DE102009026062A1

DE102009026062A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen der Eigenschaftsänderungen eines Werkstoffs

Info

Publication number: DE102009026062A1
Application number: DE102009026062A
Authority: DE
Inventors: Norbert Lenck; Michael KÖHL; Daniel Philipp; Matthias Zundel
Original assignee: Schott Solar AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: DE102009026062B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen der Eigenschaftsänderungen eines Werkstoffs, umfassend zumindest ein im Bereich seiner Enden (44, 46) Elektroden aufweisendes Entladungsrohr (20, 22, 48, 50), das den Werkstoff beaufschlagende UV-Strahlung emittiert und in einem Prüfraum (21) angeordnet ist. Um Eigenschaftsänderungen von Werkstoffen in Abhängigkeit von Temperatur und/oder Feuchtigkeit im erforderlichen Umfang zu bestimmen, ohne dass es langer Prüfzeiten bedarf, wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Enden (44, 46) des zumindest einen Entladungsrohrs (20, 22, 48, 50) in einer unabhängig von der Prüfumgebung (12) temperierbaren Halterung (24, 26) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Feststellen der Eigenschaftsänderungen eines Werkstoffs, vorzugsweise eines polymeren Werkstoffs, insbesondere eines eine Solarzelle oder ein Solarzellenmodul einbettenden polymeren Werkstoffs wie EVA (Ethylenvinylacetat) oder Silikongummi, umfassend zumindest ein im Bereich seiner Enden Elektroden aufweisendes Entladungsrohr, das den Werkstoff beaufschlagende UV-Strahlung emittiert und in einer Prüfumgebung wie Prüfraum angeordnet ist und. Ferner nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren zur Feststellung von Eigenschaftsänderungen eines Werkstoffs, vorzugsweise eines polymeren Werkstoffs, insbesondere eines eine Solarzelle einkapselnden polymeren Werkstoffs wie EVA (Ethylenvinylacetat) oder Silikongummi, durch Beaufschlagen des Werkstoffs mit von zumindest einem Gasentladungsrohr emittierter UV-Strahlung, wobei zum Feststellen der Eigenschaftsänderung der Werkstoff in einer Prüfumgebung angeordnet wird, in dem sich das zumindest eine Gasentladungsrohr befindet. Auch ist Gegenstand der Erfindung eine Halterung für zumindest ein im Bereich zumindest einer seiner Enden zumindest eine Elektrode aufweisendes Entladungsrohr.
Solarzellenmodule sind der Sonnenstrahlung ausgesetzt, die UV(Ultraviolett)-Licht enthält. Dieses führt zu einer Degradation des die Solarzelle umgebenen Polymermaterials wie EVA. Hierdurch wiederum wird der Wirkungsgrad der Solarzellen aufgrund z. B. einer Braunfärbung oder Alterung des Polymermaterials verschlechtert. Um entsprechende negative Wirkungen der UV-Strahlung zu reduzieren, ist es bekannt, dem Polymermaterial geeignete Additive hinzuzufügen oder das Solarzellenmodul gegenüber der UV-Strahlung z. B. mit einem die UV-Strahlung filternden Glas zu schützen.
Um die UV-Stabilität des Polymermaterials zu ermitteln, gelangen Standards wie die IEC 61215 zur Anwendung. Nach dieser Vorschrift werden Solarzellenmodule einer UV-Strahlung bei einer Temperatur von 60°C ausgesetzt. Die von einer Lichtquelle emittierte UV-Strahlung soll im Bereich zwischen 280 nm und 320 nm und 320 nm und 400 nm mit einer Bandbreite von ±15% liegen. Die Bestrahlungsstärke in dem Bereich zwischen 280 nm und 400 nm soll 15 kW/m² nicht überschreiten, wobei 3% bis 7% der Gesamtenergie auf den Wellenlängenbereich zwischen 280 nm und 320 nm fallen sollen. Die Temperatur soll dabei unverändert bleiben.
