FAQ: Dichtigkeit – Wohl nicht ganz dicht?

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Ralf
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FAQ: Dichtigkeit – Wohl nicht ganz dicht?

Beitrag von Ralf » Di 17. Okt 2006, 18:14

Dieses Thema ist einer der Klassiker. Mittlerweile so umfassend geworden, dass ich es hier zu einem grossen FAQ-Thread zusammenfasse, aber mit mehreren Beiträgen.
  • Der Prolog
    Dies hier als Inhaltsverzeichnis. Nein, man muss nicht alles lesen.
  1. Sind wir nicht alle ein bisschen - nicht ganz dicht?
    Was ist (Un-)Dichtigkeit? Klingt so trivial, wird aber regelmässig falsch verwendet.
  2. Prüfdruck und Betriebsdruck, der kleine Unterschied
    Druckfestigkeit und ihre richtige Bedeutung.
  3. Making Whoopie
    Wie funktioniert die Überprüfung auf Dichtigkeit? Die Beschreibung der verschiedenen Verfahren und Bilder von Prüfgeräten.
  4. Warum die Badewannenkurve auch für Freischwimmer wichtig ist
    Warum regelmässig auf Dichtigkeit prüfen? Warum Wartung die Lebensdauer zwar nicht erhöht, aber trotzdem das Risiko reduziert!
  5. Kondenswasserprüfung
    Teil der Prüfung einer Taucheruhr nach DIN 8306, aber auch für "normale" Uhren anwendbar.
  6. Der saumässige Wasserfördereffekt
    Ein Spezialfall, der es in sich hat.
  7. Die Massangaben
    Ein bisschen Ordnung ins Chaos der Physik bringen und Theorie für Freunde ebendieser.
(Angesichts von mehr als 5300 Wörtern mit deutlich über 34000 byte die Rechdschreipfähler bitte einfach ignorieren)
Man liest sich!

Ralf

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Beitrag von Ralf » Di 17. Okt 2006, 18:15

ERSTES KAPITEL
Sind wir nicht alle ein bisschen - nicht ganz dicht?


Wir stellen uns mal ein Fischernetz vor. Das hat viele Maschen. Auf der einen Seite schwimmen viele Fische. Sind die Fische grösser als die Maschen, kommen sie da nicht durch. Für die ist das Netz "dicht". Und dann gibt es die kleinen Fische, die können da durchschwimmen, sozusagen "undicht". Je undichter das Netz ist, desto mehr. Aber nicht nur das Netzt spielt eine Rolle. Wenn innen und aussen die gleiche Fischdichte ist, schwimmen soviel rein wie raus, als bleibt alles beim alten, keine Änderung. Ist jedoch auf einer Seite eine höher Fischdichte schwimmen mehr auf die leere Seite. Man kann also rechnen: Durchgeschwommen Fische pro Zeit ist gleich die Dichtigkeit des Netzes mal die Differenz der Fischdichte. Fische kann man zählen, bei Gasen ist das schwieriger.

Deswegen benutzen die Techniker einen Trick. Die sagen nicht so-und-so-viele Atome, sondern die "Menge". Nicht "soviel Liter", weil man Gas ja zusammen drücken kann. 1 Liter Gas bei 1 bar (=1000 hPa bzw. mBar) ist die selbe Menge Gas wie 0,5 Liter bei 2 bar oder 0,1 Liter bei 10 bar. Also Menge / Zeit in mBar l / s (Millibar mal Liter pro Sekunde). Theoretisch müsste man noch die Temperatur mit angeben, aber man hat praktisch einfach vereinbart, das es bei normaler Raumtemperatur 20°C gilt. Manch einem schlummert vielleicht noch der Begriff "Mol" aus dem Chemieunterricht im Hirn, das ist sowas ähnliches wie mBar l .

Es gibt Netze mit kleinen Maschen, und Netze mit grossen Maschen. Je kleiner die Maschen sind, desto steifer und unbeweglicher wird das Netz.

Speziell Kristalle, aber auch unterkühlte Flüssigkeiten, haben nur sehr kleine Löcher, Kunststoffe und Elastomere viele und grössere. Bei Kristallen stehen alle Atome in Reih und Glied, das nennt man Kristallgitter. Bei ganz feinen Netzen kann man auch nur ganz schwer ganz grosse Stücke herstellen, da muss man dann mehrere kleine Stücke zusammennähen, und an der Naht entstehen dann gerne doch wieder richtig grosse Löcher.

Metall ist im Prinzip Kristall, nur leider viele Kristalle, und da, wo die Kristalle aneinander stossen entstehen Fehlstellen, Korngrenzen genannt, analog wie die Nähte. Gott sei dank gibt es Fehlstellen, sonst wäre der Stahl butterweich, das hatten wir ja schon mal in einem andern Thread.

