-
Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für flüssige Medien, die im Wesentlichen aus einem Probenhalter für das zu prüfende Medium besteht, der sich innerhalb eines elektrostatischen Feldes sich befindet und durch eine Lichtquelle und eine sensorische Einrichtung in Verbindung mit einer Anzeigevorrichtung eine Beurteilung des Mediums auszeichnet. Ferner wird ein Verfahren beansprucht, das eine Verwendung der Testvorrichtung beinhaltet.
-
Mit der
DD 281 314 A7 ist ein Verfahren zur elektrischen Beschichtung von Teilen, die ganz oder teilweise elektrisch leitend sind, bekannt geworden. Eine derartige Beschichtungsmasse besteht aus beliebigen Polymeren, die mit unterschiedlichen Füllstoffen versetzt sein können, oder anorganischen Suspensionen, die gleichmäßig auf Teile aufgebracht werden können, in dem die Beschichtungsstärke und Dauer durch Wahl der Prozessparameter einstellbar ist. Dabei sind der Beschichtungsmasse mindestens ein Lösungsmittel und eine hoch disperse hydrophobierte Kieselsäure zugesetzt worden, so dass die Kieselsäure in Verbindung mit dem Lösungsmittel unter Einfluss des elektrischen Feldes auf das zu beschichtende Teil abgeschieden wird und so ein stabilisierendes Gerüst für die Beschichtungsmasse aufbaut.
-
Die
DE 103 20 805 B4 gibt eine Vorrichtung zur Bearbeitung von zylindrischen, zumindest eine elektrisch leitende Ader, aufweisenden Substraten mit einem Prozessraum sowie durch Anlegen einer Spannung an wenigstens eine, dem Prozessraum zugeordnete, fest an der Vorrichtung angeordnete Elektrode und eine Gegenelektrode wieder, wobei in dem Prozessraum ein Plasma entzündbar ist, wobei die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist.
-
Ein solches flüssiges Medium kann beispielsweise als Lack ausgebildet sein, um z. B. für ein Lackierverfahren bestimmte mechanische Eigenschaften aufzuweisen bzw. auch neben mechanischen Eigenschaften elektrische Isoliereigenschaften aufweisen soll.
-
Dabei weisen Isolierwerkstoffe für elektrische Leiter häufig nicht die ausreichende Isolationsfestigkeit auf. Als Folge davon treten zwangsläufig Kriech- und Gleitentladungen auf. Eine derartige geringe Isolationsfestigkeit zeichnet sich dadurch aus, dass eine nicht in sich geschlossene feste Isolationssperre vorhanden ist. Dabei entspricht die Durchschlagfestigkeit eines Isolierstoffes einer elektrischen Feldstärke, die in dem Leiter höchstens herrschen darf, ohne dass es zu einem Spannungsdurchschlag kommt.
-
Es ist eine Vorrichtung zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften einer Beschichtung durch ein Isoliersubstrat auf der Oberfläche von Leitern für elektrische Anwendungen, wie Drähte, Kabel oder dgl. mit einer Beschichtungsvorrichtung zur Applikation des flüssigen Isoliersubstrates durch die
DE 10 2011 008 656 bekannt geworden. Dabei wird zur Ausrichtung der Moleküle und/oder Nanopartikel des noch flüssigen Isoliersubstrates durch Beaufschlagung der Vorrichtung mit einer Hochspannung eine verbesserte Beschichtung erreicht. Ein solcher Leiter wird kontinuierlich durch die Vorrichtung hindurch bewegt, so dass am Ende der Vorrichtung eine Aushärtung des Isoliersubstrates mit gleichzeitiger Ausrichtung der Moleküle und/oder Nanopartikel erfolgt ist. Durch das elektrische Feld der Hochspannung wird eine symmetrische Ausrichtung, vorzugsweise in tangentialer Richtung des Leiters ausgeführt. Mittels der gezielten Ausrichtung der Moleküle in dem Beschichtungsmediums wird erreicht, dass bessere Isoliereigenschaften neben besseren mechanischen Eigenschaften nicht durch eine Verdickung der Isolierschicht erreicht werden. In dem Isoliersubstrat können Zuschlagstoffe vorhanden sein, um so eine größere Dielektrizitätskonstante zu erreichen.
