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Vorrichtung zum Messen der Dampfdurchlässigkeit von Werkstoffen
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät für die Dampfdurchlässigkeit von Werkstoffen,
insbesondere der Wasserdampfdurchlässigkeit von flächigen Gebilden, wie Papier,
Karton, Pappen, Folien, Kunststoffplatten, Textilien usw. In bekannter Weise wird
dabei eine Prüfschale mit der zu prüfenden Probe überspannt. In der Schale befindet
sich ein Mittel zur Herstellung eines Dampfdrucks von bestimmter Sättigurg.
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Die Schale wird in einen Prüfraum gebracht, in dem ein anderer Sättigungsgrad
des Dampfes eingestellt wird. Durch Wägung der Schale vor und nach der Prüfung wird
als Maß der Dampfdurchlässigkeit die Dampfmenge festgestellt, die in der Prüfzeit
durch die Prüffläche hindurchgetreten ist.
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Zur Erzielung einwandfreier Werte ist es nötig, dafür zu sorgen,
daß an der Außenfläche des Prüflings sich keine Schicht ausbildet, die einen vom
Prüfraum abweichenden Sättigungsgrad aufweist. Die bisher üblichen Prüfvorrichtungen
hatten deshalb im Prüfraum einen Ventilator, der die Luft über die Prüfschalen hinwegbläst.
Die Luft wurde dabei im Umlauf geführt, so daß sie aus dem Raum mit den Prüfschalen
zunächst in eine Regelzone gelangt, in der mit den üblichen physikalischen bzw.
physikalisch-chemischen Mitteln die Temperatur und der Dampfgehalt wieder auf den
richtigen Wert gebracht werden; anschließend daran wird die Luft wieder dem Ventilator
zugeführt.
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Ein Nachteil der bekannten Einrichtungen liegt darin, daß die gemessenen
Werte von der Leistung des Ventilators stark abhängig sind, also bei zunehmender
Luftgeschwindigkeit ansteigen. Überschreitet die Luftgeschwindigkeit etwa 3 m/sec,
so findet nur noch eine geringere Zunahme des Meßwerts statt. Man hat deshalb die
Forderung aufgestellt, die Prüfung bei dieter Luftgeschwindigkeit vorzunehmen. Die
Durchführung einer einwandfreien Belüftung der Prüfoberfläche bietet freilich erhebliche
Schwierigkeiten. Beispielsweise ergaben sich bei bisherigen Geräten Streuungen der
Meßergebnisse in Abhängigkeit von der Lage der Prüfschalen im Prüfraum. Die Ursache
dürfte im Hauptteil in örtlich verschiedener Verteilung der Luftgeschwindigkeit
zu suchen sein.
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Nach der Erfindung wird zur Beseitigung dieser Nachteile eine Vorrichtung
verwendet, bei der die Prüffläche der Prüfschalen von umlaufenden Abstreichern in
schnellen rhythmischen Stößen zur mechanischen Entfernung der auf dem Prüfling aufliegenden
Dampfschicht überstrichen wird, wobei zweckmäßig die Flügel des für die Luftumwälzung
vorgesehenen Ventilators als Abstreicher dienen. Die Luft wird dabei in an sich
bekannter Weise im Umlauf über die Prüfschalen und durch eine Regelzone zur Klimatisierung,
also zur Einstellung des Dampfgehaltes und der Temperatur zum Ventilator zurückgeführt.
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Ein Vorteil der Anordnung nach der Erfindung liegt zunächst darin,
daß bei der mechanischen Abwirbelung der Dampfschicht schon von einer ziemlich niedrigen
Frequenz an ein nahezu konstanter Meßwert erreicht wird, der überdies von anderen
Einflüssen weitgehend unabhängig ist. Es ist dabei beispielsweise nicht nötig, daß
die Abstreicher die Prüffläche berühren. Eine geringe Veränderung des Abstandes,
beispielsweise I mm, beeinflußt das Resultat nur unwesentlich, da der der Abstreicherkante
folgende Wirbel in jedem Fall die Ausbildung eines Dampfpolsters mit Sicherheit
verhindert.
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Zweckmäßig wird die Entfernung der Propellerflügel von der Probenoberfläche
einstellbar gemacht, um stets mit gleichem Abstand arbeiten zu können.
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Damit ist also die Hauptfehlerquelle der bisherigen Prüfvorrichtungen
ausgeschaltet, die sich daraus ergibt, daß die Prüffläche gewissermaßen die Kanalwand
eines Windkanals bildet, an der bei zunehmenden Luftgeschwindigkeiten sprunghaft
wechselnde Strömungsunterschiede mit Polsterbildungen auftreten.