Bei Kunststoffen hängen die Molekülketten meist so rum wie Spaghetti auf dem Teller. Nun ist ein Netz üblicherweise eine Lage, deswegen weiter mit dem Beispiel Spaghetti. Habe ich nur eine Lage Spaghetti, läuft die Sosse sofort durch bis auf den Teller. Je mehr Spaghetti, desto weniger kommt unten an. Und wenn ich auf einen grossen Topf mit Spaghetti oben Sosse drauf kippe, kommt gar nichts mehr unten an. Auch die Dichtigkeit ist eine Frage der Dicke des Materials! Oder wenn man mal anguckt, wie wenig an einem Baum "Blätter" und wie viel "Luft" ist, und trotzdem kann er ganz gut den Regen abhalten.

Bei Stahl reicht ein zehntel Millimeter, dass nur nach ein paar einsame H2O Moleküle durchkommen, die nichts und niemandem schaden. Bei Elastomeren, die Platz brauchen, damit sich die Ketten richtig strecken können - Elastomer kommt ja von elastisch - braucht man viel mehr, ganz grob mindestens einen halben Zentimeter, damit es richtig wasserdicht wird. Ganz schlimm sind auch gesinterte, also aus Körnchen zusammengebackene Werkstoffe. Teflon z.B., das richtig Polytetrafluoretylen heisst, kurz PTFE, ist sowas!

Während die Sosse und der Regen immer nach unten wandern passiert bei den Molekülen aber so was ähnliches wie bei den Fischen. Die wandern überall hin, wo eine passende Nische ist. Genauso wandern Moleküle überall hin, wo noch keine der gleichen Art sind. Auch wenn schon sehr viele von einer andern Art dort sind. Selbst wenn auf der einen Seite ein höherer Luftdruck, aber keine Wassermoleküle sind, wandern Wassermoleküle von der andern Seite gegen den Druck herüber, solange bis die gleiche Konzentration erreicht ist.

Nun ist ein einzelner Spaghetti schon relativ dick im Vergleich zu Uhrendichtungen. Deswegen können diese Dichtungen gar nie so richtig perfekt dicht sein. Müssen sie aber ja auch nicht sein. Es reicht ja, wenn die Dosis an Wassermolekülen, die rein geht, solange die Uhr im Nassen ist, klein genug ist. Klein genug meint, dass sich kein Wasser zu Flüssigkeit zusammenballt, es also innen in der Uhr nicht regnet.

So das war "dicht" im üblichen Sinne, also "wasserdicht". Nun sollte auch schon klar sein, dass es eigentlich um die losen rumvagabundierenden Wassermoleküle geht, also Wasser im Aggregatzustand gasförmig (und warum man Taucheruhren trocken lagern soll). Damit kommen die verschiedenen anderen Gase jetzt mit ins Spiel. Bleiben wir mal bei Luft. H2O gehört schon zu den dickeren Molekülen. Am anderen Ende liegt Helium.

Da die Leckrate, also die Konstante für die Dichtigkeit aus den o.g. Formeln, technisch mit Helium gemessen wird, wurde das mal als Masstab mit 1 definiert. Dann sind Argon = 0,883; Luft = 1,08; Stickkstoff = 1,13 und Wasserdampf = 2,09 . Es geht einfach halb soviel Wasserdampf durch wie Luft, sozusagen ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor, bezüglich Wasser sind wir mit einer Prüfung in Luft folglich auf der sicheren Seite.

So, wenn Helium 1 und Luft 1,08 ist, warum dann die Story mit dem Helimventil? Weil die Löcher, was man so "undicht" nennt gar nicht so arg klein sind. Sie sind so gross, dass die Einheit als Zeitbasis Sekunden hat. Kommen die Löcher in die gleiche Grössenordnung wie die Moleküle selber, wird der Fluss SEHR langsam.

Ganz genau genommen kann man zwei Arten Löcher unterscheiden. Die kleinen Löcher, durch die es so richtig strömt, dass die Dichtigkeitsprüfung beim Uhrmacher anspricht (über 10 hoch -5 mBar l / s) und die ganz kleinen mit molekularem Durchgang, in denen wirklich nur einzelne Atome durchpassen (unter 10 hoch -7 mBar l / s), das nennt man dann Diffusion oder Permeation. Hier wirkt sich zusätzlich eine höhere Temperatur steigernd auf die Geschwindigkeit aus, eine höhere Molekülmasse senkend.

Wie schon gesagt, Elastomere sehen da nicht so gut aus: Permeationskoeffizient (x 10 hoch -8 ): Gummi: 15 bis 25, Kunststoffe wie Neopren oder PE 3 bis 5, Hypalon und Butyl kommt noch ganz gut weg (hab bloss keine Zahlen parat) im Vergleich zu Glas mit unter 0,1 (ach ja, Teflon: über 500!).


Dann geht es nicht mehr um Sekunden, sondern um Stunden, Tage, Wochen. Bei so kleine Löchern ändern sich nun die Verhältnisse zwischen den verschieden Luftbestandteilen. Aus zwei Gründen: erstens kommen nur die Edelgase als Atome vor, bei alle anderen ballen sich mehrere zu einem Molekül zusammen. Zweitens haben die Edelgasmoleküle kein Interesse daran, mit der Wand im Loch irgendwo irgendwelche atomaren Bindungen einzugehen, im Gegensatz zum Beispiel zum Sauerstoff O2. Selbst bei Stahl sind dann 0,3 mm Wandstärke erforderlich, damit nicht allzu viele Heliumatome an den Korngrenzen durchschlüpfen. Bei elastischen Dichtungswerkstoffen über 10 mm, manche, z.B. faserverstärkte, sind überhaupt nicht diffusionsdicht. Und speziell zwischen Glas und Metall muss es schon etwas elastisch sein, um die unterschiedliche Wärmeausdehnung auszugleichen.

