月: 2023年9月

Was ist ein automatisiertes Synthesegerät?

Automatisierte Synthesegeräte sind Geräte, die verschiedene chemische Synthesereaktionen automatisieren, die früher manuell durchgeführt wurden.

Zu den wichtigsten Typen, die bereits im Handel erhältlich sind, gehören Geräte für die gewöhnliche organische Flüssigphasensynthese, Geräte für die Festphasensynthese von Peptiden mit Mikrowellen, Geräte für die Fließsynthese und Geräte für die CNT-Synthese. Bezieht man die in der Entwicklung befindlichen Geräte mit ein, so ist die Vielfalt sehr groß.

Anwendungen von automatisierten Synthesegeräten

Automatisierte Synthesegeräte werden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von der Synthese organischer Verbindungen und Peptiden auf Laborebene bis hin zur Parallelsynthese beim Wirkstoffscreening und der Prozessentwicklung.

1. Arbeitsersparnis und Effizienzsteigerung im Labormaßstab

Die Hauptanwendung automatisierter Synthesegeräte ist die Automatisierung von Synthesereaktionen, die früher in Forschung und Entwicklung manuell durchgeführt wurden, um Arbeit zu sparen und die Effizienz zu steigern. Im Labor wird es eingesetzt, um neue Reaktionen zu entwickeln und synthetische Reaktionswege zu optimieren.

Die Automatisierung dieses Systems ermöglicht eine bessere Reproduzierbarkeit und eine genauere Kontrolle der Reaktionsbedingungen. Da die Versuchsdaten automatisch auf dem Computer aufgezeichnet werden, können nicht nur genauere Versuchsaufzeichnungen erstellt werden, sondern die genaue Temperaturüberwachung kann auch dazu beitragen, ein thermisches Durchgehen zu kontrollieren, z. B. wenn Reagenzien hinzugefügt werden.

2. Mechanisierte Handhabung von Gefahrstoffen

Einige automatisierte Synthesegeräte, wie z. B. automatische Systeme zur Synthese von radioaktiv markierten Verbindungen, spielen eine Rolle bei der Mechanisierung von Synthesereaktionen, die für den Menschen manuell nur schwer zu handhaben sind. Dadurch kann die Exposition des Experimentators gegenüber gefährlichen Stoffen verringert werden.

3. Mechanisierung von Großreaktionen bei der Entwicklung von Screening-Verfahren

Beim Screening von Wirkstoffen können automatisierte Synthesegeräte eingesetzt werden, um eine große Anzahl von Leitverbindungen effizienter herzustellen. Ein schnelles und umfassendes Screening führt zu einer effizienten Entdeckung von Wirkstoffkandidaten.

Bei der Entwicklung chemischer Verfahren müssen beim Scale-up von der Synthese im Labormaßstab auf den Anlagenmaßstab zahlreiche Probleme im Hinblick auf Syntheseeffizienz, Sicherheit und Kosten gelöst werden. Wärmeübertragung und Wärmeabfuhr sind dabei besonders wichtig.

Durch den Einsatz automatisierter Synthesegeräte kann eine genaue Überwachung, wie z. B. die Reaktionskalorimetrie, durchgeführt werden, und Konzentration, Zugabegeschwindigkeit und Rühren können automatisiert und maschinell effizienter gestaltet werden. So erleichtern automatisierte Synthesegeräte die In-situ-Überwachung, verbessern die Reproduzierbarkeit und optimieren die Bedingungen auf effiziente Weise.

Funktionsweise von automatisierten Synthesegeräten

1. Flüssigphasensynthesegeräte

Automatisierte Flüssigphasensynthesegeräte sind eine mechanisierte Version der herkömmlichen organischen Synthese im Reagenzglas. Das Reaktionsgefäß befindet sich in einer thermostatischen Kammer mit Heiz- und Kühlfunktion, und die Zugabe von Reagenzien und das Rühren (z. B. durch Rührflügel oder Magnetrührer) werden mechanisch gesteuert und mit der entsprechenden Geschwindigkeit durchgeführt.

Die Versuchsdaten werden ständig von verschiedenen Sensoren und Monitoren überwacht und automatisch in präziser und detaillierter Form auf einem Computer aufgezeichnet.

2. Peptidsynthese-System

Die Peptidsyntheseanlage mechanisiert und automatisiert die Peptidsynthese nach der Merrifield-Festphasensynthesemethode mit Hilfe einer Pumpe. Bei der Merrifield-Festphasensynthesemethode werden N-terminal geschützte Aminosäuren auf ein Harz geladen und der Zyklus aus Entschützung, Waschen, Kondensationsreaktion mit N-terminal geschützten Aminosäuren und Waschen in einem Reaktionsgefäß wiederholt.

Das Peptid wird in einem Zyklus jeweils um einen Rest in einer Richtung verlängert und schließlich vom Harz abgespalten, um das gewünschte Peptid zu erhalten. Einige automatisierte Synthesegeräte für Peptide sind in der Lage, die Reaktionsgefäße mit Mikrowellen zu bestrahlen, was den Vorteil hat, dass die Reaktionszeit im Vergleich zur manuellen Synthese verkürzt wird.

3. Durchflusssynthese-Systeme

Durchflusssyntheseanlagen sind maschinengesteuerte, automatisierte Systeme für die Durchflusschemie (auch bekannt als Durchflussmethoden und Durchflussreaktionen), die in den letzten Jahren Gegenstand aktiver Forschung waren. Herkömmliche Reaktionen in Reagenzgläsern werden als Batch-Methoden bezeichnet, aber die Batch-Methode ist mit Problemen bei den Reinigungskosten für synthetische Zwischenprodukte, der Effizienz der Wärmeübertragung und des Rührens sowie mit experimentellem Abfall verbunden.

