DE19928039A1 - Vorrichtung zur Untersuchung von Flächenware aus polymeren Werkstoffen mit eingebetteten textilen Festigkeitsträgern - Google Patents
Vorrichtung zur Untersuchung von Flächenware aus polymeren Werkstoffen mit eingebetteten textilen FestigkeitsträgernInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur Untersuchung von Flächenware aus polymeren Werkstoffen mit eingebetteten textilen Festigkeitsträgern beschrieben, mit der die Anordnung und der Verlauf der Festigkeitsträger im polymeren Werkstoff zerstörungsfrei und ohne Beeinträchtigung der Qualität der Flächenware feststellbar ist. Eingesetzt werden NMR-MOUSE-Sonden zur kernmagnetischen Analyse der Flächenware. Die NMR-MOUSE-Sonden (Fig 1: 9a, 9b, 9c) bilden auf einem Meßkörper (1) eine Meßebene zur Auflage der Flächenware (3) und sind in der Meßebene (6) bevorzugt in Untersuchungsrichtung des Materials sich gegenseitig überlappend angeordnet.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von Flächenware
aus polymeren Werkstoffen mit eingebetteten textilen Festigkeitsträgern.
Flächenware aus polymeren Werkstoffen mit textilen Festigkeitsträgern, die zur
Verstärkung und Formgebung im polymeren Werkstoff eingebettet sind, ist bekannt.
Flächenware aus solchen polymeren Werkstoffen, die Elastomere,
thermoplastische Elastomere, Thermoplaste und Duroplaste umfassen, dienen
insbesondere zum Einsatz in Dachbelägen, als Drucktücher, Fördergurte,
Membranen sowie als zylindrische Flächenware in Luftfedern, Schläuchen und
Kompensatoren.
Von Bedeutung sind Qualitätsbestimmungen für die Flächenware, vor allem
Untersuchungen, mit denen der Verlauf der Festigkeitsträger im polymeren
Werkstoff festgestellt werden kann. Bisher werden die Werkstoffe in folgender
Weise untersucht: Zerstörende stochastische Untersuchungsmethoden,
zerstörungsfrei mittels Röntgendurchstrahlungstechnik.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der die
Flächenware möglichst vollständig hinsichtlich Anordnung und Verlauf der
Festigkeitsträger im polymeren Werkstoff zerstörungsfrei untersuchbar ist.
Insbesondere sollen nicht gewünschte Störstellen, z. B. ungleiche Abstände der
Festigkeitsträger oder fehlende Festigkeitsträger, ermittelt werden können. Dabei
soll durch die Untersuchungsmethode die Qualität der Flächenware nicht
beeinträchtigt werden. Die Vorrichtung soll bei einfachem Aufbau mit gutem
Kontrast arbeiten.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch Einsatz von NMR-MOUSE-Sonden
zur kernmagnetischen Analyse der Flächenware gelöst.
NMR-MOUSE-Sonden (Nuclear Magnetic Resonance MObile Universal Surface
Explorer) sind zur Materialanalyse in der Materialforschung bekannt, siehe
G. Eidmann et al, "The NMR-MOUSE, a Mobil Universal Surface Explorer", Journal
of Magnetic Resonance (J. Magn. Res.) A122, 1996, S. 104/109, sowie A. Guthausen
et al, "Analysis of Polymer Materials by Surface NMR via the MOUSE",
J. Magn. Reson. A129, 1997, S. 001/007, und A. Guthausen et al, "NMR-Bildgebung
und Materialforschung", Chemie unserer Zeit, 1998, S. 73/82. Mit NMR-MOUSE-
Sonden wird durch magnetische Resonanz (NMR) in einem der Oberfläche der
Sonde nahen Umgebungsbereich ein NMR-Signal erzeugt und gemessen, das zur
Charakterisierung der Eigenschaften von im oberflächennahen Bereich der NMR-
MOUSE-Sonde angeordneten Werkstoffen ausgenutzt wird. Flächenware aus
polymeren Werkstoffen mit, textilen Festigkeitsträgern besteht im Sinne der
praktisch durchführbaren Messung der kernmagnetischen Resonanz des
Wasserstoffkerns 1H (1H-NMR) aus signalgebenden Bereichen, nämlich dem
polymeren Werkstoff, und einem Material, das - wie die textilen Festigkeitsträger -
wenig bis kein Signal abgibt. Zur Untersuchung der Position der textilen
Festigkeitsträger im polymeren Werkstoff ist daher schon die unter üblichen
experimentellen Bedingungen wenig anspruchsvolle Abbildung der Spindichte
ausreichend. Ein Einführen von Relaxationskontrast ist zur Auswertung der
Untersuchungsergebnisse nicht notwendigerweise erforderlich, aber auch nicht
störend.