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Bei der mechanischen Aufwirbelung wird auch der Einfluß ausgeschaltet,
den beispielsweise der Einspannrand (Kittrand) der Prüffläche auf das Meßresultat
haben könnte und der gerade bei einer Prüfung im Windkanal als Ursache von Meßfehlern
erscheint.
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Schließlich ist es auch ein Vorteil, daß der Luftumlauf nicht unbedingt
mit einer besonders hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden muß, sondern auf denjenigen
Wert eingestellt werden kann, bei dem die Einrichtungen in der Regelzone zur Klimatisierung
der Luft mit dem kleinsten Raumbedarf ausführbar sind.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Beispiel.
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Fig. I zeigt dies Beispiel im Achsenschnitt. Die Vorrichtung ist
hier in einem zylindrischen Gefäß a untergebracht, das von einem Flüssigkeitsmantel
b zur Einstellung der gewünschten Temperatur umgeben und mit dem mit einer Isolierschicht
versehenen, aufklappbaren Deckel c verschlossen ist. An Stelle der Isolierung kann
der Deckel auch von der Flüssigkeit des Mantels durchströmt werden. Der Innenraum
des Gefäßes ist durch einen Rohrkörper d in einen Prüfraum e und die Regelzone f
unterteilt. Im Prüfraum sind die Prüfschalen g eingesetzt, die von einem beispielsweise
aus Draht ausgeführten und am Zylinder d angebrachten Gestell getragen werden. Unmittelbar
über den Prüfflächen der Prüfschalen laufen die Flügel i eines Flügelventilators,
dessen Antriebswelle k über ein einstellbares Reibradgetriebe I von einem Motor
m angetrieben wird. Der Motor m dient gleichzeitig zum Antrieb der Pumpe n, die
die Flüssigkeit im Mantel b oder gegebenenfalls auch im Deckel über eine Temperaturregeleinrichtung
in Umlauf hält.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung ist aus der Darstellung ohne weiteres
erkennbar. Zur Durchführung einer Messung wird zunächst der Deckel c aufgeklappt,
und es werden die Prüfschalen g an der vorgesehenen Stelle fixiert eingesetzt. Fig.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Prüfzone und läßt erkennen, daß bei einem Ventilator
mit drei Flügeln i vier Prüfschalen g so untergebracht werden können, daß in dem
Zwischenraum zwischen zwei Flügeln jeweils eine Prüfschale bequem einsetzbar bzw.
herausnehmbar ist. Die Reibradübersetzung gestattet dabei die Einstellung der Flügel
i in die jeweils gewünschte Lage. Der Motor m kann bereits laufen und die Pumpe
n mit konstanter Drehzahl antreiben, während der Flügelventilator zu beliebigen
Zeit zuschaltbar ist und außerdem auch bei konstanter Pumpendrehzahl in der eigenen
Drehzahl und Drehrichtung mittels des Reibradgetriebes 1 verändert werden kann.
In den Mantelraum f werden die Einrichtungen für die Klimatisierung der Prüfraumluft
eingesetzt. Zweckmäßige Anordnungen sind hierfür in den Fig. 3 und 4 gezeigt.
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Die in Fig. 3 gezeigten Ringschalen o bzw. die Filter p nach Fig.
4 sind durch Zwischenrohre axial und radial derart an Zapfen r gelagert, daß sie
gemeinsam mit einem Griff herausgenommen werden können. Die Schalen o dienen zur
Aufnahme der festen oder flüssigen Mittel zur Klimaeinstellung. Sie können leicht
durch Filterscheiben p ersetzt werden. Bei der Anordnung nach Fig. 3 (Kaskadenschaltung)
streicht die umgewälzte Luft über das Klimamittel, während sie bei den Filtern nach
Fig. 4 durch eine dünne Substanzschicht hindurchtritt. Wenn es die Prüfbedingungen
erfordern, kann also die Klimatisierung auch im Durchlauf erfolgen.