Bei der Fließsynthese werden Säulen oder mikrofluidische Kanäle anstelle von Reagenzgläsern oder Kolben verwendet, und eine Pumpe wird eingesetzt, um eine Lösung aus zwei oder mehr Reaktanten in den Kanal zu injizieren und die Reaktion durchzuführen. Bei nichtkatalytischen und homogenen katalytischen Verfahren ist eine Reinigung nach der Reaktion erforderlich, aber wenn Säulen mit immobilisierten Reaktanten oder Katalysatoren als Reaktionsgefäße verwendet werden, können die Kosten für die Reinigung nach der Reaktion erheblich gesenkt werden.

Bei der Durchflusschemie kann das Volumen des Reaktionsgefäßes kleiner sein als bei der Batch-Methode, was zu einer höheren Reaktionseffizienz führt, und die große Oberfläche ermöglicht einen schnelleren Wärmeaustausch und eine präzisere Temperaturkontrolle.

Arten von automatisierten Synthesegeräten

Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene Arten von automatisierten Synthesegeräten, darunter Flüssigphasensynthesegeräte, Peptidsynthesegeräte und Durchflusssynthesegeräte. Ihre Größe reicht von kleinen Geräten für Studien im kleinen Maßstab bis hin zu großen Geräten der Pilotanlagenklasse für Scale-up-Studien in der Prozessentwicklung.

Weitere Beispiele sind CNT-Synthesegeräte für die Synthese von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und automatisierte radiopharmazeutische Synthesegeräte für die Synthese von Radiopharmazeutika für PET. Automatisierte Synthesegeräte für Radiopharmazeutika synthetisieren und reinigen automatisch Radiopharmazeutika aus [18F]-Fluorid und dessen Vorläuferverbindungen, die im Zyklotron hergestellt werden, und produzieren radiopharmazeutische Injektionslösungen für PET.

Zusätzliche Informationen über automatisierte Synthesegeräte

Peptid-Festphasensynthese

Die Festphasensynthese von Peptiden wird je nach der für den N-terminalen Schutz verwendeten Schutzgruppe in zwei Haupttypen unterteilt: die tBoc-Methode und die Fmoc-Methode. Die tBoc-Schutzgruppenentfernung wird hauptsächlich unter sauren Bedingungen mit TFA (Trifluoressigsäure) durchgeführt.

Bei der Fmoc-Methode hingegen erfolgt die Entschützung unter basischen Bedingungen, hauptsächlich mit Piperidin. In den letzten Jahren hat sich die Fmoc-Methode durchgesetzt. Dies liegt daran, dass die tBoc-Methode als anfälliger für Nebenreaktionen gilt, da die Bedingungen, unter denen sie schließlich aus dem Harz herausgeschnitten wird, sauer sind, und die Nebenprodukte der Fmoc-Methode leicht durch das Lösungsmittel (DCM (Dichlormethan) oder DMF (Dimethylformamid)) entfernt werden können.

Was ist eine automatische Lötmaschine?

Bei automatischen Lötmaschinen handelt es sich, wie der Name schon sagt, um Geräte, die den Lötprozess automatisch durchführen.

Das Löten ist eine Verarbeitungstechnik, bei der „Lot“, eine Legierung zwischen Metallen, geschmolzen wird, um eine Verbindung herzustellen, ein Prozess, der dem Hartlöten ähnelt. Bei elektronischen Bauteilen ist diese Technik weit verbreitet.

Traditionell war das manuelle Löten oder „Bügellöten“ die wichtigste Methode, aber Geräte wie das „Schwalllöten“ oder „Reflow-Löten“ haben sich in der Massenproduktion als Hauptmethode durchgesetzt. Darüber hinaus wird auch das Löten mit Lasern immer häufiger eingesetzt.

Anwendungen von automatischen Lötmaschinen

Automatische Lötmaschinen werden immer mehr zu einem unverzichtbaren Werkzeug bei der Herstellung elektronischer Bauteile. In der Vergangenheit beruhte das Löten auf den Fähigkeiten und der manuellen Arbeit von Handwerkern, aber die zunehmende Raffinesse und Miniaturisierung elektronischer Geräte hat zu einer Nachfrage nach Präzision und Geschwindigkeit geführt.

Als Antwort auf diese Nachfrage wurden automatische Lötmaschinen entwickelt, die die Fertigungsindustrie revolutionierten. Die hohe Präzision und Effizienz dieser Anlagen ist für das Verbinden der elektronischen Bauteile, die das Herzstück einer Vielzahl von Produkten bilden, unerlässlich – von Smartphones, Computern und Haushaltsgeräten bis hin zu Autos und medizinischen Geräten.

Sie spielen auch eine wichtige Rolle in der Massenproduktion, wo sie in kurzer Zeit Produkte von gleichbleibender Qualität herstellen.

Funktionsweise von automatischen Lötmaschinen

Der Entwicklung von automatischen Lötmaschinen liegen verschiedene technische Prinzipien zugrunde. Insbesondere die Prinzipien der „Schwalllöt-„ und „Reflow-Lötanlagen“ bestimmen die Effizienz und Qualität ihrer Produktion.

