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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ableiten von
Flüssigkeitstropfen
von einem Temperatursensor sowie eine Vorrichtung zur künstlichen
Bewitterung von Proben mit einer derartigen Vorrichtung.
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In
Vorrichtungen zur künstlichen
Bewitterung von Werkstoffproben soll die Lebensdauer von Werkstoffen
abgeschätzt
werden, die in ihrer Anwendung ständig den natürlichen
Wetterverhältnissen
ausgesetzt sind und sich somit unter klimatischen Einflüssen wie
Sonnenlicht, Sonnenwärme,
Feuchtigkeit und dergleichen verschlechtern. Um eine gute Simulation
der natürlichen
Witterungsgegebenheiten zu erhalten, muss die spektrale Energieverteilung
des in der Vorrichtung erzeugten Lichtes möglichst derjenigen der natürlichen
Sonnenstrahlung entsprechen, aus welchem Grund in solchen Geräten als
Strahlenquellen, in der Regel Xenon-Strahler, eingesetzt werden.
Eine zeitraffende Alterungsprüfung
der Werkstoffe wird im Wesentlichen durch eine gegenüber den
natürlichen
Verhältnissen
stark intensivierte Bestrahlung der Proben erzielt, durch die die
Alterung der Proben beschleunigt wird. Somit lässt sich nach verhältnismäßig kurzer
Zeit eine Aussage über
das Langzeit-Alterungsverhalten einer Werkstoffprobe machen.
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Ein
Großteil
der in künstlichen
Bewitterungsgeräten
untersuchten Proben besteht aus polymeren Werkstoffen. Bei diesen
wird die witterungsbedingte Verschlechterung im Wesentlichen durch
den UV-Anteil der Sonnenstrahlung hervorgerufen. Die dabei ablaufenden
fotochemischen Primärprozesse,
also die Absorption von Photonen und die Erzeugung angeregter Zustände oder
freier Radikale, sind in erster Näherung temperaturunabhängig. Dagegen
können die
nachfolgenden Reaktionsschritte mit den Polymeren oder Additiven
temperaturabhängig
sein, so dass die beobachtete Alterung der Werkstoffe ebenfalls temperaturabhängig ist.
Der Grad der Temperaturabhängigkeit
ist vom Werkstoff und der betrachteten Eigenschaftsänderung
abhängig.
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Um
dieser Tatsache Rechnung zu tragen, wird im Allgemeinen bei der
künstlichen
Bewitterung von polymeren Werkstoffen die Raumtemperatur und/oder
die Probentemperatur konstant gehalten. Die Konstanthaltung und
die Kenntnis der Temperaturen sind wegen der Temperaturabhängigkeit
der Alterung notwendig, um die Resultate verschiedener Bewitterungsläufe untereinander
vergleichen zu können.
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Da
es problematisch ist, die Probentemperatur der zu untersuchenden
Werkstoffproben direkt zu messen, werden in Bewitterungsgeräten Temperatursensoren
eingesetzt, deren gemessene Temperatur als ein Maß für die Probentemperatur
verwendet wird. Hierfür
werden in der Regel flächige
Temperatursensoren, insbesondere sogenannte Schwarzstandard-Sensoren,
Schwarztafel-Sensoren und Weißstandard-Sensoren
eingesetzt. Diese sind in der Regel so aufgebaut, dass sie eine
Metallplatte mit einer der Lichtquelle des Bewitterungsgeräts während des
Betriebs zugewandten lackierten Oberfläche und einen an die Metallplatte
auf deren Rückseite
thermisch angekoppelten temperaturabhängigen Widerstand wie einen
Platinwiderstand aufweisen. Innerhalb des Bewitterungsgeräts werden
die Temperatursensoren exakt den gleichen Bedingungen wie die Werkstoffproben
unterworfen, insbesondere also dem Strahlungsfeld der Lichtquelle
und den übrigen,
innerhalb der Bewitterungskammer eingestellten Bedingungen ausgesetzt.
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Bei
den Bewitterungsgeräten
unterscheidet man sogenannte dynamische Bewitterungsgeräte, in denen
die Werkstoffproben und die Temperatursensoren auf einen Probenhalterrahmen
in eine Drehbewegung um eine Strahlungsquelle versetzt werden, und
sogenannte statische Bewitterungsgeräte, in denen die Werk stoffproben
und die Temperatursensoren stationär gehaltert werden.
