投稿者: Shinagawamotkyni

Was ist ein Chelatbildner?

Chelatbildner sind Mittel, die mit Metallionen, die verschiedene schädliche Wirkungen hervorrufen, Komplexe bilden, um deren Aktivität zu verringern.

Es gibt verschiedene Arten von Chelatbildnern, aber im Grunde basieren sie auf einer Aminocarbonsäurestruktur; EDTA und DTPA sind typische Beispiele, aber die Art der Metallionen, an die sie binden und ihre Wasserlöslichkeit unterscheiden sich, so dass sie je nach Anwendung ausgewählt werden.

Aminocarbonsäurestruktur: bezieht sich auf eine Struktur mit sowohl Aminogruppen (-NH2) als auch Carboxylgruppen (-COOH) im Molekül.

Anwendungen für Chelatbildner

1. Industrielle Anwendungen

Chelatbildner werden aufgrund ihrer hohen Wasserlöslichkeit und ihrer stabilisierenden Eigenschaften zum Ausgleich von Lösungen und zur Einstellung von Ionenkonzentrationen verwendet. Weitere Anwendungen sind die Rückgewinnung wertvoller Metalle und die Sortierung und Entsorgung gefährlicher Metalle durch den Einsatz von Chelatbildnern, die nur mit bestimmten Metallen reagieren und diese binden.

2. Medizinische Anwendungen

Eisenüberladung ist eine Krankheit, bei der sich aus irgendeinem Grund überschüssiges Eisen im Körper ansammelt und verschiedene Symptome wie Müdigkeit und Schmerzen in den Körpergelenken verursacht. In der richtigen Menge wirkt Eisen gut, aber ein Übermaß an Eisen hat negative Auswirkungen.

Um hier Abhilfe zu schaffen, gibt es Chelatbildner als Medikamente. Die Hauptbestandteile sind organische Moleküle wie Deferoxamin und Deferasirox. Sie bilden Chelatkomplexe mit Eisen und entfernen es aus dem Körper. Auf diese Weise können Metallbestandteile und radioaktive Stoffe, die im Übermaß im Körper vorhanden sind, ausgeschieden und gut kontrolliert werden.

3. Anwendungen im Haushalt

Chelatbildner werden hauptsächlich Geschirrspülmitteln und Waschmitteln zugesetzt, wo sie die für die Reinigungsleistung verantwortlichen Tenside vor Metallionen schützen.

Funktionsweise von Chelatbildnern

Im Falle von EDTA, dem typischsten Chelatbildner, wird die durch die Reaktion von Metallionen mit dem Chelatbildner gebildete Verbindung als Chelatkomplex bezeichnet und bleibt in der Flüssigkeit ohne Ausfällung löslich; EDTA bildet bekanntermaßen in wässriger Lösung Koordinationsbindungen mit Metallionen im Verhältnis 1:1.

Der Komplex wird in einer dreidimensionalen Struktur gebildet, die an eine Krebsschere erinnert und das Metall wird im Inneren des Komplexes eingeschlossen, wodurch eine metallabdichtende Wirkung erzielt wird. Die metallblockierende Wirkung bedeutet, dass Calcium- und Eisenionen im Wasser daran gehindert werden, sich mit anderen Ionen zu verbinden.

So enthalten beispielsweise Waschmittel Chelatbildner, die verhindern sollen, dass sich negativ geladene Tenside mit Kalzium- und Eisen-Ionen im Leitungswasser verbinden. Da es sich bei Tensiden um Reinigungsmittel handelt, wird ihre Reinigungswirkung erheblich beeinträchtigt, wenn sie sich an Metallionen im Wasser binden. Aus diesem Grund werden Chelatbildner mit metallblockierenden Eigenschaften zugesetzt, um zu verhindern, dass sich Metallionen reaktiv mit Tensiden verbinden.

Je nach Anwendung kann eine breite Palette von Chelatbildnern wie EDTA, DTPA und HEDTA ausgewählt werden. Da die Art und das Verhalten der Metallionen, an die sie koordinieren und binden, je nach Typ unterschiedlich sind, ist bei der Auswahl des richtigen Typs Sorgfalt und Bestätigung erforderlich.

Arten von Chelatbildnern

Es gibt viele Arten von Chelatbildnern, die in Lebensmitteln verwendet werden, je nach Zweck und Anwendung. Die vier am häufigsten verwendeten Chelatbildner sind Ethylendiamintetraessigsäure, Zitronensäure, Phytinsäure und Gluconsäure:

1. Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)

Zwei Arten von EDTA werden als Antioxidantien bezeichnet: Dinatrium-EDTA und Calcium-Dinatrium-EDTA. Sie fangen Metallionen ab, die die Oxidation fördern. Es gibt einige Beschränkungen und sie dürfen nur in Konserven und abgefüllten Lebensmitteln verwendet werden. Je nach Verwendungskriterien muss Dinatrium-EDTA durch Calcium-Dinatrium-EDTA inaktiviert werden, bevor das fertige Lebensmittel verarbeitet wird.

2. Zitronensäure

Sie wird als geschmacksverstärkendes Säuerungsmittel in Lebensmitteln verwendet und ist vor allem als Hauptbestandteil von Zitrusfrüchten wie Zitronen und Orangen bekannt. Sie bildet Chelatkomplexe mit Mineralien im Körper, wodurch diese leichter aufgenommen werden können.

3. Gluconsäure

Gluconsäure reguliert die Gärung von Lebensmitteln und wird als Alternative zu Miso und Salz verwendet. Sie wird auch häufig als Geruchsmaskierer, pH-Einsteller und Farbveränderungshemmer verwendet und zusammen mit Zutaten wie Natriumgluconat und Glucono-delta-lacton zugesetzt.

4. Phytinsäure

Diese Substanz wird als Verfärbungs- und Antioxidationsmittel verwendet und ist in Reiskleie und Nüssen reichlich vorhanden. Sie bildet und bewahrt Chelatkomplexe mit Mineralien wie Kalzium, Eisen, Kupfer und Zink. Es besteht die Sorge, dass hohe Mengen dieser Substanz aufgrund ihrer übermäßig starken Chelatwirkung die Aufnahme essenzieller Mineralien hemmen könnten.

Weitere Informationen zu Chelatbildnern

Berechnung der Menge des zugesetzten Chelatbildners

Der Chelatbildungswert (CV) ist ein Indikator dafür, mit wie vielen Metallionen ein Chelatbildner einen Komplex bilden kann. Er ist definiert als die Anzahl der mg Calciumcarbonat, mit denen 1 g Chelatbildner eine Koordinationsbindung eingehen kann, in mgCaCO3/g.

Im Fall von EDTA-4H beträgt der CV 342 mgCaCO3/g, und dieser Wert lässt sich wie folgt berechnen: Da EDTA und Calciumionen 1:1 binden, ist auch 1 Mol Calciumcarbonat erforderlich, um 1 Mol EDTA-4H mit Calciumionen zu sättigen.

Wenn also das Molekulargewicht von Calciumcarbonat 100 und das von EDTA/4H 292 beträgt, ist 1 g EDTA/4H erforderlich, um 342 mg Calciumcarbonat zu binden. Wenn bekannt ist, wie viel Metall ein Chelatbildner auf diese Weise binden kann, lässt sich die ungefähre Menge berechnen, die bei der tatsächlichen Verwendung des Chelatbildners zugesetzt werden muss.

Was ist ein Kapillarrheometer?

Ein Kapillarrheometer ist ein Messgerät zur Bestimmung der Schubspannung und der Viskosität von fließenden Materialien.

