月: 2023年9月

Was ist ein Wirbelstromprüfgerät?

Ein Wirbelstromprüfgerät ist ein Gerät, das Wirbelströme zur Messung von Fehlern in Objekten verwendet.

Sie können verwendet werden, um Metallprodukte zerstörungsfrei auf Fehler wie Risse, Brüche und Kratzer zu prüfen. Es gibt verschiedene Arten von Rissprüfgeräten, darunter Magnetpulver-, Penetrations- und Ultraschallprüfgeräte sowie Wirbelstromprüfgeräte.

Wirbelstromprüfgeräte sind einfach zu bedienen und messen berührungslos. Sie werden auch bei der Inspektion von Flugzeugen und Automobilen sowie bei der Prüfung der Leitfähigkeit und der Dicke von dünnen Schichten eingesetzt. Denn nicht nur Fehler, sondern auch Leitfähigkeit und Schichtdicke hängen mit Veränderungen der Wirbelströme zusammen.

Anwendungen von Wirbelstromprüfgeräten

Wirbelstromprüfgeräte werden hauptsächlich zur Prüfung von Metallproduktoberflächen auf Fehler und Defekte eingesetzt. Neben der Fehlerprüfung können sie auch zur Prüfung der Schichtdicke von Lacken und Beschichtungen eingesetzt werden. Wirbelstromprüfgeräte werden für die folgenden fünf Zwecke eingesetzt:

1. Prüfung von Oberflächenfehlern und inneren Fehlern in der Nähe der Oberfläche von Metallerzeugnissen

Sie werden zur Prüfung auf Oberflächenrisse in Schmiedestücken, einem Verfahren zur Verarbeitung von Metallerzeugnissen, auf durch Wärmebehandlung verursachte Risse, auf Risse und Späne in Sinterteilen, auf Oberflächenfehler in Walzdraht, Rohren und Rundstäben sowie zur Oberflächenprüfung von Lagerkugeln und Walzen eingesetzt.

2. Sortierung von verschiedenen Materialien in Metallprodukten

Zur Erkennung von Änderungen im Mischungsverhältnis von Legierungen und zur Feststellung, ob die Legierung abgeschreckt ist oder nicht.

3. Qualitätssicherung von Metallerzeugnissen

Die Prüfung auf Wandverdünnung bei Rohrprodukten, Risse unter lackierten Oberflächen und Risse in Schweißnähten im Brücken- und Stahlbau gehören zu den Anwendungen für Wirbelstromprüfgeräte.

4. Prüfung von Änderungen der Lack- und Beschichtungsdicke

Die Dicke von Anstrichen und Beschichtungen muss gleichmäßig sein. Wirbelstromprüfgeräte können Dickenänderungen erkennen. 

5. Metallverunreinigung von Harz und anderen Materialien

Die Metallverunreinigung von Harzprodukten kann mit einem Wirbelstromprüfgerät untersucht werden.

Funktionsweise des Wirbelstromprüfgeräts

Bei einem Wirbelstromprüfgerät wird zunächst ein elektrischer Strom an eine Spule angelegt, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen. Wenn die Spule, die einen magnetischen Fluss erzeugt hat, in die Nähe des zu prüfenden Objekts gebracht wird, wird auf der zu messenden Oberfläche ein Wirbelstrom erzeugt. Dies ist auf die magnetische Induktion zurückzuführen.

Die auf dem zu prüfenden Objekt erzeugten Wirbelströme hängen vom Vorhandensein oder Fehlen von Kratzern oder Defekten ab. Denn Oberflächenfehler verursachen Verzerrungen in den Wirbelströmen, die gleichmäßig sein sollten. Das Wirbelstromprüfgerät bestimmt daher das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein und die Größe eines Fehlers anhand der Veränderungen der im untersuchten Objekt erzeugten Wirbelströme.

Messverfahren wie das Wirbelstromprüfgerät ermöglichen eine berührungslose, zerstörungsfreie Prüfung des Objekts. Diese Prüfmethode eignet sich für die kontinuierliche Produktprüfung und ist in der Flugzeug- und Automobilindustrie weit verbreitet. Sie wird auch zur Prüfung von Kratzern und Oberflächenbeschaffenheit von Metallprodukten eingesetzt.

Da sie jedoch mit elektromagnetischer Induktion arbeitet, ist es nicht möglich, außerhalb des Wirkungsbereichs des erzeugten Magnetfelds zu prüfen. Eine berührungslose Prüfung ist möglich, aber der Prüfbereich ist nur auf die Umgebung der Produktoberfläche beschränkt.

Merkmale der Wirbelstromprüfgeräte

Wirbelstromprüfgeräte weisen sechs Hauptmerkmale auf:

1. Auch Nichteisenmetalle können geprüft werden

Das Wirbelstromprüfgerät kann jedes leitfähige Material prüfen. Es können nicht nur magnetische Materialien wie Eisenwerkstoffe, sondern auch nichteisenhaltige, nichtmagnetische Materialien geprüft werden.

2. Oberflächen- und oberflächennahe Prüfung

Wirbelstromprüfgeräte können nicht nur Oberflächen, sondern auch oberflächennahe Fehler prüfen. Magnetische Werkstoffe können bis zu einer Tiefe von 0,1 mm von der Oberfläche und nichtmagnetische Werkstoffe bis zu einer Tiefe von 2 mm von der Oberfläche geprüft werden. 

3. Geeignet für die Prüfung von Produkten wie Stangen, Drähten und Rohren

Lange Produkte können in kurzer Zeit inspiziert werden. Auch für die Online-Inspektion geeignet, wenn sie in die Produktionslinie integriert ist.

4. Berührungslose Prüfung

Wirbelstromprüfgeräte sind nicht nur zerstörungsfrei, sondern auch berührungslos und berühren das Produkt nicht. Die Prüfung erfolgt in einem Abstand von weniger als 1 mm zu dem zu prüfenden Objekt.

