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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Feuchtklimaten gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Feuchtklimaten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
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Es ist eine Korrosionsprüfvorrichtung bekannt,
DE 199 15 906 C2 , die aus einer Prüfkammer mit einer Bodenwanne, einem Deckel und Seitenwänden besteht, wobei diese aus Kunststoffplatten gefertigt sind und der Bodenwanne eine Heizung zugeordnet ist, ebenso wie der Prüfkammer mindestens ein Temperaturfühler und ein Feuchtigkeitssensor.
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Bekannt ist weiterhin eine Klimakammer für eine stark beschleunigte Lebensdauerprüfung von Produkten,
WO 2002/033391 A1 , in der Temperatur, Feuchtigkeit und Druck in Verbindung mit mechanischen Schwingungen und korrosiven Atmosphären als Testbedingungen gleichzeitig konstant oder zeitabhängig abgewandelt werden können. Auch in einer mobilen modularen Anlage zur Erzeugung von korrosiven Konstant- und Wechselklimaten für parallel betreibbare Prüfkammern,
DE 196 37 788 C1 , können Testbedingungen frei programmierbar gesteuert und überwacht werden. Dies erlaubt in ähnlicher Form auch eine Klimakammer zur Durchführung von Umwelttests mit einer Steuerung der atmosphärischen Bedingungen in der Klimakammer,
US 60 23 985 A . Eine andere Umgebungstestvorrichtung,
DE 43 30 015 A1 , schafft künstliche Umgebungsbedingungen für Frachtgut, um Transportauswirkungen wissenschaftlich spezifizieren zu können. Ein weiterer bekannter Klimaschrank,
DE 198 17 372 C1 besitzt zwei wechselweise betriebene Entfeuchtungsverdampfer, um eine Langzeitkonstante der Feuchteregelung gewährleisten zu können. Es ist weiterhin ein Feuchtigkeitssensor einer Korrosionstestkammer bekannt,
US 61 31 473 A , der eine Funktionsstellung in der Kammer und eine Ruhestellung außerhalb der Kammer einnehmen kann. Mit einer ebenfalls bekannten Korrosionsprüfvorrichtung,
DE 199 15 906 C2 , ist eine kontrollierbare Betauung bei hoher Wiederholgenauigkeit durchführbar, ebenso wie eine Dokumentation der Korrosionsprüftests zur Verfügung gestellt wird, die eine Vergleichbarkeit von Prüfungsergebnissen auch unterschiedlicher Prüfraumkonstruktionen erlaubt.
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In solchen oder ähnlichen Prüfvorrichtungen durchgeführte herkömmliche zyklische Klimawechseltests bestehen aus einzelnen Prüfabschnitten, die sich einerseits an den jeweiligen Klimabedingungen orientieren, denen das zu prüfende Bauteil später ausgesetzt sein wird. Andererseits sind dabei die begrenzten Möglichkeiten zu berücksichtigen, die solchen oftmals auf Salzsprühnebelprüfgeräten basierenden Prüfkammern gesetzt sind. Diese konventionellen Geräte wurden mit Betriebssystemen aufgerüstet, um z. B. forcierte Trocknung unter geregelter Feuchte zu ermöglichen. Diese Betriebssysteme werden je nach Prüfungsabschnitt zu- oder abgeschaltet. Dabei wird das Erreichen der jeweiligen Klimabedingungen von verschiedenen Einflussfaktoren bestimmt, nämlich den physikalischen Geräteleistungen, der Bauart der Prüfkammer, der Prozessteuerung und von den Standorten bzw. den jeweiligen Umgebungsbedingungen. Hieraus ergeben sich signifikante Unterschiede in den Verfahrensabläufen, die sich bei zyklischen Klimawechseltests soweit kumulieren können, dass keine ausreichende Reproduzierbarkeit der Prüfbedingungen erreicht wird. Außerdem ist die Vergleichbarkeit von Ergebnissen, die mit verschiedenen Standardgeräten an verschiedenen Orten in unterschiedlichen Klimazonen erarbeitet wurden, in Frage gestellt und erreicht nicht die Maßstäbe, die im Hinblick auf die Globalisierung an qualifizierte verlässliche Prüfverfahren zu stellen sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Feuchtklimaten zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Reproduzierbarkeit der Klimabedingungen und damit eine exakte Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse ermöglichen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus der Kombination der Merkmale des Hauptanspruches und in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8.