Eigentlich macht jeder die Erfahrung mit dem blöden Helium schon als kleines Kind: Der wunderschöne Ballon vom Jahrmarkt ist nach ganz kurzer Zeit schon ganz schrumpelig.

Und das, obwohl die Druckdifferenz zwischen innen und aussen weniger als einem halben Meter Wassersäule entspricht (~20 – 50 hPa). Und das, obwohl durch die extreme Spannung im Kunststoff der Hülle die Moleküle sehr gut ausgerichtet sind, also viel enger als bei einer Dichtung liegen.

Und deswegen lohnt es sich im Physikunterricht aufzupassen: Damit man später nicht so leicht auf irgendwelche dummen Werbesprüche reinfällt.
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Ralf

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Beitrag von Ralf » Di 17. Okt 2006, 18:17

ZWEITES KAPITEL
Prüfdruck und Betriebsdruck, der kleine Unterschied

(Wie manch anderer kleiner Unterschied aber auch WICHTIG!)

Nachdem der Dichtigkeit-Teil verdaut ist sollte jetzt klar sein, was dicht ist, wenden wir uns also mal kurz vom Fischernetz ab, um einen Blick auf eine Uhr zu werfen. Wenn wir Glück haben steht da was drauf, manchmal auf dem Zifferblatt, öfters auf dem Boden, und zusätzlich auf den Papieren. Zum Beispiel >water resistant 100m/333ft<. vielleicht sogar mit dem Zusatz >DIN 8310<. Geprüft nach Norm hört sich ja gut an. Nur leider hat man bei der Nomenklatur ein wenig geschludert. Man hat nämlich >water resistant< mit >Wasserdichtigkeit< übersetzt. Bei einem deutschsprachigen Exemplar steht dann >Wasserdichtigkeit 10 bar<. Und das wird fast immer falsch interpretiert. Denn die 10 bar sind KEIN Mass für die Dichtigkeit, sondern was ganz, ganz anderes.

Das erklärt sich auch wieder mit dem Fischernetz. Der Fischer will nämlich nicht nur wissen, wie viel Fische da durchschlüpfen können, sondern auch, wie viel er damit aus dem Wasser rausziehen kann. Wenn nämlich zu viele Fische im Netz sind, und er zieht und zieht und zieht, dann macht es auf einmal PENG (oder RATSCH), das Ding reisst durch, und der ganze schöne Fang verschwindet wieder in den Fluten. Gut für die Fische, schlecht für ... . Deswegen will er die Belastbarkeit wissen: Kann ich 50, 100 oder sogar 1000 Makrelen damit hochheben? Wie belastbar ist das Netz? Wann geht es kaputt? Je höher sich die Fische im Netz stapeln, desto höher wird der Druck auf die Maschen. Wie viel Kilo Fisch darf auf einen Quadratzentimeter Netz drücken ist eine Zahl, und die heisst bar (oder neu: 1 bar = 10000 Pascal = 0,1 N/mm²).

Nimmt man jetzt nicht Fisch im Netzt zum Drücken, sondern einfach nur Wasser auf eine Fläche, ist es in erster Näherung eine 10 Meter hohe Wassersäule, die einen Druck von 1 bar erzeugt. Die DIN 8306 schreibt jetzt vor, das der Druck in Wassersäule anzugeben ist - irgendjemand war der Überzeugung, die Umrechnung von Druck in Höhe Wassersäule könnte einen Taucher überfordern.

Damit ist nun das nächste Missverständnis vorprogrammiert. Die Zahl gibt nämlich nicht an, wie viel Fische man in der Praxis maximal im Netz haben soll, sondern, wie viele ein Netz unter Prüfbedingungen aushält. Das man auf einem stampfenden und rollenden Fischtrawler, bei eisigem Nordweststurm besser nicht an die Grenzen geht, die bei konstanter Temperatur im Labor gelten sollte jedem klar sein.

Das Gleich gilt auch für die Uhr, es handelt sich bei der Angabe eigentlich um einen Prüfdruck, nicht um einen zulässigen Betriebsdruck

Bei der Frage, wie viel soll man von der Grenze wegbleiben, stellen einem jetzt die Hersteller ein Bein. Die einen sagen, ich will da 2000 Fische drauf stehen haben, das verkauft sich besser, also prüf ich bis an die Grenze, und die 10%, die dabei kaputtgehen, schmeiss ich weg. Die andern Hersteller sagen: Damit mir aber dabei nie was kaputtgeht, bleib ich mit meinen Fischen lieber bei 1000. Das Teil hält zwar 2000 Fische aus, aber sicher ist sicher. Ausserdem darf er sowieso nur 120 Fische auf einmal fangen, sonst bekommt er Probleme mit dem Umweltschutz (und Amateure schaffen eh nur maximal 40 Fische).