Es kann auch Proben messen, die auf hohe Temperaturen erhitzt wurden und wird zur Bewertung der physikalischen Eigenschaften von Kunststoffen und anderen Materialien verwendet, die bei Raumtemperatur fest sind.

Mit Kapillarrheometern lassen sich rheologische Eigenschaften ermitteln, die mit der Viskosität eines Materials und seiner Fließfähigkeit unter Druck- und Temperatureinwirkung zusammenhängen. Rheologische Eigenschaften beziehen sich auf die Reaktion einer Probe auf eine äußere Kraft.

Feste Proben wie z. B. Kunststoffe, werden in einem Gerät erhitzt, bis sie flüssig werden. Die erhitzte Probe wird in ein dünnes Rohr, eine so genannte Kapillare, geleitet und mit verschiedenen Geschwindigkeiten extrudiert. Das Kapillarrheometer misst die Viskosität der Schmelze in Abhängigkeit von der Extrusionsgeschwindigkeit. Kapillar bedeutet Kapillarrohr und wird Kapillarrheometer genannt, weil es die physikalischen Eigenschaften durch Extrusion durch einen engen Durchgang bewertet.

Anwendungen von Kapillarrheometern

Kapillarrheometer werden bei der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe und bei der Einstellung der Auslaufbedingungen beim Spritzgießen eingesetzt. Im Allgemeinen erfordert die Verarbeitung von Kunststoffen die Anwendung von hohem Druck bei hohen Temperaturen.

Einige Materialien zeigen eine nichtlineare Änderung der Viskosität (plötzliche Abnahme oder plötzlicher Anstieg der Viskosität) in Abhängigkeit von der angewendeten äußeren Kraft, eine Eigenschaft, die als nicht-newtonsche Flüssigkeiten bekannt ist, so dass die Viskosität der Probe in Abhängigkeit von Druck und Temperatur untersucht werden muss, um die optimalen Verarbeitungs- und Dosierbedingungen zu gestalten. Kapillarrheometer werden eingesetzt, um optimale Bedingungen für Herstellungsprozesse von Polymer- und Verbundwerkstoffen wie Kunststoffen festzulegen.

Funktionsweise eines Kapillarrheometers

Die Funktionsweise eines Kapillarrheometers ist vergleichbar mit der Messung der Kraft und Geschwindigkeit, mit der eine Flüssigkeit aus einer Spritze gedrückt wird. Ein thermoplastisches Material wird erhitzt, um es fließfähig zu machen und dann aus einem Zylinder in einen engen Durchgang, die so genannte Kapillardüse, extrudiert.

Die Scherspannung und die Viskosität des Materials bei der Prüftemperatur werden aus dem Druck, mit dem die Probe extrudiert wird, und der Geschwindigkeit, mit der sie extrudiert wird, bestimmt. Je nach Gerät können auch Messungen der Düsenquellung, der Schmelzespannung und der Dehnungsviskosität durchgeführt werden.

Aufbau von Kapillarrheometern

Kapillarrheometer haben einen engen Durchgang, die so genannte Kapillardüse, an einem Ende des Zylinders und einen Kolben am anderen Ende des Zylinders, der die erhitzte Probe herausdrückt. Der Aufbau ist so konzipiert, dass ein Druckmesser den Druck im Zylinder misst, während die Probe herausgeschoben wird und ein Kolben die Geschwindigkeit misst, mit der sich der Kolben bewegt, während er die Probe herausschiebt.

Merkmale von Kapillarrheometern

1. Eignung für die rheologische Bewertung von Kunststoffen 

Kapillarrheometer zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, bei hohen Temperaturen und hohen Kräften (hohe Scherung) zu messen. Die Höchsttemperatur liegt je nach Gerät bei 400 °C oder höher, wodurch die Viskosität von geschmolzenen Kunststoffen bewertet werden kann. Auch die Scherkräfte sind mit bis zu 1 000 000 pro Sekunde extrem hoch, so dass die Fließfähigkeit von Proben bei großen Kräften untersucht werden kann. Da bei der Kunststoffverarbeitung häufig extrem hohe Kräfte beim Entleeren auftreten, ist es wichtig, das Verhalten der Probe unter solch hohen Scherkräften zu untersuchen.

2. Eignung für die Bewertung von Produkten, die hohen Scherkräften ausgesetzt sind

Neben Kunststoffen werden Kapillarrheometer auch zur Untersuchung von Produkten eingesetzt, die beim Auspressen aus ihren Behältern hohen Scherkräften ausgesetzt sind wie z. B. Ketchup, Mayonnaise und andere Lebensmittel, aber auch Gel-Kosmetika. Kapillarrheometer können bei Raumtemperatur eingesetzt werden und der große Bereich der auf die Proben einwirkenden Scherkräfte sowie die hohe Genauigkeit der Rheometer ermöglichen es, das Ausstoßverhalten von fließenden Lebensmitteln und kosmetischen Produkten aus ihren Behältern zu untersuchen.

Kapillarrheometer können auch die Viskosität bei unterschiedlichen Schergeschwindigkeiten messen, so dass in der Praxis die Probe durch Aufzeichnen einer Kurve der Schmelzviskosität über der Schergeschwindigkeit bewertet wird.

Was ist eine Kapillar?

Eine Kapillar ist ein enges Rohr, in dem Kapillarwirkung stattfindet. Unter Kapillarwirkung versteht man die Bewegung einer Flüssigkeit durch ein Kapillarrohr aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und ihrer Benetzung an der Innenwand des Kapillarrohrs.

Dieses Phänomen ist auf die intermolekularen Kräfte zwischen der Flüssigkeit und der umgebenden festen Oberfläche (z. B. Glas) zurückzuführen. Wenn der Durchmesser des Kapillarrohrs klein genug ist, wird das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und den Adhäsionskräften zwischen der Flüssigkeit und den Wänden des Behälters gestört, wodurch die Flüssigkeit angetrieben wird.

Auf diesem Prinzip beruht auch das Benetzungsphänomen von Pinseln, dünnen Rohren, porösen Materialien wie Papier und Gips, Sand. Es ist ein bekanntes Naturphänomen. Auch andere Mechanismen beruhen auf der Kapillarwirkung, z. B. saugen Pflanzen das Wasser aus ihren Wurzeln auf und transportieren es zu den Zellen im ganzen Körper; auch die Kapillarwirkung ist Teil dieses Mechanismus.

Kapillarwirkung in Haushaltswaren, Wissenschaft und Technik

1. Bekannte Beispiele für die Kapillarwirkung

Die Kapillarwirkung ist in Alltag überall zu finden. Betrachten wir ihren grundlegenden Mechanismus anhand des Aufwischens von Wasser mit einem Küchentuch.

Die Anziehungskraft zwischen gleichartigen Stoffen, z. B. zwischen Wassermolekülen, wird als Kohäsion bezeichnet. Die Anziehungskraft zwischen Stoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften, z. B. zwischen den feinen Fasern eines Küchentuchs und den Wassermolekülen, wird dagegen als Adhäsionskraft bezeichnet.

Wenn die Adhäsionskraft größer ist als die Kohäsionskraft, benetzen die Wassermoleküle die Oberfläche der Küchenhandtuchfasern und werden folglich in die Zwischenräume zwischen den Fasern gezogen. Die angezogenen Wassermoleküle werden dann von den Wassermolekülen, mit denen sie aufgrund der Kohäsionskraft in Kontakt kommen, zueinander hingezogen.

Infolgedessen zieht das führende Wassermolekül die nachfolgenden Wassermoleküle in die Zwischenräume zwischen den Fasern des Küchenhandtuchs. Aufgrund dieser unterschiedlichen Kohäsions- und Adhäsionskräfte dringt das Wasser mit einer konstanten Geschwindigkeit in das Küchentuch ein.