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Dadurch, dass die Vorrichtung aus einer Prüfkammer mit einer Bodenwanne, Seitenwänden und einem doppelschaligen Deckel aus Materialien hoher Wärmeleitfähigkeit sowie aus mehreren Komponenten zur Erhöhung bzw. Reduzierung der Feuchte und der Temperatur in einer Prüfkammer besteht, wie etwa einer Sprühdüse zum Versprühen von mit Wasser gesättigter Druckluft, einer Sprühdüse zum Versprühen trockener Druckluft, einer Einschussöffnung für Dampf, Gehäuseöffnungen zum Einsatz einer Luftspülung und einer Flächenheizung zur Verdunstung von Wasser in der Bodenwanne und zum Temperieren der Prüfkammer, einem Klimamodul zur Erzeugung von Prüfraumtemperaturen von bis zu –40°C, einem Luftentfeuchter und dass die Vorrichtung Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren aufweist sowie einen allen einzelnen Komponenten zugeordneten programmierten Computer, ist die Vorrichtung mit einer Prozesssteuerung ausgestattet, die in jedem Augenblick ein optimales Zusammenwirken der einzelnen Komponenten erzielt, wobei die Prozesssteuerung selbstständig das jeweilige Aggregat bzw. die Taktraten bestimmt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient im Wesentlichen zur Erzeugung von Feuchtklimaten in engen Toleranzen mit hoher Reproduzierbarkeit, etwa als Prüfabschnitt im Rahmen von zyklischen Klimawechseltestprüfungen. Es beruht auf dem Zusammenwirken der erforderlichen Gerätekomponenten und gewährleistet die erforderliche hohe Genauigkeit in der Regelung der Prüfraumtemperatur in der Probenzone. Je nach Bedarf wird die Feuchte entweder durch ein Versprühen von demineralisiertem Wasser aus dem Druckluftbefeuchter durch eine Düse erzeugt oder durch ein Versprühen von trockener Druckluft zur Reduzierung der Feuchte, durch ein Einschießen von Dampf in die Nähe der Sprühdüse, durch Einsatz der Luftspülung zur schnellen Abtragung von Feuchte oder durch ein Verdunsten von Wasser nach dessen Einlaufen in die Prüfraumbodenwanne.
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Mit Hilfe der neu entwickelten Software des zugeordneten Computers wird permanent geprüft, welche der zur Verfügung stehenden Feuchteerzeugungsmöglichkeiten mit welcher Intensität in Betrieb gesetzt werden muss, um die Sollvorgaben schnell und mit hoher Reproduzierbarkeit zu erreichen.
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Zur Erzielung einer relativen Feuchte bis ca. 60% ist es bereits ausreichend, je nach Anforderung, feuchte Druckluft, die im Druckluftbefeuchter mit Wasser gesättigt und erwärmt wurde oder trockene Druckluft in die Prüfkammer zu sprühen. Durch das Versprühen über diese Düse wird eine homogene Verteilung der Feuchte ähnlich wie durch das Versprühen von Natriumchloridlösungen erreicht, ohne dass es eines zusätzlichen Ventilators oder anderer Hilfsmittel bedarf. Sollte das Sprühen von trockener Druckluft nicht ausreichen, um schnell von zu hohen zu niedrigeren Feuchten zu gelangen, so kann zusätzlich noch die Luftspülung eingeschaltet werden. Zur Erzeugung von Feuchtklimaten oberhalb von 60% relativer Feuchte, wird Wasserdampf in kleine Portionen und je nach Anforderung in kurzen Intervallen in die Nähe der Düse geschossen, welche etwa mittig in der Prüfkammer angeordnet und permanent in Aktion befindlich ist, wobei der Dampf anschließend von der aus der Düse austretenden feuchten oder trockenen Luft mitgerissen wird. Dies führt schnell zu eine sehr gründlichen Vermischung und zu einem homogenen Klima innerhalb der Prüfkammer.
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Zur Messung der Feuchte wird ein kapazitiver Feuchtsensor, welcher beweglich angeordnet ist, aus einer Ruhestellung außerhalb der Prüfkammer pneumatisch in eine Funktionsstellung in die Prüfkammer gefahren. Da dies ausschließlich in der Feuchtephase geschieht, benötigt er keine die Messung verzögernde Schutzkappen und muss nicht gespült oder getrocknet werden. Daher reagiert der Feuchtsensor bereits innerhalb von wenigen Sekunden auf Änderungen der Feuchte, was eine Feuchteregulierung in sehr engen Toleranzen ermöglicht und damit eine entscheidende Bedeutung für die Leistungsfähigkeit dieses Regelsystems hat.