Und deswegen können 30 m vom Hersteller X stabiler sein als 100 m von Y (und als Empfehlung für den praktischen Betriebsruck betrachtet werden, währen man bei Y besser selber einen deutlichen Sicherheitsbeiwert abzieht). Fachleute sagen zu dem, wo es tatsächlich kaputtgeht, Berstdruck.

Das Kaputtgehen ist dabei sowieso so 'ne Sache. Meistens ist kaputt gleich durchreissen, also undicht, muss aber nicht so sein. Kann auch verbogen, eingedrückt, etc, sein. als ein Überdehnen, das nach Entlastung nicht mehr in die ursprüngliche Form zurückgeht.

Bei der Uhr wird die Festigkeit vom Glas und vom Metall bestimmt, und solange das Glas keine Sprung hat oder der Boden nicht dünnpoliert wurde, ändert sich da auch nichts Grundlegendes. Selbst die Dichtung nimmt selber keinen Druck auf, sondern leitet ihn nur an den Dichtsitz weiter, und der ist aus Metall und/oder Glas. Das ist auch der Grund, warum an die Druckfestigkeit nicht jährlich überprüfen muss. Im Gegensatz zur Dichtigkeit, die hängt nur an dem Zustand der Dichtung, und die altert. Da wird die Prüfung, eben auf Dichtigkeit, zum Muss, wenn die Uhr wirklich und richtig nass wird.

Kurz zusammenfassen als Fazit:
Dichtigkeit heisst >wie viel Fische schlüpfen durch?<
oder >Wie gross sind die Maschen?<
Druckfestigkeit bedeutet >Wie viel Fische darf ich reintun?<
oder >Wie stark sind die Schnüre?<

>Wasserdicht x Meter< heisst Klartext, dass die Uhr bis zu einem Prüfdruck von x Metern nicht beschädigt wird und hinreichend dicht bleiben sollte. Es ist weder eine quantitative Angabe, wie gasdicht die Uhr ist, noch eine allgemeingültige Angabe, dass man diese Uhr praktisch bis zu dieser Tiefe benutzen soll. Wenn die Dichtigkeit nachlässt, hat das nichts mit der Druckfestigkeit zu tun. Wie weit man beim praktischen Einsatz vom Prüfdruck wegbleiben sollte, kann man nicht allgemeingültig sagen. Eine grobe Überschlagsrechnung wäre:
- Faktor 1,5 als üblicher minimaler Sicherheitsbeiwert
- Faktor 1,5 dafür, dass die Prüfung nicht bei Einsatztemperatur erfolgt
- Faktor 1,5 dafür, dass die Prüfung in Ruhe erfolgt, ohne dass die Uhr bewegt wird
- Faktor 1,5 dafür, dass Glas ziemlich schlecht reproduzierbar reagiert
Bildet man den Gesamtfaktor jetzt numerisch (1,5 hoch 4), wäre man bei Faktor 5, bei statistischer Berechnung (Wurzel aus {4 mal [1,5 hoch 2]})– nicht alle Worst-Case-Fälle gleichzeitig – immer noch bei 3. Es ist also keine abwegige Idee, sondern technisch durchaus üblich im Betrieb Faktor 3 bis 5 vom Prüfdruck Abstand halten zu wollen, selbst der Faktor 10 wäre vertretbar und wird dort, wo Materialien altern tatsächlich angewendet.
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Beitrag von Ralf » Di 17. Okt 2006, 18:20

DRITTES KAPITEL
Making Whoopie

Es gibt drei Methoden, die Dichtigkeit zu prüfen.

1) Trocken
Die Uhr wird auf eine Messapperatur gelegt, Glas nach oben und auf das Glas wird ein kleiner Messzeiger gelegt, der die Dicke der Uhr sehr fein aufgelöst anzeigt. Dann kommt eine Druckglocke drüber, die wird dicht gemacht und dann Luft in den Innenraum der Glocke (=Aussenraum der Uhr) gepumpt, so dass sich ein Druck von ein paar Bar aufbaut. Dadurch sollte die Uhr etwas zusammengedrückt werden, weil sich bei einer dichten Uhr eine Druckdifferenz innen (es bleibt bei ~ einem Bar) und aussen aufbaut. Keine Angst, es sind nur wenige Mikrometer! Ist die Uhr extrem undicht, steigt der Innendruck sofort mit dem Aussendruck zusammen an, die Dicke der Uhr bleibt unverändert.

Bild
© Hermann

Nachdem der Prüfdruck erreicht ist, wird er noch eine Weile auf konstantem Niveau gehalten. Typisch: 60 Sekunden, ganz moderne Geräte stellen selber eine Zeit abhängig von der Stärke der Verformung: je steifer das Gehäuse, desto länger wird gemessen, somit wird die Empfindlichkeit automatisch angepasst. Ist die Uhr dicht, bleibt die Dicke jetzt konstant. Ist sie etwas undicht, steigt der Druck innen langsam an. Entsprechend wird die Uhr wieder langsam dicker.

