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Was ist ein Hydraulikzylinder?

Ein Hydraulikzylinder ist ein Aktuator, der Energie in mechanische Bewegung umwandelt und eine Maschine ist, die lineare Bewegungen ausführt. Durch die Steuerung der Ölmenge im Inneren wird der Druck verändert, um die Bewegung des Kolbens zu steuern. Hydraulikzylinder können einfach- oder doppeltwirkend sein, wobei die verschiedenen Typen von der Anzahl und Position der Ventile und der internen Geometrie abhängen. Hydraulikzylinder werden in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt, z. B. bei Autobremsen, Aufzügen und Baumaschinen, da sie geräuscharm sind und eine hohe Leistung erbringen können.

Anwendungen von Hydraulikzylindern

Hydraulikzylinder werden in vielen Produkten eingesetzt, da sie kleine Kräfte in große Kräfte umwandeln können. Die typischsten Produkte sind Bremssysteme für Autos, bei denen die geringe Kraft eines Fußdrucks eine große Kraft erzeugen kann, um ein Auto anzuhalten. Sie werden auch bei vielen Gelegenheiten eingesetzt, bei denen große Kräfte erforderlich sind, wie z. B. bei Aufzügen und Baumaschinen, was ihr breites Einsatzspektrum verdeutlicht. Bei der Auswahl sollten der Druck, die Größe, die Hublänge und der Zyklus berücksichtigt werden.

Funktionsweise von Hydraulikzylindern

Hydraulikzylinder enthalten einen Kolben, der durch Einspritzen von Öl in den Zylinder über ein Ventil oder durch Ansaugen von Öl aus dem Zylinder bewegt wird. Das Funktionsprinzip von Hydraulikzylindern hängt von der Position, der Anzahl und der Art der Ventile ab.

Einfach wirkende Hydraulikzylinder haben ein Ventil, während doppelt wirkende Hydraulikzylinder zwei Ventile haben, die die Bewegung des Kolbens steuern, indem sie den Druck im Zylinder durch Veränderung der Menge des Betriebsöls verändern. Der Kolben wird herausgeschoben, indem das Öl im Ventil auf der unteren Seite reduziert wird, um den Druck zu verringern, oder indem das Öl im Ventil auf der gegenüberliegenden Seite erhöht wird, um den Druck zu erhöhen. Beim Ziehen des Kolbens wird die Erhöhung oder Verringerung der Betriebsölmenge umgekehrt. Bei einfachwirkenden Hydraulikzylindern wird der Kolben durch sein Eigengewicht oder durch eine Feder zurückgezogen.

Arten von Hydraulikzylindern

Wie bereits erwähnt, gibt es einfach wirkende und doppelt wirkende Hydraulikzylinder. Einfachwirkende Typen werden in Stößel-, Kolben-, Doppelstangen- und einfachwirkende Teleskopzylinder unterteilt. Doppeltwirkende Typen werden in Kolben-, Doppelstangen-, Doppelzylinder- und Teleskoptypen eingeteilt.

Bei der Auswahl eines Hydraulikzylinders müssen zunächst die benötigte Schubkraft und der Versorgungsdruck definiert und der entsprechende Druckaufnahmebereich bestimmt werden. Eine Vergrößerung der Druckaufnahmefläche des Zylinders oder des zu liefernden Drucks führt zu einer Erhöhung der Leistung. Was verwendet wird, hängt außerdem vom Wert des Nenndrucks ab, d. h. dem Höchstwert des Einstelldrucks des Hydraulikzylinders. Typische Beispiele sind solche für 7 MPa und 14 MPa. Stahl ist der am häufigsten verwendete Zylinderwerkstoff, aber Zylinder aus rostfreiem Stahl werden verwendet, wenn Magnetschalter zur Huberkennung eingebaut sind.

Verwendung von Hydraulikzylindern

Zu den in Hydraulikzylindern verwendeten Hydraulikflüssigkeiten gehören Öle auf Erdölbasis, synthetische Öle und wasserlösliche Öle. Grundsätzlich kann jedes dieser Hydrauliköle verwendet werden, doch ist es ratsam, sich bei der Auswahl des Öls über die Spezifikationen des jeweiligen Hydraulikzylinders zu informieren. Es wird empfohlen, das Öl zu filtern, da Fremdstoffe im Hydrauliköl den normalen Betrieb behindern können.

Wenn die Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders eingestellt werden soll, muss ein Durchflussregelventil in den Hydraulikkreislauf eingebaut werden, um den Ölfluss im Zylinder zu steuern. Im Allgemeinen wird die Menge des in den Zylinder eintretenden Öls eingestellt.

Bei der Betätigung des Hydraulikzylinders muss auch die im Zylinder befindliche Luft abgelassen werden. Wenn der Zylinder mit Luft unter Druck steht, kann die adiabatische Kompression dazu führen, dass die Luft heiß wird und die Dichtungen durchbrennen.

Was ist ein Peltier-Element?

Ein Peltier-Element ist ein Element, das den Peltier-Effekt nutzt, bei dem die Wärmeübertragung an einem Übergang stattfindet, wenn ein elektrischer Strom an zwei verschiedene Metalle angelegt wird, die miteinander verbunden sind.

Derzeit werden effiziente Peltier-Elemente in der Praxis nicht aus zwei Metallen, sondern aus drei verschiedenen Materialien hergestellt: n-Typ-Halbleiter, Metalle und p-Typ-Halbleiter. Sie werden in der Regel als Kühlvorrichtungen eingesetzt, die die Wärmeübertragung nutzen, können aber auch als Heizvorrichtungen verwendet werden, da eine Änderung der Stromrichtung auch die Richtung der Wärmeübertragung ändert.

Im Gegensatz zu Wärmepumpen haben Peltier-Elemente den Vorteil, dass sie weder Geräusche noch Vibrationen erzeugen, da die Kühlwirkung einfach durch das Anlegen eines elektrischen Stroms erzielt wird. Außerdem benötigen sie kein Kältemittel und keine korrosiven Flüssigkeiten, was sie zu einem Kühlgerät mit geringer Umweltbelastung macht.

Anwendungen für Peltier-Elemente

Peltier-Elemente werden in einer Vielzahl von Bereichen als saubere Kühlelemente eingesetzt.

1. Lebensmittelindustrie

Peltier-Elemente sind kompakt, sauber und sicher. Sie werden in Lebensmittelvitrinen, kleinen Getränkekisten, Milchkühlern und Hotelbehältern eingesetzt.

2. Industrieller Sektor

Industrielle Geräte sind ausnahmslos anfällig für Wasser. Peltier-Elemente werden in wassergefährdeten Industrieanlagen eingesetzt, wobei jedoch Maßnahmen zur Temperaturregelung und zur Zufuhr kalter Luft mit minimaler Kondensation getroffen oder Kondensatabflüsse eingebaut werden. Zu den Anwendungen gehören die Kühlung von Schalttafeln, die Kühlung von Überwachungskameras, die lokale Kühlung von Teilen innerhalb von Schalttafeln, die Kühlung von Gussformen und Luftversorgungssysteme mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit.

3. Optischer Bereich

Peltier-Elemente werden häufig zur Kühlung von Geräten auf engem Raum eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen gehören die direkte Kühlung von Heizquellen, die Kühlung von kleinen Relaiskästen, die Temperaturregelung von Fotodetektoren, die Temperaturregelung von Laserdioden, die Kühlung von CCD-Kameras, Projektoren, Kopierern und Überwachungskameras, die Kühlung von Wasser für Laser usw.

4. Verbraucherbereich

Peltier wird in gewerblichen Kühlschränken in Krankenhäusern und Hotelzimmern eingesetzt, da er völlig vibrations- und geräuschfrei ist und einen kompakten Kühlmechanismus besitzt. Peltier-Kühlschränke werden auch in zahlreichen anderen Anwendungen eingesetzt, z. B. in kleinen Kühlschränken, Kühlboxen, Bier-Servern, Weinkellern, der Temperaturregelung von Wassertanks, der Kühlung von Computer-CPUs, Luftentfeuchtern, Luftreinigern, Haartrocknern und Negativ-Ionen-Generatoren für Gesichtspflegegeräte.

5. Andere Bereiche

Peltier-Elemente werden auch zum Kühlen und Heizen in der Mess- und Analysetechnik, in der Halbleiterindustrie sowie in medizinischen und physikalisch-chemischen Anwendungen eingesetzt.

Das Prinzip der Peltier-Elemente

Peltier-Elemente verwenden derzeit p- und n-Halbleiter anstelle von Metallen. Der Transfer von Elektronen von einem p-Typ-Halbleiter mit niedrigem Energieniveau zu einem n-Typ-Halbleiter mit hohem Energieniveau erfordert die Aufnahme von Energie von außen, was zu einer Wärmeabsorption und einem Temperaturabfall führt.