-
In einem automatischen Fertigungsprozess ist es Voraussetzung, dass eine gleich bleibende Qualität beispielsweise beim Beschichten von elektrischen Drähten sowohl in ihrer mechanischen als auch in ihrer elektrischen Eigenschaft durchgehend erzielt wird. Um dieses zu erreichen, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Testvorrichtung zu schaffen, um außerhalb des Fertigungsprozesses eine Überprüfung des flüssigen Mediums außerhalb des Fertigungsprozesses auf seine Verwendung und seine anzuwendenden Prozessparameter vornehmen zu können.
-
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Testvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Anwendung der Testvorrichtung nach Anspruch 9. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.
-
Die üblicherweise in einem flüssigen Medium oder Substrat oder dergleichen vorhandene Moleküle oder Makromoleküle oder Nanopartikel weisen in der Regel einen heterogenen Zustand eines isotropen Molekülverbundes auf. Zur Einsparung von Material und Zeit wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Überprüfung eines zur Verwendung anstehenden Substrates oder dergleichen im flüssigen Zustand außerhalb des Fertigungsprozesses durchzuführen. Eine solche Überprüfung des Substrates, das in einem flüssigen Zustand vorliegt, dient der empirischen Ermittlung von elektrischen und mechanischen Eigenschaften und seinen anzuwendenden Prozessparametern sowie die Verarbeitungsmöglichkeiten bei Lackierverfahren. Dabei ist es von großer Wichtigkeit, außerhalb des Fertigungsprozesses Rückschlüsse darauf zu schließen, wie schnell sich die Moleküle oder Nanopartikel oder dergleichen innerhalb des flüssigen Mediums gezielt in eine bestimmte Richtung ausrichten können. In der vorliegenden Testvorrichtung ist somit ohne Einschaltung des gesamten Beschichtungsprozesses eine Überprüfung des flüssigen Mediums auf seine Verwendbarkeit und den nötigen Prozessparametern und die verschiedenen Eigenschaften möglich.
-
Zur Feststellung der unterschiedlichsten Eigenschaften und der im Verarbeitungsprozess anzuwendenden Parameter wird deshalb innerhalb einer Testvorrichtung ein flüssiges Medium eingefüllt. Dabei besteht die Testvorrichtung im Wesentlichen aus einem Probenhalter, der sich innerhalb eines elektrostatischen Feldes befindet. Ein solches elektrostatisches Feld wird beispielsweise durch zwei gegenüber liegende Elektroden an der Testvorrichtung erzielt. Der Probenaufnehmer ist dabei vorzugsweise von einer eckigen Form, die beispielsweise viereckig ausgebildet sein kann. So ist es möglich, dass an zwei gegenüber liegenden Seiten die Elektroden einer Hochspannungseinheit an dem Probenaufnehmer direkt oder indirekt angebracht werden können. Orthogonal zu den Elektroden der Hochspannung sind auf einer weiteren Seite eine Lichtquelle und diametral dazu eine sensorische Einrichtung vorhanden.