Druck ablassen, bei einer etwas Undichten nicht zu schnell, um nicht das Glas abzusprengen. Glocke aufmachen. Fertig.

+ Schnell
+ Eindeutiger quantitativer Messwert
+ Armband bleibt dran
- Keine Angabe, wo undicht

Variante ist mit Unterdruck, im Prinzip das Gleiche, nur, dass die Uhr bei Unterdruck etwas dicker anstatt dünner wird. Man prüft damit hauptsächlich den Sitz des Uhrglases. Könnte ja sein, des der (zu) lose ist und gerade der Überduck es so andrückt, dass es dicht wird. Sicher ist sicher.

Bild
Quelle: Prospekt ELMA, Deutschland
http://pdf.elma-ultrasonic.com/Ehskol07 ... 2000_D.pdf

Noblere moderne Geräte können beides, Über- wie Unterdruck. Nur da wird die Durchbiegung mit einem elektrischen Feintaster gemessen, und man sieht nicht wirklich viel. Dafür kann man ein Protokoll ausdrucken; sieht auf den ersten Blick aus wie ein Kassenbon.

Bild
Quelle: Datenblatt Witschi, Schweiz
http://www.witschi.com/download/Datenblatt_alc2000.pdf

Ein paar Eckdaten:
Prüfzeit 10 bis 300 s
Prüfdruck -0,8 bis +10 bar relativ
Messbereich Rückformung 0,1 bis 9,9% / min*
(*Anmerkung meinereinerseits:
0,1% pro Minute sind 5,9% pro Stunde oder 76% pro Tag!
Bei Uhren mit ø>35mm, und das sind heutzutage ja fast alle Herrenuhren, sollte die Rückverformung unter 0,5% pro Minute betragen. Damit wird sichergestellt, dass weniger als 0,00000005 Gramm Luft pro Bar und Minute die Seite wechseln. Das entspricht einer Heliumleckrate von 6 x 10E-4 mBar l /s - siehe zweites Kapitel.
)

Tipp für Neugierige:
http://www.witschi.com/download/ALC2000.zip
downloaden, entpacken und starten.

Tipp für mehr als nur Neugierige:

http://www.witschi.com/download/Ausbildung.pdf
ist eine Lehrgangsunterlage: Zeitwaage Wicometre (für mechanische) und Q-Test 6000 (für Quarzuhren), Wasserdichtigkeitsprüfung mit ALC2000 im Detail, plus diverse Tipps
UPDATE Dezember 2010:
Das o.g. Dokument ist nicht mehr online, dafür aber:
http://www.witschi.com/download/Witschi%20Grundkurs.pdf
Jetzt mit Zeitwaage Chronoscope S1, Q1/Twin für Quarzuhren und Wasserdichtigkeitsprüfung mit Proofmaster S.

2) Nass
Glasrohr (siehe Bild unten links), Uhr reinhängen, zumachen (rechts oben), aufpumpen (rechts mitte), warten. Ist die Uhr undicht baut sich innen in der Uhr ein erhöhter Druck auf, ist sie dicht, bleibt es beim Normaldruck innen. Während der erhöhte Aussendruck ansteht kommt die Uhr ins Wasser (entweder Uhr runter ins Wasser (rechts unten) oder Wasser hoch bis zur Uhr). Sofort danach wird dann langsam der Druck abgelassen. Ist die Uhr dicht, passiert gar nichts. Ist die Uhr undicht herrscht jetzt innen ein Überdruck, und an der undichten Stelle treten kleine Luftperlen aus.
Bild
Quelle: Bedienungsanleitung Bergeon, Schweiz https://shop.bergeon.ch/Catalogue/PDF/7004%20ABC_1.pdf

Wenn der Druck wieder auf Aussendruck ist, Deckel auf, Uhr raus. Abtrocknen. Fertig.

+ Stelle der Undichtigkeit bekannt (Drücker, Krone, Boden, ...)
+ Preiswertes Equipment
- qualitative Beurteilung
- Nass
- Problem mit Restluftbläschen, die irgendwo aussen, aber versteckt, dranhängen


3) Nässer
Hierbei wird die Uhr in eine Druckzylinder, der mit Wasser gefüllt ist gelegt. Nach dem sorgfältigen Verschliessen wird der Zylinder auf Prüfdruck gebracht, aber deutlich länger als bei 1) oder 2) . Ist die Uhr undicht, nimmt sie Feuchtigkeit auf. Nachdem man die Uhr rausgenommen hat kann man das feststellen, indem man die Uhr erwärmt (~50°C) und anschliessend einen Tropfen kaltes Wasser oder ein nasses Schwämmchen auf das Glas appliziert. Beschlägt das Glas innen an dieser Stelle, muss man sich ums Abdichten kümmern (und ums Austrocknen!).