2. Kapillarwirkung und Dünnschichtchromatographie

Die Dünnschichtchromatografie ist ein chemisches Laborinstrument, bei dem ein dünner Film aus Kieselgel oder einer anderen stationären Phase auf eine Glas- oder Aluminiumplatte aufgebracht wird, um komplexe Verbindungen zu trennen. Die Kapillarwirkung wird auch bei dieser Analysetechnik erfolgreich genutzt.

Konkret wird bei dieser Analysetechnik ein Ende einer probenbestückten Dünnschicht in ein Lösungsmittel getaucht, wodurch sich das Lösungsmittel durch die Lücken in der stationären Phase von unten nach oben auf der Dünnschichtplatte bewegt.

3. Anwendung in der Kapillarelektrophorese

Die Kapillarelektrophorese ist eine analytische Methode zur Trennung von Spurenkomponenten durch Injektion einer elektrolytischen Probenlösung in ein Quarzglaskapillarrohr und Elektrophorese.

Im Vergleich zur Chromatographie wie HPLC oder Elektrophorese ist die Kapillarelektrophorese eine Analysemethode, die sich zum Nachweis von Komponenten aus kleinen Probenmengen eignet, da sie aus einer sehr kleinen Kapillartrenneinheit besteht und im Allgemeinen nur etwa 100 nl Probe benötigt.

Bei dieser Methode wird die Kapillare zunächst in eine Elektrolytpufferlösung getaucht, an deren Enden jeweils eine Anode und eine Kathode angeschlossen sind. An der Innenwand der Kapillare befinden sich Silanolgruppen (-SiOH), die bei Kontakt mit der Pufferlösung ionisieren und eine negative Ladung annehmen.

Diese negative Ladung zieht positiv geladene Substanzen aus der Pufferlösung an und bildet eine elektrische Doppelschicht auf der inneren Wandoberfläche. Legt man in diesem Zustand eine Spannung an, so bewegt sich die positive Ladung der mobilen Phase außerhalb der elektrischen Doppelschicht zur Kathode hin. Dadurch wird ein Fluss der mobilen Phase erzeugt, der als elektroosmotischer Fluss bezeichnet wird.

Bei der Kapillarelektrophorese bewegt sich das positiv geladene Material schnell zur Kathode und wird daher zuerst erfasst. Neutrale und negative Substanzen, die sich allein aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften nicht zur Kathode bewegen würden, bewegen sich ebenfalls zur Kathode und werden aufgrund des elektroosmotischen Flusses, der in der Kapillare auftritt, vom Detektor erfasst.

Im Allgemeinen werden Kapillaren mit einem Innendurchmesser von 20-100 µm verwendet. Je größer der Innendurchmesser ist, desto höher ist die Nachweisempfindlichkeit, sodass selbst Spurenelemente mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden können. Andererseits verbessert ein kleinerer Innendurchmesser die Auflösung.

Funktionsweise der Kapillarwirkung in Kapillaren

Kapillare (dünne, enge Röhren), die in Wasser eingetaucht sind, bilden einen Meniskus. Die Krümmung dieses Meniskus wird umso größer (d. h. der Krümmungsradius ist kleiner), je enger das Rohr ist. Die Krümmung bewirkt einen Druckunterschied an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas. Flüssigkeiten mit einem scharfen Kontaktwinkel (z. B. Wasser auf Glas) bilden einen konkaven Meniskus, sodass der Flüssigkeitsdruck unterhalb des Meniskus geringer ist als der Atmosphärendruck.

Daher wird das Wasser in der Röhre durch den höheren Druck des Wassers außerhalb der Röhre (d. h. Wasser bei atmosphärischem Druck unterhalb der horizontalen Luft-Wasser-Grenzfläche) aus seiner Ausgangsposition dazu getrieben, auf gleicher Höhe durch die Röhre zu steigen.

Die Aufwärtsbewegung stoppt, wenn der Druckunterschied zwischen dem Wasser im Inneren des Rohrs und dem Wasser unterhalb der Ebene außerhalb des Rohrs durch den hydrostatischen Druck der Wassersäule im Inneren des Kapillarrohrs ausgeglichen wird.

Das bedeutet, dass der Wasserspiegel im Inneren der Röhre höher ist als der Wasserspiegel außerhalb der Röhre und die Wassermoleküle können sich um die Röhre herum anlagern und entgegen ihrem Gewicht auf diesem Wasserspiegel bleiben.

Herstellung von Kapillaren 

Kapillare werden hergestellt, indem man ein Glasrohr oder ein anderes langes, dünnes Glasgerät in der Mitte mit einem Gasbrenner erhitzt, um es weich zu machen, dann schnell von der Flamme nimmt und mit beiden Händen kräftig dehnt.

Unmittelbar nach dem Dehnen der Glaskapillarrohre ist diese noch heiß, daher sollte man den Bereich um den erhitzten Teil abkühlen lassen. Nachdem Sie sich vergewissert haben, dass das Glasrohr wieder Raumtemperatur angenommen hat, schneiden Sie mit einem Schneidewerkzeug, z. B. einem Ampullenschneider, alle überflüssigen Teile ab.

Passen Sie das Glasröhrchen schließlich auf eine für die Verwendung geeignete Länge an und bewahren Sie es in einem geeigneten Behälter auf, damit es nicht bricht. Neben den Glasröhrchen können auch Pasteurpipetten vorbereitet werden. Bei der Arbeit mit Glas ist Vorsicht geboten, da es zu Schnittverletzungen und Verbrennungen kommen kann; daher sollte man eine Schutzausrüstung tragen und vorsichtig sein.

Was ist ein Kondensator?

Ein Kondensator ist ein Bauteil, das aus zwei Metallplatten besteht, zwischen denen sich eine elektrisch nicht leitende Substanz befindet.

Im Allgemeinen haben Kondensatoren zwei Funktionen: die Speicherung elektrischer Ladung und die Weiterleitung von Wechselstrom.

Anwendungen von Kondensatoren

Kondensatoren werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von Haushaltsgeräten bis hin zu Industrieanlagen. Sie sind fester Bestandteil aller Produkte mit elektronischen Schaltungen. Kondensatoren werden insbesondere in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Steuerplatinen für Klimageräte wie Klimaanlagen und Kühlschränke
• Steuerplatinen für Warmwasserbereiter
• Steuerinfrastruktur für Fernsehgeräte und Rekorder
• Leistungsgeräte für die Korrektur des Leistungsfaktors in Umspannwerken
• Computer-Steuerungsinfrastrukturen und AC-Adapter

Funktionsweise von Kondensatoren

Ein Kondensator ist ein Bauteil, das aus einem Dielektrikum zwischen zwei Metallelektroden besteht. Wenn zwischen den beiden Elektroden eines Kondensators eine Gleichspannung angelegt wird, wird eine elektrische Ladung in den Elektroden gespeichert, da sie das Dielektrikum nicht überschreiten kann.

Die gespeicherte Ladung verhält sich zunächst so, als bestünde eine scheinbare Kontinuität zwischen den beiden Polen. Wenn die Ladung allmählich gesättigt ist, verhält sie sich so, als ob die beiden Pole völlig offen wären. 

Aufgrund dieser Eigenschaften von Kondensatoren werden sie eingesetzt als:

Reservestromquellen
Indem sie die gespeicherte Ladung freisetzen, können sie als vorübergehende Reservestromquelle dienen.

Spannungsglättung
Durch das Speichern oder Freigeben einer Ladung ist es möglich, den pulsierenden Strom zu glätten; diese Funktion wird z. B. von Wechselstromadaptern genutzt.