1. Schwalllötanlagen

Bei der Schwalllötanlage handelt es sich um ein einfaches System, bei dem die Bauteile gelötet werden, indem sie durch ein Bad mit vorgeschmolzenem Lot geführt werden. In einem ersten Schritt wird das Lot geschmolzen und auf einer bestimmten Temperatur gehalten.

Anschließend wird das Bauteil mit Hilfe eines Förderbandes durch das Lötbad geführt, wo der Lötvorgang stattfindet. Der Vorteil dieser Methode ist, dass eine große Anzahl von Bauteilen in kurzer Zeit verarbeitet werden kann. Allerdings fehlt es an Präzision, und es besteht die Gefahr, dass das Lot an unerwünschten Stellen haften bleibt.

2. Reflow-Lötanlagen

Bei der Reflow-Lötanlage wird das Lötzinn auf einen bestimmten Teil des Bauteils aufgetragen und bei hoher Temperatur auf einmal geschmolzen. Das Cremelot ist eigentlich eine Mischung aus Lot und Flussmittel, die aufgetragen und dann in einem Hochtemperaturofen geschmolzen wird, um sicherzustellen, dass die Bauteile miteinander verbunden werden.

Der Hauptvorteil dieser Methode ist, dass sie ein sehr präzises Löten ermöglicht. Da das Lot nur an der exakten Position des Bauteils aufgetragen werden kann, eignet es sich für die Herstellung hochwertiger Produkte.

Arten von automatischen Lötmaschinen

Automatische Lötmaschinen sind eine Schlüsseltechnologie zur Verbesserung der Effizienz und Qualität bei der Herstellung elektronischer Bauteile. Die verschiedenen Typen haben unterschiedliche Eigenschaften.

Sie werden je nach den Anforderungen der einzelnen Produktionslinien und Produkte ausgewählt. Die Auswahl der richtigen Ausrüstung ist sehr wichtig, da sie sich direkt auf die Produktqualität und die Produktionseffizienz auswirkt.

1. Schwalllötanlage

Schwalllötanlagen sind ein Lötverfahren, bei dem die Bauteile durch eine Lotlösung hindurch gelötet werden. Eines der wichtigsten Merkmale dieser Methode ist, dass sie große Mengen von Bauteilen in kurzer Zeit löten kann.

Es eignet sich jedoch nicht unbedingt zum Löten besonders kleiner oder empfindlicher Bauteile. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich die Lotmenge nur schwer einstellen lässt und die Gefahr von Lotbrücken besteht.

2. Reflow-Lötanlagen

Die Reflow-Lötanlage ist eine Lötmethode, bei der das auf eine bestimmte Stelle des Bauteils aufgetragene Lötzinn bei hoher Temperatur geschmolzen wird. Durch das Auftragen von Lötpaste an bestimmten Stellen des Bauteils können die Position und die Menge des Lots genau gesteuert werden, sodass eine hohe Qualität der Lötung erwartet werden kann.

Was ist eine abriebfeste Stahlplatte?

Abriebfeste Stahlplatten sind Stahlbleche mit sehr guter Abriebfestigkeit.

Abrieb ist ein Phänomen, bei dem die Oberfläche von Materialien durch Kontakt oder Reibung abgeschabt wird, und ist ein Problem in einer Vielzahl von Bereichen, z. B. bei Maschinenteilen und Baumaterialien. Abriebfeste Stahlplatten werden aufgrund ihrer hohen Abriebfestigkeit und Langlebigkeit für Teile und Maschinen verwendet, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden. Sie sind auch ausreichend stabil, obwohl sie dünner sind als gewöhnliche Stahlbleche, was dazu beiträgt, das Gewicht der Bauteile zu verringern.

Um die Verschleißfestigkeit zu verbessern, werden jedoch harte Materialien in Stahl verwendet, was den Nachteil hat, dass sie schwer zu verarbeiten sind. Dies kann zu höheren Produktionskosten führen.

Das Material basiert auf Kohlenstoffstahl, dem zur Erhöhung der Härte und Festigkeit Legierungen wie Chrom, Mangan, Molybdän und Vanadium zugesetzt werden. Einige Produkte sind nicht nur verschleißfest, sondern auch korrosions- und hitzebeständig.

Anwendungen von abriebfesten Stahlplatten

Abriebfeste Stahlplatten werden häufig im Bereich der Baumaschinen eingesetzt. Da Baumaschinen mit Materialien umgehen, die starke Reibungskräfte erzeugen, wie z. B. Erde, Sand und Felsen, ist eine lange Lebensdauer der Bauteile erforderlich. Daher werden abriebfeste Stahlplatten verwendet.

Abriebfeste Stahlplatten werden zum Beispiel für Teile benötigt, die über einen langen Zeitraum hinweg eingesetzt werden, wie die Abtragsplatten von Planierraupen und Muldenkippern sowie die Schaufelteile von Hydraulikbaggern. Dies liegt daran, dass Werkstoffe mit hoher Festigkeit und Verschleißbeständigkeit benötigt werden, um Kosten und Ausfallzeiten aufgrund von Bauteilverschleiß zu reduzieren.

Abriebfeste Stahlplatten werden auch in Landwirtschafts- und Bergbaumaschinen sowie in Stahlwerkseinrichtungen verwendet. Maschinen und Anlagen müssen unter rauen Bedingungen arbeiten, wie z. B. Verschmutzung durch Fremdkörper, hohe Temperaturen und hohe Drücke. Daher sind nicht nur Festigkeit und Abriebfestigkeit, sondern auch Korrosions- und Hitzebeständigkeit erforderlich.