Der DE-C-196 32 349 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaftsänderungen einer einer künstlichen Bewitterung ausgesetzten Probe aus einem polymeren Werkstoff zu entnehmen, die in einem der Sonnenstrahlung entsprechenden Spektralbereich mit einer Bestrahlungsstärke bestrahlt wird, die zumindest in etwa 5-fach stärker ist als die der Sonnenstrahlung in dem entsprechenden Spektralbereich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass Eigenschaftsänderungen von Werkstoffen in Abhängigkeit von Temperatur und/oder Feuchtigkeit im erforderlichen Umfang bestimmt werden können, ohne dass es langer Prüfzeiten bedarf. Gleichzeitig soll sichergestellt werden, dass durch Änderung der Umgebungsbedingungen weder das UV-Spektrum noch die Bestrahlungsstärke der zum Einsatz gelangenden Lichtquelle merklich beeinflusst wird.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorrichtungsgemäß im Wesentlichen vorgeschlagen, dass zumindest ein Ende des zumindest einen Entladungsrohrs in einer unabhängig von der Prüfumgebung temperierbaren Halterung angeordnet ist und wobei insbesondere die Prüfumgebung zumindest in Bezug auf Temperatur und/oder Feuchtigkeit einstellbar ist.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre kann der zu prüfende Werkstoff gewünschten Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die in der Prüfumgebung wie einem Prüfraum vorhandene Lichtquelle in der Leistung bzw. emittierten Strahlung negativ beeinflusst wird, so dass reproduzierbare Prüfergebnisse erzielbar sind.
Dadurch, dass die Lichtquelle im Bereich zumindest einer Elektrode, vorzugsweise beider Elektroden auf eine gewünschte Temperatur, und zwar der im Bereich der optimalen Arbeitstemperatur unabhängig von der Temperatur und Feuchtigkeit in der Prüfumgebung wie dem Prüfraum eingestellt wird, ist sichergestellt, dass über den Prüfzeitraum das Spektrum der emittierten Strahlung und die Bestrahlungsstärke gleichbleibend gewünschte vorher festgelegte Werte aufweist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass in der Prüfumgebung wie dem Prüfraum wie einer Prüfkammer sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit einstellbar sind.
Nachstehend wird für den Begriff „Prüfumgebung” grundsätzlich Prüfraum bzw. Prüfkammer verwendet, ohne dass hierdurch eine Einschränkung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgen soll; denn die erfindungsgemäße Lehre ist auch zum Feststellen von Eigenschaftsänderungen realisierbar, wenn sich der Werkstoff z. B. im Freien befindet.
Ferner werden nachstehend grundsätzlich Merkmale von Entladungsröhren erläutert, bei denen jedes Ende eine Elektrode aufweist, und das jeweilige Ende von einer Halterung aufgenommen ist. Hierdurch ist jedoch die erfindungsgemäße Lehre nicht eingeschränkt, da diese auch dann verwirklicht ist, wenn nur ein Ende, an dem sich eine Elektrode befindet, von einer temperierbaren Halterung aufgenommen ist. Insoweit sind die entsprechenden Erläuterungen auszulegen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass mehrere Entladungsrohre zur Bildung eines Flächenstrahlers in dem Prüfraum angeordnet werden, so dass zu beiden Seiten zu prüfende Werkstoffe angeordnet werden können. Eine diesbezügliche Anordnung ist insbesondere vorteilhaft für das Ermitteln des Degradationsverhaltens der Einbettmassen von Solarzellenmodulen.
Bevorzugterweise sind zur Bildung des Flächenstrahlers mehrere Entladungsrohre in zumindest zwei parallel zueinander Reihen versetzt zueinander angeordnet.
In Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass die Halterung zumindest zwei gelenkig zueinander verschwenkbare oder verschiebbare Abschnitte aufweist, die in ihren einander zugewandten Seiten die Aufnahmen für die Gasentladungsrohre bildende Abschnitte aufweisen. Dabei kann die Halterung zwei äußere verschwenkbare Abschnitte und einen zwischen diesen verlaufenden stationären Abschnitt aufweisen und es können zwischen dem stationären Abschnitt und dem jeweiligen verschwenkbaren äußeren Abschnitt die Aufnahmen für die Enden der Gasentladungsrohre verlaufen. Bevorzugterweise verlaufen in den einander zugewandten Flächen der äußeren Abschnitte bzw. der äußeren Abschnitte und dem inneren Abschnitt rinnenförmige der Umfangsgeometrie der Enden der Entladungsrohre angepasste im Schnitt halbkreisförmige rinnenförmige Einbuchtungen, wobei jede Einbuchtung im Wesentlichen halbe Umfangsfläche der Enden der Entladungsrohre umgibt.