Wird die Richtung des Stromflusses umgekehrt, findet diesmal der Transfer der Elektronen vom höheren Energieniveau zum niedrigeren Energieniveau statt, was zu einer Wärmeerzeugung zur Freisetzung der überschüssigen Energie führt. Peltier-Elemente können daher je nach Stromflussrichtung als Kühl- oder Heizgeräte eingesetzt werden.

Die Wärmeumwandlung mit Peltier-Elementen eignet sich jedoch nicht zum Kühlen oder Heizen in großem Maßstab, da der Wirkungsgrad im Verhältnis zum Stromverbrauch nicht hoch ist. Für eine effiziente Kühlung ist es sinnvoll, Peltier-Elemente in Kombination mit Wärmeabfuhr- und Abluftmechanismen unter Verwendung von Lamellen und Lüftern einzusetzen.

Weitere Informationen über Peltier-Elemente

1. Vorteile der elektronischen Kühlung

Kühlsysteme verwenden im Allgemeinen ein Kühlgas, ein so genanntes Kältemittel, zum Wärmeaustausch. Da dieses Kältemittel zu den Treibhausgasen gehört, die einen nicht unerheblichen Einfluss auf die globale Erwärmung haben, sind seine Auswirkungen auf die Umwelt nicht zu vernachlässigen.

Die elektronische Kühlung mit Peltier-Elementen kommt dagegen ohne Kältemittel aus und ist daher ein Kühlsystem mit geringen Umweltauswirkungen. Außerdem benötigen Kühlsysteme, die Kältemittel verwenden, Kompressoren, die unweigerlich Lärm und Vibrationen erzeugen, während die elektronische Kühlung diese Probleme nicht hat.

2. Kühlfunktion des Bertsche-Elements

Die Kühlfunktion kann durch Ausnutzung der Eigenschaften des Peltier-Elements erreicht werden. Wenn ein Gleichstrom an ein Peltier-Element angelegt wird, wird auf der Niedertemperaturseite Wärme absorbiert und auf der Hochtemperaturseite erwärmt. Die Kühlfunktion von Peltier-Elementen macht sich dieses Phänomen zunutze.

Handelsübliche Peltierelemente sind in der Lage, bis in den negativen Temperaturbereich zu kühlen. Sie werden in Kühlboxen und zur Kühlung von Computer-CPUs eingesetzt.

3. Anwendung in tragbaren Geräten

Es wurden tragbare Geräte entwickelt, die die Eigenschaften von Peltier-Elementen nutzen. Einige der auf dem Markt befindlichen tragbaren Geräte können den Hals erwärmen oder kühlen.

Diese Geräte können erwärmt oder gekühlt werden, indem die Temperatur einer Platte gesteuert wird, die in Kontakt mit dem Nacken steht.

Was ist eine programmierbare Verzögerungsleitungen?

Eine programmierbare Verzögerungsleitung ist ein elektronischer Schaltkreis, der die Ausbreitungszeit eines elektrischen Signals verzögert.

Die Verzögerungszeit kann durch Programmierung geändert werden. Es gibt auch passive Verzögerungsleitungen, die nur aus passiven Elementen bestehen, und aktive Verzögerungsleitungen, die von externen ICs gesteuert werden können.

Durch die Verzögerung des Signals um eine beliebige Zeit ist es möglich, das Timing mit anderen Signalen zu synchronisieren oder sie absichtlich zeitlich zu verzögern. Sie werden in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, einschließlich Telekommunikationsgeräten, eingesetzt.

Verwendungszwecke von programmierbaren Verzögerungsleitungen

Programmierbare Verzögerungsleitungen werden zur zeitlichen Abstimmung von Daten- und Taktsignalen verwendet. Dabei ist es besonders wichtig, das Timing genau einstellen zu können, da leichte Timing-Abweichungen bei höheren Geschwindigkeiten Probleme verursachen können.

Weitere Anwendungen sind die Umwandlung von Signalimpulsbreiten, Oszillatorschaltungen, Frequenzvervielfacher und Frequenzdiskriminatoren. Zu den Anwendungsbereichen gehören Medizin, Rundfunk, Militär und Raumfahrt. Sie werden in verschiedenen Detektions- und Kommunikationsgeräten verwendet, bei denen ein präzises Timing erforderlich ist.

Prinzip der programmierbaren Verzögerungsleitungen

Programmierbare Verzögerungsleitungen beruhen auf dem einfachen Prinzip, die Ausbreitung elektrischer Signale mit einer Induktivität L und einer Kapazität C zu verzögern. Es gilt als schwierig, eine Verzögerungsleitung zu schaffen, die die angegebene Verzögerungszeit mit Präzision liefert, auch wenn sich Bedingungen wie Prozess, Temperatur und Spannung ändern.

Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Genauigkeit ist die Rückkopplung. Die Abweichung von der vorgegebenen Verzögerungszeit wird ermittelt und an die Verzögerungsleitung zurückgemeldet, um den Fehler zu verringern. Die Verzögerungszeit wird z. B. durch Anpassung der Versorgungsspannung gesteuert. Durch Erhöhen der Spannung kann die Verzögerungszeit verkürzt werden.

Eine Möglichkeit zur Bestimmung des Verzögerungsfehlers besteht darin, die Spannung in eine Frequenz umzuwandeln. Wird der Ausgang der Verzögerungsleitung invertiert und zum Eingang zurückgeführt, wird eine Frequenz mit einer Verzögerungszeit von 1/2 ausgegeben. Dieser Mechanismus wird als spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) bezeichnet.

Aufbau einer programmierbaren Verzögerungsleitung

Eine programmierbare Verzögerungsleitung besteht aus einer Verzögerungsleitung, die das Signal verzögert, und einem Multiplexer, der die gewünschte Verzögerungszeit auswählt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Verzögerungsleitung zu konstruieren, wobei die heute am häufigsten verwendete ein Übertragungsnetzwerk in Leiterform mit Induktivität L und Kapazität C ist.

Die Verzögerungszeit für eine N-stufige Leiterschaltung beträgt √(L x C) pro Abschnitt und N x √(L x C) insgesamt. Eine andere Konfiguration ist die Verwendung von spannungsgesteuerten Verzögerungsleitungen (VCDLs), bei denen die Laufzeitverzögerung der Logikgatter durch die Versorgungsspannung gesteuert wird.

Die gewünschte Verzögerungszeit kann durch Auswahl einer beliebigen Stufe der Leiterschaltung mit einem Adressensignal in einem Multiplexer erreicht werden. Bei der Verwendung programmierbarer Verzögerungsleitungen ist es wichtig, Eigenschaften wie genaue Verzögerungszeit, gute Frequenz- und Phaseneigenschaften, geringe Verluste und gute Temperatureigenschaften zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass die erforderliche Leistung und die Anzahl der Bits für die Anwendung erfüllt werden.

Weitere Informationen über programmierbare Verzögerungsleitungen

1. Kennimpedanz

Verzögerungsleitungen sind Übertragungsleitungen wie Koaxialkabel und haben einen Eigenwellenwiderstand. Der Wellenwiderstand ist ein Parameter, der von der Induktivität und der Kapazität in der Schaltung abhängt. Es ist wichtig, dass der Wellenwiderstand innerhalb der Verzögerungsleitung gleichmäßig ist, um eine Übertragung mit geringer Wellenformverzerrung zu ermöglichen.

2. Anstiegszeit

Die inhärente Anstiegszeit der Verzögerungsleitung begrenzt die minimale Übertragungsimpulsbreite. Schmale Impulsbreiten haben eine hohe Frequenzkomponente und erfordern daher eine schnelle Anstiegszeit.

Die Impulsbreite, die die Verzögerungsleitung ohne Schwierigkeiten passieren kann, muss mindestens das Dreifache der Anstiegszeit der Verzögerungsleitung betragen.

Was ist eine Lithium-Batterien?

Eine Lithium-Batterie ist eine Art chemische Batterie, die eine chemische Reaktion zur Stromerzeugung nutzt. Obwohl der Name dem von Lithium-Batterien ähnelt und leicht verwechselt werden kann, sind Lithium-Batterien wiederaufladbare Batterien, die auf einer Interkalationsreaktion beruhen und ein Kohlenstoffmaterial verwenden, das Lithium-Ionen als negative Elektrode speichern kann.

Lithium-Batterien hingegen verwenden metallisches Lithium oder Lithium-Legierungen als negative Elektrode und sind im Allgemeinen nicht wiederaufladbare Primärbatterien.