Entstörung und Extraktion bestimmter Frequenzspannungen
Spannungen im Frequenzband des Rauschens können durch Glättung entfernt werden. Wenn ein Resonanzkreis mit einer Spule aufgebaut wird, ist es möglich, nur einige Signale aus dem Frequenzband zu entfernen.

Arten von Kondensatoren

Es gibt verschiedene Arten von Kondensatoren, z. B. Elektrolytkondensatoren, Folienkondensatoren und elektrische Doppelschichtkondensatoren:

1. Elektrolytkondensatoren

Die Metallanode wird einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um einen Oxidfilm zu bilden, der als Dielektrikum dient. Für die Kathode wird eine Elektrolytlösung oder ähnliches verwendet. Gängige Anodenmaterialien sind aus Leistungs- und Preisgründen z. B. Aluminium.

2. Folienkondensatoren

Die Elektroden bestehen aus Metallfolie oder aufgedampftem Metall. Das Dielektrikum ist eine Kunststofffolie. Folienkondensatoren haben keine Polarität und können daher in Wechselstromkreisen verwendet werden.

3. Elektrische Doppelschichtkondensatoren

Elektrische Doppelschichtkondensatoren verwenden kein Dielektrikum. Stattdessen wird eine Grenzschicht, eine so genannte elektrische Doppelschicht, verwendet, um elektrische Ladung zu speichern.

Weitere Informationen zu Kondensatoren

1. Ablesen der Kapazität eines Kondensators 

Die Leistung eines Kondensators wird durch seine Kapazität ausgedrückt. Die Einheit der Kapazität ist pF oder µF, wobei pF die gängigste Einheit ist, außer bei großen Kondensatoren.

Die Anzeige der Kapazität hängt davon ab, ob die Kapazität größer als oder gleich 100 pF oder kleiner als 100 pF ist und ob R in der Anzeige verwendet wird; bei 100 pF oder mehr gibt das Ende der Kapazität den Multiplikator an. Ein Kondensator mit der Bezeichnung ‚541‘ hat zum Beispiel 54 x 10¹ = 540 pF.

Bei weniger als 100 pF ist die Zahl so zu lesen, wie sie ist; wenn R verwendet wird, ist R als Dezimalpunkt zu lesen. Ein 4R7″-Ultrakondensator hat zum Beispiel 4,7 pF. Die Toleranzen für Kondensatoren werden auch in alphabetischer Form angegeben.

Im Fall von B ±0,5 pF für 10 pF oder weniger und ±0,1 % für 10 pF oder mehr. Ein 102J-Kondensator ist beispielsweise 10 x 10² ±5 % = 950 pF bis 1050 pF.

2. Lebensdauer von Kondensatoren

Kondensatoren bestehen aus abwechselnden Schichten von Elektroden und Dielektrika. Das Dielektrikum enthält zur Erhöhung der Kapazität einen Elektrolyt, der mit der Zeit verdunstet. Dies wird als Austrocknung bezeichnet und die Lebensdauer eines Ultrakondensators endet, wenn der Elektrolyt im Inneren aufgebraucht ist.

Die Lebensdauer eines Kondensators wird also von der Umgebungstemperatur beeinflusst. Steigt die Umgebungstemperatur um 10 °C, verdoppelt sich die Verdampfungsrate ungefähr. Umgekehrt halbiert sich die Verdampfungsrate, wenn die Temperatur um 10 °C sinkt.

Allgemeine Kondensatoren sind bei 105 °C und 2000 Stunden spezifiziert. Sinkt die Umgebungstemperatur um 10 °C, verringert sich die Lebensdauer auf 4000 Stunden, und wenn die Umgebungstemperatur um 30 °C fällt, beträgt die Lebensdauer etwa 1,8 Jahre. Auch Kondensatoren erwärmen sich durch den Strom selbst. Dieser Temperaturanstieg wirkt sich ebenfalls auf die Lebensdauer aus und muss berücksichtigt werden.

Darüber hinaus gibt es auch eine Lebensdauer, die von der angelegten Spannung abhängt. Bei Nennspannung ist sie nur sichtbar, aber bei Überspannung oder Rückspannung kommt es zu einer chemischen Reaktion an den Elektroden, die die Lebensdauer verkürzt.

Was ist Glassubstrat?

Glassubstrat ist ein allgemeiner Begriff für flache Substrate aus Glas, die mit spezifischen Funktionen für ihren Verwendungszweck ausgestattet sind.

Je nach Alkaligehalt und Plattendicke gibt es verschiedene Arten von Glas, deren Glätte und elektrische Eigenschaften sich von denen gewöhnlicher Glasplatten unterscheiden. Es hat ein breites Anwendungsspektrum, das von Computermonitoren und Smartphone-Displays bis hin zu Solarzellen reicht.

Es gibt auch Glas-Epoxid-Substrate, die durch Imprägnieren von Glasfasern mit Epoxidharz und anschließendes Verformen hergestellt werden. Glasepoxid-Substrate können kostengünstig hergestellt werden und die elektronischen Komponenten werden auf dem Substrat montiert, um die elektronischen Schaltungen zu bilden, die die elektronischen Geräte betreiben. Sie werden im Allgemeinen auch als Leiterplatten bezeichnet.

Anwendungen von Glassubstraten

Glassubstrate werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die von Verbraucher- bis zu Industriegeräten reichen. Spezifische Anwendungen sind die folgenden:

1. Display- und Deckglasanwendungen

Glassubstrate werden in mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets, die wir täglich benutzen, sowie in Displays für Kfz-Navigationssysteme verwendet. Sie sind nur 0,5-1,1 mm dünn, und es sind vor allem Transparenz und Glätte gefragt.

Bei der Verwendung für LCD-Fernsehbildschirme ist es wichtig, den Alkaligehalt auf 0,1 % zu beschränken, um die Verunreinigung des Flüssigkristallmaterials und seine Auswirkungen auf die Transistoreigenschaften zu verringern, wenn Alkalibestandteile enthalten sind.

Es gibt auch Anwendungen für Deckgläser für Berührungsbildschirme und Bildsensoren, für die Glassubstrate verwendet werden, denen durch chemische Mittel die fünffache Festigkeit von gewöhnlichen Glassubstraten verliehen wurde.

2. Anwendungen für elektrische und elektronische Geräte

Epoxidglassubstrate werden für Hauptplatinen in Computern und Digitalkameras verwendet. Epoxidharz-Glassubstrate sind die am häufigsten verwendeten Leiterplatten und unterstützen den stabilen Betrieb von elektrischen und elektronischen Geräten.

Funktionsweise von Glassubstraten

Im Gegensatz zu gewöhnlichem Glas müssen Glassubstrate für Displays sehr leistungsfähig sein. Um die hochauflösenden Bilder und Videos auf LCDs und OLEDs korrekt anzeigen zu können, muss die Oberfläche so glatt wie möglich sein und darf nur minimale Unebenheiten aufweisen.

Die Standards sind auch so streng, dass jegliche Fremdkörper, die in das Display eindringen könnten, unsichtbar gemacht werden. Die Nachfrage nach Glassubstraten, die sowohl dünn als auch steif sind, steigt, da die Displays immer größer und leichter werden.

Glas-Epoxid-Substrate werden durch Imprägnierung von Glasfasern mit Epoxidharz und Aushärtung des Materials hergestellt, was den Vorteil hat, dass sich die Abmessungen auch bei Änderungen der Umgebungstemperatur nur geringfügig ändern. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Material selbst hart ist und eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, Feuchtigkeitsaufnahme und elektrische Eigenschaften aufweist.