Bild
© Thomas H. Ernst

+ Mehrere Uhren in einem Durchgang prüfbar
+ Hohe Prüfdrücke möglich (>> 10 bar)
- Nass
- Beschädigung im Fall des Versagens

Diese Verfahren wird weniger beim Uhrmacher vor Ort zur wiederholten Überprüfung eingesetzt, wer will schon absichtlich Feuchtigkeit in die Uhr drücken, sondern mehr bei den Herstellern. Hier dient es primär der Druckprüfung, nicht der Dichtigkeitsprüfung, und wird vorzugsweise am leeren Gehäuse, also bevor das Werk mit Zifferblatt und Zeigern eingebaut wird, durchgeführt. Wenn es dann schief geht, ist der Verlust nicht so gross. Die Druckprüfung, ob die Uhr birst oder eingedrückt wird, wird sowieso gemacht, und die Sache mit dem Erwärmen und dem Wassertropfen ist dann kein nennenswerter Mehraufwand mehr. Nach der Endmontage ist dann allerdings trotzdem noch eine Prüfung nach 1) oder2) fällig.

(Disclaimer: Nennung oder Nichtnennung von Herstellern und Modellen stellt keine Wertung dar, gezeigte Exemplare stehen als exemplarische Beispiele)
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Ralf

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Beitrag von Ralf » Di 17. Okt 2006, 18:21

VIERTES KAPITEL
Warum die Badewannenkurve auch für Freischwimmer wichtig ist

Die Frage existier in vielen Varianten:
- Ist es denn sinnvoll, die Dichtigkeit überprüfen zu lassen?
- Wann sollte man die Dichtigkeitsprüfung machen?
- Wie oft ... ?
- Nach welcher Zeitspanne ... ?
- Wie kann es sein, dass trotz bestandener Prüfung Wasser eindringt?
- Wieso sollte die Dichtung nach der Prüfung besser sein als vorher?

Ein Haufen Fragen und zu allem Überfluss möchte ich nicht nur die Standardantwort geben:

(mindestens) einmal im Jahr, am besten vor der Badesaison, prüfen lassen


sondern auch die Begründung. Dazu bedarf es aber erst eines Exkurses in das Thema Lebensdauer. Das Problem ist, dass nicht immer alle gleichzeitig kaputt gehen, sondern an und für sich identische Teile sehr unterschiedliche Zeitspannen überleben, rein zufällig und es keine Möglichkeit gibt, vorauszusagen wie sich ein bestimmtes einzelnes Exemplar verhalten wird. Genauso wenig, wie man vorhersagen kann, welche Augenzahl beim nächsten Wurf eines Würfels kommen wird. Was man aber beim Würfel vorhersagen kann ist, dass mindestens 1, maximal 6 und im Mittel 3,5 Augen kommen werden. Lebensdauervorhersagen beruhen auf dem selben Prinzip. Kürzer als Null wird keiner leben, irgendwann sind sicher alle tot und zu einem bestimmten Zeitpunkt ist die Anteil, der ausfällt x Prozent der Gesamtheit. Bei vielen Fällen, nicht nur technischen, stell man dabei einen ganz typischen Verlauf der Kurve fest, die sogenannte Badewannenkurve.

Bild

Die rote Kurve im Diagramm ist gemeint. Zuerst geht es ganz steil runter (Fussende der Badewanne) dann bleibt es fast konstant (Boden), um dann am rechten Ende wieder langsam, aber kontinuierlich, anzusteigen (Rückenlehne). Die blaue Kurve ist das Ergebnis, wenn man alle Ausfälle der roten Kurve bis zum Zeitpunkt x aufsummiert. Sie zeigt auf der blauen Skala rechts, wie viele schon defekt sind. An der Zeitskala steht mit Absicht Periode und nicht eine bestimmte Zeiteinheit, aus drei Gründen. Erstens sind die Zahlen so gewählt, dass nach 100 Perioden genau 100%, also alle defekt sind, und die Prozentzahlen so gross sind, dass man in der Grafik auch tatsächlich was sieht. Zweitens, weil sich jeder sowieso selber entschieden muss, bei welchem Risiko er sich wohlfühlt. Die einen meiden jegliches Wasser wie der Teufel das geweihte, weil ihrem Schätzchen was passieren könnte, andere akzeptieren ein Restrisiko, dass die Uhr ggf. mal repariert werden muss. Die Entscheidung, wo der persönliche Wohlfühllevel ist, kann die Statistik nie beantworten. Drittens sind die Beanspruchungen in der Praxis deutlich unterschiedlich. Viel Feuchtigkeit, hohe Temperaturen, viel schnelle Temperaturwechsel, chemische Kontamination verkürzt die übliche Zeit.

Zurück zur Kurve: Wie kommt es zu dieser Form? Man kann drei Ausfallarten unterschieden:
- Frühausfälle
Es war von Anfang an was nicht in Ordnung, und das wird bei der ersten tatsächlichen Belastung entdeckt.
- Zufällige Ausfälle
Wie beim Würfel, reiner Zufall, irgendwann passiert es, kein Zusammenhang mit der Zeit.
- Alterung
Die Zeit schlägt unbarmherzig zu, Dinge verschleissen, werden morsch, spröde oder zerfallen einfach.
Die Badewannekurve (rot) ist jetzt ganz einfach die Summe aus den drei einzelnen Ursachen und deren Wahrscheinlichkeiten.