Neben dem üblicherweise gemessenen Kern 1H kommt für die Untersuchung der
Flächenware mit NMR-MOUSE-Sonden auch der Kern 19F in Betracht. Liegt
19F nur im Material der textilen Festigkeitsträger vor, so können die textilen
Festigkeitsträger durch 19F-NMR direkt abgebildet werden.
Die Analyse der Flächenware aus polymerem Werkstoff mit textilen
Festigkeitsträgern mit NMR-MOUSE-Sonden ist besonders vorteilhaft, weil 1) die
Messempfindlichkeit der NMR-MOUSE-Sonden bei geringen Tiefen des
meßempfindlichen Volumens der Sonde (z. B. 0 bis 3 mm) besonders hoch ist und
2) weiche Materie wie Polymere für die NMR-Bildgebung besonders geeignet ist.
Verzichtet man auf ein homogenes magnetisches Polarisierungsfeld B0 und ein
homogenes Hochfrequenzfeld B1, können die NMR-MOUSE-Sonden im Verhältnis
zu üblichen NMR-Geräten klein gebaut werden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist vorgesehen, auf einem
Meßkörper eine von NMR-MOUSE-Sonden gebildete Meßebene zur Auflage der
Flächenware anzuordnen. Um die Flächenware möglichst umfassend in einer
Richtung im Material untersuchen zu können, sind die NMR-MOUSE-Sonden in der
Meßebene bezüglich dieser Richtung sich gegenseitig überlappend angeordnet,
insbesondere derart, daß sich ihre meßempfindlichen Volumenbereiche in dieser
Richtung überlappen, Ansprüche 3 und 4.
Wird nur die 1H-Dichte abgebildet, so kann die Messung bei erhöhter Temperatur
erfolgen, bei der sich die Gummimoleküle thermisch stärker bewegen. Die
Flächenware wird hierzu warm untersucht. Die Untersuchung kann noch während
und/oder unmittelbar nach dem Herstellungsprozeß, der Vulkanisation, erfolgen.
Die Untersuchungstemperatur wird von der Curie-Temperatur des Materials
begrenzt, die Temperatur der Flächenware muß unterhalb der Curie-Temperatur
liegen. Dem mit dieser Messung verbundenen Gewinn an Messempfindlichkeit kann
zwar ein Verlust an Kontrast durch die verschiedenen NMR-Relaxationszeiten
gegenüber stehen, eine Erhöhung der Meßempfindlichkeit ist jedoch für die hier zu
untersuchende Flächenware von größerer Bedeutung.
Die Erfindung und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend
anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch
wiedergegeben sind, näher erläutert. Die Zeichnung zeigt im einzelnen
Fig. 1 zylindrischer Meßkörper mit NMR-MOUSE-Sonden
Fig. 2 Ausschnitt eines flächigen Meßkörpers mit NMR-MOUSE-Sonden
Fig. 3 Aufbau einer NMR-MOUSE-Sonde mit
Fig. 3a: Aufsicht auf eine NMR-MOUSE-Sonde aus Richtung a
nach Fig. 3b,
Fig. 3b: Längsschnitt durch die NMR-MOUSE-Sonde gemäß Schnittlinie b
nach Fig. 3a
Fig. 4 Meßbeispiel
Fig. 1 und 2 zeigen Vorrichtungen zur Untersuchung von Flächenware aus
polymerem Werkstoff mit Meßkörpern 1 und 2, die NMR-MOUSE-Sonden
aufweisen. In den Ausführungsbeispielen dienen die Vorrichtungen zur
Untersuchung eines pneumatisch belastbaren Bauteils aus natürlichem oder
synthetischem Kautschuk, dem zur Erhöhung seiner Belastbarkeit textile
Festigkeitsträger beigefügt sind. Die textilen Festigkeitsträger im polymeren Material
bestehen in den Ausführungsbeispielen aus Aramidfasern oder Polyamidfasern.