Die sich innerhalb der Halterung erstreckenden Enden sind sodann einer Temperatur ausgesetzt, die der gewünschten Arbeitstemperatur entspricht, insbesondere im Bereich zwischen 30°C und 40°C.
Des Weiteren sind die Aufnahmen gegenüber dem Prüfraum abgedichtet. Hierzu können von den Entladungsrohren umlaufende Dichtelemente wie O-Ringe ausgehen, die dichtend an den Aufnahmen anlegbar sind. Auch können Dichtungen in den Aufnahmen vorgesehen sein.
Der die Enden aufnehmende Raum in der Halterung, also der von den Aufnahmen begrenzte Innenraum, wird insbesondere dadurch temperiert, dass die Halterungsabschnitte oder -teile zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet und von einem Fluid wie eine Flüssigkeit gewünschter Temperatur durchströmbar sind. Innerhalb der Halterung sind des Weiteren Anschlusskontakte und Verkabelung für die Entladungsrohre vorgesehen, so dass diese den Innenraumbedingungen in der Prüfkammer nicht ausgesetzt sind. Insbesondere im Falle einer hohen relativen Feuchtigkeit könnten anderenfalls unerwünschte Korrosionen auftreten.
Um sicherzugehen, dass in die Halterung hinein, also in die Aufnahmen für die Rohre, Feuchtigkeit nicht eindringen kann, ist vorgesehen, dass die Aufnahmen im Vergleich zur Atmosphäre im Prüfraum mit Überdruck beaufschlagt sind.
Die Entladungsrohre sollten derart ausgelegt sein, dass UV-Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 400 nm, insbesondere im Bereich zwischen 280 nm und 400 nm mit einer Bestrahlungsstärke emittiert wird.
Ferner sollten die Entladungsrohre zu einem Flächenstrahler zusammengesetzt sein, der eine Größe von z. B. 3 m × 1,8 m aufweist. Hierzu werden insbesondere 100 bis 150 Leuchtstoffröhren nebeneinander angeordnet, wobei die Länge einer jeden Leuchtstoffröhre 2 m beträgt. Bei einer entsprechenden Anordnung und einer Leistung einer jeden Leuchtstoffröhre von 200 Watt können die zu prüfenden Werkstoffe bzw. Solarzellenmodule mit einer Bestrahlungsstärke von 200 kW/m² bis 250 kW/m² beaufschlagt werden.
Unabhängig hiervon können Leuchtstoffröhren mit Längen zwischen 0,5 m und 3 m, vorzugsweise zwischen 1,6 m und 2 m verwendet werden, wodurch sich Leistungen zwischen 50 Watt und 300 Watt bzw. 160 Watt bis 200 Watt ergeben. Die erzeugte Bestrahlungsstärke hängt sodann davon ab, wie eng die Röhren zusammengestellt werden.
Durch die hohe Bestrahlungsstärke, die 3- bis 6-fach, insbesondere in etwa 5-fach größer als die des natürlichen Sonnenlichts in diesem Bereich ist, erfolgt ein Aufheizen des Werk stoffs, so dass sich hierdurch ein hoher Raffungsfaktor bei der Bestimmung der Materialeigenschaften ergibt.
Unabhängig hiervon kann eine gewünschte Temperatur durch Einstellen der Temperatur im Prüfraum vorgegeben werden, wenn z. B. ein Klimaschrank benutzt wird.
Ein Verfahren zum Feststellen von Eigenschaftsänderungen eines Werkstoffs der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass der Werkstoff in einem Prüfraum angeordnet wird, in dem Temperaturen und/oder Luftfeuchtigkeit eingestellt werden, und dass das zumindest eine Gasentladungsrohr im Bereich seiner Elektroden unabhängig von der Temperatur und der Feuchtigkeit in dem Prüfraum auf einer Temperatur T gehalten wird, die im Bereich der Arbeitstemperatur des Gasentladungsrohrs liegt oder diese ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass mehr Gasentladungsrohre wie Leuchtstoffröhren zu einem Flächenstrahler angeordnet werden und ihre Enden, in deren Bereichen sich die Elektroden befinden, gemeinsam von einer Halterung aufgenommen werden, mittels der die Enden auf die Temperatur T eingestellt werden. Insbesondere wird die Temperatur T zwischen 30°C und 40°C eingestellt.
In Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Enden der Gasentladungsrohre in einem Bereich der Halterung angeordnet werden, in dem ein gegenüber Atmosphärendruck in der Prüfkammer höherer Druck herrscht, so dass insbesondere Feuchtigkeit nicht eindringen kann.
Der Werkstoff selbst wird mit einer UV-Strahlung im Wellenlängenbereich Δλ zwischen 250 nm und 400 nm, insbesondere im Bereich zwischen 280 nm und 400 nm beaufschlagt, wobei in dem Wellenlängenbereich Δλ der Werkstoff über den Flächenstrahler mit einer Bestrahlungsstärke bestrahlt wird, die 3- bis 6-fach, insbesondere in etwa 5-fach stärker als die Sonnenstrahlung in dem entsprechenden Wellenlängenbereich ist.
Die Erfindung hat auch eine Halterung für zumindest ein im Bereich zumindest eines seiner Enden zumindest eine Elektrode aufweisendes Entladungsrohr zum Gegenstand, die sich dadurch auszeichnet, dass die Halterung zumindest eine hohlzylinderförmige Auf nahmen für das zumindest eine Ende des Entladungsrohrs aufweist, die auf eine Temperatur T einstellbar ist, die im Bereich der Arbeitstemperatur des Gasentladungsrohres liegt oder diese ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Aufnahme mit Überdruck beaufschlagbar ist, so dass z. B. Feuchtigkeit nicht eindringen kann.
Weiterbildungen sehen vor, dass die Halterung zumindest zwei gelenkig zueinander verschwenkbare oder verschiebbare Abschnitte aufweist, die in ihren einander zugewandten Seiten die Aufnahmen für die Gasentladungsrohre bildende Abschnitte aufweisen. Insbesondere kann die Halterung zwei äußere verschwenkbare Abschnitte und einen zwischen diesen verlaufenden stationären Abschnitt aufweisen und es können zwischen dem stationären Abschnitt und dem jeweiligen verschwenkbaren äußeren Abschnitt die Aufnahmen für die Enden der Gasentladungsrohre verlaufen. Dabei können in den einander zugewandten Flächen der äußeren Abschnitte bzw. der äußeren Abschnitte und dem inneren Abschnitt rinnenförmige der Umfangsgeometrie der Enden der Entladungsrohre angepasste im Schnitt halbkreisförmige rinnenförmige Einbuchtungen verlaufen, wobei jede Einbuchtung im Wesentlichen halbe Umfangsfläche der Enden der Entladungsrohre umgibt. Ferner sollten in der Halterung elektrische Anschlüsse für die Gasentladungsrohre verlaufen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen- für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Prüfraum in Prinzipdarstellung,
2 eine Prinzipdarstellung einer Leuchtfläche und
3 eine Halterung für die Leuchtfläche bildende Leuchtstoffröhren.
In 1 ist rein prinzipiell und im Schnitt ein Prüfschrank bzw. eine Prüfkammer 10 dargestellt, in dessen Innenraum 12 vorzugsweise mittig ein UV-Licht emittierender Flächenstrahler 14 angeordnet ist, der in nachstehend beschriebener Art durch aneinander gereihte Gasentladungsrohre bzw. langgestreckte rohrförmige Leuchtstofflampen gebildet wird.
Bei den Leuchtstoffröhren handelt es sich insbesondere um solche mit Längen zwischen 0,5 m und 3 m, insbesondere zwischen 1,6 m und 2 m, ohne dass hierdurch die erfindungsgemäße Lehre eingeschränkt wird. Anstelle von langgestreckten Leuchtstoffröhren können auch Kompakt-Leuchtstofflampen verwendet werden, die in entsprechenden Halterungen neben- und übereinander angeordnet sind.