Funktionsweise von abriebfesten Stahlplatten

Bei abriebfesten Stahlplatten wird die Verschleißfestigkeit durch die Bildung einer speziellen Legierungsschicht auf der Stahloberfläche verbessert.

Die Legierungsschicht besteht hauptsächlich aus Elementen wie Chrom, Mangan, Molybdän, Vanadium, Nickel, Bor und Wolfram. Diese Elemente bilden eine dünne Schicht auf der Stahloberfläche und können die Oberfläche härten. Diese gehärtete Oberfläche hat eine hohe Verschleißfestigkeit.

Abriebfeste Stahlplatten zeichnen sich außerdem durch eine besondere kristalline Struktur im Stahlwerkstoff aus. Die kristalline Struktur bewirkt eine Erhöhung der Oberflächenhärte durch die Bildung von Mikrokristallen im Inneren des Stahls. Die kristalline Struktur macht das Stahlmaterial nicht nur verschleißfest, sondern erhöht auch seine Festigkeit.

Weitere Informationen über abriebfeste Stahlplatten

1. Schweißen von abriebfesten Stahlplatten

Konstruktionen wie Schaufeln und Bodenplatten für Baumaschinen, bei denen abriebfeste Stahlplatten verwendet werden, können nicht allein durch mechanische Befestigungen, wie z. B. Verschraubungen, hergestellt werden, sondern müssen gegebenenfalls durch Schweißen verbunden werden.

MAG-Schweißen und Schutzgasschweißen sind bei abriebfesten Stahlplatten im Allgemeinen weit verbreitet, aber je nach den für die Schweißverbindung erforderlichen Eigenschaften und der Konstruktionssituation sind drei Punkte zu beachten.

Ob für die Verbindung verschleißfeste Eigenschaften erforderlich sind oder nicht
Wenn die Verbindung nicht mit Erde oder Sand in Berührung kommt, kann der Schweißdraht frei gewählt werden, da er nicht gegen Erde und Sand beständig sein muss. Die Festigkeit der Verbindung muss nur berücksichtigt werden, sodass es sich nicht um dieselbe Art von verschleißfestem Stahl handeln muss, sondern an die Struktur und die Konstruktionserfordernisse angepasst werden kann, z. B. Baustahl mit hervorragender Schweißbarkeit oder austenitischer rostfreier Stahl, der nicht vorgewärmt werden muss.

Ist hingegen auch Verschleißfestigkeit für die Verbindungen erforderlich, ist die Auswahl begrenzt, da verschleißfester Stahl mit hervorragender Schweißbarkeit gewählt werden muss. Verschleißfeste Stähle sind für eine optimale Leistung in Blechform ausgelegt und konstruiert, aber die beim Fügen einwirkende Wärme erweicht sie und verringert ihre Verschleißfestigkeit, sodass es notwendig ist, verschleißfeste Stähle mit einem hohen Silizium (Si)-Zusatz zu wählen. Damit die Beständigkeit gegen Erweichung bei hohen Temperaturen verbessert wird, zum Beispiel:

Rissbildung beim Schweißen
Um eine hohe Verschleißfestigkeit abriebfester Stahlplatten zu erreichen, werden große Mengen an Legierungselementen wie Kohlenstoff und Chrom zugesetzt, und der Kohlenstoffgehalt, der einer der Richtwerte für die Anfälligkeit für Schweißrisse ist, ist hoch.

Je höher der Kohlenstoffgehalt ist, desto höher ist die Verschleißfestigkeit, aber desto höher ist auch die Anfälligkeit für Risse in der Schweißnaht, sodass es notwendig ist, die Wasserstoffverunreinigung, die beim Schweißen zur Versprödung führt, zu reduzieren und die Zwangskräfte durch Vorwärmen zu verringern.

Kontrolle der Vorwärmtemperatur
Abriebfeste Stahlplatten erweichen im Allgemeinen, wenn sie Temperaturen von 200 °C oder mehr ausgesetzt werden, was zu einer Verringerung der Verschleißfestigkeit führt. Daher muss darauf geachtet werden, dass das Vorwärmen, das zur Vermeidung von thermischen Auswirkungen des Schweißens und von Rissen in der Schweißnaht angewendet wird, die Verschleißfestigkeit nicht verringert. Eine Wärmenachbehandlung zum Abbau von Eigenspannungen und zur Verbesserung der Gefügequalität nach dem Schweißen wird grundsätzlich nicht durchgeführt.

2. Wärmebehandlung von abriebfesten Stahlplatten

Zwei Wärmebehandlungen sind für abriebfeste Stahlplatten besonders wichtig: das Abschrecken, bei dem der Stahl aus dem austenitischen Bereich abgeschreckt wird, um Martensit zu erhalten, der hart ist und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist, und das Anlassen, bei dem der Stahl gehärtet wird, um die Zähigkeit zu verbessern und die Rissbildung zu verringern.

Beim Abschrecken ist zu beachten, dass bei langsamer Abkühlung die Härte nicht ausreicht und die erforderliche Verschleißfestigkeit nicht erreicht werden kann. Beim Anlassen verbessert sich die Zähigkeit, wenn die Temperatur zu hoch ist, aber umgekehrt nimmt die Härte ab und die Verschleißfestigkeit kann nicht erreicht werden; daher ist es wichtig, die Temperatur unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen den beiden Faktoren festzulegen und zu steuern.

Was ist ein UV-Intensitätsmessgerät?