Mangandioxid, Graphitfluorid und Eisendisulfid werden für die positive Elektrode von Lithium-Batterien verwendet, wobei diejenigen, die Mangandioxid verwenden, am weitesten verbreitet sind, und die Bezeichnung Lithium-Batterien bezieht sich im Allgemeinen auf Lithium-Mangandioxid-Batterien.

Verwendungszwecke von Lithium-Batterien

Lithium neigt am stärksten zur Kationisierung und ist das leichteste aller Metalle. Aus diesem Grund zeichnen sich Lithium-Batterien durch hohe Spannung, geringes Gewicht und hohe Energiedichte aus. Sie werden häufig als interne Stromquelle für Uhren und als Speichermedium in einer Vielzahl von elektrischen Haushaltsgeräten wie Blu-ray-/DVD-Recordern, Digitalkameras, Spielkonsolen, Reiskochern und Kommunikationsgeräten verwendet.

Einige Typen zeichnen sich auch durch stabile Entladeeigenschaften, langfristige Zuverlässigkeit und hervorragende Haltbarkeit bei hohen Temperaturen aus und werden daher häufig als Stromquellen für kritische Geräte wie verschiedene Wasser-, Strom- und Gaszähler und intelligente Zähler, Feuermelder, Sicherheitsausrüstungen und medizinische Geräte verwendet.

Prinzip der Lithium-Batterien

Lithium-Batterien verwenden Mangandioxid, Graphitfluorid oder Eisendisulfid für die positive Elektrode, Lithiummetall für die negative Elektrode und einen organischen Elektrolyten, der durch Auflösen von Lithiumsalzen in einem organischen Lösungsmittel hergestellt wird, als Elektrolyt

Das metallische Lithium in der Anode wird an der Kontaktstelle mit dem Elektrolyten ionisiert und löst sich als Lithiumionen in den Elektrolyten auf, wobei für jedes lithiumhaltige Atom ein Elektron erzeugt wird. Die Elektronen wandern dann von der Anode über einen Leiter zur Kathode und die Lithiumionen über den Elektrolyten, wodurch eine chemische Reaktion mit dem Kathodenmaterial ausgelöst wird.

Eigenschaften von Lithium-Batterien

Im Vergleich zu anderen Batterien, wie z. B. Alkalibatterien, weisen Lithium-Batterien folgende Eigenschaften auf

1. Geringes Gewicht und hohe Spannung

Während Alkalibatterien eine Nennspannung von 1,5 V haben, weist der häufiger verwendete Mangandioxid-Typ eine höhere Nennspannung von 3 V auf. Das geringe Gewicht, die hohe Spannung, die hohe Energiedichte und die Möglichkeit, die Anzahl der benötigten Batterien von zwei oder mehr auf nur eine zu reduzieren, bedeuten, dass sie in kleineren Geräten verwendet werden können.

2. Geringe Selbstentladung und lange Lebensdauer

Die Kathode einer Lithium-Batterie ist ein chemisch stabiles Material, das sich nicht so leicht zersetzt und auch nach 10 Jahren Lagerung noch mehr als 90 % seiner Kapazität beibehalten kann.

Außerdem zeigt ein Vergleich der Lebensdauer von Batterien in Geräten, die relativ viel Strom benötigen (z. B. Fotoausrüstung), dass Lithium-Batterien etwa doppelt so lange halten wie Alkali-Trockenbatterien. Lithium-Batterien sind zwar teurer als Trockenbatterien, aber die Häufigkeit des Batteriewechsels ist geringer, was sich bei Geräten mit hohem Stromverbrauch vorteilhaft auf die Gesamtkosten auswirken kann.

Bei Geräten mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. Taschenrechnern und TV-Fernbedienungen, ist der Unterschied in der Lebensdauer zwischen Lithiumbatterien und Trockenbatterien jedoch gering und es gibt keinen Vorteil.

3. Breiter Temperaturbereich

Da der Elektrolyt in Alkalibatterien, wie den weit verbreiteten Trockenbatterien, eine wässrige Lösung ist, nimmt die Reaktionsaktivität bei niedrigen Temperaturen ab, und wenn der Elektrolyt gefriert, funktioniert die Batterie nicht mehr. Aus diesem Grund liegt der empfohlene Betriebstemperaturbereich für Alkalibatterien bei 5°C – 45°C.

Lithium-Batterien hingegen verwenden einen organischen Elektrolyten und haben einen sehr niedrigen Gefrierpunkt. Sie sind auch bei hohen Temperaturen relativ stabil, so dass die Energie über einen großen Temperaturbereich entnommen werden kann. Der Betriebstemperaturbereich für normale Produkte wird mit -30 bis 70 °C angegeben, für hitzebeständige Typen mit -40 bis 125 °C.

Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie als Stromquelle für Geräte beim Schneebergsteigen, für Foto- und Videokameras usw. verwendet.

Arten von Lithium-Batterien

Lithium-Batterien sind im Allgemeinen Primärbatterien, die weder geladen noch entladen werden können, aber es gibt auch wiederaufladbare Lithium-Batterien. In diesem Abschnitt werden die einzelnen Typen vorgestellt.

Primäre Lithium-Batterien

Die im Handel erhältlichen primären Lithium-Batterien lassen sich nach ihrer Form in drei Typen einteilen: zylindrische Lithium-Batterien, münzförmige Lithium-Batterien und stiftförmige Lithium-Batterien.

1. Zylindrische Lithium-Batterien
Zylindrische Lithium-Batterien zeichnen sich durch eine geringe Selbstentladung und eine hohe Leistungsabgabe aus. Als Kathodenmaterial wird hauptsächlich Graphitfluorid oder Mangandioxid verwendet, die beide eine Nennausgangsspannung von 3 V haben. Graphitfluorid hat eine ausgezeichnete Langzeithaltbarkeit und wird als Stromquelle in intelligenten Zählern für Gas und Wasser verwendet. Mangandioxid eignet sich für die Versorgung mit großen Strömen und wird in fotografischen Geräten wie Kameras verwendet. Lithium-Batterien mit Eisensulfid als positivem Elektrodenmaterial haben eine Ausgangsspannung von etwa 1,5 V und werden als Ersatz für AA- und AAA-Batterien verkauft.

2. Münzförmige Lithium-Batterien
Das positive Elektrodenmaterial von Lithium-Batterien in Münzform ist Graphitfluorid oder Mangandioxid. Sie zeichnen sich durch ihre geringe Dicke und Kompaktheit aus und werden als Reservestromquelle für Speicher- und Uhrfunktionen in Elektro- und Informationsgeräten verwendet. Sie werden auch in schlüssellosen Zugangssystemen für Autos und in ultrakompakten Leuchten verwendet.

3. Lithium-Batterien in Stiftform
Lithium-Batterien in Stiftform sind lang, dünn und kompakt, und das Material der positiven Elektrode ist Graphitfluorid. Ihre Hauptanwendungen sind elektrische Schwimmer für die Fischerei und kleine Funksender.

Wiederaufladbare Lithium-Batterien

Während gewöhnliche Lithium-Batterien Primärbatterien sind, die nicht wieder aufgeladen werden können, gibt es auch Lithium-Sekundärbatterien, die wieder aufgeladen werden können, indem Verbindungen wie Vanadium oder Titan als positive Elektrode und Lithium-Metall oder Lithium-Verbindungen oder -Legierungen wie Aluminium oder Titan als negative Elektrode verwendet werden, und die die Form einer Münze haben.

Sie verfügen nicht nur über die gleichen hervorragenden Eigenschaften wie primäre Lithium-Batterien, sondern auch über hervorragende Lade-Entlade-Zykluseigenschaften. Sie eignen sich für Geräte, bei denen Lithium-Batterien nicht auf halber Strecke ausgetauscht werden wollen oder können. Beispiele für die Verwendung sind solarbetriebene Uhren und Notstromversorgungen für Armbanduhren.

Was ist Kleinsignal-Dioden?

Kleinsignal-Dioden sind Dioden, die mit relativ kleinen Strömen von einigen hundert mA oder weniger arbeiten.

Sie werden bei der Gleichrichtung und beim Schalten eingesetzt, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, sowie bei der Erzeugung von Konstantspannungen. Die bekannteste Anwendung ist die Demodulation.

Demodulation bedeutet, dass Funkwellen, die ein hochfrequentes Trägersignal mit einem niederfrequenten Audiosignal kombinieren, als Audiosignal an ein Audioausgabegerät ausgegeben werden, indem die Fähigkeit der Diode genutzt wird, nur niederfrequente Signale zu erkennen.

Verwendungszwecke von Kleinsignal-Dioden

Kleinsignal-Dioden werden in elektronischen Produkten verwendet, die kleine Signale verarbeiten und elektrische Vorgänge ausführen, insbesondere in Hochfrequenzanwendungen wie elektrischen Geräten, Präzisionsinstrumenten und Funkempfängern sowie bei Schaltvorgängen.