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Nach dem Beschicken der Prüfzone und der Regelzone wird der Prüfraum
durch Zuklappen des Deckels geschlossen und der Ventilator durch Einrücken des Reibradgetriebes
I angestellt. Es ergibt sich dann ein Luftumlauf, bei dem die Flügel i gleichzeitig
mechanisch beim Überstreichen über die Prüffläche der Prüfschalen für einen ständigen
Austausch der Dampfschicht auf den Prüfflächen sorgen. Nach Ablauf der
Prüfzeit
wird der Flügelradantrieb wieder abgestellt, der Deckel der Vorrichtung geöffnet
und die Prüfschalen zur Wägung entnommen. Der Aufbau der Vorrichtung gestattet noch
eine weitere Verwendung außer der Messung von Dampfdurchlässigkeiten. Mit Hilfe
der im Umlauf geführten klimatisierten Luft können beliebige Körper, wie Prüfstreifen,
Werkstücke oder Packungen, klimatisiert, also auf eine bestimmte Feuchtigkeit und
Temperatur gebracht werden, wie sie beispielsweise zur Vornahme von Festigkeitsmessungen
nötig ist. Die zu klimatisierenden Körper können dabei entweder an Stelle der Prüfschalen
in die Vorrichtung eingesetzt werden oder auch in zusätzlichen Behältern.
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Ein solcher Behälter s ist in Fig. I oberhalb des Flügelventilators
angedeutet.
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Ein besonderer Vorteil des zylindrischen Aufbaues der Meßeinrichtung
liegt darin, daß sämtliche Prüfschalen wegen ihrer Fixierung in gleichen Abständen
von der Propellerachse völlig identischen Bedingungen unterworfen sind. Abweichungen
in den Meßwerten durch die Lage der einzelnen Schalen sind dadurch ausgeschlossen.
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Dieser Vorteil ist auch gegeben, wenn man in Abänderung der dargestellten
Ausführungsform die Prüfschalen in dem äußeren Mantelraum funterbringt und sie hier
dem Einfluß von Abstreichern aussetzt, die als radiale Fortsetzung an den Flügeln
i angeordnet sind.
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Bei dieser abgeänderten Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, eine
wesentlich größere Anzahl von Prüfschalen gemeinsam bei einer Untersuchung zu benutzen.
Der innere Rohrkörper kann nun zur Aufnahme der Klimaeinrichtung dienen. Hierfür
bleibt auch unterhalb der Prüfgefäße noch ausreichend Platz.
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Selbstverständlich kann der Grundgedanke der Erfindung auch mit weiteren
Abweichungen von den im Beispiel gezeigten Einzelheiten verwirklicht werden.
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Beispielsweise können die Halter für die Prüfschalen so ausgebildet
werden, daß alle Prüfschalen gemeinsam und gleichzeitig nach unten aus dem Prüfgefäß
entfernbar sind. Weiterhin kann das axiale Flügelrad durch einen Radialventilator
ersetzt werden, falls Wert darauf gelegt wird, beim Luftumlauf höhere Drücke zu
erzeugen, um die Luft etwa von unten her durch eine Flüssigkeit hindurchzupressen.
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Die Zeichnung ist also nur als eine Verdeutlichung für den Grundgedanken
des Gegenstandes der Erfindung gedacht; es ist deshalb auch der Übersichtlichkeit
halber eine Reihe von Einzelheiten ausgelassen worden, die für eine praktische Durchführung
der Prüfung noch notwendig sind, nämlich beispielsweise die Thermometer im Prüfraum
zur Überwachung von Temperatur und Feuchtigkeit der Prüfluft, die Thermometer im
Kühlmantel zur Überwachung und gegebenenfalls auch zur automatischen Regelung der
Manteltemperatur, die Kühl- und Heizeinrichtungen für die Umlaufflüssigkeit im Kühlmantel,
die zugehörigen Rohrleitungen usf. Die Ausführung und Anbringung dieser Armaturen
ist selbstverständlich in jeder bekannten Ausführungsform möglich.
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PATENTANSPRCHE: I. Vorrichtung zum Messen der Dampfdurchlässigkeit,
insbesondere der Wasserdampfdurchlässigkeit von Werkstoffen, bei der ein Luftstrom
im Umlauf von einem Ventilator über die mit dem Werkstoff bespannten und mit Stoffen
oder Gemischen von definiertem Dampfdruck gefüllten Prüfschalen und durch die Regelzone
zur Klimatisierung der Luft im Prüfraum geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Prüffläche der Prüfschalen von umlaufenden Abstreichern in schnellen rhythmischen
Stößen zur mechanischen Entfernung der auf dem Werkstoff aufliegenden Dampfschicht
überstrichen wird, daß zweckmäßig die Flügel des für die Luftumwälzung vorgesehenen
Ventilators als Abstreicher dienen und daß zweckmäßig die Entfernung der Propellerflügel
von der Schalenoberfläche einstellbar ist.