DE3430426C1

DE3430426C1 - Licht- und Wetterechtheitsprüfgerät

Info

Publication number: DE3430426C1
Application number: DE19843430426
Authority: DE
Inventors: Egon 6457 Maintal Rautert
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1984-08-18
Filing date: 1984-08-18
Publication date: 1985-10-17

Description

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reflektorelemente in einer von der Probenaufnahme abgeschlossenen Kammer mit strahlungsdurchlässiger Ummantelung angeordnet Dabei weist die von den Proben zu belegende Fläche die Form eines Zylindermantels auf, welcher die Kammer mit den in ihr befindlichen Strahlenquellen und Reflektorelementen umschließt. Die Reflektorelemente haben vorzugsweise eine ebene bzw. kegelstumpfförmige Spiegelfläche. Es ist jedoch auch möglich, konvexe Spiegelflächen einzusetzen. Die stabförmigen Lichtquellen sind mit ihrer Längsachse parallel zur Zylinderachse der Probenfläche angeordnet. Zur Erhöhung der Strahlungsintensität können wenigstens zwei stabförmige Strahlenquellen eingesetzt werden, welche auf ihrer der Probenfläche abgewandten Seite mit ebenen, strahlenförmig von der Mittelachse des die Probenfläche bildenden Zylindermantels ausgehenden selektiv reflektierenden Spiegeln versehen sind, wobei zusätzliche Reflektorelemente zwischen diesen Spiegeln und der Strahlenquelle angeordnet sind.
Durch den Einsatz in einer abgeschlossenen Kammer sind die Reflektorelemente auf Dauer gegen Alterung und Verschmutzung geschützt.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
F i g. 1 stellt einen Längsschnitt durch ein zylinderformiges Gerät dar, wobei eine Strahlenquelle in der Zylinderachse angeordnet ist; F i g. 2 zeigt im Querschnitt ein Wetterechtheitsprüfgerät mit zylindrischem Aufbau, wobei jedoch drei Sektoren mit jeweils eigenen Strahlenquellen vorgesehen sind; Fig.3 zeigt schematisch den Strahlenverlauf einer Strahlenquelle mit Reflektoranordnung für den Einsatz in einem Gerät gemäß F i g. 2; dieses Schema gilt sinngemäß auch für eine Anordnung gemäß Fig. 1.
Nach F i g. 1 befindet sich im Prüfraum 1 eines Licht-und Wetterechtheitsprüfgerätes eine stabförmige Strahlenquelle 2, welche von einer zylinderförmigen Fläche 3 umschlossen ist, auf der sich die Proben befinden. Ausgehend von dem mittleren Bereich ihrer Längsachse 5 ist die stabförmige Strahlenquelle 2 von ringförmigen Reflektorelementen 4' umgeben, die aus dem mittleren Bereich der stabförmigen Strahlenquelle 2 einen Teil der Strahlung in die Randgebiete 6, 7 der Fläche 3 umlenken. Die Reflektorelemente haben die Form von Kegelstumpfmänteln, wobei die zwei oberhalb des mittleren Bereiches der Längsachse 5 angeordneten Reflektorelemente 4' den oberen Rand 6 der Fläche 3 bestrahlen, während die unterhalb des mittleren Bereiches der Längsachse 5 angeordneten Reflektorelemente 4' den unteren Rand 7 der Fläche 3 mit zusätzlicher Strahlung aus dem mittleren Bereich versorgen. Die Kegelstumpfmäntel bilden dabei eine umlaufende Spiegelfläche. Die jeweils paarweise eingesetzten oberen und unteren Reflektorelemente 4' sind mit Zwischenräumen in Richtung der Längsachse 5 der stabförmigen Strahlenquelle 2 angeordnet, um die Fläche 3 in Höhe des mittleren Bereichs der Längsachse 5 trotz einer teilweisen Schattenbildung durch die Reflektorelemente mit ausreichender Strahlung zu versorgen. Sie können jeweils aus verschiedenen Materialien bestehen, so daß sowohl der UV-Bereich als auch der Bereich des sichtbaren Lichtes aus dem von der Strahlenquelle abgegebenen Spektrum optimal reflektiert werden. Der von den vorzugsweise als Strahlenquellen eingesetzten Xenon-Strahlern erzeugte starke Anteil von Infrarotstrahlung wird durch ein Kühlsystem absorbiert. Dieses kann aus einem den Strahler umgebenden Wassermantel bestehen. Dabei wird das Wasser durch die koaxiale Anordnung von zwei Quarzzylindern 9, 10 geführt. Zur Füllung wird vorzugsweise destilliertes Wasser eingesetzt.
Die beiden Quarzzylinder 9, 10 schließen die mit der Strahlenquelle 2 versehene innere Kammer 11 von der dem Wettertest unterworfenen Fläche 3 für die Proben ab.
Der Reflexionswinkel der Reflektorelemente 4' liegt im Bereich zwischen etwa 70 und 90". Es handelt sich hier zwar um eine völlig koaxiale Anordnung, doch kann es zum Ausgleich geringfügiger Unregelmäßigkeiten in der Abstrahlung bzw. Reflexion sinnvoll sein, die Proben-mit ihrem Träger drehbar anzuordnen, um durch ständige Rotation eine völlig gleichmäßige Bestrahlung zu erzielen.