Bei der Auswahl von Dioden sollte man auf ihre maximalen Nennwerte und die Vorspannung achten, die aufgrund ihres Kleinsignalbetriebs angelegt werden kann. Besteht die Möglichkeit eines übermäßigen Stromflusses, muss eine Schutzschaltung installiert werden, um einen übermäßigen Stromfluss durch die Diode zu verhindern.

Prinzip von Kleinsignal-Dioden

Das Prinzip der Kleinsignal-Dioden liegt in ihrer Schaltungscharakteristik, die sich die physikalischen Phänomene an der PN-Übergangsstelle von Halbleiterdioden und an der Übergangsstelle zwischen Metall und Halbleiter zunutze macht und die Gleichrichtung in Durchlass- und Sperrrichtung der I-U-Kennlinie ausnutzt.

Der Betrieb kleiner elektrischer Schaltungen wird anhand ihrer typischen Funktionen beschrieben: Schaltbetrieb, Gleichrichterschaltungen und Konstantspannungserzeugung.

1. Schaltbetrieb

Wenn an eine Diode eine Spannung angelegt wird, dient sie als Schalter, der den Strom nur in eine Richtung fließen lässt. Wenn eine Spannung in Durchlassrichtung angelegt wird, fließt Strom, was als Einschaltvorgang bezeichnet wird, während in Sperrrichtung kein Strom fließt, selbst wenn eine Spannung angelegt wird, was als Ausschaltvorgang bezeichnet wird.

Schottky-Barriere-Dioden und PIN-Dioden werden als Dioden für die Funktion von Schaltern mit einer relativ hohen Betriebsfrequenz verwendet, da sie ein schnelles Schalten bei kleinen Strömen ermöglichen.

2. Gleichrichterschaltungen

Die Gleichrichtung ist ein Schaltungsvorgang, bei dem Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, indem die Eigenschaft der Diode genutzt wird, den Strom nur in einer Richtung fließen zu lassen. Normalerweise ist der Strom ein Halbfrequenzstrom, der nicht in die negative Richtung fließt, aber wenn Dioden in einer Brückenschaltung angeschlossen sind, wird der negative Teil des Wechselstroms in einen positiven umgewandelt und unter Spannung gesetzt, wodurch der Strom in einen Gleichstrom mit voller Frequenz umgewandelt werden kann.

3. Erzeugung einer konstanten Spannung

Dies ist eine Schaltung, bei der häufig Zenerdioden verwendet werden. Eine Zenerdiode ist eine Diode, die unabhängig vom Sperrstrom eine konstante Spannung über einen bestimmten Bereich erzeugen kann. Diese Dioden werden in Schaltkreisen zur Erzeugung konstanter Spannungen und auch als Schutzschaltungen eingesetzt.

Weitere Informationen über Kleinsignal-Dioden

1. Beispiele für den Aufbau von Kleinsignal-Dioden

Kleinsignal-Dioden lassen sich grob in Planar- und Mesa-Typen einteilen.

Planarer Typ
Der planare Typ ist die am häufigsten verwendete Halbleiterstruktur, bei der eine Verunreinigungsdiffusionsschicht in der Nähe der Oxidschicht auf der Oberfläche des Siliziumhalbleiters gebildet wird, um einen PN-Übergang für die Diode zu schaffen. Es ist möglich, die erforderlichen Dioden in verschiedenen Teilen des ICs schaltungstechnisch einzubauen, und diese Struktur kann zusätzlich zu diskreten Kleinsignal-Dioden-Anwendungen in großem Umfang als Schaltungsblock innerhalb des ICs verwendet werden.

Mesa-Typ
Der Mesa-Typ zeichnet sich dadurch aus, dass der PN-Übergang in einer vertikalen, bergähnlichen Form ausgebildet ist, und insbesondere die Fläche des N-Typ-Teils kann aufgrund seiner Struktur groß sein, was eine relativ große Sperrspannung ermöglicht. Diese Struktur wird häufig in Kleinsignal-Dioden zur Gleichrichtung verwendet, um diese Eigenschaft zu nutzen.

2. Array-Kleinsignal-Dioden

Bei der Verwendung von Kleinsignal-Dioden in verschiedenen Schaltungen können mehrere Dioden eingesetzt werden. In solchen Fällen eignen sich Kleinsignal-Dioden vom Array-Typ.

Es gibt auch Produkte, die mehrere Kleinsignal-Dioden in einem einzigen Gehäuse integrieren, oder z. B. eine kombinierte Anordnung von Zener-Dioden und Schottky-Sperrschicht-Dioden. Diese Produkte sind z. B. nützlich, wenn die Vf-Spannung der Dioden in der Schaltung geteilt werden soll.

Was Ist Ein Peltier-Element?

Ein Peltier-Element ist ein Gerät, das den Peltier-Effekt nutzt, bei dem Wärme an der Verbindungsstelle übertragen wird, wenn ein elektrischer Strom an zwei verschiedene Metalle angelegt wird, die sich überschneiden.

Effiziente Peltier-Elemente, die derzeit in der Praxis verwendet werden, bestehen nicht aus zwei Metallen, sondern aus drei verschiedenen Materialien: einem n-Typ-Halbleiter, einem Metall und einem p-Typ-Halbleiter. Sie werden in der Regel zur Kühlung eingesetzt, indem sie die Wärmeübertragung nutzen, können aber auch zum Heizen verwendet werden, da sich mit der Änderung der Stromrichtung auch die Richtung der Wärmeübertragung ändert.

Im Gegensatz zu Wärmepumpen hat das Peltier-Element den Vorteil, dass es weder Geräusche noch Vibrationen erzeugt, da der Kühleffekt einfach durch das Anlegen eines elektrischen Stroms erzielt wird. Da kein Kältemittel benötigt wird und keine korrosive Flüssigkeit zum Einsatz kommt, ist das Peltier-Element zudem ein umweltfreundliches Kühlgerät.

Verwendungszwecke von Peltier-Elementen

Peltier-Elemente werden in einer Vielzahl von Bereichen als saubere Kühlelemente eingesetzt.

1. Lebensmittelindustrie

Peltier-Elemente sind kompakt, sauber und sicher. Sie werden in Lebensmittelvitrinen, kleinen Getränkekisten, Milchkühlern, Hotelbehältern usw. eingesetzt.

2. Industrieller Bereich

Industrielle Geräte sind ausnahmslos anfällig für Wasser, aber es werden Maßnahmen ergriffen, um die Temperatur zu regeln und kalte Luft mit minimaler Kondensation zuzuführen oder Kondensatabflüsse einzubauen. Zu den Anwendungen gehören die Kühlung von Schalttafeln, die Kühlung von Überwachungskameras, die lokale Kühlung interner Schalttafelkomponenten, die Kühlung von Gussformen und Luftversorgungssysteme mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit.

3. Optisches Feld

Peltier-Elemente werden häufig zur Kühlung von Geräten auf begrenztem Raum eingesetzt. Sie werden insbesondere zur direkten Kühlung von Wärmequellen, zur Kühlung von kleinen Relaisboxen, zur Temperaturregelung von Fotodetektoren, zur Temperaturregelung von Laserdioden, zur Kühlung von CCD-Kameras, Projektoren, Kopierern und Überwachungskameras sowie zur Kühlung von Wasser für Laser usw. verwendet.

4. Verbraucherbereich

Peltier wird in gewerblichen Kühlschränken für Krankenhäuser und Hotelzimmer verwendet, wobei die Vorteile der Vibrations- und Geräuschlosigkeit und der geringen Größe des Kühlmechanismus genutzt werden. Peltier-Kühlschränke werden in kleinen Kühlschränken, Kühlboxen, Bier-Servern, Weinkellern, Aquarienwasser-Temperaturregelung, Computer-CPU-Kühlung, Luftentfeuchtern, Luftreinigern, Haartrocknern, Negativ-Ionen-Generatoren für Gesichtspflegegeräte usw. eingesetzt.

5. Andere Bereiche

Peltier-Elemente werden auch zum Kühlen und Heizen in den Bereichen Messung und Analyse, Halbleiter, medizinische und physikalische Chemie eingesetzt.

Prinzip Der Peltier-Elemente

Peltier-Elemente verwenden derzeit p- und n-Halbleiter anstelle von Metallen. Damit Elektronen von einem p-Typ-Halbleiter mit niedrigem Energieniveau auf einen n-Typ-Halbleiter mit hohem Energieniveau übertragen werden können, muss von außen Energie aufgenommen werden, was zu einer Wärmeabsorption und einer Temperatursenkung führt.