Geeignet sind auch Polyester, Mineralfasern (z. B. Glasfaser), Kohlefasern, Fasern
aus azetylisiertem Polyvinylalkohol, Reonfasern (halbsynthetische Fasern z. B. mit
Zellulose) oder beispielsweise Baumwolle. Bei den im polymeren Material
eingebetteten Festigkeitsträgern handelt es sich um Fasern aus einem Werkstoff,
der gegenüber dem polymeren Grundmaterial, in dem sie eingebettet sind, eine
geringere 1H - oder 19F - Dichte hat oder der andere NMR-Relaxationszeiten
aufweist.
Der Meßkörper 1, der zylindrisch geformt ist, ist insbesondere zum Test
schlauchförmiger Flächenware 3 bestimmt, mit dem Meßkörper 2 sind ebene
Materialbahnen 4 als Flächenware untersuchbar. Zur Untersuchung wird die
Flächenware beim Meßkörper 1 auf dessen Zylinderoberfläche 5 auf eine
zylindrische Meßebene aufgezogen, beim Meßkörper 2 auf dessen plane
Meßebene 6 aufgelegt. Von der schlauchförmigen Flächenware 3 und der zu
testenden Materialbahn 4 sind in Fig. 1 und 2 nur Teilstücke dargestellt.
Der polymere Werkstoff wird von Festigkeitsträgern 7 durchzogen, deren Lage in
der Flächenware 3 bzw. 4 in der Zeichnung nur schematisch wiedergegeben ist.
In den Ausführungsbeispielen durchziehen die Festigkeitsträger 7 das polymere
Material mit Abstand 8 im wesentlichen parallel zu einander in einer vorgegebenen
Richtung, im Ausführungsbeispiel parallel zur Längserstreckung der schlauch- oder
bahnförmigen Flächenware 3 bzw. 4. Der Abstand 8 zwischen den parallel
verlaufenden Festigkeitsträgern 7 beträgt ca. 0,5 bis 1 mm.
Die im Werkstoff eingebetteten Festigkeitsträger können jedoch auch in anderer
Weise als in Fig. 1 und 2 gezeigt angeordnet sein, beispielsweise das Material
netzförmig durchziehen oder sich überkreuzend verlaufen.
Zur Untersuchung der Anordnung und des Verlaufs der Festigkeitsträger im
polymeren Werkstoff, insbesondere zur Feststellung von nicht gewünschten
Störstellen, z. B. ungleichem Fadenabstand oder fehlenden Fäden, die die für den
Anwendungsfall erforderliche Verstärkung der Festigkeit des Materials
beeinträchtigen, dienen in den Meßkörpern 1 und 2 NMR-MOUSE-Sonden. Der
grundsätzliche Aufbau einer solchen NMR-MOUSE-Sonde ist in Fig. 3 (Fig.
3a, 3b) gezeigt.
Eine NMR-MOUSE-Sonde weist zur Polarisation der kernmagneten Momente im
zu untersuchenden Material und zur Erzeugung von Meßsignalen räumlich
inhomogene Magnetfelder auf. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, befinden sich bei
einer NMR-MOUSE-Sonde 9 zwischen zwei entgegengesetzt magnetisierten
Permanentmagneten 10, 11 mit Permanentmagnetpolen N und S zwei
Gradientenspulen 12, 13 sowie zwischen den Gradientenspulen eine
Hochfrequenzspule 14. Dem statischen Polarisationsfeld B0, das zwischen den
Permanentmagnetpolen erzeugt wird, ist mittels der Hochfrequenzspule 14 in
zeitlichem Abstand pulsierend ein magnetisches Meßfeld B1 als magnetischer
Anteil eines Hochfregenzfeldes überlagerbar, das mit der Hochfrequenzspule als
Bestandteil eines elektrischen Schwingkreises gebildet und empfangen wird. Unter
"Pulsen" des magnetischen Meßfeldes B1 wird verstanden, daß das Magnetfeld in
einem vorgegebenen Zeittakt durch Anregen der Hochfrequenzspule über einen
kurzen Zeitraum stoßweise erzeugt wird. Mit den Gradientenspulen 12, 13 wird -
ebenfalls gepulst - dem Magnetfeld zusätzlich ein magnetisches Gradientenfeld BG
überlagert. In Fig. 3a sind die Feldlinien des Gradientenfeldes BG schematisch
eingetragen. Form und Größe des Umgebungsvolumens, das in der äußeren
Umgebung der NMR-MOUSE-Sonde kernmagnetisch impliziert und durch Messen
der Echosignale zu detektieren ist und den meßempfindlichen Volumenbereich
darstellt, ist für jede Sonde einerseits durch die spezifische Bandbreite der
magnetischen Hochfrequenzanregung und andererseits durch die orthogonalen
Komponenten beider Magnetfelder B0 und B1 definiert. Der Verlauf der
magnetischen Feldlinien und damit die Größe des signalgebenden
Volumenbereichs kann durch entsprechendes Dimensionieren und Anordnen der
Permanentmagnete und der Spule des elektrischen Hochfrequenzschwingkreises
verändert werden.