-
Um eine Überprüfung des zu testenden Mediums durchführen zu können, wird dieses Medium in den Probenhalter eingefüllt. Gleichzeitig wird die Lichtquelle angeschaltet. Die einzelnen Moleküle des Mediums sind normalerweise in einem ungerichteten Zustand in dem Medium enthalten. Dieses ungeordnete Gefüge in dem Medium kann durch eine sensorische Vorrichtung in Form von mindestens einem Fototransistor auf der der Lichtquelle gegenüber liegenden Seite erfasst werden. Um jedoch eine qualifizierte Aussage machen zu können, befindet sich zwischen der sensorischen Einrichtung und dem Probenaufnehmer in einer ersten bevorzugten Ausführungsform ein Polarisationsfilter. Dieser Polarisationsfilter wird so ausgerichtet, dass ein senkrechtes Gitter entsteht. Nun wird die Hochspannung eingeschaltet. Gegenüber dem Zustand der Moleküle vor der elektrostatischen Felderzeugung wird ein erstes Signal von der Lichtquelle auf der Anzeige, die vorzugsweise als Oszilloskop ausgebildet ist, sichtbar. Der ersten Reaktion in dem Medium folgen weitere, die von der fotosensorischen Einrichtung erfasst werden. Aus der Laufzeit der Signale kann abgelesen werden, wie lange die Ausrichtung der Moleküle oder dgl. in dem Medium in Anspruch nimmt und wann diese komplett abgeschlossen ist. Eine komplette Ausrichtung ist dann gegeben, wenn keine Signaländerung mehr stattfindet. Solange noch eine Kurvenänderung stattfindet, ist die Ausrichtung der Moleküle oder dgl. nicht in sich abgeschlossen. Gleichzeitig ist dieser Zeitraum bis zur kompletten Ausrichtung ein Maß für den später ablaufenden automatischen Prozess, neben dem Betrag der Hochspannung.
-
In einer weiteren bevorzugten Vorgehensweise ist es möglich, dass die Polarisationsfilter so eingestellt werden, dass ein waagerechtes Gitter entsteht. Dabei ist ein erster gewisser Grauwert vorhanden und nach dem Aufbau des elektrostatischen Feldes richten sich die Moleküle oder dgl. parallel zu dem Polarisationsfilter aus.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können auch zwei Polarisationsfilter hintereinander verwendet werden. Dieses ist dann sinnvoll, wenn die Polarisationsfilter unter 45° ausgerichtet werden, um so eine Aussage über die Art der Ausrichtung der in dem Medium enthaltenen Moleküle oder dergleichen machen zu können. Ausgerichtete Moleküle oder dgl. lassen alle Polarisationen durch.
-
Neben der Zeit für die Ausrichtung der Moleküle oder dgl. kann auch gleichzeitig der Betrag des Hochspannungssignals für das elektrostatische Feld ermittelt werden. Dabei ist auch die Viskosität des flüssigen Mediums, das vorzugsweise ein Lack sein kann, mit in die Überprüfung einzubeziehen, ebenso die enthaltenen Beimengungen oder Zuschlagstoffe. Denn je nach Viskosität ist es notwendig, dass bei einem Beschichtungsprozess das Medium innerhalb des elektrostatischen Feldes eine unterschiedliche Zeit bleiben muss, um eine vollständige Ausrichtung der Moleküle oder dgl. durchführen zu können. Solange die angezeigte Kurve auf dem Anzeigegerät keinen statischen Zustand wiedergibt, befinden sich dem Medium mit seinen Zuschlagstoffen diese noch in der Ausrichtung.
-
So ist es möglich, dass eine Ermittlung der Eigenschaften von unterschiedlichen Lacken oder dergleichen ermittelt werden können.
-
Die Testvorrichtung ist somit ein Werkzeug für die Entwicklungsabteilung, bei der neben der Verwendung von mehreren unterschiedlichen Zuschlagstoffen auch die kompletten Eigenschaften eines derartigen Mediums geprüft werden können. So ist es möglich, verschiedene Kombinationen empirisch zu ermitteln und auch gleichzeitig gegenseitige Beeinflussungen der Moleküle oder dgl. festzustellen. Dabei kann eine Affinität der Teilchen untereinander vorherrschen bzw. es ist auch möglich, dass keine Affinität gegeben ist.
-
Statt der Polarisationsfilter kann auch ein Spektrometer eingesetzt werden, um auf unterschiedliche Molekülgrößen Rückschlüsse ziehen zu können. In einem solchen Falle wird zur Spektralanalyse ein mehrfarbiges Licht verwendet, so dass auch bei der sensorischen Einrichtung nicht nur ein Fototransistor sondern mehrere Fototransistoren vorhanden sind, um das monochromatische Spektrum zu ermitteln.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann auch ein Spektrometer zusätzlich hinter den Polarisationsfiltern verwendet werden. Das hierfür verwendete farbliche Licht kann vom UV-Bereich bzw. über das gesamte Spektrum bis in den Infrarotbereich gehen.