5. Geeignet für die Prüfung von Produkten mit hohen Temperaturen, feinen Drähten und Bohrungen

Das Wirbelstromprüfgerät nutzt die magnetische Induktion zur Prüfung, so dass die Temperatur des Produkts keine Rolle spielt. Es können auch Produkte mit hohen Temperaturen geprüft werden, z. B. Stangen direkt nach dem Ziehen. Je nach Form der Prüfspule eignen sich Wirbelstromprüfgeräte auch für die Prüfung von Feindrähten und Bohrungen. 

6. Geeignet für die automatisierte Prüfung

Die Prüfergebnisse von Wirbelstromprüfgeräten werden als elektrische Signale ausgegeben. Durch die Einrichtung eines Programms zur Erkennung von Veränderungen in den elektrischen Signalen usw. kann diese Prüfmethode leicht automatisiert werden.

Was ist ein Nukleinsäureextraktor?

Nukleinsäureextraktoren werden zur Trennung und Reinigung von Nukleinsäuren aus Proben verwendet.

Nukleinsäuren sind ein Sammelbegriff für Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA), Biopolymere, die aus Nukleotiden bestehen, die durch Phosphodiesterbindungen verbunden sind. In vivo sind sie für die Codierung der genetischen Information verantwortlich.

Die Identifizierung und Analyse von Nukleinsäuren kann zur Aufklärung biologischer Funktionen, zur Klärung von Krankheitsmechanismen und zur Erstellung klinischer Diagnosen verwendet werden, erfordert jedoch die Extraktion von Nukleinsäuren aus Proben und Präparaten. Nukleinsäureextraktoren automatisieren und verbessern die Effizienz der Nukleinsäureextraktion, die traditionell manuell durchgeführt wurde.

Es gibt verschiedene Arten von Nukleinsäureextraktoren. Da sich die Arten der zu verarbeitenden Nukleinsäuren, die Anzahl der Proben, die Extraktionszeit usw. unterscheiden, ist es wichtig, das für den jeweiligen Zweck am besten geeignete Gerät auszuwählen.

Anwendungen von Nukleinsäureextraktoren

Die Nukleinsäureextraktion wird zum Zweck der Analyse der extrahierten Nukleinsäuren durchgeführt. Im Bereich der Forschung und Entwicklung wird diese Technologie eingesetzt, um die Mechanismen biologischer Funktionen und Krankheiten aufzuklären, während sie im klinischen Bereich zur genetischen Diagnose und Analyse verwendet wird.

1. Forschung und Entwicklung

Im Bereich Forschung und Entwicklung wird die Nukleinsäureextraktion aus kultivierten Zellen, E. coli, Prokaryoten und Pflanzen durchgeführt. Die extrahierten Nukleinsäuren werden mittels Echtzeit-PCR oder Sequenzierern der nächsten Generation amplifiziert und zur Sequenzidentifizierung und -analyse verwendet.

2. Klinischer Bereich

Im klinischen Bereich wird die Nukleinsäureextraktion aus peripheren Blutproben und formalinfixierten, in Paraffin eingebetteten (FFPE) Proben von Darmgewebe durchgeführt. Die extrahierten Nukleinsäuren können analysiert werden, um genetische Mutationen nachzuweisen.

Es wird auch verwendet, um bakterielle und virale Nukleinsäuren aus Proben für die Diagnose von Infektionskrankheiten zu extrahieren. Bei der Diagnose von COVID-19 wird beispielsweise virale RNA aus Proben wie Rachen- und Nasenabstrichen von Patienten extrahiert und mittels PCR-Reaktion für den Test amplifiziert.

3. Forensische Medizin

In der Gerichtsmedizin kann die DNA-Extraktion aus Haaren, Speichel, Blut, Knochen und Zähnen zur Identifizierung von Personen in Fällen und Unfällen erforderlich sein.

Funktionsweise von Nukleinsäureextraktoren

Nukleinsäureextraktoren sind Geräte, die Aufgaben der Nukleinsäure-Extraktion, die früher manuell mit Hilfe von Kits durchgeführt wurden, genauer und automatisch erledigen. Sie sind mit Funktionen wie Zentrifugieren, Erhitzen, Schütteln und Pipettieren ausgestattet. Sie können alles von der Probenzerkleinerung bis zur Extraktion und Aufreinigung vollautomatisch durchführen, und einige von ihnen messen sogar die Konzentration (Reinheit) und führen vollautomatisch Tests durch.

Die in vielen Nukleinsäureextraktoren verwendeten Funktionsweisen sind die Magnetic-Bead-Methode und die Silicamembran-Methode.

1. Magnetic-Bead-Methode

Bei der Magnetic-Bead-Methode werden die Nukleinsäuren durch Bindung von Magnetkügelchen in Anwesenheit eines chaotropen Salzes oder einer anderen Substanz aufgetrennt. Ein Chaotrop ist eine Substanz, die die Wechselwirkung zwischen den Wassermolekülen verringert und dadurch deren Struktur destabilisiert.

Mit anderen Worten, der chaotrope Effekt, der durch eine ausreichend große Anzahl chaotroper Substanzen hervorgerufen wird, bewirkt, dass die in wässriger Lösung suspendierten Nukleinsäuren an die Beads gebunden werden. Diese Methode ist leicht zu automatisieren, da die Beads durch magnetische Kraft getrennt werden können. Die an die Beads gebundenen Nukleinsäuren werden durch Waschen und Eluieren extrahiert.

2. Silikamembran-Methode

Bei der Silikamembran-Methode wird DNA oder RNA adsorbiert und durch Einstellen der Salzkonzentration und des pH-Werts eluiert. Bei den Nukleinsäureextraktoren mit Silikamembran wird die gelöste Probe zunächst an eine Spin-Säule mit einer Silikamembran adsorbiert.