Zum permanentmagnetischen Polarisationsfeld B0 (Grundfeld) wird mittels der
Gradientensspulen 12, 13 somit zusätzlich ein Gradientenfeld BG mit einem
Feldgradienten tangential zur äußeren Oberfläche der NMR-MOUSE-Sonde 9 und
senkrecht zum Polarisationsfeld B0 erzeugt. Dieses Zusatzfeld BG wird zur
Erzeugung der Ortsauflösung (Phasenkodierung der Ortsinformation) in zeitlichem
Abstand gepulst. Die Hochfrequenzspule 14 ist in der Weise angeordnet, daß die
Feldlinien des Polarisationsfeldes B0 und die Feldlinien des durch die
Hochfrequenzspule erzeugten magnetischen Meßfeldes B1 im messempfindlichen
Volumenbereich senkrecht aufeinander stehen. Die orthogonalen Komponenten der
beiden Magnetfelder B0 und B1 indizieren das Meßsignal. Für Anregung und
Detektion des Messignals wird die gleiche Hochfrequenzspule verwendet.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind auf dem zylindrischen Meßkörper 1 mit
Zylinderachse 15 im Meßbereich 16 der zylindrischen Meßebene mehrere
Permanentmagnetringe 17 vorgesehen, die radial polarisiert sind und in Richtung
der Zylinderachse 15 gesehen mit Abstand 18 hintereinander um die Zylinderachse
15 axial zentriert angeordnet sind. Jeweils benachbarte Permanentmagnetringe
17a, 17b sind entgegengesetzt polarisiert: So ist neben dem Permanentmagnetring
17a, dessen Magnetfeld in magnetischer Nord/Süd-Richtung radial von Außen nach
Innen gerichtet ist (der magnetische Nordpol N des Permanentmagnetringes 17a
wird von der äußeren Ringfläche gebildet), im Abstand 18 ein
Permanentmagnetring 17b mit entgegengesetzt gerichtetem Magnetfeld angebracht
(die äußere Ringfläche des Permanentmagnetringes 17b bildet den magnetischen
Südpol S). Auf diese Weise werden in der äußeren Umgebung des Meßbereichs 16
auf dem zylindrischen Meßkörpers 1 jeweils zwischen benachbarten Permanent
magnetringen 17 auf der Zylinderoberfläche 5 torusartig rotationssymmetrische
Permanentmagnetfelder B0 erzeugt, mit denen das auf der Zylinderoberfläche des
Meßkörpers aufliegende Material durchdrungen werden kann.
Am Rande des Meßkörpers 1 sind in Fig. 1 in der zylindrischen Meßebene
schematische Schnitte durch die gebildeten rotationssymmetrischen
Permanentmagnetringfelder B0 angegeben.