Wird die Richtung des Stromflusses umgekehrt, werden Elektronen von der Seite mit höherer Energie auf die Seite mit niedrigerer Energie übertragen, was zu einer Wärmeerzeugung führt, um die überschüssige Energie freizusetzen. Daher können Peltier-Elemente je nach Richtung des Stromflusses entweder als Kühl- oder als Heizvorrichtung verwendet werden.

Die Wärmeumwandlung mit Peltier-Elementen eignet sich jedoch nicht zum Kühlen oder Heizen in großem Maßstab, da der Wirkungsgrad im Verhältnis zum Stromverbrauch nicht hoch ist. Für eine effiziente Kühlung ist es sinnvoll, Peltier-Elemente in Kombination mit Wärmeableitungs- und Abluftmechanismen unter Verwendung von Lamellen und Lüftern zu verwenden.

Weitere Informationen üBer Peltier-Elemente

1. Vorteile Der Elektronischen Kühlung

Im Allgemeinen erfolgt der Wärmeaustausch in einem Kühlsystem mit Hilfe eines Kühlgases, das als Kältemittel bezeichnet wird. Da dieses Kältemittel zu den Treibhausgasen gehört, die die globale Erwärmung in nicht unerheblichem Maße beeinflussen, sind seine Auswirkungen auf die Umwelt nicht zu vernachlässigen.

Dagegen ist die elektronische Kühlung mit Peltier-Elementen ein Kühlsystem mit geringer Umweltbelastung, da sie kein Kältemittel benötigt. Außerdem benötigen Kühlsysteme, die Kältemittel verwenden, Kompressoren, die unweigerlich Lärm und Vibrationen erzeugen, während die elektronische Kühlung diese Probleme nicht hat.

2. Kühlfunktion Des Bertsche-Elements

Die Kühlfunktion kann durch Ausnutzung der Eigenschaften der Peltier-Elemente realisiert werden. Wenn ein Gleichstrom an Peltier-Elemente angelegt wird, erfolgt die Wärmeaufnahme auf der Niedertemperaturseite und die Wärmeerzeugung auf der Hochtemperaturseite. Die Kühlfunktion der Peltier-Elemente beruht auf diesem Phänomen.

Kommerziell erhältliche Elemente sind in der Lage, bis in den negativen Temperaturbereich zu kühlen. Sie werden in Kühlboxen, zur Kühlung von CPUs in PCs usw. eingesetzt.

3. Anwendung Auf Am Körper Zu Tragende Geräte

Es wurden tragbare Geräte entwickelt, die die Eigenschaften von Peltier-Elementen nutzen. Zu den auf dem Markt befindlichen tragbaren Geräten gehören solche, die den Hals erwärmen oder kühlen können.

Dieses Gerät fühlt sich warm oder kalt an, indem es die Temperatur einer Platte steuert, die den Nacken berührt.

Was ist ein Wärmetauscher?

Ein Wärmetauscher ist ein Gerät, das Wärme zwischen Flüssigkeiten wie Luft und Wasser überträgt.

Ein typisches Gerät, das einen Wärmetauscher verwendet, ist eine Klimaanlage, eine Maschine, die die Temperatur in einem Raum durch einen Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel und der Luft reguliert. Es wurden verschiedene Konstruktionen entwickelt, die je nach der für den Wärmeaustausch verwendeten Flüssigkeit ausgewählt werden sollten.

Anwendungen von Wärmetauschern

Wärmetauscher werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von Haushaltsgeräten bis hin zu industriellen Anwendungen. Nachfolgend einige Beispiele für den Einsatz von Wärmetauschern:

• Klimageräte wie Haushaltsklimageräte und Warmwasserbereiter
• Kühler in Autos
• Gewerbliche Kühlschränke in Tiefkühlbetrieben
• Gastemperaturregelung in Prozessanlagen
• Kondensatoren und Kohle-Economiser in Dampfturbinen
• Für die CPU-Kühlung in Computern

Im häuslichen Bereich werden Wärmetauscher in Klimaanlagen und Kühlschränken eingesetzt. Sie halten die erforderliche Temperatur aufrecht, indem sie Wärme aus dem Raum oder aus dem Inneren übertragen. Wärmetauscher können auch in Warmwasserbereitern und Fußbodenheizungen eingesetzt werden.

An Beispielen aus der Industrie herrscht kein Mangel. In Fabriken mit Industrieöfen wird zum Beispiel Brauch- oder Meerwasser zur Kühlung des Mantels in Wärmetauschern verwendet. Auch in Kraftwerken und anderen Infrastruktureinrichtungen werden häufig Wärmetauscher eingesetzt. Kondensatoren in der Dampferzeugung sind eine Art Wärmetauscher.

Wärmetauscher wie Wärmesenken werden zur Kühlung von Computern verwendet. Dabei handelt es sich um ein Produkt mit einer Reihe von Kühlkörpern, die direkt am wärmeerzeugenden Medium angebracht sind und die Umgebungsluft als Kühlmedium nutzen.

Funktionsweise von Wärmetauschern

Wärmetauscher bestehen aus Rohrleitungen und Kühlrippen.

Die Rohrleitungen sind die Struktur, durch die das zu erwärmende oder zu kühlende Medium fließt. Sie werden in der Regel aus Metall gefertigt und sind je nach Anwendung in verschiedenen Ausführungen erhältlich, z. B. aus rostfreiem Stahl oder Kupfer. Wenn die Flüssigkeit, die als Wärmequelle dient, durch sie fließt, spricht man von Wärmeübertragungsrohren, wenn die Flüssigkeit, die als Kühlquelle dient, durch sie fließt, von Kältemittelrohren.

Lamellen sind Strukturen, die die Wärme effizient ableiten. Aluminium wird aufgrund seiner hervorragenden Wärmeübertragungseigenschaften häufig verwendet. Sie sind in Form von Falten an den Rohren angebracht.

Je nach Strömungsrichtung von Nieder- und Hochtemperaturflüssigkeiten werden sie in zwei Typen unterteilt: gerichtete Strömung und parallele Strömung. Der Typ mit gerichteter Strömung wird verwendet, wenn die Strömung in entgegengesetzter Richtung erfolgt, während der Typ mit paralleler Strömung verwendet wird, wenn die Strömung in dieselbe Richtung erfolgt. Im Allgemeinen gilt der Typ mit gerichteter Strömung als effizienter für den Wärmeaustausch.

Arten von Wärmetauschern

Die gebräuchlichsten Bauarten sind Mehrrohr-Wärmetauscher, Plattenwärmetauscher und Spiralwärmetauscher. Andere Typen sind Luftkamm-, Rippenrohr- und Schlangenwärmetauscher.

1. Mehrrohr-Wärmetauscher

Mehrrohr-Wärmetauscher bestehen aus einem dicken Rundrohr und einer Reihe dünner Rundrohre im Inneren des Kreisrings. Das auszutauschende Fluid fließt durch das dicke Rundrohr, während das Kältemittel und das Kühlwasser zum Wärmeaustausch durch die dünnen Rundrohre fließen. Da jedes Rohr geteilt ist, vermischen sich die Flüssigkeiten nicht und die Wärme wird zwischen ihnen ausgetauscht.

2. Plattenwärmetauscher

Hierbei handelt es sich um einen Wärmetauscher, bei dem eine Reihe speziell bearbeiteter Wärmeübertragungsplatten aus Metall übereinander gestapelt werden und die heißen und kalten Flüssigkeiten abwechselnd über die Platten fließen.

Mit diesem Wärmetauscher lassen sich leicht ein Turbulenzeffekt und eine hohe Wärmeaustauschrate erzielen. Sie haben auch den Vorteil einer kompakten Bauweise und sind weniger problematisch in Bezug auf die Einbaulage. Aufgrund des gestapelten Aufbaus der Wärmeübertragungsplatten kann die Anzahl der Platten je nach den Prozessanforderungen geändert werden. Allerdings sind Flüssigkeiten mit einer hohen Viskosität oder mit Partikeln schwierig zu verwenden, da dies zu Verstopfungen zwischen den Platten führen kann.

3. Spiralwärmetauscher

Hierbei handelt es sich um einen Wärmetauscher, bei dem Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten in einem spiralförmigen Strömungsweg ausgetauscht wird, in dem sich die beiden Flüssigkeiten nicht vermischen.

Der Strömungsweg ist ein einziger Kanal, so dass an den Wänden des Wärmetauschers anhaftendes Material von den Wänden abgeschält werden kann. Dies ist auf die verkürzte Kanalbreite und die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit zurückzuführen. Sie sind daher für den Wärmeaustausch von Flüssigkeiten mit Verunreinigungen geeignet.