Anschließend wird der Silikamembranfilter mit den im Kit enthaltenen Reagenzien gewaschen, und schließlich werden die Zielnukleinsäuren eluiert. Es gibt keine Verschleppung und darüber hinaus stellt eine Beladungskontrolle sicher, dass Probe, Reagenzien, Röhrchen usw. korrekt beladen sind.

Durch Wechsel der entsprechenden Kits und Protokolle kann die Aufreinigung von Plasmid-DNA, genomischer DNA, viralen Nukleinsäuren, RNA und sogar Proteinen automatisch durchgeführt werden.

Arten von Nukleinsäureextraktoren

Nukleinsäureextraktoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie mehrere Proben gleichzeitig verarbeiten können. Die Anzahl der Proben, die verarbeitet werden können, reicht von wenigen oder 16 Proben bis hin zu 48 oder 96 Proben. Die Probenmenge, die verarbeitet werden kann, hängt ebenfalls vom Gerät ab, kann aber von etwa 100 µl bis zu 5 ml oder 10 ml reichen. Je nach Modell kann die Nukleinsäureextraktion in einer kurzen Zeitspanne von etwa 25 bis 60 Minuten abgeschlossen werden.

Zu den in den Extraktionsgeräten verwendeten Trennmethoden gehören die Magnetic-Bead-Methode oder die Silikamembran-Methode unter Verwendung von Spin-Säulen. Es ist zu beachten, dass die Art des verwendeten Extraktionskits auch von der Maschine abhängt. Je nach Gerät gibt es verschiedene Typen, z. B. solche, die die Arbeit nur mit der Aufreinigung abschließen, solche, die bis zur Reinheitsmessung reichen, und solche, die es ermöglichen, die Probe direkt in das nachfolgende Analysegerät zu überführen, z. B. für eine PCR-Reaktion.

Was ist ein Tribometer?

Ein Tribometer ist ein Gerät, das verschiedene Reibungskräfte misst.

Reibung ist eine Art von Widerstandskraft, die auftritt, wenn zwei Objekte miteinander in Kontakt sind, und kann in statische und dynamische Reibungskräfte unterteilt werden. Die statische Reibungskraft ist die Reibungskraft, die auf ein stationäres Objekt ausgeübt wird, während die dynamische Reibungskraft die Reibungskraft ist, die auf ein sich bewegendes Objekt ausgeübt wird.

Durch die Messung des Haftreibungskoeffizienten lässt sich daher der Bewegungs- und Gleitwiderstand des Objekts im Stillstand beurteilen. Der Gleitreibungskoeffizient hingegen gibt die Reibungskraft zwischen sich bewegenden Objekten an und kann daher zur Beurteilung der Gleitfähigkeit oder des Verschleißes eines Objekts während der Bewegung verwendet werden.

Anwendungen von Tribometern

Tribometer werden zur Prüfung und Bewertung der Leistung verschiedener Materialien und Produkte eingesetzt.

1. Bewertung von Materialien

Ein Beispiel ist die Bewertung von Gummi und Kunststoff. Harze wie Gummi und Kunststoffe werden häufig als Stoßdämpfer und Sicherheitsvorrichtungen verwendet. Die Lebensdauer und Sicherheit des Materials wird daher durch Messung der Reibungskraft mit einem Tribometer überprüft.

2. Auswertung im Automobilbereich

Tribometer werden auch zur Bewertung von lackierten Oberflächen eingesetzt. Bei der Lackierung von Autokarosserien und anderen Oberflächen müssen diese so haltbar sein, dass sie einer gewissen Reibung standhalten. Wenn eine Oberfläche beschichtet wird, muss sie außerdem kratz- und abblätternsicher sein. Tribometer sind ebenfalls nützlich, um diese Leistungen zu bewerten.

3. Bewertung im Bereich der Baumaterialien

Die Bewertung von Beschichtungen auf Baumaterialien ist eine weitere Anwendung für Tribometer. Sie werden verwendet, um die Gleitfähigkeit von Holzböden in Turnhallen und Häusern sowie die Kratzfestigkeit von Farben und anderen Beschichtungen zu messen.

4. Bewertung im medizinischen Bereich

Im medizinischen Bereich werden Reibungsmessgeräte auch zur Messung der Reibung von künstlichen Gelenken und Injektionsnadeln verwendet.

Funktionsweise der Tribometer

Wie bereits erwähnt, gibt es zwei Arten von Reibungskräften: „statische Reibungskraft“ und „dynamische Reibungskraft“. Es gibt zwei Arten von Tribometern: solche, die den „Haftreibungskoeffizienten“ messen und solche, die den „kinetischen Reibungskoeffizienten“ messen.

1. Typ zur Messung des Haftreibungskoeffizienten

Diese Art von Tribometern wird zur Bestimmung des Haftreibungskoeffizienten verwendet. Er wird häufig zur Messung des Haftreibungskoeffizienten von Papier und Kunststofffolien verwendet. Es gibt zwei Messmethoden: die geneigte Methode und die horizontale Methode. Bei der Neigungsmethode werden Gewichte auf die Probe gelegt und diese geneigt.

Der Haftreibungskoeffizient kann dann aus dem Neigungswinkel berechnet werden, bei dem das Gewicht auf der geneigten Fläche zu gleiten beginnt. Der Haftreibungskoeffizient kurz bevor das Gewicht nach unten zu rutschen beginnt, wird als maximaler Haftreibungskoeffizient bezeichnet und ist ein Indikator für die Gleitfähigkeit bzw. Nicht-Gleitfähigkeit des Objekts. Bei der horizontalen Methode wird ein Gewicht auf die Probe gelegt, eine Last aufgebracht, um sie in Richtung der Oberfläche zu ziehen, und der Reibungswiderstand, wenn sie sich zu bewegen beginnt, wird ermittelt, um den Haftreibungskoeffizienten (maximaler Haftreibungskoeffizient) zu messen.

Diese Methode kann auch zur Messung des Gleitreibungskoeffizienten im bewegten Zustand verwendet werden. Die horizontale Methode wird zur Bewertung von Papier- und Kunststofffolien sowie von Leder verwendet.