Ein UV-Intensitätsmessgerät ist ein Gerät, das die Intensität der ultravioletten Strahlung misst. Ultraviolettes Licht hat eine sehr kurze Wellenlänge und ist für das menschliche Auge unsichtbar. Im Allgemeinen liegt der Bereich des ultravioletten Lichts zwischen 10 nm und 400 nm.

Ultraviolettes Licht wird für die Sterilisation verwendet, da es aufgrund seiner kurzen Wellenlänge energiereicher und damit wirksamer für die Sterilisation ist und es mit Sauerstoff interagiert, um Ozon zu erzeugen. Andererseits hat die DNS bei bestimmten Wellenlängen des ultravioletten Lichts eine Absorptionsbande, die für den menschlichen Körper schädlich ist, weil die DNS geschädigt wird, wenn sie ultraviolettes Licht absorbiert.

Wegen seiner verschiedenen anderen Wirkungen ist es eine sehr wichtige Lichtquelle für industrielle Zwecke. Aus diesem Grund ist es wichtig, die UV-Strahlung zu messen, und zur Messung der Intensität ist ein UV-Intensitätsmessgerät erforderlich.

Anwendungen von UV-Intensitätsmessgeräten

UV-Licht hat eine breite Palette von Anwendungen. In Zahnkliniken werden Kunststoffe durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht gehärtet, wenn sie mit Harz gefüllt werden. UV-Licht wird auch zur Aushärtung von Halbleiterresisten verwendet. Bei diesem Verfahren muss die Intensität des UV-Lichts regelmäßig mit einem UV-Intensitätsmessgerät überprüft werden, da die Aushärtung nicht ordnungsgemäß erfolgt, wenn die Intensität des UV-Lichts aufgrund einer Verschlechterung der UV-Bestrahlungslampe abnimmt.

UV-Intensitätsmessgeräte werden auch in Labors zur Durchführung von Experimenten mit ultravioletter Strahlung, zur Bewertung der Eigenschaften von Solarzellen, bei der medizinischen Behandlung von Vitiligo und zur Kontrolle der Lichtintensität bei der Sterilisation von Lebensmitteln und anderen Produkten eingesetzt.

Funktionsweise von UV-Intensitätsmessgeräten

Quecksilberhochdrucklampen werden häufig als Quelle für ultraviolette Strahlung verwendet. Der Quecksilberdampf wird durch eine Glimmentladung im Inneren der quecksilbergefüllten Lampe angeregt und sendet Licht aus, das einen hohen Anteil an ultravioletter Strahlung enthält.

Es gibt noch andere Lampentypen, die Excimer genannt werden und ultraviolettes Licht durch die Erzeugung eines angeregten Dimers emittieren. Diese werden oft als Excimer-Laser verwendet, zeichnen sich aber dadurch aus, dass sie ein einziges Licht mit einer kurzen Wellenlänge, wie z. B. ultraviolettes Licht, erzeugen.

Sowohl Hochdruck-Quecksilberlampen als auch Excimer-Lampen haben gemeinsam, dass sie sich mit der Zeit abnutzen. Daher ist es wichtig, die Intensität regelmäßig mit einem UV-Intensitätsmessgerät zu überprüfen, insbesondere in Branchen, die eine strenge UV-Intensität erfordern, wie z. B. die Halbleiterindustrie.

UV-Intensitätsmessgeräte verwenden Silizium-Photodioden, die UV-Strahlung erkennen und quantifizieren, wenn sie durch UV-Licht angeregt werden und Strom durch die Silizium-Photodiode fließt.

Was ist ein Präzisionsregler?

Ein Präzisionsregler ist ein Gerät unter den Reglern, mit dem sich der Druck mit hoher Präzision einstellen lässt.

Ein Ventil, das eine unter hohem Druck stehende Flüssigkeit auf einen konstanten Druck reduziert, wird als Regler oder Druckminderer bezeichnet und bezieht sich im Allgemeinen auf pneumatische Geräte, die mit Druckluft arbeiten. Allgemeine Regler haben eine Wiederholbarkeit von etwa ±1 % der vollen Spanne, während Präzisionsregler eine Wiederholbarkeit von etwa 0,5 % der vollen Spanne haben.

Es gibt auch Präzisionsregler mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,1 % oder weniger.

Anwendungeng von Präzisionsreglern

Präzisionsregler können den Druck nach dem Ventil mit hoher Präzision einstellen und werden daher eingesetzt, wenn pneumatische Stellglieder wie z. B. Druckluftzylinder genau geregelt werden müssen.

Konkrete Beispiele sind die Spannungsregelung in Druckmaschinen und Kunststofffolienverarbeitungsmaschinen, die Druckregelung in Poliermaschinen und Schneidemaschinen sowie die Regelung der Chemikalien- und Probenzufuhr.

Die an die Umgebung angeschlossene pneumatische Ausrüstung ähnelt der eines Standardreglers, mit Luftfiltern und Nebelabscheidern.

Funktionsweise von Präzisionsreglern

Die Regulierfeder des Präzisionsreglers ist mit einem Einstellknopf verbunden, und die Haltekraft der Regulierfeder wird durch Drehen des Einstellknopfes eingestellt.

1. Druckeinstellung, wenn die Primärseite einen höheren Druck hat

Wenn die Primärseite einen höheren Druck hat, strömt Druckluft in die Sekundärseite, wenn der Druckunterschied zwischen der Primärseite und der Sekundärseite größer ist als die Haltekraft der Reglerfeder und mit der Haltekraft ausgeglichen wird. 