4. Luft-Wasser-Wärmetauscher

Dieser Wärmetauscher besteht aus einem Rohr und einem Ventilator. Er wird zur Kühlung eingesetzt. Die zu kühlende Flüssigkeit fließt durch das Rohr und wird durch den Luftstrom mit Hilfe des Ventilators gekühlt.

5. Rippenrohr-Wärmetauscher

Ein Wärmetauscher, bei dem Rippen (Wärmeübertragungsplatten) auf den Rohrleitungen angebracht sind, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern. Wird in Wärmetauschern für Klimaanlagen verwendet.

6. Gewickelter Wärmetauscher

Dies ist ein Wärmetauscher, bei dem die Wärmeübertragungsrohre gewickelt sind und die Außenseite von einem Zylinder oder ähnlichem umschlossen ist. Ein Kühl- oder Heizmedium wird zugeführt und die Wärme wird mit der Rohrseite ausgetauscht.

Was ist ein berührungsloser Temperatursensor?

Berührungslose Temperatursensoren sind Sensoren, die die Temperatur erfassen können, ohne direkt an dem zu messenden Objekt angebracht zu sein.

Sie nutzen Infrarotstrahlung, die von einem Objekt ausgesandt oder von einfallenden Neutronen gestreut wird. Die meisten berührungslosen Temperatursensoren auf dem Markt verwenden Infrarotstrahlung. Die Infrarotstrahlung wird mit einem Sensorelement erfasst, und der Emissionsgrad wird zur Berechnung der Temperatur des zu messenden Objekts verwendet. Der Emissionsgrad ist die Menge der Infrarotstrahlung im Verhältnis zur Oberflächentemperatur, die für jedes Objekt ermittelt wird, und wird bei der Verwendung berührungsloser Temperatursensoren benötigt.

Berührungslose Sensoren haben einen bestimmten Bereich oder Abstand, über den sie messen können, der als Punktdurchmesser bezeichnet wird. Je kleiner der Messfleckdurchmesser im Vergleich zu dem zu messenden Objekt oder der Person ist, desto stabiler kann die Temperatur gemessen werden. Außerdem müssen bei der Messung von Objekten mit hohen Temperaturen Maßnahmen wie die Kühlung des berührungslosen Temperatursensors ergriffen werden, um zu verhindern, dass er durch die vom berührungslosen Temperatursensor selbst erzeugte Wärme beschädigt wird.

Anwendungen von berührungslosen Temperatursensoren

Berührungslose Temperatursensoren werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, vom Alltag bis hin zu industriellen Anwendungen. Nachfolgend einige Anwendungsbeispiele für berührungslose Temperatursensoren:

• Messung von Lebensmitteltemperaturen während des Backvorgangs in Lebensmittelfabriken
• Temperaturmessung zur Bestimmung des Trocknungsgrads von Industrieprodukten nach dem Lackieren
• Messung der Temperaturverteilung von Produkten auf einer Drehmaschine
• Messung der Körpertemperatur

Einsatz in Situationen, in denen die Messung mit berührenden Temperatursensoren schwierig oder unmöglich ist. Sie werden insbesondere bei sich bewegenden oder rotierenden Objekten eingesetzt.

Sie werden auch zur Messung der Körpertemperatur verwendet. Sie werden in zahlreichen Situationen eingesetzt, z. B. in Restaurants und bei der Arbeit in Büros. Im Vergleich zu Kontaktthermometern, die unter den Arm gesteckt werden, haben sie den Vorteil, dass die Temperaturmessung schneller und hygienischer ist, da das Thermometer nicht jedes Mal nach dem Gebrauch desinfiziert werden muss.

Andererseits werden sie, da sie mit Infrarotstrahlung arbeiten, stark von der äußeren Umgebung, wie Umgebungstemperatur und Sonnenlicht, beeinflusst. Sie sind auch weniger genau als Kontaktsensoren. Es ist notwendig, die Temperaturberechnungsmethode und die Umgebungsbedingungen anzupassen und dabei den Ort zu berücksichtigen, an dem der berührungslose Sensor tatsächlich verwendet wird.

Funktionsweise der berührungslosen Temperatursensoren

Berührungslose Temperatursensoren, die mit Infrarotstrahlung arbeiten, bestehen aus einer Kondensorlinse, einer Thermosäule, einem Verstärker und einem Rechenwerk. Die Temperatur wird in der folgenden Reihenfolge gemessen:

1. Erfassung von Infrarotlicht

Infrarotstrahlung ist unsichtbares Licht im Frequenzbereich von 0,7-1000 µm. Innerhalb dieses Frequenzbereichs werden für praktische Temperaturmessungen nur Frequenzen zwischen 0,7 µm und 20 µm verwendet.

Dieses Licht wird mit einer Infrarot-Fokussierlinse gebündelt. Durch die Fokussierung des Infrarotlichts in den von der Thermosäule erfassbaren Wellenlängenbereich kann die Messgenauigkeit verbessert werden.

2. Umwandlung in elektrische Signale

Thermopiles werden verwendet, um Infrarotstrahlen in elektrische Signale umzuwandeln, die dann ausgegeben werden. Die Thermosäule ist ein Infrarot-Detektorelement, das ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der durch die Infrarotstrahlen erwärmten Temperatur ausgibt.

In der Thermosäule sind mehrere Thermoelemente in Reihe geschaltet, wobei der warme Übergang in der Mitte liegt, und in der Mitte, wo der warme Übergang liegt, befindet sich eine infrarotabsorbierende Membran. Das von der Linse gesammelte Licht trifft nur auf die warme Anschlussstelle, wodurch ein Temperaturunterschied zur kalten Anschlussstelle auf der Außenseite entsteht. Dadurch entsteht aufgrund des Seebeck-Effekts eine Spannungsdifferenz, die eine Temperaturmessung ermöglicht.

3. Verstärkung des elektrischen Signals

Ein Verstärker wird verwendet, um die von der Thermosäule ausgesandten elektrischen Signale zu verstärken. Die Verstärkung ermöglicht eine genauere Erfassung.

4. Berechnung der Temperatur aus dem Emissionsgrad

Um die Temperatur des Messobjekts zu berechnen, wird eine Korrektur vorgenommen. Für die Korrektur wird der Emissionsgrad verwendet. Der Emissionsgrad ist das Verhältnis zwischen der Menge der emittierten Infrarotstrahlung und der Oberflächentemperatur eines Objekts, das für jedes Objekt konstant ist.

Die Temperatur des Messobjekts wird anhand der Menge der Infrarotstrahlung, die aus den von der Thermosäule umgewandelten elektrischen Signalen ermittelt wird, und des Emissionsgrads des Messobjekts, der im Voraus gemessen wird, berechnet.

Arten von berührungslosen Temperatursensoren

Berührungslose Temperatursensoren lassen sich grob in tragbare und eingebaute Typen einteilen.

1. Tragbarer Typ

Der Sensor wird von einer Person in der Hand gehalten und misst die Temperatur. Da keine Stromversorgung erforderlich ist, können sie leicht mitgeführt werden. Sie sind leicht, kompakt und oft preiswert und kosten einige Zehn bis Hundert USD.

2. Einbauart

Die Temperatur kann automatisch und ohne menschliches Zutun gemessen werden, wenn das zu messende Objekt vor dem Gerät vorbeiläuft. Viele Produkte kombinieren eine Thermografiekamera und andere Geräte und sind oft teuer, von mehreren Tausend bis zu mehreren Zehntausend USD. Für die Messung muss das Gerät nicht berührt werden, und je nach Gerät können Messungen aus einer Entfernung von 0,5-1,5 m vorgenommen werden.

Was ist eine Flachdichtung?

Flachdichtungen (englisch: Gasket) sind Teile und Materialien, die zur Aufrechterhaltung der Luftdichtheit und Abdichtung in Geräten, Strukturen und Rohrleitungen verwendet werden, um zu verhindern, dass interne Flüssigkeiten und andere Substanzen auslaufen.

Für allgemeine Dichtungszwecke gibt es Dichtungen und Packungen, wobei Dichtungen hauptsächlich für unbewegliche oder nicht bewegliche Teile verwendet werden. Im Gegensatz dazu werden Flachdichtungen hauptsächlich für bewegte oder bewegliche Teile verwendet.

Anwendungen von Flachdichtungen

Flachdichtungen werden zum Füllen und Abdichten von Lücken in flachen Bereichen wie Rohrflanschen, Maschinenverbindungen und Abdeckungen verwendet. Der Hauptgrund dafür ist die Verhinderung des Austretens interner Flüssigkeiten durch Aufrechterhaltung und Abdichtung einer dichten Verbindung, aber sie werden auch verwendet, um das Eindringen von Fremdkörpern durch Lücken in Verbindungsflächen zu verhindern.