Die Produktionskosten sind relativ niedrig und das Material ist sehr vielseitig, da es in verschiedenen Kupferfolienstärken erhältlich ist. Es lässt sich leicht zu doppelseitigen und mehrlagigen Leiterplatten verarbeiten und wird häufig in elektronischen Geräten verwendet. Auf der anderen Seite hat es den Nachteil, dass für die Herstellung spezielle Anlagen erforderlich sind.

Arten von Glassubstraten

Glas ist ein anorganisches Gemisch aus Quarzsand, Soda und Tonerde. Je nach dem Verhältnis der Bestandteile können verschiedene Glassubstrate hergestellt werden. Die Eigenschaften der verschiedenen Glassubstrate sind wie folgt:

1. Alkalifreies Glas

Es handelt sich um Glas mit einem Alkalioxidgehalt von 0,1 %, das hauptsächlich für Flüssigkristallanzeigeanwendungen verwendet wird. Es können dünnwandige Glassubstrate hergestellt werden, wobei einige Glassubstrate bis zu 0,3 mm dick sind. Es hat eine ausgezeichnete Glätte und Hitzebeständigkeit.

2. Chemisch gehärtetes Glas

Es handelt sich um chemisch gehärtetes Glas, das etwa fünfmal stärker ist als gewöhnliche Glassubstrate. Es wird auch für Touchpanels, Glas für optische Disks und Deckglas für Bildsensoren verwendet.

3. Glas-Epoxid-Substrate

Traditionell wurden in der Unterhaltungselektronik in großem Umfang kostengünstige Papier-Phenol- und Papier-Epoxid-Substrate verwendet, aber in den letzten Jahren sind Glas-Epoxid-Substrate zu den am häufigsten verwendeten Leiterplatten überhaupt geworden. Auf Glas-Epoxid-Substrate entfallen die meisten einseitigen, doppelseitigen und mehrlagigen Substrate.

4. Teflon-Substrate

Hierbei handelt es sich um Leiterplatten, die durch Imprägnieren von Glasgewebe mit Polytetrahydrofuran (PTFE)-Harz hergestellt werden. Fluorpolymere haben eine niedrige Dielektrizitätskonstante und weisen daher hervorragende Hochfrequenzeigenschaften auf.

Was sind Glasfläschchen?

Ein Glasfläschchen ist eines der Behältnisse, die zum Verschließen von Injektionen, Proben und Medikamenten verwendet werden. Sie ist mit einem Stopfen versehen und der Inhalt wird durch Einstechen einer Nadel in den Stopfen herausgesaugt. Im Gegensatz zu Ampullenflaschen, die ebenfalls versiegelte Behältnisse sind, lassen sie sich leichter öffnen (geringere Verletzungsgefahr, da das Glas nicht aufgeschnitten werden muss, um die Flasche zu öffnen). Sie sind auch sehr praktisch, da sie in mehreren Portionen verwendet werden können. Neben medizinischen Anwendungen werden Glasfläschchen auch zur Versiegelung von Proben für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und die Gaschromatographie verwendet.

Anwendungen von Glasfläschchen

Glasfläschchen haben einen doppelten Deckel mit einem Gummistopfen und sind mit einer Aluminiumdichtung versehen. Wenn die Aluminiumdichtung bedeckt ist, wird der Gummistopfen mit einem speziellen Instrument, einer Handzange, gequetscht. So ist sie hermetisch verschlossen und eignet sich hervorragend für die Langzeitlagerung. Die Oberseite des Aluminiumverschlusses hat ein rundes Loch, durch das das Medikament oder die Probe mit einer Spritzennadel entnommen werden kann. Da sie Medikamente und Proben über einen langen Zeitraum stabil aufbewahren können und eine Vielzahl von Verwendungszwecken und Kapazitäten aufweisen, werden sie neben Krankenhäusern und Arzneimittelherstellern auch in verschiedenen Bereichen wie Forschungseinrichtungen und Analyseinstituten eingesetzt.

Funktionsweise der Glasfläschchen

Eines der Hauptmerkmale von Glasfläschchen ist, dass die Qualität der darin enthaltenen Chemikalien und Proben über einen langen Zeitraum hinweg stabil gehalten werden kann. Die Gründe für diese hohe Stabilität sind folgende:

• Oxidation des Inhalts kann verhindert werden
  Die Oxidation wird verhindert, weil der Körper des Fläschchens nicht gasdurchlässig ist. Das Fläschchen kann mit einem Gummistopfen verschlossen werden, der das Eindringen von Luft verhindert.
• Das verwendete Material hat eine geringe Reaktivität mit Chemikalien
  Die Glaszusammensetzung der für Glasfläschchen verwendeten Materialien ist Borat- und Kalknatronglas. Ersteres, Boratglas, hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ist hart. Es wird durch Schneiden langer zylindrischer Stücke verarbeitet und für Glasfläschchen mit geringem Fassungsvermögen und für jene, die für die Lyophilisation bestimmt sind, verwendet. Die letztere Glasart, Kalk-Natron-Glas, besteht hauptsächlich aus Siliziumdioxid, Natrium- und Kalziumoxyd. Es wird durch Gießen von geschmolzenem Glas in eine Form und Einblasen von Luft geformt, was eine kostengünstige Massenproduktion ermöglicht. Glasfläschchen aus diesen Materialien haben einen geringen Alkaliaustritt aus dem Fläschchenkörper und gewährleisten so eine stabile Qualität der darin enthaltenen Chemikalien und Proben.

Was ist ein Gasdetektor?

Gasdetektoren sind Geräte, die die Konzentration eines Zielgases messen. Es gibt verschiedene Arten von Gaswarngeräten, von solchen, die zum Aufspüren von Gaslecks in Haushalten verwendet werden, bis hin zu solchen, die in der Industrie zum Einsatz kommen. Alle Gasdetektoren dienen der Sicherheit von Arbeitnehmern, indem sie das Vorhandensein von Gasen signalisieren.

Bei den erfassten Gasen handelt es sich um Stadt- und Propangas für den Hausgebrauch. In der Industrie können sie zur Messung der Sauerstoffkonzentration und zur Erkennung giftiger Gase wie Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff sowie brennbarer Gase wie organischer Lösungsmittel eingesetzt werden.

Anwendungen von Gasdetektoren

Gasdetektoren werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von Gasproduktionsstätten, Chemieanlagen, Halbleiterwerken, Tunnelbaustellen, der Stahlindustrie, der Landwirtschaft und anderen Industriezweigen bis hin zu Haushalten. Es gibt viele Gefahren, die mit Gasleckagen verbunden sind.

So kann das Austreten brennbarer Gase zu großflächigen Problemen wie Bränden und Explosionen führen. Giftige Gase können die Gesundheit der Arbeiter gefährden und die Umwelt verschmutzen. Sauerstoffkonzentrationen, die unter einem bestimmten Wert liegen, können auch zum Ersticken der Arbeiter führen.

Gasdetektoren werden eingesetzt, um Gaslecks, die zu diesen schweren Unfällen führen können, schnell zu erkennen und die Arbeiter darüber zu informieren. Je nach Anwendung muss daher der geeignete Typ von Gasdetektoren ausgewählt werden.

1. Pflicht zum Einbau von Gasdetektoren (allgemeiner Hausgebrauch)

Dies hängt von der Art des verwendeten Gases ab. Bei der Verwendung von Gas wird der Einbau empfohlen, ist aber nicht obligatorisch.