Bild

Man beachte die logarithmische Skala beim Anteil, für Frühausfälle und Alterung wir als Modell jeweils eine Exponentialkurven angenommen, die Wahrscheinlichkeit also einfach als Multiplikation eines konstanten Faktors mit der Wahrscheinlichkeit der vorangegangenen Periode berechnet.

Die typische und wahrscheinlichste Ursachen für einen Frühausfall sollte klar sein: Die Dichtung ist falsch eingebaut oder die falsch Dichtung eingebaut worden. Deswegen ist die Prüfung unmittelbar nach Montage der Uhr eigentlich Pflicht. Nun ist das mit der Prüferei so eine Sache. Nobody is perfect. Weder der Einbau, noch die Prüfung. Bei der Prüfung gibt es zwei Arten von Fehlern:
- Undichte werden nicht als schlecht aussortiert
- Dichte werden als schlecht aussortiert
Ich bin mal ziemlich pessimistisch und setze für den ersten Fall 2% und für den zweiten 0,2% an. Modellbeispiel: von 10000 Uhren sind nach Montage 200 undicht und 9800 dicht (1. roter Punkt). Von den 200 undichten werden 196 rausgeprüft, von den 9800 guten 20, man startet also mit 9748 Exemplaren, davon 4 undicht (2. roter Punkt).

Bild

Weiter nach rechts folgen dann Periode für Periode die Punkte der blauen kumulierten Kurve aus dem Diagramm Ausfallkurve. Bei der Gelegenheit: Durch diese Endprüfung beim Hersteller verbessert sich die MTBF von 79,82 auf 81,45 Perioden!

Nach 10 Perioden sind noch 9560 dicht und 225 undicht. Führt man jetzt eine neue Dichtigkeitsprüfung durch werden 220 schlechte und 19 gute aussortiert. Bleiben also 9541 gute und 5 schlechte im Rennen = 9546. In der folgenden Periode wechseln 16 von gut zu schlecht. (5 + 16) / 9546 = 0,22% ist dann der erste grüne Punkt in der Periode 11. Die grünen Punkte im Diagramm zeigen, wie es bei regelmässiger Wiederholung alle 10 Perioden weitergeht mit der Ausfallwahrscheinlichkeit. Man erkennt ziemlich deutlich folgendes:
- Die Wahrscheinlichkeit eines Schadens nimmt durch die Prüfung stark ab
- Null wird sie allerdings auch nicht
- im letzten Drittel rentiert es sich die Dichtung zu wechseln, selbst wenn das Prüfergebnis gut ist.

Was zu der Frage führt, wann man die Dichtung frühestens wechseln sollte. Sieht man die grüne Kurve genau an entdeckt man, dass die mittleren Niveaus erst mal sinken, trotz immer steiler werdendem Verlauf.
1 bis 10: 1,56%
11 bis 20: 0,96%
21 bis 30: 1,01%
31 bis 40: 1,15%
41 bis 50: 1,45%
51 bis 60: 2,10%
61 bis 70: 3,56%
Erst der sechste Zacken ist höher als der erste, Der zweite, dritte und vierte Intervall zwischen den Prüfungen ist deutlich niedriger. Eine Dichtung früher zu wechseln verschlechtert die Lage! Alte chinesische Ingenieursweisheit: never touch a running system. Wichtig: Die Rechnung gilt so natürlich nur, wenn die Uhr zwischendrin nicht geöffnet wurde! Dann sind die Dichtungen im Verhältnis zum Rest so preiswert, dass sich ihre Wiederverwendung wirklich nicht lohnt.

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Und zum Schluss doch noch ein paar konkrete Zahlen genannt, wobei sich mein persönliche Einschätzung mit häufig genannten deckt.
- Uhren, die tatsächlich regelmässig starker Feuchtigkeit ausgesetzt oder untergetaucht werden (Outdoor und Wassersport) jährlich prüfen lassen.
- Prüfung nach jeder Öffnung ist dringend zu empfehlen.
- Bei neuen Uhren, die nicht wegen Nachregulierung sowieso geöffnet werden nach ein paar Monaten zusätzlich eine Prüfung ist kein Fehler.
- Nach circa fünf Jahren sollte die Dichtungen vorsorglich gewechselt werden.

Das ein Schaden nur dann eintritt, wenn Undichtigkeit und Wasser zusammen vorkommen, letzteres ist in der Modellrechnung gar nicht erfasst, bedeutet aber auch:
- Bei Uhren , die nur kurzfristig und unbeabsichtigt Feuchtigkeit abbekommen (Hände waschen und im Regen über den Parkplatz) kann man die Prüfung auch mal aussetzen. Auch kann man dann ggf. die Dichtung etwas länger drin lassen und z.B. bis zur Werksrevision warten.

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Noch ein Satz zu denjenigen, deren Uhr auch nach ... ... Jahren dicht war:
Ja, im Rechenmodell waren sogar nach 99 Perioden noch 615 Uhren dicht.
C'est la vie, und es beweist halt gar nichts.
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Re: FAQ: Dichtigkeit – Wohl nicht ganz dicht?