Funktionsweise von Flachdichtungen

Flachdichtungen werden zwischen die Verbindungsstellen von Rohrleitungsflanschen oder Maschinenteilen eingelegt, mit Schrauben oder Bolzen zwischen den Verbindungsstellen angezogen, auf eine bestimmte Dicke und Form komprimiert und durch die Flächenpressung abgedichtet. Die geeignete Anzugsmethode und Anzugskraft für Flachdichtungen hängt daher von Material, Dicke, Form, Konstruktion und Werkstoff ab.

Insbesondere für Flachdichtungen für Rohrleitungsflansche und Druckbehälterflansche legen Normen das Anzugsverfahren und die Kontrollmethode fest. Für ein optimales Anzugsmanagement sind diese Normen und die entsprechenden Anzugsflächenpressungen der einzelnen Hersteller heranzuziehen.

• ASME PCC-1-2013 Richtlinien für die Montage von Flanschverbindungen mit Druckbegrenzungsschrauben

Im Allgemeinen ist bei der Verwendung von Flanschen die zur Abdichtung der Flüssigkeit erforderliche Anzugskraft Wm1: Schraubenlast (Anzugskraft) im Betrieb und Wm2: Schraubenlast (Anzugskraft) beim Anziehen der Dichtungen.

Flüssigdichtungen werden auf die Verbindungsfläche aufgetragen und angezogen, um einen gleichmäßigen, gehärteten, klebenden Dünnfilm zu bilden, der eine dichte Abdichtung gewährleistet.

Arten von Flachdichtungen

Es gibt verschiedene Arten von Flachdichtungen, die sich nach Material, Form und Konstruktion unterscheiden.

1. Nicht-metallische Flachdichtungen

Fugenblech Dichtungen
Fugendichtungen sind Dichtungen aus Glasfasermaterial mit Gummi und Füllstoffen, die zu einer Platte gewalzt und vulkanisiert werden. Sie werden aus dem Plattenmaterial auf die Größe und Form der Verbindungsfläche von Rohrleitungsflanschen und Maschinenteilen gestanzt oder geschnitten. Sie weisen eine hohe Maßflexibilität auf und werden in einem breiten Spektrum von Situationen eingesetzt, von hohen und niedrigen Temperaturen bis hin zu Hoch- und Niederdruck, sie sind außerdem äußerst vielseitig mit ausgezeichneter Öl- und Hitzebeständigkeit.

Dichtungen aus Gummi und synthetischem Kautschuk
Dichtungen aus Kautschuk und synthetischem Kautschuk sind Dichtungsplatten aus Naturkautschuk, Nitrilkautschuk, Silikonkautschuk usw. Sie werden auf die gewünschte Größe und Form gestanzt oder geschnitten. Sie werden für Flüssigkeiten mit relativ niedrigem Druck und niedrigen Temperaturen verwendet.

PTFE Dichtungsplatten aus Fluorkunststoff
Plattenförmige Dichtungen aus fluorkunststoffhaltigem PTFE, formgepresst. Einigen Produkten werden anorganische und kohlenstoffbasierte Füllstoffe zugesetzt, um ihre Beständigkeit gegen Hitze, Chemikalien, Säuren und Laugen zu erhöhen. Sie werden für hochkorrosive Chemikalien, Lebensmittelrohrflansche und -geräte verwendet.

Dichtungen aus expandiertem Graphit
Diese Dichtungen werden aus Graphit hergestellt, der mit Chemikalien behandelt, zur Ausdehnung auf eine hohe Temperatur erhitzt und zu Platten geformt wurde. Sie werden auf die gewünschte Größe und Form gestanzt oder geschnitten. Da die Platten selbst nur eine geringe Festigkeit aufweisen, werden einige von ihnen verstärkt, indem ein dünnes Edelstahlblech dazwischen gelegt oder laminiert wird, um die Festigkeit zu erhöhen.

Sie weisen eine ausgezeichnete Hitze- und Chemikalienbeständigkeit auf und werden für allgemeine Rohrleitungsflansche und Geräte verwendet. Sie werden auch in Flanschen für hochpermeable Flüssigkeiten, kryogenes LNG und Flüssigstickstoff-Rohrleitungen verwendet.

Ferrule Dichtungen
Ferrule-Dichtungen sind Standarddichtungen, die dem Ferrule-Flansch für Sanitärrohrleitungen entsprechen. Zu den Materialien gehören Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM), Fluorkunststoff (PTFE) und Silikonkautschuk. Sie werden für Flansche und Ausrüstungen in Lebensmittel-, Pharma- und Chemierohrleitungen verwendet.

2. Halbmetallische Dichtungen

Spiralförmige Dichtungen
Spiraldichtungen sind Dichtungen, die aus einem Ring aus dünnen Eisen- oder Edelstahlblechen bestehen, die zu einem V-förmigen Querschnitt geformt und abwechselnd um ein Puffermaterial der gleichen Form, wie z. B. expandierter Graphit, fluorkunststoffhaltiges PTFE oder asbestfreies Papier, gewickelt sind.

Die Grundform besteht aus einem Ring und einem Füllmaterial. Neben der Grundform sind auch Dichtungen mit einem Außenring für die richtige Positionierung der Flanschverbindungsfläche und mit einem Innenring zur Verringerung der Verformung durch die Anziehungskräfte erhältlich. Sie werden für Flansche für Flüssigkeitsleitungen wie Hochtemperatur- und Hochdruckdampf und Wärmeträgeröl verwendet.

Metallmantel Dichtungen
Metallummantelte Dichtungen sind Dichtungen mit einem hochhitzebeständigen Kernmaterial (Polstermaterial), das um ein dünnes Blech aus Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Kupfer oder Monel (Nickel-Kupfer-Legierung) als Beschichtungsmetall gewickelt ist. Sie werden für Hochtemperatur-, Hochdruck-, säure- und laugenbeständige Rohrleitungsflansche und Geräteverbindungen wie Wärmetauscher und Druckbehälter verwendet.

3. Metallische Dichtungen

Metallische Dichtungen
Zu den Metalldichtungen gehören Wellendichtungen, d. h. dünne Bleche aus unlegiertem Stahl oder Edelstahl, die zu einem gewellten Querschnitt gebogen und zu einem Ring verarbeitet werden. Flachdichtungen aus Metall, d. h. Ringe aus unlegiertem Stahl oder Edelstahl. Sowie Sägezahndichtungen, d. h. kreisförmige V-förmige Rillen, die auf der Rückseite von Flachprofilen verarbeitet werden. Sie werden für die Verbindungsflächen von Zylinderblock und Zylinderkopf sowie für Flansche von Hochtemperatur- und Hochdruckleitungen verwendet.

Ring-Joint-Dichtungen
Ringdichtungen sind Dichtungen, die durch spanabhebende Bearbeitung von geschmiedetem Metall in Ringform hergestellt und in eine Ringnut auf der Flanschverbindungsfläche eingepasst werden. Der Querschnitt des Rings kann oval, achteckig achteckig, sechseckig rautenförmig, dreieckig deltaförmig oder kreisförmig rund sein.

Zu den Materialien gehören Baustahl, Edelstahl, Monel (Nickel-Kupfer-Legierung), Titan und Aluminium. Sie werden für Geräteverbindungen wie Flansche für Hochtemperatur-, Hochdruck-Dampf-, Gas- und Ölleitungen und Druckbehälter verwendet.

4. Flüssigkeitsdichtungen

Flüssigdichtungen werden in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt, z. B. bei PVC-Rohren für die Regenwasserableitung und bei Motorverbindungen. Sie sind kostengünstig, weil sie schon bei geringen Mengen wirksam sind, sich gut an die Verbindungsflächen anpassen, bei geringem Anpressdruck und relativ geringer Bearbeitungsgenauigkeit gut abdichten und effizient sind, weil sie nicht nachgezogen werden müssen.

Es gibt Typen mit organischen Lösungsmitteln (auf der Basis von modifizierten Alkydharzen, Faserestern und synthetischem Kautschuk), lösungsmittelfreie Typen (auf der Basis von Phenolharzen, modifizierten Estern, Silikonen und Acrylharzen) und Typen auf Wasserbasis (Acrylharze auf Wasserbasis).

Was ist ein Ferrit-Magnet?

Ferrit-Magnet werden hauptsächlich aus Eisenoxid in Verbindung mit Kobalt, Nickel und Mangan hergestellt. Die Summenformel lautet MFe2O4 (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, Cd, usw.).

Das Verbundmetall M wird von zweiwertigen Kationen dominiert, und Fe3O4, wobei M = Fe ist, ist schwarz und ein bekannter Rohstoff namens Magnetit. Es gibt auch andere Verbindungen, bei denen das Verbundmetall M aus 1-, 3- oder sogar vierwertigen Kationen besteht, die Ferrit genannt werden.