Andererseits ist der Einbau von Feuermeldern in allen Häusern gesetzlich vorgeschrieben. Gasdetektoren in Wohngebäuden erkennen Gasbestandteile wie Methan, Ethan und Propan, während Feuermelder Rauch und Hitze erkennen.

2. Pflicht zum Einbau von Gasdetektoren (Industrie und Gewerbe)

Anders als in Privathaushalten sind Gasdetektoren in verschiedenen Anlagen im industriellen und gewerblichen Bereich vorgeschrieben. Beispiele hierfür sind Industrieanlagen, in denen mit brennbaren oder giftigen Gasen umgegangen wird, sowie gewerbliche Anlagen wie bestimmte unterirdische Einkaufszentren, Keller und Hochhäuser. 

Arten von Gasdetektoren

1. Klassifizierung nach Art des zu messenden Objekts

• Ein-Komponenten-Gasmessgerät
  Ein einziges Gerät wird zur Messung einer Gasart verwendet, dieses ist kompakt, leicht und einfach zu handhaben.
• Kombinierter Gasdetektortyp
  Ein einziges Gerät kann für die Messung mehrerer Gasarten verwendet werden und eine breite Palette von Gasen messen, einschließlich brennbarer Gase, giftiger Gase und Sauerstoff, es wird zur Gewährleistung der Sicherheit in verschiedenen Fabriken und an Arbeitsplätzen eingesetzt.

2. Klassifizierung nach der Installationsmethode

• Tragbare Detektoren
  Diese Detektoren werden beim Bediener angebracht und für Messungen während der Arbeit verwendet. Sie melden dem Bediener eine Anomalie, wenn ein Gas entdeckt wird.
• Stationäre Detektoren
  Sie messen kontinuierlich die Gaskonzentrationen in den Anlagen und tragen so zu einem stabilen Betrieb der Anlage bei. Beim Einsatz in großen Anlagen können die Detektor- und Alarmabschnitte/-systeme getrennt werden, um mehrere Stellen gleichzeitig zu überwachen.

Funktionsweise des Gasdetektoren

Die große Bandbreite an Gasen, die mit Gasdetektoren nachgewiesen werden können, bedeutet, dass auch die Analysemethoden vielfältig sind. Für viele Sensoren sind siliziumorganische Gase, korrosive Gase (z. B. SOx und NOx) und saure Gase (z. B. HF und HCl) diejenigen Gase, die einen Abbau verursachen (= diverse Gase). Darüber hinaus können andere Gase als die Zielgase wie Kohlenwasserstoffe, Alkohole und organische Lösungsmittel, in vielen Fällen genaue Messungen stören (Störgase).

Informieren Sie sich im Voraus über den Sensortyp des von Ihnen in Betracht gezogenen Gasdetektoren und den entsprechenden Typ der verschiedenen oder störenden Gase. Die Funktionsweise der verschiedenen Sensoren und die Gase, die sie erkennen sollen, werden im Folgenden beschrieben:

1. Halbleitertyp

Der Sensor nutzt die Widerstandsänderung, die auftritt, wenn ein Halbleiter mit einem Gas in Kontakt kommt. Er ist sehr empfindlich und kann bis zu geringen Konzentrationen messen.
Objekt: Entflammbare und giftige Gase.

2. Hitzedraht-Halbleitertyp

Anstelle des Halbleiters, der im Halbleitertyp verwendet wird, sind eine Platindrahtspule und ein Halbleiter integriert.

Merkmale: hohe Empfindlichkeit und Eignung zur Miniaturisierung.
Objekt: Entflammbare und toxische Gase.

3. Neuer keramischer Typ

Dieser nutzt die Wärme, die bei der Verbrennung von brennbaren Gasen an einer neuen Keramik (ultrafeiner partikelförmiger Oxidationskatalysator) entsteht. Es kann ein breiter Konzentrationsbereich gemessen werden und es ist ein stabiler Betrieb zu erwarten.
Objekt: Brennbare Gase.

4. Art der katalytischen Verbrennung

Der Oxidationskatalysator, Platin, wird auf eine hohe Temperatur erhitzt und wenn das Gas auf ihn trifft, kommt es zu einer Verbrennungsreaktion und die Temperatur steigt an. Diese Temperaturänderung wird zur Detektion genutzt. Ausgezeichnete Genauigkeit und Reproduzierbarkeit.
Objekt: Brennbare Gase.

5. Konstantes Potenzial, Typ Elektrolyse

Dieser erfasst den Strom, der bei der Elektrolyse des Gases an den Elektroden erzeugt wird. Die Zielgase können durch Einstellen des Potenzials ausgewählt werden und das System zeichnet sich auch durch seine geringe Anfälligkeit für Störgase aus.
Objekt: Toxische Gase.

6. Galvanische Diaphragma-Batterie

Eine galvanische Batterie ist in das Gerät eingebaut. Wenn das Gas durch die Membran in der Batterie strömt, kommt es zu einer Reaktion zwischen den beiden Elektroden, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. Die Stärke dieses Stroms wird zur Bestimmung der Konzentration des Zielgases verwendet. Die eingebaute Batterie ermöglicht den Betrieb ohne externe Stromversorgung.
Objekt: Sauerstoff.

7. Nicht-dispersiver Infrarot-Typ

Jede Gasart hat die Eigenschaft, Infrarotstrahlung einer bestimmten Wellenlänge zu absorbieren. Die Konzentration des Gases wird aus der Menge der bei der Messwellenlänge absorbierten Infrarotstrahlung berechnet. Das System kann über einen langen Zeitraum stabil arbeiten und ist hochselektiv in Bezug auf das Messobjekt.
Objekt: Brennbare und giftige Gase.

8. Lichtwellen-Interferometrie

Diese erkennt Gase anhand von Änderungen des Brechungsindex des Gases und kann über einen langen Zeitraum mit stabiler Genauigkeit betrieben werden.
Objekt: Brennbare Gase.

9. Wärmeleitungstyp

Die Temperatur des Detektorelements steigt an, wenn das heiße Element mit dem Gas in Kontakt kommt. Die Gaskonzentration wird aus dem Wert der Temperaturänderung und der Widerstandsänderung des Elements berechnet, da die Wärmeleitfähigkeit je nach Art des Gases variiert und einen bestimmten Wert hat. Er ist geeignet für die Messung hochkonzentrierter Gase.
Objekt: Brennbare Gase.

Was ist ein Gassensor?

Gassensoren sind Sensoren zur Erkennung unsichtbarer Gase in der Luft. Gassensoren werden aufgrund des Einsatzes des IoT, des Umweltschutzes und der Energieeinsparung in den letzten Jahren in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, z. B. in der Industrie, der Automobilindustrie und in Haushaltsgeräten. Gassensoren werden auch verwendet, um Geruchskomponenten und Luftverschmutzung zu erkennen.

Gassensoren können eine breite Palette von Verbindungen durch die Nutzung chemischer Reaktionen und physikalischer Phänomene erkennen. Zu den verschiedenen Methoden zur Erkennung von Gassensoren gehören Halbleiter-, katalytische Verbrennungs-, elektrochemische und Infrarotmethoden.

Anwendungen von Gassensoren

Gassensoren haben ein breites Anwendungsspektrum und werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, z. B. in der Industrie, in der Automobilindustrie und in Haushaltsgeräten. Im Folgenden finden sich einige Beispiele:

• Industrielle Ausrüstung
  Gassensoren dienen zur Verhütung von Gasunfällen durch Aufspüren von Gaslecks und zur Überwachung der Luftverschmutzung, der Produktion in chemischen Anlagen und der Emissionen von Verbrennungsmotoren.
• Kraftfahrzeuge
  Gassensoren werden als Abgassensoren wie Sauerstoffsensoren, NOx-Sensoren und PM-Sensoren in Abgasreinigungssystemen eingesetzt, um Umweltproblemen entgegenzuwirken.
• Haushaltsgeräte
  Luftreiniger sind mit Gassensoren ausgestattet, um Gerüche wie Tabak, Kosmetika, Alkohol und Haustiere zu erkennen.

