Bereits vor über 60 Jahren wurden in den DSET-Laboratorien in der Sonora-Wüste Arizonas Bewitterungsgeräte entwickelt, die das Sonnenlicht mit geeignet angeordneten Spiegelsystemen auf eine gekühlte Probenebene reflektieren. Typisch für solche Anlagen sind bis heute zehn Spiegel in einer sogenannten Fresnel-Geometrie. Diese Gestelle wurden "Equatorial Mount with Mirrors for Acceleration" (EMMA) getauft und später mit Wasser-Sprühdüsen ausgerüstet (EMMAQUA). Die Systeme erfordern Sonnennachführung, was früher manuell, heute automatisch durchgeführt wird, sowie möglichst klaren Himmel. Wegen der beträchtlichen Wolkenbedeckung sind derartige Systeme für subtropische oder gemäßigte Zonen weniger geeignet. Die beschleunigte Freibewitterung mit Fresnel-Spiegelsystemen, die dem Sonnengang folgen und die solare Strahlung konzentrieren, ist seit vielen Jahren etabliert und vielfach genormt. Mit den Spiegeln ist auf der Prüffläche eine Erhöhung der Globalstrahlung bis zum Achtfachen und im UV-Bereich bis zum Fünffachen der natürlichen Strahlung möglich. Durch die Nutzung natürlicher Sonnenstrahlung ergeben sich in verkürzter Testzeit in der Regel vergleichbare Resultate zur statischen Freibewitterung.
Cool-Mirror-Technologie
Technische Einschränkungen bestanden in der Vergangenheit überwiegend durch die hohen Temperaturen, die durch die Konzentration der langwelligen Sonnenstrahlung entstehen können. Vor allem thermisch schlecht leitende Probenkörper wie Kunststoffe und Komposite oder thermisch empfindliche Materialien wie PVC und Polyolefine sind für die klassischen Systeme nur bedingt geeignet. Erhöhte Temperaturen können durch die Anregung chemischer Reaktionen mit hohen Aktivierungsenergien nicht nur den Wetteralterungs-Prozess verfälschen, sondern auch andere Auswirkungen auf die Materialien haben, zum Beispiel Thermolyse, Verfärben, Verkohlen oder Verformen der Proben. Dies führte zur Entwicklung einer neuen Generation von Spiegelgestellen (LT-EMMAQUA), die anstatt der klassischen Spiegel sogenannte „Cool Mirrors“ oder "Kaltspiegel" verwenden. Diese reflektieren nur die kurzwellige sichtbare und die UV-Strahlung, sind aber optisch durchlässig für die langwellige sichtbare und die IR-Strahlung. Damit wird die Aufheizung deutlich reduziert. Die Cool-Mirror-Technologie ermöglicht nicht nur eine Erweiterung des Anwendungsbereichs für die beschleunigte Freibewitterung auf temperaturempfindliche Materialien, sondern auch eine Intensivierung der konzentrierten Sonnenstrahlung. Indem die Anzahl der Spiegel von 10 auf 20 verdoppelt wird, kann man den Beschleunigungsfaktor gegenüber Florida auf 10 bis 12 steigern. Die entsprechende Technologie heißt Ultra-Accelerated(UA)-EMMAQUA.
Flexible Hybrid-Ausführung
Der jüngste Entwicklungsschritt ermöglicht jetzt, neben der Bestrahlungsstärke auch die Prüftemperatur über bestimmte Bereiche einzustellen. Dies wird durch kontrollierte Luftkühlung und variable Kombination von traditionellen Spiegeln und "Cool Mirrors" realisiert. Bei diesen flexibel konfigurierbaren Fresnel-Apparaturen handelt es sich quasi um eine Mischtechnologie aus klassischen undurchsichtigen und IR-transparenten Kaltspiegeln (EMMAQUA-Hybrid).
Der komplette Beitrag ist in der Mai/Juni-Ausgabe von JOT erschienen.
Autor(en): Andreas Riedl, Atlas Material Testing Technology