2. Art der Messung des dynamischen Reibungskoeffizienten

Während horizontale Reibungsmesser auch den Gleitreibungskoeffizienten messen können, gibt es viele andere Arten von Reibungsmessern, die auf die Messung des Gleitreibungskoeffizienten spezialisiert sind. Tribometer, die den Gleitreibungskoeffizienten messen, messen im Wesentlichen den Gleitreibungskoeffizienten, indem sie ein bestimmtes Gegenmaterial über eine Probe gleiten lassen.

Darüber hinaus lassen sich diese Tribometer zur Messung des Gleitreibungskoeffizienten grob in zwei Typen unterteilen: rotierende Typen, bei denen die Bewegungsrichtung in der Rotationsrichtung liegt, und hin- und hergehende Typen, bei denen die Bewegungsrichtung in der linearen Hin- und Herrichtung liegt. Die folgenden Methoden werden zur Messung des dynamischen Reibungskoeffizienten verwendet, der bei den oben genannten Gleitbewegungen auftritt.

• Methoden, bei denen Dehnungsmessstreifen oder Kraftmessdosen verwendet werden, um die Reibungskraft direkt mit einem Drehmomentmesser zu messen und zu berechnen.
• Methoden, die die Lastleistung des Antriebsmotors messen und in eine Berechnung umsetzen
• Methoden, die aus dem Schwingungsdämpfungsverhalten aufgrund von Reibung berechnen.

Arten von Tribometern

Es gibt zwei Haupttypen von Tribometern, die sich auf die Messung des Gleitreibungskoeffizienten spezialisiert haben: Rotations- und Pendelreibungsmesser. Beide Typen sind als Punktkontakt-, Linienkontakt- und Oberflächenkontaktmessgeräte erhältlich.

1. Punkt-Kontakt-Methode

Die beiden Arten des Punkt-Kontakt-Typs sind Kugel-auf-Platte und Kugel-auf-Scheibe. Bei diesen Prüfverfahren ist die Kugel ein kugelförmiges, vorgeschriebenes Gegenstück. Eine Scheibe hingegen bezieht sich auf einen scheibenförmigen Prüfling und eine Platte auf eine aus dem Prüfling bestehende Platte. Wenn es sich bei der Probe um eine Scheibe handelt, wird der Reibungskoeffizient also durch Rotation gemessen, während bei einer Platte der Reibungskoeffizient durch Hin- und Hergleiten gemessen wird.

Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass aufgrund des Punktkontakts leicht ein Treffer erzielt werden kann. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sich die Kontaktfläche verändert und die Reibungskraft nicht korrekt gemessen werden kann, wenn die verwendeten Kugeln oder Stifte aufgrund von Verschleiß rasiert sind.

2. Linearer-Kontakt-Methode

Es gibt zwei Arten von Linearkontakten: die Block-auf-Ring-Methode und die Stiftblockmethode. Bei der Block-auf-Ring-Methode wird der Reibungskoeffizient gemessen, indem eine blockförmige Probe gegen die Seite eines zylindrischen Gegenstücks gedrückt wird.

Bei der Stift-Block-Methode zur Messung des Reibungskoeffizienten wird eine stiftförmige Probe zwischen einem Paar blockförmiger Gegenmaterialien eingeklemmt und durch Drehen des Stiftes innerhalb des Paares gemessen. Mit anderen Worten, sowohl die Block-auf-Ring-Methode als auch die Pin-Block-Methode sind Rotationsverfahren.

Die Stiftblockmethode wird häufig zur Messung der Reibungskraft von Schmierstoffen wie Öl verwendet.

3. Oberflächen-Kontakt-Methode

Es gibt drei Arten von Oberflächenkontakten: Block-auf-Platte, Stift-auf-Scheibe und Druckzylinder. Bei dieser Methode ist der Stift ein zylindrisches Gegenstück. Bei der Druckzylindermethode wird der Reibungskoeffizient gemessen, indem die Stirnfläche eines zylindrischen Gegenkörpers gegen eine Probe auf einer flachen Platte gedrückt wird.

Bei der Block-auf-Platte-Methode handelt es sich um eine reziproke Methode, während die Stift-auf-Scheibe- und die Druckzylinder-Methode rotierend sind. Der Vorteil des Oberflächenkontakts besteht darin, dass der Kontakt auf einer Oberfläche hergestellt wird und die an der Reibung beteiligte Fläche größer und dauerhafter ist.

Was ist ein Kontaktüberwachungsgerät?

Kontaktüberwachungsgeräte sind Geräte, die Informationen wie Fehlermeldungen und Betriebssignale von einem Terminal in einem Netzwerk überwachen und kontrollieren.

Es wird an ein Terminal mit einem Kontakteingang angeschlossen und empfängt Signale über eine Netzwerkumgebung; da es webbasiert ist, kann es aus der Ferne überwacht werden und abnormale Situationen können schnell erkannt werden.

Anwendungen von Kontaktüberwachungsgeräten

Kontaktüberwachungsgeräte werden zur Zentralisierung und Überwachung von Endgeräten mit mehreren entfernten Kontakteingängen eingesetzt.

Sie werden zur Überwachung und Steuerung von kontaktbehafteten Geräten wie Kameras, Leuchten und Schaltern sowie von Client-Terminals in Überwachungszentren oder zur Überwachung der verteilten Verarbeitung auf Servern an entfernten Standorten eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete sind die Überwachung von Wasserstandsanomalien mit Hilfe von Schaltern sowie Kriminalitäts- und Sicherheitsmaßnahmen in Verbindung mit der Bewegungserkennung durch Webcams und Sensoren.

Im Falle einer abnormalen Situation kann gleichzeitig eine Warnung per E-Mail oder Server an das Terminal ausgegeben und eine verknüpfte Ausgabesteuerung durchgeführt werden.