2. Druckeinstellung bei höherem Druck auf der Sekundärseite

Wenn die Sekundärseite unter höherem Druck steht, wird die Luft auf der Sekundärseite vom Überdruckventil nach außen abgelassen. Die Druckdifferenz zwischen Primär- und Sekundärseite wird durch die Haltekraft der Regelfeder bestimmt, sodass der Druck auf der Sekundärseite eingestellt werden kann.

3. Andere Druckeinstellungsmethoden

Einige Modelle haben kein Überdruckventil und keine Ablassfunktion für den Fall, dass auf der Sekundärseite ein hoher Druck entsteht.

Pilotgesteuerte Regler, bei denen der Druck auf der Sekundärseite zur Betätigung eines größeren Reglers verwendet wird, können ebenfalls verwendet werden, wenn der verwendete Durchfluss hoch ist.

Aufbau von Präzisionsreglern

Präzisionsregler bestehen im Wesentlichen aus einem Ventil, das die Primär- und Sekundärseite trennt, einer mit dem Ventil verbundenen Regelfeder und einem Überdruckventil auf der Sekundärseite.

Es gibt drei Arten von Membranen: die Luftzufuhrmembran, die das Ventil bei der Luftzufuhr nach unten drückt; die Auslassmembran, die beim Auslassen eine Kraft ausübt; und die Düsenmembran, die den Düsenspalt einstellt.

Weitere Informationen zu Präzisionsreglern

1. Funktion des Überdruckventils

Wenn der Druck im Präzisionsregler steigt, öffnet sich das Überdruckventil automatisch, um den Druck abzulassen. Das Überdruckventil sorgt für eine zuverlässige Restdruckentlüftung, auch wenn es zu einem Rückfluss aus dem Tank usw. kommt.

Wenn der Druck den Auslegungsdruck des Tanks übersteigt und der Tank bricht, kann dies zu einem schweren Unfall führen, der durch das Überdruckventil verhindert wird.

2. Rolle der Membrane

Wenn der Griff gedreht wird, vergrößert sich der Spalt zwischen ihm und dem Stutzen über die Druckregelfeder. Der von der Primärseite einströmende Versorgungsdruck gelangt zwischen die Düsen und wirkt als Düsengegendruck auf die Luftzufuhrmembran.

Die Kraft, die das Ventil nach unten drückt, ist die Kraft, die in dieser Luftzufuhrmembran erzeugt wird. Wenn das Ventil nach unten gedrückt wird, fließt der Versorgungsdruck zur Sekundärseite ab. Der ausströmende Luftdruck wirkt auf die Entlüftungsmembran und wirkt der von der Luftzufuhrmembran erzeugten Kraft entgegen. Die Düsenmembran wird z. B. aktiviert, wenn der eingestellte Druck zu hoch ansteigt.

Die Düsenmembran wird nach oben gedrückt, wodurch ein Spalt um sie herum entsteht. Der in die Atmosphäre strömende Düsengegendruck verursacht ein Ungleichgewicht zwischen der Luftzufuhrmembran und der Abluftmembran, wodurch sich das Ventil schließt und das Abluftventil öffnet, wodurch der Überdruck in die Atmosphäre entweicht.

Druckabweichungen werden durch diesen Mechanismus genau erkannt, sodass eine präzise Druckregelung möglich ist.

Was ist ein Präzisionstisch?

Präzisionstische sind Tische, die in X- und Y-Richtung oder in Drehrichtung präzise bewegt werden können. Die Achsen, die bewegt werden können, variieren je nach Modell, und es gibt verschiedene Arten von Präzisionstischen, die von einer bis zu vier oder mehr Achsen reichen.

Die Bewegung des Tisches erfolgt über eine Vorschubspindel mit kleiner Steigung. Mit Hilfe eines Mikrometers oder eines Motors mit Untersetzungsgetriebe kann der Tisch in der Größenordnung von Mikrometern bewegt werden, wodurch er sich für die Betrachtung sehr kleiner Proben eignet.

Der Tisch kann zwar präzise bewegt werden, der Bewegungsbereich beträgt jedoch nur wenige Zentimeter, sodass er für Anwendungen, die große Tischbewegungen erfordern, nicht geeignet ist.

Anwendungen von Präzisionstischen

Präzisionstische können unabhängig und präzise in jeder Achsenrichtung, wie der X-, Y- und Z-Achse, sowie in der Drehrichtung der anderen drei Achsen bewegt werden und werden daher verwendet, wenn die Position einer Probe genau kontrolliert werden muss.

Sie können als Tische für Mikroskope zur Beobachtung von Mikroobjekten wie z. B. Halbleiterelementen, als Tische zur Fixierung von Werkstücken für die Präzisionsbearbeitung mit Bearbeitungsmaschinen, als Prüftische zur Ausrichtung der optischen Achsen bei der Inspektion optischer Linsen und als Tische zum Fügen von Teilen bei der Hochpräzisionspositionierung verwendet werden. Präzisionstische können auch als Tische für das Zusammenfügen von Teilen bei der Hochpräzisionspositionierung verwendet werden.

Funktionsweise von Präzisionstischen

Präzisionstische bestehen aus einer hochpräzisen Linearführung, einer Vorschubspindel und einem Mikrometer oder einem Motor mit Untersetzungsgetriebe zum Drehen der Vorschubspindel, und zwar so viele, wie es bewegliche Achsen gibt. Eine einzige Verlängerung der Vorschubspindel bewegt den Tisch um die Steigung der Spindel (einige Zehntel Millimeter).