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Von entscheidender Bedeutung ist ebenfalls die Temperaturregelung der erfinderischen Vorrichtung, die ebenfalls von der speicherprogrammierbaren Steuerung übernommen wird. Sie arbeitet mit mindestens zwei, hier vorzugsweise mit vier Temperatursensoren, von denen einer an der linken Stirnwand über dem Boden angeordnet ist, um die Temperaturen möglichst in der Nähe der unter dem Prüfraum befindlichen Flächenheizung zu messen. Der zweite Sensor befindet sich in der Nähe der hinteren Seitenwand, um die Prüfraumtemperaturen während des Salzsprühnebeltestes zu messen, da die Bodenheizung in dieser Phase abgeschaltet wird. Der dritte Sensor befindet sich in der Spitze des Deckels und ist während der Kondenswasserphase aktiv. Er dient dazu, die Temperatur zu messen, um die für die Kondensation erforderliche Differenz zwischen Wasserbad und Probenzone zu regeln. Von entscheidender Bedeutung ist der in der Probenzone beweglich installierte vierte Sensor. Die hier tatsächlich gemessenen Temperaturen, die z. B. durch Wärmeabstrahlung von Prüflingen mit großer Masse beeinflusst werden, werden erfindungsgemäß als Korrekturwert in die Regelung der Beheizung des Prüfraumes einbezogen.
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Dieser Offset, der bei herkömmlichen Korrosionsprüfkammern als statischer Wert vorgegeben wird, ist bei dem erfindungsgemäßen verfahren dynamisiert, indem die je nach Prüfabschnitt positiven oder negativen Temperaturdifferenzen ständig als Korrekturwerte verarbeitet werden.
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Eine weitere sehr wesentliche Voraussetzung für die Verwirklichung einer hochempfindlichen Temperaturregelung in sehr engen Toleranzen bildet die Prüfkammerkonstruktion. Der Boden, die Seitenwände und das Dach bestehen aus Edelstahl, der mit ECTFE (Flurpolymer) beschichtet ist. Dadurch lässt sich die Wärme von den Flächenheizungen großflächig in kleinen Portionen in den Prüfraum übertragen. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Bodenwanne, der Seitenwände und auch des Deckels wird die Wärme von den Flächenheizungen einerseits in der Aufheizphase sehr schnell in den Prüfraum abgegeben, anderseits werden nur geringe Wärmemengen in der Nähe des Sollwertes übertragen, so dass die Temperatur nur kurzzeitig und in geringem Maße überschwingt. Zur Absenkung der Prüfraumtemperatur auf einen niedrigeren Sollwert können die Seitenwände und/oder die Bodenwanne mit kaltem Wasser gespült werden, so dass sich aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit beispielsweise im Vergleich zu Prüfräumen aus Kunststoff, eine erheblich schnellere Temperaturabsenkung erzielen lässt. Zur Temperierung der Vorrichtung könnte erfindungsgemäß auch ein Gas oder Thermo-Öl Verwendung finden.
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Diese in sehr hoher Präzision gemessenen und in sehr engen Toleranzen geregelten Temperaturen bieten über den gesamten Temperatur- und Feuchtebereich zwischen 20°C und 80°C sowie zwischen 20% und 95% rel. Feuchte die Voraussetzung für die Regelung der Feuchte unter ±1%. Zudem wird eine hohe Parallelität der Feuchte- und Temperaturrampen erzielt.
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Zur Erzeugung von Normalklimaten oder Prüfraumtemperaturen von bis zu –40°C kann vorteilhafterweise ein Klimamodul 26 und/oder zu Entfeuchtung der Luft in der befindlichen Prüfkammer ein Luftentfeuchter zugeschaltet werden, insbesondere wenn die zur Verfügung stehende Raumluft des Raumes, in der das Klimaprüfgerät aufgestellt ist, nicht die geforderte Qualität aufweist.
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Insgesamt wird ein Prüfverfahren zur Verfügung gestellt, welches die Einhaltung vorgegebener Prüfparameter mit größtmöglicher Genauigkeit gewährleistet und einen schnellen Wechsel der Prüfklimate erlaubt, was zu Prüfergebnissen sehr hoher Güte führt.
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Nachfolgend wird der Aufbau einer Vorrichtung anhand einer Skizze näher erläutert. Es zeigt:
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1. eine Prinzipskizze der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur schnellen Erzeugung und präzisen Regelung homogener Feuchtklimate in nasschemischen Korrosionsprüfgeräten mit hoher Reproduzierbarkeit.