Funktionsweise der Kontaktüberwachungsgeräte

Kontaktüberwachungsgeräte haben eine Struktur mit einem eingebauten Kommunikationsmodul und mehreren Kontaktein- und -ausgängen.

Mit dem eingebauten Kommunikationsmodul können mehrere Terminals über ein Netzwerk fernüberwacht werden. Eine Anomalie kann an einem entfernten Standort erkannt werden, und mehrere PCs und Mobiltelefone können gleichzeitig über die Anomalie informiert werden, z. B. per E-Mail.

Was ist ein Schwingungsanalyse-Software?

Die Schwingungsanalyse wird verwendet, um z. B. die Eigenfrequenzen von Strukturen zu bestimmen. Die Zielstrukturen können von elektrischen Geräten und Fahrzeugen bis hin zu Stahlbrücken reichen. Schwingungsanalyse-Software kann die durch Schwingungen verursachten Kräfte, Verformungen und Ausfälle simulieren.

Die Funktionen der Schwingungsanalyse sind in die Software zur Strukturanalyse als lineare dynamische Analyse integriert. Es gibt auch ein Gerät zur Verarbeitung experimenteller Daten, das Schall- und Schwingungsanalyse-Software genannt wird, aber dieser Abschnitt beschreibt Schwingungsanalyse-Software als Simulationssoftware.

Anwendungen von Schwingungsanalyse-Software

Schwingungsanalyse-Software wird bei einer Vielzahl von Strukturen eingesetzt, bei denen Schwingungen auftreten, und wird in der Fertigungsindustrie, z. B. in der Automobil- und Elektrogeräteindustrie, sowie in der Bauindustrie zur Simulation der Auswirkungen von durch Erdbeben verursachten Schwingungen verwendet.

Jede Struktur hat ihre eigene Eigenfrequenz. Wenn die einwirkende Schwingung mit der Eigenfrequenz übereinstimmt, kommt es zu einer Resonanzerscheinung. Resonanz führt zu verstärkten Schwingungen, die zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Bauwerks führen können. Daher ist es notwendig, während der Entwurfsphase, z. B. durch Simulation, zu prüfen, ob Resonanz auftritt. Schwingungsanalyse-Software wird verwendet, um solche Phänomene zu überprüfen.

Funktionsweise von Schwingungsanalyse-Software

Schwingungsanalyse-Software simuliert, wie sich eine Struktur als Reaktion auf von außen aufgebrachte erzwungene und zyklische Kräfte verändert, und gibt die Ergebnisse unter anderem durch Visualisierung aus. Wird eine konstante Kraft aufgebracht und werden die im Objekt auftretenden Spannungen und Verformungen untersucht, so spricht man von einer linearen statischen Analyse.

Schwingungsanalyse-Software berechnet die Bewegungsgleichungen, einschließlich der Federn, Dämpfer und Massen. Dies ist vergleichbar mit der Lösung der Schwingung eines Gewichts, das mit einer Feder verbunden ist, aber die Gleichungen, die von der Schwingungsanalyse-Software behandelt werden, sind komplexer, da sie sich in drei Richtungen bewegen und die Rotation mit einbeziehen.

Bei der Durchführung einer Schwingungsanalyse wird die Zielstruktur häufig in kleinere Elemente unterteilt, und für jedes dieser Elemente werden Bewegungsgleichungen aufgestellt. Jedes der unzähligen Elemente hat seine eigene Gleichung, die mit Hilfe eines Computers berechnet wird, um sie alle zu lösen. Um eine genaue Simulation zu erhalten, muss die Anzahl der Elemente erhöht werden. Für die Aufteilung dieser Elemente wird die Finite-Elemente-Methode häufig für Strukturanalysen wie die Schwingungsanalyse verwendet.

Was ist eine Mikrofabrikationsmaschine?

Mikrofabrikationsmaschinen sind Bearbeitungsmaschinen für die Mikropräzisionsbearbeitung im Mikrometerbereich.

Zu den Materialien, die Gegenstand der Mikrofertigung sind, gehören nicht nur Metalle, sondern auch Harze, Polymere und anorganische Materialien. In den letzten Jahren gibt es Schneidmaschinen, die eine Programmsteuerung in 10-nm-Schritten ermöglichen, wobei die Miniaturisierung täglich weiter voranschreitet.

Zu den Mikrofabrikationsmaschinen im weiteren Sinne gehören auch Funkenerosionsmaschinen, Drahterosionsmaschinen, Lehrenbohrer und Laserschneidmaschinen, und die Mikrofabrikation wird mit all diesen Maschinen durchgeführt. Beim Umgang mit diesen Mikrofabrikationsmaschinen sind auch die Temperaturkontrolle, z. B. die Raumtemperatur, und die Fähigkeiten des Bedieners von großer Bedeutung.

Anwendungen von Mikrofabrikationsmaschinen

Die Mikrofabrikationstechnik ist in den letzten Jahren in allen Industriebereichen erforderlich geworden und wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.

In der Halbleiter- und Elektronikindustrie ist sie eine unverzichtbare Bearbeitungstechnologie für die Herstellung von Gehäuseformen und verschiedenen Bauteilen im Zuge der Miniaturisierung von Geräten, in der Medizintechnik für Bauteile mit Mikroflusswegen wie Biochips und Bauteile mit feinen Elektrodenstrukturen.

Mikrostrukturen, die mit herkömmlichen Schaftfräsern nicht bearbeitet werden können, wie z. B. wärmeabstrahlende Rippen mit mikroskopischer Teilung, Löcher mit einer Lochteilung im Mikrometerbereich und Projektionsarray-Strukturen mit einer Teilung im Submikrometerbereich, können so realisiert werden.

Funktionsweise von Mikrofabrikationsmaschinen

Im weitesten Sinne umfasst der Begriff Mikrofabrikationsmaschinen mehrere Maschinentypen, aber es gibt drei repräsentative Maschinentypen: Mikro-NC-Maschinen, Funkenerosionsmaschinen und Drahterosionsmaschinen, die jeweils ein anderes Prinzip haben.