-
Durch die Testvorrichtung ist es möglich, auf Grund von empirisch ermittelter Daten und Testreihen die Eigenschaften und Rückschlüsse auf verwendete Zuschlagsstoffe in einem unausgerichteten und in einem ausgerichteten Molekularzustand innerhalb des Mediums mit verschiedenen Betriebsparametern zu ermitteln. Durch eine solche Prozessparameterermittlung liegt ein schnelleres Ergebnis für einen optimalen Einsatz eines bestimmten Mediums in einem Fertigungsprozess vor. Es versteht sich, dass für unterschiedliche flüssige Medien (Lacke) auch unterschiedliche Zuschlagsstoffe sowie Prozessparameter empirisch ermittelt werden können. Dabei sind die ermittelten Daten und Kurvenverläufe typisch für einen bestimmen Lack mit einem ganz bestimmten Zuschlagsstoff.
-
Durch die Ermittlung der entsprechenden Prozessparameter vor dem Fertigungsprozess ist es möglich, eine Anlage zur Beschichtung von Drähten oder dgl. mit einem flüssigen Medium sofort in einem optimalen Bereich ohne lange Probeläufe starten zu können. Beim Vorliegen von einer größeren Menge von ermittelten Daten können so Rückschlüsse sicher auf die Einsatzbereiche der verschiedenen Lacke oder dergleichen gezogen werden bei gleichzeitiger Steigerung von elektrischen und mechanischen Eigenschaften der behandelten Werkstoffe.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines möglichen Ausführungsbeispieles in den Figuren wiedergegeben.
-
Es zeigt:
-
1: Einen schematischen Aufbau einer Prüfvorrichtung;
-
2: wie 1, jedoch in einem Bockschaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
-
3: wie 2 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
-
In der 1 wird eine Probenaufnahme 1 in einer Seitenansicht wiedergegeben, bei der diametral gegenüber liegenden Elektroden 2, 3 einer Hochspannungseinheit 4 angeschlossen sind. Die elektrische Verbindung zu den Elektroden 2, 3 wird über elektrische Verbindungen 5, 6 sichergestellt.
-
Eine solche Testvorrichtung gemäß der 1 kann in ihrer Gesamtheit der 2 entnommen werden. Dabei ist die Probenaufnahme 1 grundsätzlicher Bestandteil der gesamten Prüfvorrichtung. In etwa einem Winkel von 90° zu den Elektroden 2, 3 ist auf der linken Seite der Probenaufnahme 1 eine Lichtquelle 8 mit einem Netzteil 9 dargestellt. Von dem Netzteil 9 wird die Lichtquelle 8 gespeist. Dieses Licht der Lichtquelle 8 kann als Weißlicht oder aber auch als farbiges Licht für eine Spektralanalyse ausgebildet sein.
-
Auf der rechten Seite, d. h. gegenüber der Lichtquelle 8 ist eine Polarisationseinrichtung 10 vorhanden, die in einer ersten bevorzugten Ausführungsform aus mindestens einem, vorzugsweise zwei gegeneinander veränderbaren Polarisationsfiltern besteht. Dabei wird der erste Polarisationsfilter so ausgerichtet, dass ein senkrechtes Gitter beispielsweise entsteht. Die Hochspannung liegt waagerecht dazu an, so dass die Moleküle sich auch waagerecht ausrichten. In dem Augenblick, wo die die Moleküle oder dgl. waagerecht ausgerichtet sind, kommt durch ein senkrecht ausgerichtetes Polarisationsfilter nichts mehr an Licht durch, es wird dunkel.
-
Die Polarisationsfilter sind deshalb notwendig, um die Ausrichtung der Moleküle oder dgl. innerhalb des zu prüfenden flüssigen Mediums darzustellen. Es können auch zwei Polarisationsfilter, die unter 45° zueinander angeordnet sind, verwendet werden.