In F i g. 2 ist eine ebenfalls mit einer zylinderförmigen Fläche 3 zur Aufnahme der Proben versehene Vorrichtung im Querschnitt dargestellt, welche jedoch drei Sektoren mit eigenem Strahler 2 enthält. Die drei Sektoren bestehen aus jeweils durch Spiegel abgetrennten Kammern, deren in radialer Richtung sternförmig angeordnete Spiegel 12 selektiv reflektierende Spiegel für UV-Strahlung und Licht darstellen, dagegen für Infrarotlicht durchlässig sind. Zur Abführung der von der Infrarotstrahlung erzeugten Wärme befindet sich zwischen den jeweils benachbarten Spiegeln zweier nebeneinanderliegenden Sektoren ein Infrarot-Absorber 13, der die Wärme an ein beispielsweise von Leitungswasser durchströmtes Kühlrohr 14 weiterleitet, das sich in der Längsachse 5' eines von dem inneren Quarzzylinder 9 bzw. äußeren Quarzzylinder 10 gebildeten koaxialen Systems befindet.
Die Reflektorelemente 4" sind jeweils in einem Teilsektor angeordnet und haben die Form von in radialer Richtung weisenden Ringsegmenten, die an den inneren Quarzzylinder 9 angrenzen. Um den Abstand zwischen der Probenfläche und den Strahlenquellen 2 möglichst gering zu halten, sind die Reflektorelemente 4" auf ihrer Innenseite jeweils mit Ausnehmungen 15 versehen, in welche wenigstens zum Teil die parallel zur Längsachse 5' der Zylinderanordnung ausgerichteten stabförmigen Strahlenquellen 2 eingreifen. Auch hier ist es wiederum möglich, durch Einsatz verschieden reflektierender Materialien, wie z. B. Chrom-Nickel-Stahl, beschichtetes Glas und Aluminium für die Reflektorelemente 4", die für die Testergebnisse wesentliche Spektralverteilung neben der direkten Bestrahlung durch eine ausgewählte Spektralverteilung für die reflektierten Strahlen zu ergänzen. Als Material mit guten Reflektionseigenschaften für UV-Strahlen kann beispielsweise Aluminium eingesetzt werden.
Auf Grund der selektiv reflektierenden Spiegel dieser Anordnung ist es auch möglich, in den Teilsektoren Reflektorelemente 4"' einzusetzen, welche sich zwischen den Strahlenquellen 2 und den selektiv reflektierenden Spiegeln 12 befinden. Sie sind somit auf der der Fläche 3 für die Proben entgegengesetzten Seite der Strahlenquelle 2 angeordnet. Auch hier kann durch Einsatz unterschiedlicher Materialien der Spektralbereich der reflektierten Strahlung mit dem der Direktbestrahlung abgestimmt werden. Die Reflektorelemente 4"' haben eine ebene Spiegelfläche und können die Form von Rechtecken, Kreissegmenten oder Trapezen aufweisen.
Weiterhin ist es gemäß F i g. 2 möglich, Reflektorelemente 4"" mit ebener Spiegelfläche zwischen dem äußeren Quarzzylinder 10 und der von den Proben zu belegenden Fläche 3 einzusetzen. Diese Ausführungsform ist insbesondere für eine nachträgliche Ausstattung von Wetterechtheitsprüfgeräten mit Reflektorelementen geeignet.
Um mögliche Unregelmäßigkeiten auf Grund von Toleranzen der Reflektorelemente bzw. Strahler und Spiegel auszuschalten, werden die Flächen 3 mit den Proben zweckmäßigerweise während des Tests auf einer kreisförmigen Umlaufbahn 16 bewegt. Dabei ist es auch möglich, lediglich einen Sektor mit den Reflektorelemente 4", 4"', 4"" auszurüsten, welche die Randbereiche mit verstärkter Intensität bestrahlen und somit eine Kompensation zu den beiden übrigen Sektoren schaffen, die vorwiegend die Proben im mittleren Bereich beaufschlagen. Eine solche Konfiguration würde sich insbesondere für den nachträglichen Einbau von Reflektorelementen in bereits bestehende Geräte eignen, da nur ein einziger Sektor umzubauen wäre.
Fig.3 zeigt die prinzipielle Anordnung der Reflektorelemente, wie sie vorzugsweise in einer Anordnung gemäß F i g. 2 eingesetzt werden können. Nach dieser Figur sind ausgehend von einem mittleren Bereich der Längsachse 5 der stabförmigen Strahlenquelle 2 jeweils drei Reflektorelemente 4" zum oberen Rand 6 der Fläche 3 für die Proben gerichtet, während ebenso drei Reflektorelemente 4" zum unteren Rand 7 ablenken.
Der Strahlungsverlauf wird durch die schematisch dargestellten direkten Strahlen 17 bzw. reflektierten Strahlen 18 angedeutet. Die Reflektorelemente 4" überdekken dabei einen Bereich von ca. einem Drittel der Länge der stabförmigen Strahlenquelle 2. Die Reflexionswinkel der Reflektorelemente 4" sind dabei so eingestellt, daß auch noch der obere Rand 6 bzw. der untere Rand 7 der Fläche 3 ausreichend mit reflektierter Strahlung versorgt werden kann. Die Reflexionswinkel liegen vorzugsweise im Bereich von 70 bis 90".
Die Form der Spiegelflächen der Reflektorelemente 4', 4", 4"' weist vorzugsweise die Form von Kegelmantelausschnitten auf. Es ist jedoch auch möglich, ebene Spiegelflächen bzw. konvex gebogene Spiegelflächen für die Reflektorelemente einzusetzen.