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In
statischen Bewitterungsgeräten,
wie beispielsweise dem Gerät „Suntest" der Anmelderin, werden
die Werkstoffproben und die beschriebenen flächigen Temperatursensoren auf
einer Bodenplatte des Geräts
innerhalb einer Bewitterungskammer des Bewitterungsgeräts in unmittelbarer
Nähe zueinander
gehaltert und den verschiedenen Bewitterungsläufen des Bewitterungsgeräts ausgesetzt.
Diese Bewitterungsläufe
sehen unter anderem zumeist auch eine Regenphase vor, in der die
Werkstoffproben unter kontrollierten Bedingungen mit Reinstwasser
besprüht
werden. Nach der Regenphase, in der auch die Temperatursensoren
mit Wasser benetzt werden, sollen diese möglichst schnell wieder ihre
normale Funktion aufnehmen können.
Dazu ist erforderlich, dass die Temperatursensoren nach Beendigung
der Regenphase möglichst
schnell und möglichst
vollständig
von Wassertropfen befreit werden. Zu diesem Zweck sind die Temperatursensoren
geringfügig geneigt
auf der Bodenplatte des Bewitterungsgeräts angeordnet, damit die Wassertropfen
unter dem Einfluss der Schwerkraft ablaufen können. Es hat sich jedoch gezeigt,
dass die Wassertropfen zu dem unteren Rand des Temperatursensors
laufen, jedoch nicht über
den Rand hinaus ablaufen und sich folglich am Rand ansammeln. In
diesem Zustand zeigen die Temperatursensoren jedoch nicht ihre volle
Leistungsfähigkeit
und es vergeht nach der Regenphase eine recht lange Zeit, bis beispielsweise
ein Schwarzstandard-Sensor
wieder den Sollwert seiner Funktionsfähigkeit erreicht hat. Ohne
weitere Maßnahmen kann
diese Zeitspanne solange währen,
bis die an dem Rand angesammelten Wassertropfen verdunstet sind.
Dadurch können
sich jedoch die Bewitterungsläufe
in den Bewitterungsgeräten
in nicht akzeptabler Weise zeitlich in die Länge ziehen.
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Es
ist demgemäß Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit welcher Flüssigkeitstropfen
von einem Temperatursensor wirksam und schnell abgeleitet werden
können.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Schutzansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und den nebengeordneten
Ansprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
nach den unabhängigen
Schutzansprüchen
sieht vor, dass eine Leiste derart relativ zu einem Randabschnitt
eines Temperatursensors angeordnet wird, dass auf dem Randabschnitt
vorhandene Flüssigkeitstropfen, insbesondere
Wassertropfen, in den Zwischenraum zwischen der Leiste und dem Randabschnitt
gezogen werden.
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Ein
erster Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Temperatursensors
und die wie angegeben angeordnete Leiste auf.
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Ein
zweiter Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist einen Temperatursensor und die wie angegeben angeordnete Leiste
auf.
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Der
Abstand und die Position der Leiste relativ zu dem Randabschnitt
des Temperatursensors sind insbesondere so gewählt, dass ein auf dem Randabschnitt
befindlicher Wassertropfen einen Abschnitt der Leiste benetzt. Dadurch
kommt es zu einem Kapillareffekt, der bewirkt, dass der Wassertropfen
mit seinem ganzen Volumen in die Engstelle zwischen der Leiste und
dem Randabschnitt hineingezogen wird. Auf diese Weise werden die
Wassertropfen von dem Randabschnitt des Temperatursensors entfernt,
sodass dieser sehr schnell wieder die geforderten Sollwerte seiner
Leistungs- und Funktionsfähigkeit
erreicht. Durch die Leiste und ihre Anordnung relativ zu dem Randabschnitt
des Temperatursensors wird somit eine wirkungsvolle Wasser-Drainage
gebildet.
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Der
Temperatursensor kann beispielsweise eine rechteckige oder quadratische
Form mit einer ebenen Oberfläche
aufweisen. Der Randabschnitt kann dann durch eine der vier Seitenkante
des Rechtecks oder Quadrats gegeben sein. Die Leiste kann dann eine
lineare Form aufweisen und parallel zu der Seitenkanten verlaufen.
Die Leiste kann sich vollständig
oder nahezu vollständig
entlang der einen Seitenkante des Temperatursensors erstrecken.