1. Mikrofabrikationsmaschinen mit NC-Steuerung

Der grundlegende Aufbau und die Prinzipien entsprechen weitgehend denen herkömmlicher NC-Bearbeitungszentren, jedoch werden alle Aspekte der Maschine, einschließlich der Antriebsmethode für jede Achse, der Kühlmitteltemperaturregelung und der Drehzahlregelung, hochpräzise gesteuert.

Für den Antrieb jeder Achse werden Linearmotoren verwendet, und einige Produkte haben eine programmierte Auflösung von 0,1 nm. Für die Führungen, die die Hin- und Herbewegung steuern, wird eine hydrostatische Führung verwendet, die einen unendlich geringen Reibungswiderstand und eine hohe Bewegungsgenauigkeit ermöglicht.

Das Kühlmittel, das die bei der Bearbeitung entstehende Wärme abführt, wird auf 1/100 °C temperiert, und um die verschiedenen von außen übertragenen Schwingungen zu blockieren, werden vom Gebäudefundament aus schwingungsdämpfende Maßnahmen ergriffen oder die Geräte werden auf einem Schwingungsisolierungssystem installiert. Außerdem ist das Kühlmittel in einem Raum mit konstanter Temperatur installiert, um eine thermische Ausdehnung der Ausrüstung zu verhindern.

2. Funkenerosions Bearbeitungszentren

Die Mikrofabrikation von leitfähigen Werkstoffen erfolgt mit Hilfe einer Funkenerosionsmaschine, bei der eine Anode an der Materialseite und eine Kathode an der beweglichen Elektrode angebracht ist. Diese Technologie der Bearbeitung mit Gleichstrom wird für Werkstoffe und Formen eingesetzt, die beim Schneiden und Schleifen anfällig für Bearbeitungsspannen sind, und ermöglicht es, durch wiederholte Bearbeitung eine höhere Präzision und eine größere Oberflächenrauheit zu erzielen.

3. Drahterodiermaschinen

Das Grundprinzip ist dasselbe wie bei der Funkenerosion, jedoch wird eine Kathode mit einem ultrafeinen Draht von etwa 0,05-0,3 mm verbunden und ein Gleichstrom zwischen dem Draht und dem Material angelegt, wodurch das Material geschnitten werden kann. Die Bearbeitung erfolgt in Wasser mit kontrollierter Leitfähigkeit, und der Draht wird während der Bearbeitung ständig zugeführt. Das berührungslose Schneiden erfolgt Schlag für Schlag und erzeugt keine Bearbeitungsspannung. Der Draht kann mit einer Schnitttiefe von 20 bis 30 Mikrometern über der Drahtdicke geschnitten werden.

Weitere Informationen zu Mikrofabrikationsmaschinen

Maschinen, die in Verbindung mit Mikrofabrikationsmaschinen eingesetzt werden, erfordern ein hohes Maß an Präzision und Stabilität. Um die Mikrobearbeitung bewältigen zu können, muss die Maschine selbst hochpräzise sein und die Bearbeitungsbedingungen müssen entsprechend eingestellt werden. Es ist notwendig, die Eigenschaften der einzelnen Maschinen zu kennen und die am besten geeignete Maschine auszuwählen.
Im Folgenden werden drei typische Maschinentypen vorgestellt, die in Verbindung mit Mikrofabrikationsmaschinen eingesetzt werden: Laserschneidmaschinen, Elektronenstrahlmaschinen und Ionenstrahlmaschinen.

1. Laserschneidmaschinen

Laserschneidmaschinen schneiden und bearbeiten Materialien durch die Bestrahlung mit hochenergetischen Laserstrahlen. Sie eignen sich für die Mikrofabrikation und können für eine breite Palette von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen eingesetzt werden. Sie sind außerdem hochpräzise und können für die Mikrofabrikation eingesetzt werden.

2. Elektronenstrahlmaschinen

Elektronenstrahlmaschinen schneiden und bearbeiten Werkstoffe durch Bestrahlung mit einem erhitzten Elektronenstrahl bei hoher Geschwindigkeit. Sie sind für die Feinbearbeitung geeignet und werden in Bereichen eingesetzt, in denen eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erforderlich ist.

3. Ionenstrahlmaschinen

Ionenstrahlmaschinen können durch die Bestrahlung mit Ionenstrahlen eine Feinbearbeitung und Oberflächenmodifikation von Materialoberflächen vornehmen. Sie eignen sich besonders für harte Materialien wie Keramik und Glas.

Was ist ein Mikroamperemeter?

Ein Mikroamperemeter ist ein Gerät, das winzige Ströme wie Nanoampere und Picoampere misst. Es wird auch als Multimeter oder Pikoamperemeter bezeichnet. Im Zuge der Weiterentwicklung elektronischer Geräte sind die Schaltkreise kleiner und energieeffizienter geworden, und die Ströme in den Schaltkreisen sind sehr klein geworden, weniger als Mikroampere. Aufgrund von Rauschen und anderen Effekten, die während der Messung entstehen, ist es für herkömmliche Amperemeter schwierig, sehr kleine Ströme zu erfassen. Mikroamperemeter sind jedoch so konzipiert, dass die Auswirkungen dieses Rauschens minimiert werden, sodass auch kleine Ströme quantifiziert werden können.

Anwendungen von Mikroamperemetern

Mikroamperemeter werden vor allem in kleinen elektrischen Schaltungen verwendet

Mikroamperemeter werden zur Messung von Stromwerten in elektrischen und elektronischen Schaltungen verwendet, beispielsweise in hochintegrierten und miniaturisierten Schaltungen wie Verstärker- und Kommunikationsschaltungen. Einige Geräte können bis zu Femtoampere messen.

Mikroamperemeter können auch in Produktionslinien integriert werden

Einige Mikroamperemeter haben eine Abtastgeschwindigkeit von 1000 Mal/Sekunde und können in Produktionslinien integriert werden. Solche Mikroamperemeter werden auch für die Prüfung von elektronischen Bauteilen auf einwandfreie Funktion verwendet.