In der zylindrischen Meßebene am Meßkörper 1 sind zwischen den mit Abstand 18
angeordneten Permanentmagnetringen 17 elektrische Gradientenspulen 19 und
Hochfrequenzspulen 20 vorgesehen, die ebenfalls zu einem Ring aneinander
gesetzt sind. Mit den Hochfrequenzspulen ist dem Permanentmagnetringfeld B0 der
Permanentmagnetringe ein gepulstes magnetisches Meßfeld B1 als magnetischer
Anteil eines Hochfrequenzfeldes überlagerbar, mit den Gradientenspulen 19 wird -
ebenfalls gepulst - im messempfindlichen Volumenbereich zusätzlich ein
Gradientenfeld BG in tangentialer Richtung zur Zylinderoberfläche 5 und senkrecht
zum Permanentmagnetringfeld B0 erzeugt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind am Meßkörper 1 die zwischen den
Permanentmagnetringen 17 angeordneten Gradientenspulen 19 - der achsparallen
Ausrichtung der Permanentmagnetringe 17 entsprechend - mit ihren Spulenachsen
21 parallel zur Zylinderachse 15 verlaufend angeordnet. Bei dieser Ausrichtung der
Gradientenspulen läßt sich das Permanentmagnetfeld B0 durch die mit den
Gradientenspulen erzeugten Gradientenfelder BG maximal beeinflussen. Jeweils
von benachbarten Gradientenspulen 19 begrenzte Sektorbereiche der
Permanentmagnetringe 17 bilden zusammen mit diesen Gradientenspulen und der
zwischen den Gradientenspulen 19 eingesetzten Hochfrequenzspule 20 eine NMR-
MOUSE-Sonde. Jede Gradientenspule ist somit jeweils zwei zueinander
benachbarten NMR-MOUSE-Sonden zugeordnet.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind in der Meßebene auf dem zylindrischen
Meßkörper 1 vier Permanentmagnetringe 17 in Achsrichtung der Zylinderachse 15
aufeinanderfolgend angeordnet. Auf der Zylinderoberfläche 5 des Meßkörpers 1
werden somit im Meßbereich 16 von den radial polarisierten Permanent
magnetringen 17 mit jeweils entgegengesetzter Magnetfeldrichtung benachbarter
Permanentmagnetringe drei torusartige rotationssymmetrische Polarisationsfelder
B0 erzeugt. Zwischen den Permanentmagnetringen 17 sind drei Sondenringe 22,
23, 24 mit Gradienten- und Hochfrequenzspulen 19 bzw. 20 vorgesehen. In Fig. 1
sind die NMR-MOUSE-Sonden, die auf diese Weise auf jedem Sondenring
ausgebildet werden und auf jedem Ring benachbart senkrecht zum Verlauf der
Festigkeitsträger angeordnet sind, mit Bezugszeichen 9a für die NMR-MOUSE-
Sonden im Sondenring 22, mit Bezugszeichen 9b für die NMR-MOUSE-Sonden im
Sondenring 23 und mit Bezugszeichen 9c für die NMR-MOUSE-Sonden im
Sondenring 24 angegeben.
Im Ausführungsbeispiel ist die Form und Größe des Meßkörpers 1 den
Abmessungen der im Anwendungsfall zu untersuchenden Flächenware angepaßt.
Die NMR-MOUSE-Sonden sind derart ausgelegt, daß Flächenware untersuchbar
ist, deren textile Festigkeitsträger wenigstens ca. 0,1 mm stark sind und in einer
Tiefe zwischen etwa 0,2 bis 5 mm unterhalb der Oberfläche im polymeren Werkstoff
eingebettet sind. Im Ausführungsbeispiel wird ein pneumatisch belastbarer,
schlauchförmiger Elastomerbelag, der eine Stärke von 2 mm aufweist, mit
Festigkeitsträgern aus 0,2 bis 0,5 mm starken Polyamidfasern untersucht, die den
polymeren Werkstoff mittig in einer Tiefe von 1 mm in Längserstreckung des
Schlauchs parallel zueinander im Abstand von 0,5 bis 1 mm durchziehen. Der
Durchmesser 25 des Meßkörpers 1 mit den Permanentmagnetringen 17 beträgt
dem Schlauchdurchmesser angepaßt 80 mm. Die Ringstärke 26 der
Permanentmagnetringe parallel zur Zylinderachse 15 beträgt 20 mm, der Abstand
18 zwischen den Permanentmagnetringen 17 zur Aufnahme der Gradienten- und
Hochfrequenzspulen 19 bzw. 20 ist 13 mm lang. Insgesamt sind auf dem Umfang
des Meßkörpers 1 im Ausführungsbeispiel pro Ring 22 bis 24 12 NMR-MOUSE-
Sonden verteilt.
Die NMR-MOUSE-Sonden 9a, 9b, 9c sind auf dem Meßkörper 1 in den Ringebenen
der drei Sondenringe 22 bis 24 in Richtung der Zylinderachse 15 gesehen vom
Sondenring 22 bis zum Sondenring 24 jeweils um einen Winkel 27 gegeneinander
versetzt angeordnet, damit sich die meßempfindlichen Volumenbereiche der NMR-
MOUSE-Sonden 9a, 9b, 9c mit dem Ziel überlappen, den schlauchförmigen
Werkstoff im Meßbereich 16 möglichst über den gesamten Schlauchumfang
abzutasten. Der parallele Verlauf der textilen Festigkeitsträger im polymeren
Werkstoff läßt sich auf diese Weise vollständig erfassen.