Zu beiden Seiten des Leuchtfelds 14 sind Proben 16, 18 angeordnet, deren Materialeigenschaftsänderungen in Abhängigkeit von der diese beaufschlagenden UV-Strahlung bestimmt werden soll. Insbesondere handelt es sich bei den Proben 16, 18 um Solarzellenmodule, von denen die Materialeigenschaften des Einbettmaterials wie z. B. EVA, modifizierte Polyolefine oder Silikon bzw. Silikongummi ermittelt werden sollen, wobei hohe Raffungsfaktoren erzielt werden sollen.
Mit der erfindungsgemäßen Lehre können jedoch auch die Eigenschaften anderer Materialien wie z. B. der Umwelt ausgesetzte Materialien wie z. B. Lacke oder Fassadenelemente getestet werden.
Der Innenraum 12 der Klimakammer 10 kann auf gewünschte Temperaturen und Luftfeuchtigkeitswerte eingestellt werden, um Umweltbedingungen problemlos zu simulieren und den gewünschten Raffungsfaktor zu erreichen.
Der 2 ist in perspektivischer Darstellung der von Leuchtstoffröhren 20, 22 gebildete Flächenstrahler 14 zu entnehmen. Die Leuchtstoffröhren 20, 22 sind im Bereich ihrer Enden, in denen sich die Elektroden befinden, von Halterungen 24, 26 aufgenommen, die Schenkel eines Rahmens 28 bilden, der den Flächenstrahler 14 umgibt. Um die Wellenlängen der emittierten Strahlung der Leuchtstoffröhren 20, 22 und die Beleuchtungsstärke der Leuchtstoffröhren 20, 22 zu ermitteln, können zunächst von den vertikalen Schenkeln 30, 32 weitere Halterungen 34, 36 ausgehen, die Balken 38, 40 aufnehmen, entlang der Sensoren 42 verstellbar sind, um den Spektralbereich der emittierten Strahlung sowie Beleuchtungsstärke zu ermitteln. Die Balken 38, 40 sind höhenverstellbar, wie ein Vergleich der Balken 38 und 40 verdeutlicht. Entlang jeden Balkens 38, 40 ist jeweils ein Sensor – wie der Sensor 42 – verstellbar.
Wie sich insbesondere aus der 3 ergibt, sind die Leuchtstoffröhren 20, 22 in zwei parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet, um eine hohe Dichte zu erzielen. Die in der 3 dargestellten vorderen Leuchtstoffröhren sind mit den Bezugszeichen 20, 22 und die hinteren mit den Bezugszeichen 48, 50 gekennzeichnet. Selbstverständlich wird die Erfindung nicht verlassen, wenn Leuchtstoffröhren in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind.
Entsprechend der 3 besteht die Halterung 26 – entsprechend die Halterung 24 – aus zueinander verschwenkbaren äußeren Abschnitten 52, 54 und einem Mittelabschnitt 56, der stationär ausgebildet ist. Die einander zugewandten Flächen des Außenabschnitts 52 und des Mittelabschnitts 56 bzw. des Außenabschnitts 54 und des Mittelabschnitts 56 sind im Schnitt als halbkreisförmige Aufnahmen 58, 60 ausgebildet, die hohlzylindrische Aufnahmen 64 bilden, in die die Leuchtstoffröhren 20, 22, 48, 50 mit ihren Enden einsetzbar sind, um sodann mit nicht dargestellten Kontakten verbunden zu werden, über die elektrische Verschaltung erfolgt. Dabei ragen die Leuchtstoffröhren 20, 22, 48, 50 mit ihren Enden 40, 46 in einem Umfang in die Aufnahmen 64 hinein bzw. die Aufnahmen 64 weisen eine Länge auf, dass die Elektroden der Leuchtstoffröhren 20, 22, 48, 50, die sich in den Endbereichen befinden, unabhängig von der in dem Prüfraum 12 herrschenden Temperatur auf eine gewünschte Temperatur einstellbar sind. Hierzu sind die äußeren Abschnitte 52, 54 temperierbar. Insbesondere sind die als Hohlkörper ausgebildeten äußeren Abschnitte 52, 54 von einem Fluid wie Wasser gewünschter Temperatur durchströmbar.
