze dvou částí, které jsou skloněny směrem k volnému středovému prostoru 25 pro sběr a odvod atmosférického· spádu v úhlu 5°. Na přední straně sklopného rámu 1 jsou po obou stranách volného středového prostoru 25 na společných natáčecích mechanismech 4 upevněna reflexní kovová desková zrcadla 3. Expoziční panel 5, na němž jsou upevněny zkoušené vzorky, je nesen nosníky 2 pevně spojenými se sklopným rámem 1.

Po obou podélných stranách expozičního panelu 5 jsou umístěny světloodrážející kryty 6, v nichž jsou umístěny U V-zářivky. Pod boky expozičního panelu 5 jsou upevněny dva ventilátory 7. Na expozičním panelu 5 je ještě umístěn regulační dvojkovový teploměr 8. Zaměřovači trubice 9 pevně spojená se sklopným rámem 1 slouží k přímému nastavení celé expoziční části vůči slunci.

Z polohy pracovní, znázorněné na obr. 1 a 2, se sklopný rám 1 sklápí do polohy klidové, znázorněné na obr. 3, prostřednictvím regulačně ovládatelných prvků, kterými jsou natáčecí rukojeť 13, spojená hřídelí 21 spojenou s klikovým mechanismem 14 rámu, ovládajícím přes kladku 24 zvedací lanko 23. Stabilita klidové polohy zajišťuje nosné lanko· 22.

Funkce solárního zařízení v podstatě vyplývá z konstrukce. Zkoušené vzorky, např.

&

plastů, jsou uloženy v expozičním panelu 5. Za slunečného počasí je expoziční část soláriního zařízení v pracovní (poloze, znázorněné na obr. 1 a 2. Desková zrcadla 3 jsou pomocí zaměřovači trubice 9 nastavena směrem ke slunci. Natáčecí hřídel 15 je pomocí vačkového' mechanismu 10 pootáčena elektromotorem 17 spuštěným ve dvacetiminutových intervalech vždy ma 15 s o 5°, takže sluneční paprsky dopadají vždy kolmo na sklopný rám 1.

Expoziční část se tak pootáčí za sluncem denně a celoročně od 5 hodin ráno až do 19 hodin večer, a potom se automaticky vrací do» výchozí polohy. Toto navádění za sluncem je zajišťováno programovou kulisou s mikrospínači a pomocí časového strojku, umístěných v ovládací skříni 16. Celoroční vyrovnávání relativní deklinace slunce u sklopného rámu 1 je automaticky zajišťováno šnekovou skříní 26 s klikovým mechanismem 27 stojanu tak, že deklinační křivka expoziční části je po celý rok přibližně shodná s relativní deklinační křivkou slunce, s maximální odchylkou 6°.

iSluneční záření je deskovými zrcadly 3 soustřeďováno na vzorky uložené v expozičním panelu 5. Maximální účinnost expozice je zajištěna paraboloidním uspořádáním deskových zrcadel 5, přičemž jejich přesné nastavení umožňují společné natáčecí mechanismy 4 s okrajově nastavitelnou polohou, která je zajišťována pomocí kloubů a fixačních šroubů pro nastavení odrazu slunečního zářemi z jednotlivých řad deskových zrcadel 3 do společného ohniska v místě vzorků. Dostatečné ochlazování ozařovaných vzorků vzduchem zajišťují ofukovací ventilátory 7. Regulační dvojkovový teploměr 8 umístěný na expozičním panelu 5 vypne při 'překročení maximální povrchové teploty vzorků, např. při dosažení 70 °C otáčeni celého zařízení za sluncem, a tím zabrání při náhodné poruše ventilátorů přehřátí vzorků. Povrchová teplota vzorků je průběžně během celého provozu snímána termočlánky umístěnými na různých místech expozičního povrchu.

Urychlení účinků korozívně a erozívmě působících vodních srážek, kyselého deště, prachu apod. na zkoušeném materiálu se dosahuje koncentrací atmosférického spádu tím, že při nízké intenzitě slunečního světla, např. při oblačném počasí, za tmy a deště se celé zařízení předem převede do rovnovážné, mechanicky vyvážené polohy — k jihu —- a sklopný rám 1 se sklopí do klidové polohy znázorněné na obr. 3, v níž sběrná kapota 11 umožňuje sběr a následné odvádění vodních srážek a jiného atmosférického spádu na vzorky. Plocha sběrné kapoty H je 10 X větší, než je plocha vzorků, proto i množství srážek působících na vzorky je zhruba desetinásobné.

Vzhledem k tomu, že i účinná plocha deskových zrcadel je desetinásobná oproti ploše vzorků, dosahuje se desetinásobného zrychlení působení slunečního záření, které je hlavním faktorem stárnutí polymerních materiálů. K tomuto urychlovacímu účinku přispívá rovněž dodatečné působení přídavných UV-izářivek, ozařujících vzorky v expozičním panelu 5 v klidové poloze, tj. při oblačném počasí, v» noci, za deště apod.

Claims (4)

1. Solární zařízení pro urychlené zkoušky atmosférického stárnutí a koroze materiálu, sestávající z otočného rámu, na němž jsou jednak umístěna zrcadla pro odraz a koncentraci slunečního záření, jednak protilehle umístěny vzorky ofukované vzduchem, dále sestávající ze sběrné kapoty umístěné na zadní straně zrcadel, s volným středovým prostorem pro sběr a koncentraci vodních srážek a atmosférického spádu ma ozářený povrch sklopených vzorků, přičemž otočný rám se zrcadly a se vzorky je umístěn na otáčivém stojanu poháněném prostřednictvím vačkového mechanismu a kuželového ozubeného převodu elektromotorem, přičemž otáčení stojanu je elektromechanicky řízeno» vzhledem k slunci, vyznačené tím, že na otočném rámu (28) je pomocí spodního kloubového spojení (10) a horních zajišťovacích kolíků (12) upevněn sklopný rám (1), na jehož zadní straně je umístěna sběrná kapota (11) skloněná směrem k volnému středovému prostoru (25), a na jehož

YNÁLEZU přední straně jsou po obou stranách volného středového prostoru (25) umístěny dvě řady deskových zrcadel (3) z leštěného kovu, vytvářející reflexní panel, přičemž na sklopném rámu (1) je na nosnících (2) upevnčn expoziční panel (5) se vzorky, pod jehož okrajovými částmi jsou umístěny dva ventilátory (7j, á na jehož obou podélných stranách jsou v jejich těsné blízkosti v» ochranných svěílocdrážejících krytech (6) umístěny UV-zářivky.

2. Solární zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že reflexní pa-ne.l je tvořen deskovými zrcadly (3) paraboloidně uspořádanými do řad, přičemž desková zrcadla (3) jsou uložena na společných natáčeních mechanismech (4).

3. Solární zařízení ipodle hodů 1 a 2, vyznačené tím, že sběrná kapota (11) sestává ze dvou částí umístěných symetricky na ohou stranách volného středového prostoru (25), přičemž sklon obou částí je od 2 do 20°.

4. Solární zařízení podle bodů 1 až 3, vyznačené tím, že sklopný rám (1) je na otcčném rámu (28) stojanu sklopně uložen prostřednictvím mechanismu sestávajícího ze středově umístěného klikového mechanismu (14] rámu, kladky (24), nosného lanka (22) a zvedacího lanka (23).,