Zur Erläuterung von Überlappung und winkelversetzter Anordnung der NMR-
MOUSE-Sonden 9a, 9b, 9c von Sondenring zu Sondenring sind in Fig. 4 ein
Querschnitt der von den Sonden untersuchten Flächenware 28 aus polymeren
Werkstoff 29 und im schlauchförmigen Werkstoff in dessen Längserstreckung
parallel zur Zylinderachse 15 und parallel zu einander verlaufenden textilen
Festigkeitsträgern 30 sowie - dem von den NMR-MOUSE-Sonden 9a, 9b, 9c jeweils
untersuchten Werkstoffbereich zugeordnet - vier schematisierte Meßprotokolle 31
bis 34 von vier NMR-MOUSE-Sonden wiedergegeben. In den Meßprotokollen
werden auf der Ordinate die gemessenen Werte der Signalamplitude S in
Abhängigkeit von der Werkstoffbreite L auf der Abszisse angegeben. Die
Werkstoffbreite L wird von den NMR-MOUSE-Sonden beim Messen abgetastet.
Der polymere Werkstoff mit den textilen Festigkeitsträgern besteht im Sinne der
NMR-Analyse hinsichtlich der zu bestimmenden Konzentration des kernmagnetisch
zu polarisierenden Kerns 1H einerseits aus solchen Materialbereichen, die ein
starkes NMR-Signal (aufgrund starker 1H- oder 19F-Dichte oder langer
transversaler Relaxationszeit) abgeben, nämlich den Bereichen, die nur aus
polymeren Werkstoff bestehen, im Ausführungsbeispiel aus elastomeren Material,
und andererseits aus solchen Materialbereichen, von denen wenig bis keine
Signale ausgehen, nämlich Bereichen, in denen im Elastomer textile
Festigkeitsträger verlaufen, im Ausführungsbeispiel Polyamidfasern. Aufgrund
dieser sehr unterschiedlichen kernmagnetischen Eigenschaften der
Materialbereiche ist aus den Meßprotokollen die Lage der Festigkeitsträger 30 im
polymeren Werkstoff 29 am Rückgang der Signalamplitude S und somit durch
Einschnitte im Meßwertverlauf über der Meßlänge L feststellbar. In Fig. 4 ist die
Zuordnung zwischen der Lage der Festigkeitsträger im polymeren Werkstoff und
den erhaltenen Meßwerten dargestellt.
Aus den Meßprotokollen 31 bis 34 in Fig. 4 ist auch ersichtlich, daß der relevante
meßempfindliche Volumenbereich einer NMR-MOUSE-Sonde auf einen
Kernbereich beschränkt ist, der kleiner bemessen ist als der Raum, der von einer
NMR-MOUSE-Sonde auf einem Sondenring zwischen zwei Gradientenspulen 19
eingenommen wird. In Fig. 4 sind in den Meßprotokollen als charakteristische
Größe für die meßempfindlichen Volumenbereiche 35, 36, 37 der drei NMR-
MOUSE-Sonden 9a, 9b, 9c die für die Analyse der Flächenware auswertbaren
Intervalle eingetragen und mit den Bezugszeichen der Volumenbereiche
gekennzeichnet. Außerhalb dieser meßempfindlichen Volumenbereiche 35, 36, 37
verbleiben bei den NMR-MOUSE-Sonden aufgrund ihres technischen Aufbaues
Toträume, die für die Messung nicht nutzbar sind. Insofern lassen sich also mit nur
auf einem Sondenring angeordneten NMR-MOUSE-Sonden nicht ohne weiteres
Analysenergebnisse über den gesamten Umfang des auf der zylindrischen
Meßebene im Meßbereich 16 aufliegenden Werkstoffs erhalten, die
meßempfindlichen Volumenbereiche benachbart angeordneter NMR-MOUSE-
Sonden schließen nicht lückenlos aneinander an.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden diese Toträume der einzelnen NMR-
MOUSE-Sonden durch gegenseitiges Versetzen der Sonden von Sondenring zu
Sondenring überbrückt. Die NMR-MOUSE-Sonden in einem Sondenring sind
gegenüber den NMR-MOUSE-Sonden in einem benachbarten Sondenring
winkelversetzt angeordnet, im Ausführungsbeispiel um den Winkel 27 derart