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Das Klimaprüfgerät 1 besteht aus einer Prüfkammer 2, welche von Seitenwänden 6, einer Bodenwanne 7 und einem Deckel 8 gebildet wird, die aus Materialien hoher Wärmeleitfähigkeit, hier aus mit Flurpolymer beschichtetem Edelstahl bestehen. Bei als Prüfschränken ausgebildeten Klimaprüfgeräten kann ein Teil einer Wand 6 oder die gesamte Wand 6 auch als Prüfraumtür aus Glas oder durchsichtigem Kunststoff ausgeführt sein. Unterhalb und seitlich des Klimaprüfgerätes 1 sind Flächenheizungen 5 angeordnet, die als elektrische Widerstandsheizungen ausgebildet sind.
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Im mittleren Bereich der Prüfkammer 2 ist unterhalb eines Probenhalters 20 mit Proben eine Sprühdüse 4 angeordnet, welche als Zweistoffdüse ausgebildet ist und je nach Anforderung feuchte Druckluft, die zuvor in dem Druckluftbefeuchter 17 mit Wasser gesättigt und erwärmt wurde, oder von einem Druckluftkompressor 19 erzeugte trockene Druckluft versprüht. Außerhalb des Klimaprüfgerätes 1 ist ein Dampfgenerator 3 angeordnet, in dem flüssiges Wasser verdampft wird, wobei der Dampf über eine Einschussöffnung 9 in unmittelbarer Nähe der Düse 4 eingeschossen wird, der dann von der aus der Düse 4 austretenden feuchten oder trockenen Luft mitgerissen wird, so dass sich sofort nach dem Einschiessen des Dampfes wieder eine homogene Feuchtigkeitsverteilung in der Prüfkammer 2 einstellt. Zum schnellen Absenken der Feuchte kann durch eine Gehäuseöffnung 10 eine Luftspülung, etwa mit Umgebungsluft, erfolgen.
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In der Prüfkammer 2 sind des Weiteren vier Temperatursensoren 12; 13; 24; 25 vorgesehen, von denen der erste Temperatursensor 12 kurz über der Bodenwanne 7 angeordnet ist, der zweite Temperatursensor 24 sich in der Nähe der hinteren Seitenwand (6) und der dritte Temperatursensor 25 sich in der Spitze des Deckels (8) befindet. Der vierte Temperatursensor 13 ist zur optimalen Positionierung beweglich in der Probenzone installiert.
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Der Feuchtesensor 14 ist als kapazitiver Sensor ausgeführt und wird zur Messung pneumatisch in die Prüfkammer 2 hineingefahren. Da dies nur während des Prüfabschnittes ”geregelte Feuchte” geschieht, bedarf es keiner Schutzeinrichtungen zur Erhaltung der Beständigkeit gegen Salzsprühnebel, wodurch der Feuchtesensor 14 spontan innerhalb weniger Sekunden auf Veränderung der Feuchte-Istwerte reagieren kann.
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Der Deckel 8 besteht aus dem inneren Dach 27 und einem auf der Innenseite mit einer Wärmedämmung 29 versehenen äußeren Deckel 28. Der Abstand zwischen beiden bewirkt eine gute Wärmedämmung, z. B. in der Salzsprühnebel- bzw. Feuchtephase. Diese isolierende Wirkung wird während der Kondenswasserphase zur Ausbildung einer Temperaturdifferenz zwischen Wasserbad und Probenzone aufgehoben, indem im hinteren äußeren Deckel 28 eingebaute Ventilatoren 30 Raumluft durch die doppelschalige Konstruktion saugen und so die aus der Prüfkammer 2 an das innerer Dach 27 auch wärmeleitendem Material abgegebene Wärme nach außen abführen.
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Die Stellventile 16, das Druckmessgerät 18, der Thermostat 21, der Heizregler 22 und der Druckregler 23 sowie die anderen genannten Sensoren und Gerätekomponenten sind mit einem steuerprogrammierbaren Computer C. 15 verbunden, was durch Pfeile an den Komponenten verdeutlicht ist, der die Funktion des Klimaprüfgerätes 1 selbstständig regelt, so dass die einzelnen Komponenten in jedem Augenblick optimal zusammenwirken und damit ein Prüfverfahren und eine Prüfvorrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, die den höchsten Anforderungen gerecht werden.