Claims

Patentansprüche: 1. Licht- und Wetterechtheitsprüfgerät mit wenigstens einer nahezu stabförmigen Strahlenquelle, welche in einem fest vorgegebenen Abstand von einer mit Proben zu belegenden Fläche angeordnet ist, wobei sich im Strahlengang zwischen Strahlenquelle und Proben wenigstens zwei mit Abstand zueinander angeordnete gegenläufig zur Achse der Strahlenquelle geneigte Reflektorelemente befinden, d a -durch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente (4', 4", 4"") im mittleren Bereich der Längsachse (5) der stabförmigen Strahlenquelle (2) mit ihrer Reflektionsfläche so zur Längsachse (5) der Strahlenquelle (2) geneigt angeordnet sind, daß sie einen Teil der Strahlung aus diesem mittleren Bereich der Strahlenquelle (2) zu Randzonen (6, 7) der mit den Proben zu belegenden Fläche (3) ablenken.
2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente (4', 4") in einer von der Fläche (3) zur Aufnahme der Proben abgeschlossenen Kammer (11) mit strahlungsdurchlässiger Ummantelung (9,10) angeordnet sind.
3. Prüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Proben zu belegender Fläche (3) ein Zylindermantel ist, welcher wenigstens eine Strahlenquelle (2) zusammen mit den Reflektorelemente (4', 4") umschließt.
4. Prüfgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente (4') eine ringförmige Struktur aufweisen und die Strahlenquelle (2) umgeben.
5. Prüfgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente (4') mit einer Spiegelfläche in Form eines Kegelstumpfmantels versehen sind.
6. Prüfgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei stabförmige Strahlenquellen (2) vorgesehen sind, welche auf ihrer der Fläche (3) für die Proben abgewandten Seite mit ebenen, strahlenförmig von der Mittelachse (5') des Zylindermantels ausgehenden selektiv reflektierenden Spiegeln (12) versehen sind, wobei zwischen den Strahlenquellen (2) und den Spiegeln (12) zusätzliche Reflektorelemente (4"') angeordnet sind.
7. Prüfgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente (4", 4"', 4"") nur in einem Teilsektor des von der Fläche (3) für die Proben gebildeten Zylindermantels angeordnet sind.
8. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 3 oder 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente (4", 4"', 4"") eine ebene Spiegelfläche aufweisen.
9. Prüfgerät nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente (4', 4", 4"', 4"") eine konvexe Spiegelfläche aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Licht- und Wetterechtheitsprüfgerät mit wenigstens einer nahezu stabförmigen Strahlenquelle, welche in einem fest vorgegebenen Abstand von einer mit Proben zu belegenden Fläche angeordnet ist, wobei sich im Strahlengang zwischen Strahlenquelle und Proben wenigstens zwei mit Abstand zueinander angeordnete gegenläufig zur Achse der Strahlenquelle geneigte Reflektorelemente befinden.