Bei der Herstellung wird pulverförmiges Ferrit gepresst und bei hohen Temperaturen gebrannt. Es handelt sich auch um eine Art Keramik. Es kann aus Eisenoxid Fe2O4 synthetisiert werden und ist daher kostengünstig.

Er lässt sich leicht in jede beliebige Form bringen, ist einfach zu verarbeiten und ist aufgrund seiner chemischen Stabilität resistent gegen Rost und Chemikalien.

Anwendungen von Ferrit-Magneten

Ferrit-Magnete können in zwei Arten von Anwendungen unterteilt werden: Hartferrit und Weichferrit.

1. Hartferrit

Hartferrit ist ein Ferrit-Magnet, der permanent wird, sobald er an einem starken Magneten befestigt wird (durch Anlegen eines starken Magnetfeldes). Sie machen den Großteil der im Alltag vorkommenden Magnete aus, wobei U-förmige Magnete ein typisches Beispiel sind.

Weitere Anwendungen sind kleine Motoren, Lautsprecher, Kopfhörer und Kassettenbänder.

2. Weichferrit

Weichferrite sind Ferrit-Magnete, die zu Magneten werden, wenn sie mit einem Magnetfeld in Berührung kommen und nicht mehr zu Magneten werden, wenn sie aus dem Feld entfernt werden. Sie werden häufig als Magnetkern verwendet und eignen sich für Anwendungen in Transformatoren und Spulen.

Einfache konkrete Beispiele werden in Radios, Fernsehern, Spielkonsolen, Autos, Computern, Mikrowellenherden, Staubsaugern und Kühlschränken verwendet.

Funktionsweise der Ferrit-Magneten

Die magnetischen Eigenschaften von Ferrit-Magneten unterscheiden sich zwischen Hart- und Weichferriten. Zunächst werden die magnetischen Eigenschaften erklärt.

1. Magnetische Eigenschaften

• Ferromagnetisch: Ein Material, bei dem das magnetische Moment (Vektorgröße, die die Stärke und Ausrichtung des Magneten angibt) ohne Anlegen eines Magnetfeldes ausgerichtet ist, wird als ferromagnetisches Material bezeichnet.
• Ferromagnetische Stoffe: Ein Stoff ist ferrimagnetisch, wenn die magnetischen Momente benachbarter Atome entgegengesetzt gerichtet, aber unterschiedlich groß sind, sodass der Stoff als Ganzes magnetisiert ist. Alle Ferrit-Magnete sind ferrimagnetisch.
• Paramagnetisch: Ein Material, dessen magnetisches Moment in Abwesenheit eines Magnetfeldes in verschiedene Richtungen ausgerichtet ist, dessen magnetisches Moment sich jedoch ausrichtet, wenn ein Magnetfeld angelegt wird, wird als paramagnetisches Material bezeichnet.

Die Sättigungsmagnetisierung ist die maximale Magnetisierung, bei der die Magnetisierung eines Materials nicht zunimmt, wenn das Magnetfeld erhöht wird. Die Curie-Temperatur ist die Temperatur, bei der das Material von ferromagnetisch zu paramagnetisch wechselt.

2. Hartferrit

Hartferrite sind ferromagnetische Werkstoffe und Dauermagnete. Je nach Ausrichtung der magnetischen Pole der Moleküle lassen sich Hartferrite in zwei Typen einteilen: isotrope Magnete und anisotrope Magnete.

• Isotrope Magnete: Das magnetische Moment ist in verschiedene Richtungen ausgerichtet. Da die magnetische Ausrichtung nicht einheitlich ist, kann der Magnet aus jeder Richtung magnetisiert werden, aber die Magnetkraft ist schwächer.
• Anisotrope Magnete: Die Ausrichtung des magnetischen Moments der Moleküle ist gleichmäßig, sodass sie richtungsabhängig sind, aber eine starke Magnetkraft erzeugen können. Sie werden hergestellt, indem die magnetischen Pole der einzelnen Ferritmoleküle durch Anlegen eines Magnetfeldes während des Härtens ausgerichtet werden.

3. Weichferrit

Weichferrite sind nur so lange magnetisch, wie ein äußeres Magnetfeld angelegt wird. Im Vergleich zu Hartferriten ist das Magnetfeld kleiner, aber sie haben hervorragende magnetische Eigenschaften über einen großen Frequenzbereich.

So haben z. B. solche mit spinellartiger Kristallstruktur eine hohe magnetische Permeabilität (Grad der Magnetisierung des Materials) über einen großen Frequenzbereich. Der Granattyp hat die Eigenschaft, dass Einkristalle im Mikrowellenfrequenzbereich nicht so leicht brechen.

Vergleich mit Alnico-Magneten

Alnico-Magnete werden durch Zugabe von Zusatzelementen wie Aluminium (Al), Nickel (Ni) und Kobalt (Co) zu Eisen im Gießverfahren oder durch Sintern des Pulvers hergestellt.

Alnico-Magnete zeichnen sich durch eine extrem hohe Curie-Temperatur (die Temperatur, bei der sie aufhören, Dauermagnete zu sein) von 860 °C aus, was bedeutet, dass sie in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden können. Bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 400 °C können sie fast ihre ursprüngliche Magnetkraft wiedererlangen, wenn sie auf Raumtemperatur zurückkehren. Die im Gussverfahren hergestellten Magnete haben außerdem eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit.

Zu den Anwendungen für Alnico-Magnete gehören Elektromotoren, Sensoren, Lautsprecher und magnetische Tonabnehmer in E-Gitarren.

Unterschiede zu Ferrit-Magneten

Ferrit-Magnete bestehen hauptsächlich aus Eisenoxid, während Alnico-Magnete hauptsächlich aus Eisen mit Zusatz von Aluminium, Nickel und Kobalt hergestellt werden. Die Magnetkraft von Alnico-Magneten ist gering und lässt sich leicht entmagnetisieren.

Eine Einschränkung besteht darin, dass sie eine lange Form haben müssen, da ein großer Abstand zwischen den Polen erforderlich ist. Außerdem ist die Versorgung mit dem Rohstoff Kobalt unbeständig und teuer, sodass Ferrit-Magnete billiger sind.

Vergleich mit Samarium-Kobalt-Magneten

Samarium-Kobalt-Magnete sind Seltenerdmagnete, die aus Samarium (Sm) und Kobalt (Co) bestehen. Sie werden je nach Zusammensetzungsverhältnis in zwei Typen unterteilt, SmCo5 (1-5-Serie) und Sm2Co17 (2-17-Serie), wobei die 1-5-Serie, die weniger Samarium enthält, derzeit am häufigsten verwendet wird.

Samarium-Kobalt-Magnete zeichnen sich durch eine hohe Curie-Temperatur von maximal etwa 800 °C aus. Aufgrund ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit können sie ohne Oberflächenbehandlung verwendet werden und zeichnen sich außerdem durch ihre hochselektive Form aus. Die magnetischen Eigenschaften sind höher als die von Ferrit-Magneten und liegen an zweiter Stelle nach denen von Neodym-Magneten.

Unterschiede zu Ferrit-Magneten

Da sie in Umgebungen bis zu 350 °C eingesetzt werden können, werden sie in platzsparenden Hochtemperaturumgebungen verwendet, in denen höhere Magnetkräfte als bei Ferrit-Magneten erforderlich sind. Andererseits hat ihre geringe Festigkeit den Nachteil, dass sie anfällig für Risse und Abplatzungen sind. Die Rohstoffe Samarium und Kobalt sind beide selten und daher im Vergleich zu Ferrit-Magneten sehr teuer.

Vergleich mit Neodym-Magneten

Neodym-Magnete bestehen hauptsächlich aus Neodym (Nd), Eisen (Fe) und Bor (B). Neodym-Magnete zeichnen sich durch ihre leichte Oxidierbarkeit und hohe Wärmeabhängigkeit aus.

Wegen ihrer Oxidationsanfälligkeit werden sie vor der Verwendung an der Oberfläche vernickelt. Sie werden in der Regel bei Temperaturen unter 80 °C eingesetzt. Aufgrund ihrer relativ hohen Festigkeit sind sie auch resistent gegen Rissbildung und Abplatzungen.

Unterschiede zu Ferrit-Magneten

Im Vergleich zu Ferrit-Magneten sind die magnetischen Eigenschaften sehr hoch: Die Magnetkraft-Retention ist etwa viermal höher und das maximale Energieprodukt ist zehnmal höher. Sie sind teurer als Ferrit-Magnete, aber preiswerter als Samarium-Kobalt-Magnete.