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Die
Leiste weist beispielsweise die Form eines flächigen Gebildes, insbesondere
einer aus einem Stück
Blech geformten Lage auf, welches mit einem schrägen Winkel zu der Oberfläche des
Temperatursensors angeordnet ist und mit seinem oberen Rand in einem
Abstand schräg
oberhalb des Randes des Temperatursensors endet und von dort ausgehend
nach unten verläuft.
Durch diese Art der Schrägstellung
des flächigen
Gebildes können
die Flüssigkeitstropfen
nach Durchtritt durch die Engstelle infolge der Schwerkraft an dem
flächigen
Gebilde nach unten ablaufen.
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Wie
bereits ausgeführt,
kann die Vorrichtung so ausgestaltet sein, dass der Temperatursensor eine
rechteckige oder quadratische Form aufweist und die Leiste entlang
einer seiner Seitenkanten angeordnet ist. Da der Temperatursensor
im eingebauten Zustand in der Bewitterungskammer geringfügig gegenüber der
horizontalen Ebene der Bodenplatte derart geneigt ist, dass sich
eine seiner Seitenkanten in einer unteren Ebene befindet, wird die
Leiste parallel zu dieser Seitenkante angeordnet. Zu dieser Seitenkante
laufen infolge der Wirkung der Schwerkraft während einer in dem Bewitterungsgerät ablaufenden
Regenphase die Wassertropfen und können dann in der beschriebenen
Weise abgeleitet werden.
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Es
kann ferner vorgesehen sein, dass eine flächige Unterlage wie eine Substratplatte
vorgesehen ist, auf der der Temperatursensor angeordnet werden kann
und an deren einem Ende die Leiste, insbesondere in Form eines hochgebogenen
Bleches an geformt ist. Vor Einbau des Temperatursensors in das Bewitterungsgerät wird dieser
zunächst mit
der Substratplatte verbunden und auf diese Weise eine Ausführungsform
nach dem ersten Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitgestellt. Diese
Vorrichtung wird dann als Ganzes in das Bewitterungsgerät eingesetzt.
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Alternativ
dazu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine, wie oben beschrieben,
einen Teil der Erfindung bildende Leiste in einem Bewitterungsgerät an geeigneter
Stelle derart angeordnet wird, dass bei Einsetzen eines Temperatursensors
in das Bewitterungsgerät
seine untere Seitenkante in der beschriebenen Weise relativ zu der
Leiste zu liegen kommt.
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Der
Temperatursensor kann durch einen Schwarztafel-Sensor, einen Schwarzstandard-Sensor
oder einen Weißstandard-Sensor
gebildet sein.
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Die
Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Vorrichtung zur künstlichen
Bewitterung von Proben, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Ableiten von Flüssigkeitsproben
von einem Temperatursensor enthält.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit den Zeichnungsfiguren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Seiten- oder Querschnittsansicht eines prinzipiellen
Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anordnung;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung;
und
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3 eine
perspektivische Detailansicht der weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Die 1 zeigt
anhand eines Ausführungsbeispiels
die prinzipielle Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist in der 1 innerhalb eines Bewitterungsgeräts eingesetzt.
Das Bewitterungsgerät
weist eine Bodenplatte 1 auf, von der ein Teil im Querschnitt
dargestellt ist. Auf der Bodenplatte 1 befindet sich auf
einem dafür
vorgesehenen Abschnitt eine Rampe 2, die dafür vorgesehen
ist, einen Temperatursensor 3, beispielsweise einen Schwarzstandard-Sensor 3,
zu haltern, sodass dieser gegenüber der
horizontalen Bodenplatte 1 schräggestellt ist. Der Schwarzstandard-Sensor 3 weist
in an sich bekannter Weise eine schwarzlackierte Platte 3a auf,
die auf einem Substrat 3b montiert ist. Der Schwarzstandard-Sensor 3 weist
beispielsweise in der Draufsicht eine rechteckige Form auf, wobei
in der 1 die Längsseite
des Schwarzstandard-Sensors 3 zu sehen ist. Die Schrägstellung
der Oberseite der Rampe 2 gegenüber der Ebene der Bodenplatte 1 kann
beispielsweise einen Winkelbetrag von 5° betragen. Auf der Bodenplatte 1 sind
ebenfalls zu untersuchende Werkstoffproben angeordnet (nicht dargestellt).