Bei Verwendung eines Mikrometers kann der Verfahrweg durch Ablesen einer speziellen Skala auf dem Mikrometer bestimmt werden.

Bei Verwendung eines Motors wird ein Drehgeber in den Motor eingebaut, um die Anzahl der Umdrehungen zu erfassen und so den Verstellweg zu steuern.

Je nach Anwendung sind Präzisionstische als einachsige Tische mit nur einer X-Achse, als zweiachsige Tische mit X- und Y-Achse und als 3- bis 6-achsige Tische mit Z-Achse und Rotation erhältlich. Da jedoch der Preis eines Präzisionstisches mit der Anzahl der beweglichen Achsen steigt, empfiehlt es sich, einen Tisch mit den minimal erforderlichen Spezifikationen zu wählen.

Was ist ein integrierter Durchflussmesser?

Ein integrierter Durchflussmesser ist ein Durchflussmesser, der den kumulativen Wert des Flüssigkeitsdurchflusses anzeigt.

Sie werden für eine Vielzahl von Flüssigkeiten wie Kühlwasser und Argon verwendet. Es gibt zwei Arten von Durchflussmengen: die momentane Durchflussmenge und die summierte Durchflussmenge.

Ersterer bezieht sich auf die Durchflussmenge pro festgelegter Zeit, während letzterer die kumulierte Durchflussmenge seit Beginn der Messung bezeichnet. Integrierte Durchflussmesser messen letztere und werden zur Messung des kumulierten Durchflusses einer Flüssigkeit verwendet.

Anwendungen von integrierten Durchflussmessern

Integrierte Durchflussmesser werden in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt. Momentane Durchflussmesser werden häufig für die Prozesssteuerung und -kontrolle verwendet, während integrierte Durchflussmesser zum Beispiel für den Handel und die Überwachung von Emissionsstandards eingesetzt werden. Nachfolgend einige Beispiele für Anwendungen von integrierten Durchflussmessern:

1. Management der Flüssigkeitsversorgung

Sie werden zur genauen Messung und Steuerung von Flüssigkeitsvorräten eingesetzt. Bekannte Beispiele sind Wasserzähler und Gaszähler. Der monatliche Verbrauch kann berechnet werden, indem der Wert zu Beginn des Monats überprüft oder zurückgesetzt und am Ende des Monats erneut überprüft wird.

Sie können auch zur Messung flüssiger Brennstoffe wie Schwer- oder Leichtöl in Produktionsstätten verwendet werden. Flüssige Brennstoffe werden häufig mit Tankwagen usw. transportiert, und das Transaktionsvolumen wird mit Hilfe eines integrierten Durchflussmessers, der am Fahrzeug angebracht ist, kontrolliert.

2. Energiemanagement

Integrierte Durchflussmesser werden zur Messung von Energieversorgung und -verbrauch eingesetzt. Sie werden z. B. zur Kontrolle des Kraftstoffverbrauchs (z. B. Dieselkraftstoff) oder des Kühlwasserverbrauchs eingesetzt und tragen so zu einer verbesserten Energieeffizienz und Kosteneinsparungen bei. Häufig werden sie auch zur Kontrolle des Volumens von Flüssigbrennstoffen und Wassertransaktionen eingesetzt.

3. Umweltüberwachung

Sie werden auch in der Umweltüberwachung eingesetzt. Dazu gehören die Kontrolle der Wasserqualität, die Durchflussmessung in Kläranlagen und die Messung von Emissionen in die Atmosphäre. Da die Menge der von Anlagen abgegebenen Emissionen und Abwässer häufig durch Verordnungen geregelt ist, wird der integrierte Durchflussmesser zur Kontrolle sowohl des Emittenten als auch der Behörden eingesetzt.

Die Menge des eingeleiteten Abwassers kann auch mit einem integrierten Durchflussmesser kontrolliert werden. Urin und andere Abfälle werden beispielsweise nach der Reinigung in einer kombinierten Klärgrube ins Meer oder in einen Fluss eingeleitet. Auch für die Abwasserentsorgung werden Benutzungsgebühren erhoben, die mit einem integrierten Durchflussmesser ordnungsgemäß überprüft werden.

Funktionsweise von integrierten Durchflussmessern

Der summierte Durchfluss wird durch Multiplikation des momentanen Durchflusses mit der Zeit ermittelt. Der momentane Durchfluss kann jedoch bei Durchflussänderungen instabil sein, sodass der summierte Wert oft nicht genau angezeigt wird. Daher wird der summierte Wert mit einem integrierten Durchflussmesser gemessen.

Da der integrierte Durchflussmesser den Gesamtwert genau messen muss, werden Messprinzipien wie die volumetrische Methode verwendet. Bei der volumetrischen Methode wird das Volumen der Flüssigkeit gemessen, während sie durch das Rohr fließt. Für die volumetrische Messung werden Zahnräder verwendet, und auch die Durchflussmenge von hochviskosen Flüssigkeiten wie Benzin kann genau gemessen werden.

Arten von integrierten Durchflussmessern

Es gibt verschiedene Arten von integrierten Durchflussmessern. Im Folgenden sind Beispiele für Typen von integrierten Durchflussmessern aufgeführt:

1. volumetrischer Durchflussmesser

Volumetrische Durchflussmesser messen direkt das Volumen der durchfließenden Flüssigkeit und berechnen die Durchflussmenge. Zur Messung des Volumens werden Turbinen oder Zahnräder verwendet.