Des Weiteren sind die innerhalb der Aufnahmen 60 verlaufenden Enden 44, 46 der Leuchtstoffröhren 20, 22, 48, 50 gegenüber dem Prüfkammerinnenraum 12 abgedichtet. Hierzu sind umlaufende Dichtungen 66, 68 wie O-Ringe vorgesehen, die in entsprechende nutar tige Vertiefungen der Aufnahmen 60 eingreifen und somit die Enden 44, 46 gegenüber dem Prüfraum 12 abdichten.
Um zu vermeiden, dass Feuchte ungeachtet der Dichtungen 66, 68 in die Aufnahmen 60 eindringen kann, können diese des Weiteren mit einem gegenüber dem Atmosphärendruck in dem Prüfraum 12 erhöhten Druck beaufschlagt, also von einem Gas durchspült sein.
Insbesondere wird die Temperatur in den Aufnahmen auf in etwa 30°C bis 40°C eingestellt. Die Längen der Enden 44, 46, die sich in den Aufnahmen 64 erstrecken, belaufen sich in etwa auf 5 cm bis 10 cm. Diese Erstreckung reicht aus, damit die Leuchtstoffröhren 20, 22, 48, 50 im Bereich der Elektroden auf Arbeitstemperaturen einstellbar sind, die gewünschte Bestrahlungsleistungen innerhalb eines vorgegebenen Spektralbereichs ermöglichen.
Die Leuchtstoffröhren 20, 22, 48, 50, die aus Kalknatronglas bestehen können, sind mit einem Fluoreszenzstoff versehen, durch den im Wesentlichen UV-Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 500 nm, insbesondere im Bereich zwischen 280 nm und 400 nm emittiert wird. Die Länge der Leuchtstoffröhren 20, 22, 48, 50 kann 2 m betragen, so dass unter Berücksichtigung der abgedeckten Enden 44, 46 eine Wirklänge von in etwa 180 cm gegeben ist. Die Länge des Flächenstrahlers 14 kann beispielhaft 3 m betragen.
Beträgt die Leistung einer jeden Leuchtstoffröhre 20, 22, 48, 50 in etwa 200 Watt, so kann mit einer entsprechenden Dimensionierung eine Beleuchtungsstärke zwischen 200 kW/m² und 250 kW/m² erzielt werden, also der 4- bis 5-fache Wert im Vergleich zu der Beleuchtungsstärke des natürlichen Sonnenlichts. Auch hierdurch ist ein erhöhter Raffungsfaktor erzielbar.
Die Solarzellenmodule können auf Temperaturen bis zu 90°C erwärmt werden. Die relative Luftfeuchtigkeit kann im Bereich von 60% und mehr liegen. Somit können Umgebungsbedingungen eingestellt werden, die einen hohen Raffungsfaktor bieten mit der Fol ge, dass in relativ kurzer Zeit Aussagen über Eigenschaftsänderungen des zu überprüfenden Werkstoffs möglich sind.