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Im
Laufe einer in einem Bewitterungstest in dem Bewitterungsgerät vorgesehenen
Regenphase werden auch auf dem Schwarzstandard-Sensor 3 bzw.
auf dessen schwarzlackierter Platte 3a Wassertropfen niedergeschlagen,
die unter dem Einfluss der Schwerkraft aufgrund der Schrägstellung
des Schwarzstandard-Sensors 3 in
Richtung auf die untere Seitenkante – wie durch die Pfeile dargestellt – ablaufen.
In einem kurzen Abstand von der unteren Seitenkante des Schwarzstandard-Sensors 3 befindet
sich eine Leiste 4, die sich entlang der Seitenkante oder
mindestens entlang eines großen
Teils der Länge
der Seitenkante erstreckt. Sobald ein Wassertropfen, wie dargestellt,
an der Seitenkante anlangt, benetzt er mit seinem oberen Teil die
Innenseite der Leiste 4. Dies hat zur Folge, dass der Wassertropfen aufgrund
des Kapillareffekts mit seinem ganzen Volumen in Richtung der Engstelle
zwischen der Leiste 4 und der unteren Seitenkante des Schwarzstandard- Sensors 3 hineingezogen
wird. Das Prinzip ist dabei das gleiche wie bei dem Hochsteigen
von Wasser in einer Kapillare und ist durch die Oberflächenspannung
des Wassers bedingt. In der Folge wird der Wassertropfen 4 vollständig von
der unteren Seitenkante des Schwarzstandard-Sensors 3 abgezogen und
fließt
entlang der Leiste 4 nach unten. Die Leiste 4 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
durch ein Blech gebildet, welches von der Rampe 2 nach
oben ragt und dann in Richtung auf die untere Seitenkante des Schwarzstandard-Sensors 3 weggebogen
ist.
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In
dem prinzipiellen Ausführungsbeispiel
der 1 ist somit die Leiste 4 direkt auf der
Rampe 2 montiert.
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In
den 2 und 3 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Anordnung
in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben (2) und in
einer vergrößerten Ansicht
von der Seite und von etwas weiter unten (3) dargestellt.
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Auch
das praktische Ausführungsbeispiel der 2 und 3 weist
eine Leiste 4 in Form eines zunächst senkrecht aufragenden
und dann in Richtung auf die untere Seitenkante eines Schwarzstandard-Sensors 3 weggebogenen
Bleches auf. In diesem praktischen Ausführungsbeispiel ist das Blech 4 jedoch
auf einer Substratplatte 5 befestigt, auf der auch der
Schwarzstandard-Sensor 3 montiert werden kann. Es kann
somit zunächst
außerhalb
des Bewitterungsgeräts
die erfindungsgemäße Vorrichtung
durch Aufbringen des Schwarzstandard-Sensors 3 auf die
Substratplatte 5 bereitgestellt werden und anschließend kann
dann die Vorrichtung in einem Bewitterungsgerät auf die schräggestellte
obere Seite einer Rampe 2 – wie in 2 gezeigt – aufgebracht
werden.
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Die
Leiste 4 kann sich entlang der gesamten Länge einer
Seitenkante der schwarzlackierten Platte 3a des Schwarzstandard-Sensors erstrecken.
Sie kann jedoch auch – wie
in dem prakti schen Ausführungsbeispiel
der 2 und 3 dargestellt – beispielsweise
aus Gründen
der Durchführung
von elektrischen Leitungen von und zu dem Schwarzstandard-Sensor 3 eine
zweigeteilte Form mit einem Durchlass in der Mitte aufweisen. Es
kommt darauf an, dass ein Großteil
der Länge
der Seitenkante von der Leiste 4 benachbart ist, um möglichst
viele Wassertropfen in der beschriebenen Weise ableiten zu können.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zeigt im Einsatz in standardmäßigen Bewitterungsgeräten, dass
die mit den Temperatursensoren erfolgende Regelung der Bestrahlungsstärke, die
wesentlich von der Funktionsfähigkeit
der Temperatursensoren abhängt,
erheblich früher
nach Beendigung einer Regenphase wieder einsetzen kann. Die Zeitspanne, bis
zu der beispielsweise ein Schwarzstandard-Sensor nach Beendigung
einer Regenphase wieder die geforderten Sollwerte in der Funktionsfähigkeit
zeigt, verkürzt
sich auf etwa ein Drittel. Die Erfindung ermöglicht es somit, die Gesamtdauer
von Bewitterungstestläufen,
in denen Regenphasen enthalten sind, zu verkürzen.