Bei derartigen Licht- und Wetterechtheitsprüfgeräten soll einerseits der in den Probenraum abgestrahlte Lichtstrom möglichst optimal ausgenutzt werden, wobei andererseits jedoch auch eine möglichst gleichmäßige Bestrahlungsstärke auf der gesamten Probenoberfläche erzielt werden soll. Als problematisch bei stabförmigen Strahlenquellen erweist sich die parallel zur Längsachse der Strahlenquelle zu den Rändern der Probenebene abnehmende Strahlungsintensität.

Zur Behebung dieses Mangels ist es aus der DE-AS 18 01 977 bekannt, an den beiden Enden der Strahlenquelle jeweils einen Spiegel mit einem Winkel von 90 bis 105° zur Achse der Strahlenquelle anzuordnen. Die beiden Spiegel sollen in einer Halbebene des Raumes den Intensitätsanfall der Bestrahlungsstärke kompensieren, wobei auf Grund des Spiegelungseffektes der Eindruck einer unendlich langen Strahlenquelle entsteht.

Diese Anordnung soll u. a. eine zylindersymmetrische Abstrahlung erreichen, um damit die Forderung nach Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke über die gesamte Probenoberfläche und möglichst vollständiger Ausnutzung des erzeugten Lichtstromes zur Bestrahlung der Proben zu erfüllen.

Als nachteilig erweist sich bei der bekannten Anordnung, daß die beiden an den Stirnflächen der stabförmigen Strahlenquelle angeordneten Spiegel keinen konstanten Reflexionsgrad über das von den Strahlen umfaßte Spektrum aufweisen, sondern bei verschiedenen Wellenlängen auch jeweils einen unterschiedlichen Reflektionsgrad haben.

Da diese bekannten Spiegelelemente frei im Probenraum angeordnet sind, unterliegen sie einem ständigen Angriff durch die simulierten Wetterbedingungen für die Proben, wie z. B. Wasser- oder Feuchtebehandlung.

Hinzu kommt noch eine ständige Beaufschlagung durch abgetragenes Probenmaterial, das zu einer weiteren Beeinträchtigung des Reflexionsvermögens führt.

Der ungleichmäßige spektrale bzw. unzureichende Reflexionsgrad führt dann in den Randzonen der Probenflächen letzten Endes doch zu abweichenden Prüfungsergebnissen.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine über die gesamte Probenfläche bis in die Randzonen reichende gleichmäßige Bestrahlungsstärke über den gesamten von der Strahlenquelle umfaßten Spektralbereich zu erzielen auf einfache Weise die Möglichkeit bieten, Einflüsse auf die Reflektorelemente während des Testlaufes zu vermeiden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reflektorelemente im mittleren Bereich der Längsachse der stabförmigen Strahlenquelle mit ihrer Reflexionsfläche so zur Längsachse der Strahlenquelle geneigt angeordnet sind, daß sie einen Teil der Strahlung aus diesem mittleren Bereich der Strahlenquelle zu Randzonen der mit den Proben zu belegenden Fläche ablenken.

Die nach der Erfindung erzielbaren Vorteile sind darin zu sehen, daß durch Kombination mehrere Reflektorelemente aus verschiedenartigen Materialien auch im Randbereich der Probenflächen, die gleiche Spektralverteilung zu erzielen ist, wie in dem direkt von der Strahlenquelle beaufschlagten mittleren Bereich.