Die erfindungsgemäße Lehre ist, soweit die Aufnahme der Entladungsrohre in den Halterungen und/oder das Leuchtfeld betroffen sind, ganz allgemein für Bewitterungsprüfungen, UV-Detoxifizierung, UV-Härtung oder medizinische UV-Therapie anwendbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19632349 C [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- IEC 61215 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Feststellen der Eigenschaftsänderungen eines Werkstoffs, vorzugsweise eines polymeren Werkstoffs, insbesondere eines eine Solarzelle oder ein Solarzellenmodul einbettenden polymeren Werkstoffs wie EVA (Ethylenvinylacetat) oder Silikongummi, umfassend zumindest ein im Bereich seiner Enden (44, 46) Elektroden aufweisendes Entladungsrohr (20, 22, 48, 50), das den Werkstoff beaufschlagende UV-Strahlung emittiert und in einer Prüfumgebung wie in einem Prüfraum (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Enden (44, 46) des zumindest einen Entladungsrohrs (20, 42, 48, 50) in einer unabhängig von der Prüfumgebung (12) temperierbaren Halterung (24, 26) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfumgebung wie ein Prüfraum (12) zumindest in Bezug auf Temperatur und/oder Feuchtigkeit einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes eine Elektrode aufweisende Ende (44, 46) des Entladungsrohrs (20, 22, 48, 50) von einer temperierbaren Halterung (24, 26) aufgenommen ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Entladungsrohre (20, 22, 48, 50) zur Bildung eines Flächenstrahlers zumindest nebeneinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Flächenstrahlers (14) mehrere Entladungsrohre (20, 22, 48, 50) in zumindest zwei parallel zueinander Reihen versetzt zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (24, 26) hohlzylinderförmige Aufnahmen (64) für die zumindest einen Enden (44, 46) der Entladungsrohre (20, 22, 48, 50) aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (64) mittels eines die Halterung (24, 26) durchströmenden Fluids wie Flüssigkeit temperierbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (64) über die Entladungsrohre (20, 22, 48, 50) gegenüber der Prüfumgebung wie dem Prüfraum (12) abgedichtet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (44, 46) der Entladungsrohre (20, 22, 48, 50) umlaufende Dichtungen wie O-Ringe aufweisen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aufnahmen (60) im Vergleich zum Atmosphärendruck in der Prüfumgebung wie dem Prüfraum (12) ein Überdruck herrscht.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (24, 26) zumindest zwei gelenkig zueinander verschwenkbare oder verschiebbare Abschnitte (52, 54) aufweist, die in ihren einander zugewandten Seiten die Aufnahmen (64) für die Gasentladungsrohre (20, 22, 48, 50) bildende Abschnitte (58, 60) aufweisen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (24, 26) zwei äußere verschwenkbare oder verschiebbare Abschnitte (52, 54) und einen zwischen diesen verlaufenden stationären Abschnitt (56) aufweist und dass zwischen dem stationären Abschnitt und dem jeweiligen verschwenkbaren oder verschiebbaren äußeren Abschnitt die Aufnahmen (64) für die Enden (46, 48) der Gasentladungsrohre (20, 22, 48, 50) verlaufen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den einander zugewandten Flächen der äußeren Abschnitte (52, 54) bzw. der äußeren Abschnitte und dem inneren Abschnitt (56) rinnenförmige der Umfangsgeometrie der Enden (44, 46) der Entladungsrohre (20, 22, 48, 50) angepasste im Schnitt halbkreisförmige rinnenförmige Einbuchtungen verlaufen, wobei jede Einbuchtung im Wesentlichen halbe Umfangsfläche der Enden der Entladungsrohre umgibt.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Halterung (24, 26) elektrische Anschlüsse für die Gasentladungsrohre (20, 22, 48, 50) verlaufen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungsrohre (20, 22, 48, 50) UV-Strahlung emittieren, die im Wellenlängenbereich von etwa 250 nm bis 400 nm, vorzugsweise zwischen 280 nm und 400 nm verläuft und dem Spektrum des Sonnenlichts entspricht.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsstärke des von den Gasentladungsrohren (20, 22, 48, 50) gebildeten Flächenstrahlers (14) 4- bis 5-fach größer als die der Sonnenstrahlung in dem entsprechenden Spektralbereich ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasenladungsrohre (20, 22, 48, 50) mit ihren zumindest einen Enden (44, 46) in der Halterung (24, 26) auf eine Temperatur T mit Raumtemperatur ≤ T ≤ 40°C, insbesondere 30°C ≤ T ≤ 40°C eingestellt sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasentladungsrohr (20, 22, 48, 50) ein Glasrohr aus Kalknatronglas aufweist.