Mikroamperemeter werden auch zum Aufspüren von Leckströmen in Dioden verwendet.

Funktionsweise von Mikroamperemetern

Achten Sie bei der Verwendung eines Mikroamperemeters auf Rauschen

Mikroamperemeter sind in der Lage, Ströme von Nano- und Picoamperes bis zu etwa 1 A zu messen. Bei der Messung von Mikroströmen müssen Rauschquellen so weit wie möglich ausgeschaltet werden. Das Mikroamperemeter selbst ist zwar so konstruiert, dass es von Rauschen unbeeinflusst ist, aber der Widerstand der Probe, die Stromversorgung und die Temperatur der Umgebung, in der es installiert ist, sind ebenfalls Rauschfaktoren, sodass auch die Auswirkungen des vom Messobjekt ausgehenden Rauschens berücksichtigt werden müssen.

Mikroamperemeter können kleine Ströme erfassen, doch muss darauf geachtet werden, dass kein übermäßiger Strom fließt

Einige Mikroamperemeter sind mit einem Ultrahochohmmeter kombiniert. Solche Geräte können auch als Elektrometer verwendet werden. Mikroamperemeter gibt es auch in zwei Ausführungen, wobei bei der einen die Abtastgeschwindigkeit und bei der anderen die Rauschunterdrückung im Vordergrund steht. Es ist zu beachten, dass der Messwertfehler relativ zum Messwert ist, sodass nicht immer mit einer Genauigkeit von Nanoampere gemessen werden kann, und auch der absolute Wert des Fehlers variiert je nach Messwert. Außerdem muss darauf geachtet werden, dass während der Messung kein zu hoher Strom angelegt wird, da ein Strom, der die Obergrenze des Geräts überschreitet, dieses beschädigen kann.

Was sind Zirkulationsfiltrationssysteme?

Zirkulationsfiltrationssysteme sind Geräte, die Thermal- und Leitungswasser filtern und das gefilterte Wasser im Kreislauf führen. Zirkulationsfiltrationssysteme können je nach Funktion in zwei Kategorien eingeteilt werden: physikalische Filtrationsanlagen und biologische Reinigungsanlagen.

Physikalische Filteranlagen werden eingesetzt, um Fremdstoffe wie feine Partikel, Haare und Fasern zu entfernen, die nicht im Wasser gelöst sind. Biologische Reinigungsanlagen verwenden Filtermedien wie Aktivkohle als Träger, auf denen Mikroorganismen wachsen. Diese haben keine oder nur eine geringe physikalische Filterfunktion, aber die Mikroorganismen können Schadstoffe im Wasser abbauen.

Einsatzmöglichkeiten von Zirkulationsfiltrationssystemen

Zirkulationsfiltrationssysteme können die Wasserqualität durch physikalische Filtration oder biologische Reinigung erhalten und reinigen. Sie werden daher dort eingesetzt, wo die Wasserqualität konstant gehalten und der Wasserverbrauch gesenkt werden soll.

Öffentliche Bäder sind ein typisches Beispiel für den Einsatz von Zirkulationsfiltrationssystemen. Für die Wasserqualität des Badewassers in öffentlichen Bädern sind Normwerte für Trübung, Kaliumpermanganatverbrauch, coliforme Bakterien und Legionellen festgelegt. Um diese Normen zu erfüllen, werden Zirkulationsfiltrationssysteme eingesetzt, die zusätzlich mit einem Haarsammel- und Desinfektionssystem ausgestattet sind, um Haare und andere große Fremdkörper zu entfernen.

Das Prinzip der Zirkulationsfiltrationssysteme

Wenn das zu filternde Wasser durch ein poröses Filtermaterial geleitet wird, werden Stoffe, die größer als die Löcher im Filtermaterial sind, aufgefangen und nur Stoffe, die kleiner als die Löcher sind, durchgelassen. Auf diese Weise entfernen Filtrationsanlagen Fremdstoffe aus dem Wasser. Es gibt drei Haupttypen von Filtersystemen: Sandfiltration, Kieselgurfiltration und Kartuschenfiltration.

Die Sandfiltration ist eine Filtrationsmethode, bei der Sand oder Kies als Filtermaterial verwendet wird. Es werden Natursand und Anthrazit verwendet, die Stoffe bis zu einigen zehn Mikrometern entfernen können. Sie hat verschiedene Vorteile, wie z. B. die Fähigkeit, ein gewisses Maß an Schwankungen in der Wasserqualität zu bewältigen, und eine stabile Qualität des behandelten Wassers, und ist weit verbreitet.

Die Kieselgurfiltration ist eine Filtrationsmethode, bei der Kieselgur als Filterhilfsmittel verwendet wird. Sie hat die höchste Entfernungskapazität unter den drei Verfahren, gilt aber als schwierig zu warten.

Die Patronenfiltration ist eine Filtermethode, bei der Filtermedien in Form von Patronen verwendet werden. Als Patronenmaterial werden synthetische Fasern und Polyester verwendet, die Stoffe von 10-15 µm entfernen können. Kartuschen sind im Wesentlichen Verbrauchsmaterial, so dass die Betriebskosten relativ hoch sind.

Was ist eine quantitative Abfüllmaschine?

Quantitative Abfüllmaschinen sind Abfüllmaschinen, die mit Hilfe einer Waage eine bestimmte feste Menge abmessen und abfüllen können. Es gibt Flüssigkeitsabfüllmaschinen und Feststoffabfüllmaschinen. Der Mechanismus zur Messung des Gewichts mit einer Waage bleibt jedoch weitgehend gleich.