-
Nach der Polarisationseinrichtung 10 ist eine Sensorvorrichtung 11 angeordnet, die mindestens aus einem oder mehreren Fototransistoren bestehen kann. Die Sensorvorrichtung 11 erfasst die Lageveränderung der Moleküle oder dgl. Das durch die Sensorvorrichtung 11 erzeugte Signal oder die Signale werden einer Verstärkereinheit 12 zugeführt, um sie anschließend auf eine Anzeige 13, die vorzugsweise als Oszillograph oder sonstiges optisches Anzeigegerät ausgebildet ist, darzustellen. Die an der optischen Anzeige 13 ermittelten Darstellungen hinsichtlich der Ausrichtzeit und der Beweglichkeit der Moleküle oder dgl. kann in einem anschließenden Speicher 14 gespeichert werden, um eine spätere Auswertung der empirisch ermittelten Daten und Parameter z. B. für Höhe der Hochspannung und die Ausrichtzeit vornehmen zu können.
-
Statt der in der 2 vorgeschlagenen Polarisationsfiltereinrichtung 10 kann auch eine spektrometrische Einrichtung in Form eines Spektrometers eingeführt werden. In einem solchen Falle ist es jedoch notwendig, dass die sensorische Einheit 11 aus mehreren Fototransistoren besteht, die das farbliche Spektrum des Lichts von UV bis ins Infrarotspektrum empfangen und auch auswerten zu können.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass sowohl ein Spektrometer als auch eine Polarisationseinrichtung 10 zur empirischen Ermittlung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der flüssigen Medien verwendet wird.
-
Mit der vorliegenden erfinderischen Einrichtung einer Prüfvorrichtung für flüssige Medien ist es möglich, Kombination von Zuschlagsstoffen innerhalb eines flüssigen Mediums auf kostengünstige Art und Weise zu prüfen. Dabei wird auch eine gegenseitige Beeinflussung derartiger Zuschlagsstoffe ermittelbar.
-
Es versteht sich, dass die Hochspannung der Hochspannungseinheit 4 für das elektrostatische Feld zwischen den Elektroden 2 und 3 in ihrem Betrag veränderbar ist. Somit kann bei einem anschließenden Fertigungsprozess auch gleichzeitig die Größe des Betrages der Hochspannung im Fertigungsprozess ermittelt werden, ebenso die Durchlaufzeit innerhalb der Prozessanlage.
-
Des Weiteren ist es mit der vorliegenden Testvorrichtung in einfacher Form möglich, bestimmte Medien mit oder ohne Zuschlagsstoffe in einer Gegenüberstellung z. B. durch Messreihen zu prüfen. Dabei ergibt sich für jedes getestete Medium eine typische Kurve für das flüssige Medium mit einem ganz bestimmten Zuschlagsstoff, dargestellt über eine Zeitachse. Zur Datensicherung ist es empfehlenswert jede Messreihe oder jedes Messergebnis mehrfach zu wiederholen.
-
Die 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Testvorrichtung. Dabei ist in der Zeichnung auf der linken Seite der Probenaufnahme 1 ein weiteres Polarisationsfilter 10 angeordnet worden. Bei diesem Aufbau ist es ebenfalls möglich die zu prüfende Probe des Mediums auf seine Eigenschaften und Verwendungen zu untersuchen. So können die gegenüber angeordneten Polarisationsfilter 10, durch den Probenaufnehmer 1 voneinander getrennt, auch einzeln verstellt werden, um die gewünschten Darstellungen von den Molekülen oder dergleichen in ihrem Ausrichtprozess zu beobachten und die entsprechenden Parameter für einen anschließenden automatischen Fertigungsablauf zu ermitteln.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Probenaufnahme
- 2
- Elektrode
- 3
- Elektrode
- 4
- Hochspannungseinheit
- 5
- Verbindung
- 6
- Verbindung
- 7
- Gefäß
- 8
- Lichtquelle
- 9
- Netzteil
- 10
- Polarisationseinrichtung
- 11
- Sensorische Einheit
- 12
- Verstärkereinheit
- 13
- Anzeige
- 14
- Speicher
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DD 281314 A7 [0002]
- DE 10320805 B4 [0003]
- DE 102011008656 [0006]