Da das Volumen der Flüssigkeit direkt gemessen wird, ist die Messgenauigkeit sehr hoch. Da genaue Durchflussdaten gewonnen werden können, werden sie z. B. zur Messung der Durchflussmenge wertvoller Flüssigkeiten wie Kraftstoff verwendet.

Außerdem sind sie robust gebaut und langlebig. Wenn sie ordnungsgemäß gewartet und unter geeigneten Umgebungsbedingungen eingesetzt werden, können sie über einen langen Zeitraum hinweg zuverlässige Werte messen.

2. Wirbeldurchflussmesser

Wirbeldurchflussmessgeräte messen die Durchflussmenge, indem sie die Entstehung und Veränderung von Wirbeln im Flüssigkeitsstrom erfassen. Während die Flüssigkeit durch das Rohr fließt, werden Wirbel erzeugt, und die Durchflussmenge wird durch Messung der Frequenz und Amplitude dieser Wirbel geschätzt.

Es können sowohl Gase als auch Flüssigkeiten gemessen werden. Es wird hauptsächlich zur Messung der Durchflussmenge von Dampf und sauberem Wasser verwendet. Sie sind jedoch nicht für Flüssigkeiten geeignet, die Schlämme oder Pulver enthalten, da die Messöffnungen verstopft werden.

Sie sind im Allgemeinen robust gebaut und haben keine beweglichen Teile im Inneren, was sie langlebig und zuverlässig macht. Sie schätzen die Durchflussmenge auf der Grundlage der Wirbelerzeugung und -veränderung und können daher mit hoher Genauigkeit messen. Außerdem haben sie nur wenige bewegliche Teile und sind relativ leicht zu warten.

3. thermische Durchflussmesser

Thermische Durchflussmesser messen die Durchflussmenge unter Ausnutzung des Effekts der Wärmeleitung oder der thermischen Abkühlung durch den Flüssigkeitsstrom. Zu den gebräuchlichen Arten von Durchflussmessern gehören Hitzdraht-Durchflussmesser und Durchflussmesser mit thermischer Streuung. Sie verwenden eine Wärmequelle und einen Sensor, um Temperaturunterschiede festzustellen und die Durchflussmenge aus diesen Veränderungen zu schätzen.

4. elektromagnetische Durchflussmesser

Elektromagnetische Durchflussmesser nutzen die Leitfähigkeit einer Flüssigkeit, um die Durchflussmenge zu messen. Die Durchflussmenge wird berechnet, indem die Flüssigkeit durch ein Magnetfeld geleitet und die erzeugte Potenzialdifferenz gemessen wird.

Die Durchflussmenge kann berührungslos gemessen werden und zeichnet sich durch einen äußerst geringen Druckabfall aus. Die Messung ist jedoch auf leitende Objekte beschränkt. Öle wie z. B. Schweröl können damit nicht gemessen werden.

Was ist ein Vakuumgebläse?

Ein Vakuumgebläse ist eine Art von Vakuumerzeuger. Es gibt drei Arten von Vakuumerzeugern: Ejektoren, Vakuumpumpen und Vakuumgebläse. Sie werden für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Die Hauptanwendungen des Vakuums sind die Adsorption durch Sauggreifer und die Entgasung durch Druckentlastung des Systems.

Vakuumpumpen und Vakuumgebläse hingegen werden elektrisch angetrieben und können effizient ein Vakuum erzeugen. Ejektoren können auch in gefährlichen Bereichen eingesetzt werden, da sie Luft als Antriebskraft verwenden.

Anwendungen von Vakuumgebläsen

Eine Anwendung von Vakuum ist das Saugen mit Sauggreifern. Damit wird ein Werkstück beim Transport, z. B. mit einem Roboter, durch Saugen angehoben. Eine andere Anwendung ist die Entgasung durch Druckreduzierung im System. Dies wird z. B. verwendet, um Luft (Sauerstoff) aus einer oxidationsanfälligen Substanz zu entfernen und so die Oxidation zu verhindern.

Vakuumgebläse werden zur Adsorption von entlüfteten Werkstücken eingesetzt. Sie zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie hohe Durchflussmengen und damit große Saugvolumina erzeugen können.

Funktionsweise von Vakuumgebläsen

Vakuumgebläse versetzen eine eingebaute Schaufel (Laufrad) durch die Drehung eines Motors in Rotation. Durch die Drehung des Laufrads wird Gas angesaugt. Durch das Ansaugen des Gases in das Gehäuse wird es beschleunigt und komprimiert. Dies bedeutet, dass mechanische Energie vom Laufrad auf die Luft übertragen wird. Die Luft wird von den Laufradschaufeln angesaugt, wodurch auf der Vakuumseite ein Unterdruck entsteht.

Vakuumgebläse zeichnen sich durch ein hohes Saugvolumen aus. Andererseits ist der erzeugte Unterdruck gering. Auch gilt grundsätzlich, je luftdurchlässiger das zu saugende Werkstück ist, desto effizienter kann es genutzt werden.

Ein Vakuum kann durch ein Vakuumgebläse erzeugt werden, um das Ansaugen durch den Sauggreifer zu ermöglichen. Das Werkstück wird durch den atmosphärischen Druck festgehalten, wenn der Umgebungsdruck höher ist als der Druck, der zwischen Sauggreifer und Werkstück herrscht. Die Saugkraft des Sauggreifers ist direkt proportional zur Druckdifferenz zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druck im Inneren des Sauggreifers. Der Druck im Sauggreifer wird durch die Kraft des Vakuumgebläses abgebaut.