Verfahren zur Feststellung von Eigenschaftsänderungen eines Werkstoffs, vorzugsweise eines polymeren Werkstoffs, insbesondere eines eine Solarzelle einkapselnden polymeren Werkstoffs wie EVA (Ethylenvinylacetat) oder Silikongummi, durch Beaufschlagen des Werkstoffs mit von zumindest einem Gasentladungsrohr emittierter UV-Strahlung, wobei zum Feststellen der Eigenschaftsänderung der Werkstoff in eine Prüfumgebung wie in einem Prüfraum angeordnet wird, in dem sich das zumindest eine Gasentladungsrohr befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasentladungsrohr im Bereich zumindest eines seiner zumindest eine Elektrode aufweisenden Endes unabhängig von der Temperatur und der Feuchtigkeit in der Prüfumgebung auf eine Temperatur T gehalten wird, die im Bereich der Arbeitstemperatur des Gasentladungsrohres liegt oder diese ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit in der Prüfumgebung wie einem Prüfraum eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gasentladungsrohre wie Leuchtstoffröhren zu einem Flächenstrahler aneinander gereiht angeordnet werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gasentladungsrohre in zumindest zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen und versetzt zueinander zur Bildung eines Flächenstrahlers angeordnet werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einen Enden, vorzugsweise beide Enden der Gasentladungsrohre von einer Halterung aufgenommen werden, mittels der die Enden auf die Temperatur T eingestellt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur T eingestellt wird auf Raumtemperatur ≤ T ≤ 40°C, vorzugsweise 30°C ≤ T ≤ 40°C.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einen Enden der Gasentladungsrohre in einem Abschnitt der Halterung angeordnet werden, in dem gegenüber Atmosphärendruck in dem Prüfraum ein höherer Druck eingestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mit UV-Strahlung im Wellenlängenbereich Δλ zwischen 250 nm und 400 nm, vorzugsweise zwischen 280 nm und 400 nm beaufschlagt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass im Wellenlängenbereich Δλ der Werkstoff mit einer Bestrahlungsstärke bestrahlt wird, die 3- bis 5-fach stärker als die natürliche Sonnenstrahlung in dem entsprechenden Wellenlängenbereich ist.
Halterung (24, 26) für zumindest ein im Bereich zumindest eines Endes (44, 46) zumindest eine Elektrode aufweisendes Entladungsrohr (20, 22, 48, 50), dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (24, 26) zumindest eine hohlzylinderförmige Aufnahme (64) für das zumindest eine Ende (44, 46) des zumindest einen Entladungsrohrs (20, 22, 48, 50) aufweist, die auf eine Temperatur T einstellbar ist, die im Bereich der Arbeitstemperatur des Gasentladungsrohres (20, 22, 48, 50) liegt oder diese ist.
Halterung (24, 26) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (24, 26) mehrere Enden (44, 46) von Entladungsrohren (20, 22, 48, 50) aufnimmt.
Halterung (24, 26) nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ende (44, 46) des zumindest einen Entladungsrohrs (20, 22, 48, 50) von einer Halterung (24, 26) aufgenommen ist.
Halterung (24, 26) nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (64) mittels eines die Halterung (24, 26) durchströmenden Fluids wie Flüssigkeit auf die Temperatur T einstellbar sind
Halterung (24, 26) nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (64) mit Überdruck beaufschlagbar sind.
Halterung (24, 26) nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (24, 26) zumindest zwei gelenkig zueinander verschwenkbare oder verschiebbare Abschnitte (52, 54) aufweist, die in ihren einander zugewandten Seiten die Aufnahmen (64) für die Gasentladungsrohre (20, 22, 48, 50) bildende Abschnitte (58, 60) aufweisen.
Halterung (24, 26) nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (24, 26) zwei äußere verschwenkbare oder verschiebbare Abschnitte (52, 54) und einen zwischen diesen verlaufenden stationären Abschnitt (56) aufweist und dass zwischen dem stationären Abschnitt und dem jeweiligen verschwenkbaren äußeren Abschnitt die Aufnahmen (64) für die Enden (46, 48) der Gasentladungsrohre (20, 22, 48, 50) verlaufen.
Halterung (24, 26) nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass in den einander zugewandten Flächen der äußeren Abschnitte (52, 54) bzw. der äußeren Abschnitte und dem inneren Abschnitt (56) rinnenförmige der Umfangsgeometrie der Enden (44, 46) der Entladungsrohre (20, 22, 48, 50) angepasste im Schnitt halbkreisförmige rinnenförmige Einbuchtungen verlaufen, wobei jede Einbuchtung im Wesentlichen halbe Umfangsfläche der Enden der Entladungsrohre umgibt.
Halterung (24, 26) nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass in der Halterung (24, 26) elektrische Anschlüsse für die Gasentladungsrohre (20, 22, 48, 50) verlaufen.