Es gibt zwei Arten von quantitativen Abfüllmaschinen: automatische und halbautomatische Abfüllmaschinen. Automatische Abfüllmaschinen sind Abfüllmaschinen, bei denen die Abfüllbehälter durch ein Förderband fließen und automatisch mit der Abfüllung beginnen, wenn sie eine bestimmte Position erreicht haben. Bei halbautomatischen Abfüllmaschinen hingegen erfolgt der Übergang vom Förderband zur Abfüllstelle automatisch, der Abfüllbeginn wird jedoch manuell ausgeführt.

Anwendungen von quantitativen Abfüllmaschinen

Viele Hersteller, die etwas produzieren und verkaufen, verwenden quantitative Abfüllmaschinen. Zum Beispiel für Flüssigkeiten wie Wasser oder Öl. Diese werden mit Hilfe des Kopfdrucks einer Pumpe oder eines Tanks abgefüllt.

Auch andere halbfeste Stoffe wie Miso oder Bohnenpaste können abgefüllt werden. In solchen Fällen ist im Tank eine Schnecke oder ähnliches vorgesehen, um Verstopfungen zu vermeiden.

Bei Produkten mit ungleichmäßiger Größe (Gewicht), wie z. B. Gemüse und Obst, werden mehrere Waagen verwendet, um mehrere Produkte gleichzeitig zu wiegen. Diese werden dann so ausgewählt, dass sie in Säcke mit einem bestimmten Gewicht abgefüllt werden können.

Funktionsweise der quantitativen Abfüllmaschinen

Quantitative Abfüllmaschinen füllen Flüssigkeiten aus Tanks oder Trichtern ab. Die Flüssigkeit wird z. B. aus dem Tank über eine Rohrleitung zum Abfüllstutzen eingefüllt. Wenn der Abfüllvorgang gestartet wird, öffnet sich das Düsenventil und die Flüssigkeit beginnt sich zu füllen. Wenn eine vorgegebene Menge erreicht ist, wird ein Signal von der Waage gesendet und der Abfüllvorgang wird gestoppt.

Waagen für quantitative Abfüllmaschinen sind durch das Waagengesetz streng geregelt. Dies ist notwendig, um die Genauigkeit der Abfüllmengen zu gewährleisten und zu verhindern, dass geringfügig kleinere Mengen für den Versand an Lieferanten abgefüllt werden. Daher müssen die in quantitativen Abfüllmaschinen verwendeten Waagen zertifiziert sein. Diese kann nur nach Prüfung durch ein metrologisches Institut ausgestellt werden.

In Waagen werden häufig Wägezellen verwendet. Wägezellen können die durch eine Last verursachte Kraft in ein elektrisches Signal umwandeln. Wägezellen verfügen über einen Dehnungsmessstreifen, einen elektrischen Widerstandsmessdraht (Sensor), der an einem Metallkörper befestigt ist und die Widerstandsänderung misst. Dies ist im Vergleich zu herkömmlichen federbelasteten Wägezellen äußerst genau.

Was ist ein Konstantstromtreiber?

Ein Konstantstromtreiber ist eine elektronische Schaltung, die unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung, der Temperatur oder der Last einen stabilen Strom ausgeben kann.

Er nutzt die Tatsache, dass der Kollektorstrom eines Transistors oder der Drainstrom eines MOSFET durch den Basisstrom und die Gatespannung gesteuert wird, um sicherzustellen, dass ein konstanter Strom zur Last fließt.

Es gibt verschiedene Schaltungsmethoden, darunter solche, die Zenerdioden und Operationsverstärker verwenden, während andere durch Schaltmethoden wie die PWM-Steuerung gesteuert werden.

Anwendungen von Konstantstromtreibern

Konstantstromtreiber werden hauptsächlich in LED-Ansteuerungsschaltungen eingesetzt. In solchen Fällen werden sie manchmal auch als LED-Treiber bezeichnet.

Die Helligkeit von LEDs wird durch den Strom bestimmt, der durch sie fließt. Konstantstromtreiber werden daher zur Steuerung des Stroms verwendet, damit sich die Helligkeit nicht aufgrund von Schwankungen der Versorgungsspannung oder der Temperatur ändert. Durch eine entsprechende Steuerung des Stroms ist es auch möglich, Schwankungen in den Eigenschaften einzelner LEDs zu unterdrücken, so dass sie effizientes Licht ausstrahlen und ihre Lebensdauer verlängert wird.

Weitere Anwendungen sind Motorantriebsschaltungen. Konstantstromtreiber werden eingesetzt, weil ein konstanter Strom fließen muss, wenn ein Motor mit einem konstanten Drehmoment gedreht werden soll.

Funktionsweise von Konstantstromtreibern

In diesem Abschnitt wird das Schaltungsschema mit einer Zenerdiode beschrieben. Eine Zenerdiode ist mit der Basis des Transistors verbunden, ein Emitterwiderstand mit dem Emitter und eine Last mit dem Kollektor. Die Zenerdiode ist außerdem über einen Widerstand mit der Stromversorgung verbunden, um den entsprechenden Strom für den korrekten Betrieb bereitzustellen.

Die Zenerdiode hält eine konstante Spannung unabhängig von den Schwankungen der Versorgungsspannung aufrecht, so dass an der Basis des Transistors eine konstante Spannung angelegt wird. Der Kollektorstrom wird durch den Basisstrom gesteuert, aber wenn der Kollektorstrom in Richtung eines Anstiegs schwankt, steigt der Spannungsabfall am Emitterwiderstand und der Basisstrom sinkt. Umgekehrt wird der Kollektorstrom, wenn er in Richtung eines Rückgangs schwankt, in Richtung eines Anstiegs gesteuert. Dadurch wird der in die Last fließende Kollektorstrom so gesteuert, dass er konstant bleibt.

Bei der Operationsverstärkermethode wird der Kollektorstrom konstant gehalten, indem eine Zenerdiode an den nichtinvertierenden Eingang, der Emitter des Transistors an den invertierenden Eingang und die Basis an den Ausgang angeschlossen wird.

Bei der Schaltmethode wird der durchschnittliche Kollektorstrom durch PWM-Steuerung des Transistors konstant gehalten.