versetzt, daß zumindest der äußerste Festigkeitsträger, der vom meßempfindlichen
Volumenbereich einer NMR-MOUSE-Sonde gerade noch erfaßt ist, auch in den
meßempfindlichen Volumenbereich der versetzt angeordneten NMR-MOUSE-
Sonde im benachbarten Sondenring fällt. Durch diese doppelte Messung des
jeweils äußeren Festigkeitsträgers im Randbereich des meßempfindlichen
Volumens wird jeweils ein verifizierbarer Anschluß der Meßwerte der einzelnen
NMR-MOUSE-Sonden zur vollständigen Analyse der Flächenware und des Verlaufs
und gegenseitigen Abstands 8 der Festigkeitsträger im polymeren Werkstoff über
den gesamten Umfang im Meßbereich 16 des Meßkörpers 1 geschaffen. In Fig. 4
wird der Festigkeitsträger 30a sowohl vom meßempfindlichen Volumenbereich 35
der NMR-MOUSE-Sonde 9a im Sondenring 22 (siehe Fig. 1), als auch vom
meßempfindlichen Volumenbereich 36 der NMR-MOUSE-Sonde 9b im Sondenring
23 erfaßt. In gleicher Weise sind die NMR-MOUSE-Sonden 9b und 9c in den
Sondenringen 23 und 24 bezüglich des Festigkeitsträgers 30b gegeneinander
versetzt angeordnet, der Festigkeitsträger 30b wird sowohl im Randbereich des
meßempfindlichen Volumenbereichs 36 als auch im Randbereich des
meßempfindlichen Volumenbereichs 37 gemessen. Der äußere Festigkeitsträger
30c, der von der NMR-MOUSE-Sonde 9c als letzter abgetastet wird, wird
schließlich wieder zugleich von einer NMR-MOUSE-Sonde 9a im Sondenring 22
registriert. So ergibt sich beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein vollständiges
Bild des Werkstoffquerschnitts über den gesamten Umfang der schlauchförmigen
Flächenware.
Im Ausführungsbeispiel sind bei gleicher Ausbildung der NMR-MOUSE-Sonden die
Winkel 27 zur Versetzung der Sonden gleich groß bemessen. Selbstverständlich
kann der Winkel 27 für das Überlappen der NMR-MOUSE-Sonden auch kleiner
gewählt werden als im Ausführungsbeispiel angegeben. Bei kleinerem Winkel
werden dann sicherheitshalber von den jeweils versetzt zueinander angeordneten
NMR-MOUSE-Sonden mehrere Festigkeitsträger im Randbereich des
meßempfindlichen Volumenbereichs überlappend gemessen.
Die NMR-MOUSE-Sonden sind wechselweise ansteuerbar ausgebildet, so daß
nach jeder Messung mit einer der NMR-MOUSE-Sonden während der im Verhältnis
zur Messzeit langen Signalaufbauzeit (Signalaufbauzeit ca. 25 ms, Messzeit ca.
300 µs) der größte Teil der Gerätehardware, die zur Ansteuerung der Gradienten-
und Hochfrequenzspulen benötigt wird, bereits für die Aufnahme eines weiteren
Datenpunktes mit einer anderen der NMR-MOUSE-Sonden eingesetzt werden
kann. Dies verkürzt die insgesamt zur Analyse des Werkstoffs erforderliche
Untersuchungszeit. Hierzu sind schnelle Schalter erforderlich, die nicht nur zum
Umschalten zwischen Senden und Empfangen an einer, Sonde, sondern auch zum
Umschalten zwischen den Sonden geeignet sind.
Jeweils im Zentrum einer Hochfrequenzspule 20 öffnen sich im Ausführungsbeispiel
Mündungen 38a eines im Meßkörper 1 zentral verlaufenden Luftkanals 38, der mit
Über- und Unterdruck beaufschlagt werden kann. Zur Untersuchung und Messung
des Materials wird die schlauchförmige Flächenware 3, die auf der
Zylinderoberfläche 5 des Meßkörpers 1 aufliegt und die Zylinderoberfläche
umschließt, durch Unterdruck auf die zylindrische Meßebene gezogen, der
Weitertransport der Flächenware geschieht bei Überdruck und von der
Zylinderoberfläche gelöster Flächenware.