Funktionsweise von Gassensoren

Es gibt verschiedene Arten von Gassensoren, von denen jeder ein anderes Prinzip hat. Im Folgenden werden die Prinzipien der vier gängigsten Arten von Gassensoren erläutert:

1. Halbleiter-Gassensoren

Halbleiter-Gassensoren machen sich die Eigenschaften von Halbleitermaterialien zunutze und sind in zwei Haupttypen erhältlich. Erstens nutzen Adsorptionssensoren die Widerstandsänderung, die auftritt, wenn ein Gas an der Oberfläche eines Oxidhalbleiters adsorbiert wird. Es werden Zinnoxid und andere Materialien verwendet.

Der zweite Typ von Halbleiter-Gassensoren ist der Redox-Typ. Redox-Sensoren machen sich die Eigenschaft zunutze, dass sich der Widerstand ändert, wenn die Atmosphäre reduzierend oder oxidierend wirkt. Gase werden anhand der Widerstandsänderung erkannt, die durch die Adsorption des zu erkennenden Gases an der Oberfläche des Metalloxid-Halbleiters verursacht wird.

2. Gassensoren mit katalytischer Verbrennung

Gassensoren mit katalytischer Verbrennung machen sich das Phänomen zunutze, dass brennbare Gase wie Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid mit dem Sauerstoff der Luft über einem Oxidationskatalysator reagieren und dabei Wärme erzeugen. Die erzeugte Wärmemenge ist proportional zur Gaskonzentration und wird daher zur Messung von brennbaren Gasen verwendet.

3. Elektrochemische Gassensoren (Typ Elektrolyse mit konstantem Potential)

Elektrochemische Gassensoren sind Gassensoren, die eine gasdurchlässige Membran verwenden, um Gas in den Elektrolyten aufzunehmen und eine elektrochemische Reaktion des Gases zu erzeugen. Er besteht aus einer Detektorelektrode, einer Gegenelektrode und einem Elektrolyten, in dem eine Redoxreaktion stattfindet und wenn das zu detektierende Gas vorhanden ist, findet eine chemische Reaktion am Katalysator statt. Der Kurzschlussstrom, wenn die Detektorelektrode und die Gegenelektrode zu diesem Zeitpunkt verbunden sind, wird quantifiziert.

4. Infrarot-Gassensoren

Infrarot-Gassensoren machen sich die Tatsache zunutze, dass viele Gase ihre eigenen spezifischen Wellenlängen absorbieren. Sie werden auch als NDIR-Gassensoren (nichtdispersive Infrarotsensoren) bezeichnet.

Arten von Gassensoren

Dieser Abschnitt beschreibt die verschiedenen Arten von Gassensoren und die Gase, die sie erkennen:

1. Halbleiter-Gassensoren

• Flüssiggas, Stadtgas, Kohlenmonoxid, Wasserstoffgas, Sauerstoff, Alkohol, Freon, etc.

2. Gassensoren mit katalytischer Verbrennung

• Wasserstoffgas, Kohlenwasserstoffgas, Kohlenmonoxid und andere brennbare Gase

3. Elektrochemische Gassensoren

• Kohlenmonoxid, Halbleiterdotierungsgase wie Arsin und Osfin, NOx und Sulfidgase

4. Infrarot-Gassensoren

• Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff, Kältemittelgase, Stickstoffmonoxid, Schwefeldioxid, Schwefelhexafluorid, Ethanol, etc.

5. Gassensoren für Wärmeleitfähigkeit

• Wasserstoffgas, Kohlendioxid, Heliumgas, Methangas

Was ist ein Geigerzähler?

Ein Geigerzähler ist ein Strahlungsmessgerät, mit dem man feststellen kann, wie viel Strahlung auf der Oberfläche eines Materials oder in einem Raum vorhanden ist. Er wird auch Geiger-Müller-Zählrohr oder GM-Zählrohr genannt, weil er von Geiger und Müller entwickelt wurde. Ein Geigerzähler ist eine Art Vermessungsgerät mit einem metallischen, gasgefüllten Zylinder, der als GM-Rohr bezeichnet wird. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus sind Geigerzähler zu relativ geringen Kosten erhältlich und werden weithin als Strahlungsmessgeräte eingesetzt, von öffentlichen Einrichtungen wie elektronischen Stromerzeugungsanlagen, Polizeikräften und Krankenhäusern bis hin zu Privatpersonen.

Anwendungen von Geigerzählern

Geigerzähler werden zur Messung des Strahlungsniveaus im Raum und in Materialien verwendet. Strahlung wird nicht nur im medizinischen und industriellen Bereich, sondern auch in der Landwirtschaft eingesetzt. Die einfache Messung des Strahlungsniveaus ermöglicht die Überprüfung von Lebensmitteloberflächen auf Kontamination und die Messung einer Vielzahl von Proben, einschließlich Boden-, Wasser- und Luftdosen. Geigerzähler sind sehr einfache Instrumente, aber sie sind kein Allheilmittel für die Strahlungsmessung, so dass es notwendig ist, das zu messende Objekt zu verstehen und es richtig zu messen.

Funktionsweise des Geigerzählers

Ein Geigerzähler misst die Strahlungsmenge, indem er die Entladung (den Impuls) erfasst, die beim Durchgang der Strahlung durch eine zylindrische Elektrode, das so genannte GM-Röhrchen, das mit einem Inertgas wie Argon oder Helium gefüllt ist, entsteht.

Die Messergebnisse eines Geigerzählers werden in Einheiten von Mikrosievert pro Stunde (μSv/h) angezeigt. Ein Mikrosievert pro Stunde ist die Menge an Strahlung, die Sie erhalten würden, wenn Sie sich eine Stunde lang an einem bestimmten Ort aufhalten würden. Strahlung sind elektromagnetische Wellen oder Teilchenstrahlen, die beim Zerfall radioaktiver Stoffe entstehen. Einige Strahlen können den menschlichen Körper durchdringen.

Eine besonders hohe Anzahl von Gammastrahlen mit hoher Durchschlagskraft und hoher Energie kann den menschlichen Körper beeinträchtigen. Die Einheit für diese Wirkung ist das Sievert (Sv). Ein Sievert ist definiert als die Anzahl der vom menschlichen Körper absorbierten γ-Strahlen x Energie. Geigerzähler messen die Anzahl der im Gerät vorhandenen Strahlen. Die gemessenen Strahlungszahlen pro Zeiteinheit (cpm: counts per minute) werden mit einer Konstante multipliziert und in Mikrosievert pro Stunde umgerechnet.

Arten von Geigerzählern

Geigerzähler können in zwei Haupttypen unterteilt werden:

1. Typen mit einem Zählgas in einem zylindrischen Behälter
Bei diesem Typ handelt es sich um einen zylindrischen Behälter aus Glas oder Metall, in dem das Zählgas eingeschlossen ist. Diese Art von Geigerzähler wird für die Messung von γ-Strahlungsdosen verwendet.

2. Typ mit Glimmerfenster
Das eine Ende des Geiger-Müller-Zählers besteht aus einer dünnen Folie und hat ein Fenster aus Glimmer, einem Erz, durch das die Strahlung auf die Grenzfläche gelangt. Er misst die Anzahl der Betastrahlen, die durch das Glimmerfenster eintreten, und wird zur Untersuchung der Kontamination durch radioaktive Stoffe verwendet.