Der in Fig. 2 ausschnittsweise gezeigte Meßkörper 2 für ebene Materialbahnen 4
ist analog zum Meßkörper 1 ausgebildet. Statt einer zylindrischen Meßebene ist
hier eine plane Meßebene 6 vorgesehen, die von im Abstand 39 zu einander
angeordneten blockförmigen Permanentmagneten 40 mit ebenen Polflächen N bzw.
S ausgebildet ist. Zwischen den Permanentmagneten 40 sind Hochfrequenz- und
Gradientenspulen 41, 42 eingesetzt. Der Meßkörper 2 weist vier entgegengesetzt
polarisierte Permanentmagnetblöcke 40 mit drei Sondenzonen 43, 44, 45 auf in
denen die NMR-MOUSE-Sonden wieder gegeneinander versetzt so angeordnet
sind, daß die Struktur der als Flächenware 4 zu untersuchenden ebenen
Materialbahnen im Meßbereich des Meßkörpers 2 vollständig erfaßbar ist.
Die in den Ausführungsbeispielen verwendeten Permanentmagnete zur Erzeugung
der Polarisationsfelder B0 lassen sich durch Elektromagnete oder auch
supraleitende oder hochtemperatursupraleitende Magnete ersetzen. Die
eingesetzten Gradientenspulen ermöglichen für die auf den Meßkörpern
aufliegende Flächenware in den Ausführungsbeispielen eine eindimensionale
Ortsauflösung in tangentialer Richtung auf den Meßebenen. Mit weiteren
Gradientenspulen kann die Messung auf zweidimensionale Ortsauflösung erweitert
werden.
1
,
2
Meßkörper
3
schlauchförmige Flächenware
4
ebene Materialbahnen als Flächenware
5
Zylinderoberfläche
6
Meßebene
7
Festigkeitsträger
8
Abstand der Festigkeitsträger
7
9
NMR-MOUSE-Sonde
10
,
11
Permanentmagnete
12
,
13
Gradientenspule
14
Hochfrequenzspule
15
Zylinderachse
16
Meßbereich des Meßkörpers
1
17
,
17
a,
17
b ringförmige Permanentmagnete
18
Abstand zwischen Permanentmagnetringen
17
19
Gradientenspule
20
Hochfrequenzspule
21
Spulenachse
22
,
23
,
24
Sondenringe
25
Durchmesser des Meßkörpers
1
26
Ringstärke
27
Winkel
28
Flächenware
29
polymerer Werkstoff
30
,
30
a,
30
b,
30
c Festigkeitsträger
31
,
32
,
33
,
34
Meßprotokolle
35
,
36
,
37
meßempfindliche Volumenbereiche
B0 Polarisationsfeld
B1 magnetisches Meßfeld
BG Gradientenfeld
B0 Polarisationsfeld
B1 magnetisches Meßfeld
BG Gradientenfeld
38
Luftkanal, Mündungen
38
a
39
Abstand
40
blockförmige Permanentmagnete
41
Hochfrequenzspule
42
Gradientenspule
43
,
44
,
45
Sondenzonen
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Untersuchung von Flächenware aus polymerem Werkstoff mit
eingebetteten textilen Festigkeitsträgern gekennzeichnet durch NMR-MOUSE-
Sonden zur kernmagnetischen Analyse der Flächenware.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem
Meßkörper (1, 2) eine von NMR-MOUSE Sonden (9) gebildete Meßebene
zur Auflage der Flächenware vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die NMR-MOUSE-
Sonden (9a, 9b, 9c) in der Meßebene sich gegenseitig überlappend angeordnet
sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die NMR-MOUSE-
Sonden (9a, 9b, 9c) sich hinsichtlich ihrer meßempfindlichen Volumenbereiche
(35, 36, 37) überlappend angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die NMR-MOUSE-Sonden (9) bei parallelem Verlauf der
Festigkeitsträger (7, 30) im polymeren Werkstoff (29) senkrecht zum Verlauf
der Festigkeitsträger benachbart angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Analyse schlauchförmiger Flächenware ein
zylindrischer Meßkörper (1) mit zylindrischer Meßebene und ringförmig
angeordneten NMR-MOUSE-Sonden (9) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flächenware warm untersuchbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die NMR-MOUSE-Sonden wechselweise ansteuerbar
ausgebildet sind.
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