Ein Geigerzähler ist eigentlich ein Strahlungsmessgerät mit einem Geiger-Müller-Zähler, aber auch Strahlungsmessgeräte mit anderen Messprinzipien, so genannte Szintillations- oder Halbleiterzähler, werden manchmal als Geigerzähler bezeichnet.

Merkmale von Geigerzählern

Geigerzähler haben einen einfachen Aufbau und sind leicht zu handhaben, doch ist bei der Handhabung der Messergebnisse Vorsicht geboten.

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Messergebnisse eines Geigerzählers stark schwanken können. Strahlung wird von radiologischen Materialien nach dem Zufallsprinzip emittiert, so dass die Messergebnisse variieren können. Aufgrund der zufälligen Emission von Strahlung kann sogar eine Änderung der Richtung des Geigerzählers am selben Ort die Messergebnisse verändern. Bei der Messung von Strahlungswerten mit einem Geigerzähler ist es wichtig, den Geigerzähler auszurichten und die Messung mehrere Male zu wiederholen, bevor ein Durchschnittswert ermittelt wird.

Wenn der Geigerzähler mit radioaktiven Stoffen verunreinigt ist, liefert er keine korrekten Ergebnisse. Es ist wichtig, den Geigerzähler so zu behandeln, dass er nicht verschmutzt wird.

Was ist Nockenschalter?

Ein Nockenschalter ist ein Schalter, der durch Drehen eines Griffs betätigt wird.

Im Allgemeinen bezieht er sich auf einen Schalter, der elektrische Kontakte schaltet, aber im weiteren Sinne fällt auch ein Haustürschloss unter die Kategorie der Nockenschalter. Das Hauptmerkmal von Nockenschaltern ist, dass sie über einen Nockenmechanismus verfügen.

Ein Nocken ist ein Mechanismus, der an einer rotierenden Welle angebracht werden kann, um die Bewegungsrichtung eines Objekts zu ändern. Nockenmechanismen werden in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt, z. B. in Karussells und beim Öffnen und Schließen von Auslassventilen in Kraftfahrzeugen.

Anwendungen von Nockenschaltern

Nockenschalter werden in einer Vielzahl von Anwendungen in der Industrie eingesetzt. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für ihren Einsatz:

• Zur Betätigung von Hochspannungs-Leistungsschaltern, z. B. Vakuum-Leistungsschaltern
• Zur Auswahl des zu betätigenden Gerätes
• Zum Umschalten der Phase von Stromanzeigern
• Zum Schalten der Stromversorgung von Industrieanlagen
• Zum Starten großer Motoren

Nockenschalter werden seit langem zum manuellen Ein- und Ausschalten von Hochspannungs-Leistungsschaltern im Bereich der Hochspannung eingesetzt, da sie robust und unzerbrechlich sind. Um Fehlschaltungen zu vermeiden, werden in der Regel Nockenschalter verwendet, die durch Ziehen betätigt werden können.

Nockenschalter werden auch zur Phasenumschaltung von Stromanzeigern verwendet. Bei der Verwendung für Stromanzeiger werden sie an einen Stromwandler angeschlossen und müssen daher in einer Konfiguration verwendet werden, bei der der Stromkreis nicht offen ist.

Funktionsweise von Nockenschaltern

Ein Nockenschalter besteht aus einem Betätiger, einem Mechanismus und einem Kontakt:

1. Betätiger

Der Betätiger ist der Teil, der dem menschlichen Bediener als Griff dient. Er besteht häufig aus hartem Kunstharz und ist mit dem Mechanismus durch Bolzen verbunden. Die Oberfläche des Betätigungselements ist mit weißen Linien und Pfeilen gekennzeichnet, die zusammen mit dem Typenschild auf der Oberfläche des Mechanismus die Position des Nockens sichtbar machen. 

2. Mechanismus

Der Mechanismusteil ändert die Kontaktkonfiguration in Abhängigkeit von der Stellung des Griffs. Auf der Spindel, die direkt mit dem Griff verbunden ist, ist ein Nocken angebracht, der die Kontakte öffnet und schließt. Bei vielen Produkten kann die Anzahl der Nocken nachträglich erhöht oder verringert werden, so dass beliebig viele Nocken und Kontakte kombiniert werden können.

3. Kontaktteil

Das Kontaktteil ist der elektrische Kontakt zur Bedienung des Stromkreises. In den meisten Fällen ist auf der Rückseite des Nockenschalters eine Klemmleiste angebracht, an der die Verdrahtung mit Rundklemmen oder ähnlichem angeschlossen wird. Die Anordnung der Kontakte und Nocken ist von Produkt zu Produkt unterschiedlich.

Arten von Nockenschaltern

Es gibt verschiedene Arten von Nockenschaltern für unterschiedliche Anwendungen. Typische Nockenschaltertypen sind folgende:

1. Grifftyp

Der Grifftyp ist ein Typ mit einem Griff am Betätiger. Nockenschalter zum Starten großer Motoren und zum manuellen Öffnen und Schließen von Leistungsschaltern sind häufig von diesem Typ. Unter den Grifftypen werden Zugschalter, die durch Ziehen nach vorne betätigt werden können, häufig für Geräte mit großem Fassungsvermögen verwendet.

Für die oben genannten Anwendungen werden häufig Griffschalter mit drei Einrastungen für das Ein- und Ausschalten verwendet, es sind aber auch Produkte mit einer höheren Anzahl von Einrastungen erhältlich. Für reversible Motoren sind auch Nockenschalter mit Vorwärts- und Rückwärtsdrehung links und rechts und Abschaltung in der Mitte erhältlich.

2. Schlüsselschaltertyp

Der Schlüsselschalter ist ein Typ mit einem Schloss am Griff. Er wird verwendet, um eine versehentliche Betätigung durch Unbefugte zu verhindern und häufig für Steuerstromversorgungen von Industriemaschinen usw. eingesetzt. Der Typ mit zwei Kerben wird für diesen Zweck häufiger verwendet.

3. 360°-Typ

Wie der Name schon sagt, handelt es sich beim 360°-Typ um einen Nockenschalter, der sich um 360° drehen lässt. Er wird hauptsächlich für die Auswahl und Bedienung von Industrieanlagen verwendet. Der Griff am Ende ist in verschiedenen Formen erhältlich wie z. B. eiförmig.

Diese Art von Nockenschalter zeichnet sich auch durch viele Produkte mit komplexen Kontaktkonfigurationen aus. Im Falle eines Defekts sollten Sie die Kontaktkonfiguration alter Nockenschalter einzeln überprüfen und ein Produkt mit der gleichen Konfiguration angeben und kaufen.

Weitere Informationen zu Nockenschaltern

Arten von Nocken

Nockenschaltwerke zeichnen sich durch ihre hohe Lebensdauer und Bruchfestigkeit aus, auch wenn die gleiche Bewegung wiederholt wird. Außerdem sind sie einfach aufgebaut und daher leicht zu warten. Nockenwerke können in zwei Haupttypen unterteilt werden: flache Nocken und dreidimensionale Nocken.

Flache Nocken
Flache Nocken haben eine einfache Struktur, bei der sich Rollen drehen, um die Bewegungsrichtung zu ändern. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus sind sie kostengünstig, robust und weit verbreitet. Flache Nocken werden häufig in Nockenschaltern verwendet.

Dreidimensionale Nocken
Dreidimensionale Nocken haben eine zylindrische oder kugelförmige Form und haben den Vorteil, dass ihr Arbeitsbereich kompakter sein kann als der von flachen Nocken.