Beitrag von Ralf » Mi 27. Aug 2008, 12:05

FÜNFTES KAPITEL
Die Kondenswasserprüfung nach DIN 8306

Die taucht in dem Zusammenhang auch immer mal wieder auf. Sie dient der Entdeckung von Wasser in der Uhr. Nicht immer ist gleich soviel Wasser innen drin, das man es wie in der Schnapsflasche drin rumschwappen sieht. Kleiner Mengen verkrümmeln sich aufgrund der Kapillarwirkung gerne in irgendwelchen Spalten und Nischen, wo man es nicht sieht.

Ein FAE (Frequently Announced Error; häufig kundgegebener Irrtum) ist, dass man damit feststellen könnte, ob die Uhr dicht ist. Falsch, es ist KEIN Lecktest! Ob ein Loch in der Uhr ist oder nicht ist dem Test vollkommen egal. Würde man den Test ohne Gehäuseboden machen, würde der Test sogar ziemlich sicher >bestanden<. Zwischen >Leck< und >Nässe< gibt es keinen zwangsweisen kausalen Zusammenhang. Auch in einer dichten Uhr kann Wasser drin sein (alte Ingenieursweisheit - Frage: "Woran erkennt man ein dichtes Gehäuse?" – Antwort: "Daran, dass das eingedrungene Wasser nie wieder herauskommt"), ebenso kann eine undichte Uhr trocken sein (ist sie üblicherweise auch).

Nach dieser Richtigstellung die zentrale Frage: Wie wird der Test durchgeführt?
  1. Uhr auf 40-45°C aufheizen
  2. Einen Tropfen Wasser mit ~20°C auf das Uhrglas setzen
  3. Eine Minute warten
  4. Tropfen abwischen
  5. Genau hinsehen: Ist an der Stelle das Glas innen beschlagen?
    • wenn Nein: Test bestanden, kein Wasser in der Uhr
    • wenn Ja: Test positiv, ab zum Austrocknen!
Wie aufheizen?
Optimal: eine Klimakammer. hat aber nicht jeder zuhause rumstehen. Also mit Hausmitteln z.B. Backofen: auf 45-50°C aufheizen, Thermometer benutzen, der eingebaute Thermostat ist oft sehr ungenau, wenn die Temperatur erreicht ist, ausschalten und Uhr reinlegen, 20 bis 30 Minuten warten.

Wie Wassertropfen applizieren?
Logisch: Uhr waagrecht, Position "Zifferblatt oben". Manch einer hat schon wegen dem eine Tropfen Angst. Klar, wenn das Uhrglas einen Sprung hat besser nicht, ansonst ist die Angst unbegründet. Man kann aber es auch machen, in dem man ein Stückchen von einem Schwammtuch abschneidet, so circa 1cm², das gut tränkt und auf das Uhrglas legt.

Bild

Wie hinsehen?
Ähm, tja, also, … Wer weitsichtig ist sollte vielleicht besser die Lesebrille vorher aufsetzen. Halt, noch was: gleich nach dem Abwischen hinsehen!


Die physikalische Erklärung für den Test
Luft kann ein gewisses Quantum Wasser aufnehmen. Genauer gesagt Wasserdampf, also Wasser im Aggregatzustand gasförmig. Immer mal wieder liest man dass sich das Wasser in der Luft löst, keine so gute Erklärung, weil sich die Moleküle in einer Lösung auftrennen, eben auflösen, beim Wasser in der Luft aber die zwei Wasserstoffatome und das Sauerstoffatom als Wassermolekül zusammen bleiben. Es handelt sich also um keinen chemischen Vorgang, sondern um einen rein physikalischen.

Nun ist der springende Punkt, dass die Menge Wasser(-gas!), die die Luft aufnehmen kann extrem von der Temperatur abhängig. Sie ist sogar davon abhängig, ob das Wasser bevor es "in die Luft ging" flüssig oder gefroren war. Der Einfachheit halber las ich das jetzt aber weg und gehe bei den genannten Werten immer von Luftfeuchte über flüssigem Wasser aus. 1844 hat Heinrich Gustav Magnus eine Näherungsformel aufgestellt, wie viel geht; heisst deswegen Magnusformel:

Sättigungsdampfdruck = 611,213 * e hoch [ (17,5043 t)/(241,2 + t) ]
Temperatur t in °C, Druck in Pa

Es gibt auch andere Näherungsformeln, genauer, komplizierter, aber meistens und auch hier reicht die Magnusformel.

Also: Sättigungsdampfdruck ist das was maximal geht. Weniger geht immer. Die meist gestellte Frage ist nun, wie weit ist man akut von dieser Grenze weg; Falls sie nämlich überschritten wird, kondensiert die überschüssige Feuchtigkeit. Zu deutsch: es regnet! Deswegen hat man eine weitere Kenngrösse eingeführt: die relative Luftfeuchtigkeit. Der Sättigungsdampfdruck wird = 100% gesetzt. Wenn also bei 20°C der Sättigungsdampfdruck 23,3 hPa beträgt, der tatsächliche Wasserdampfdruck 9,3 hPa, dann sind das 40% Luftfeuchtigkeit. Die Messgrösse >relative Luftfeuchtigkeit< hat nebenbei den Vorteil, dass man sie mit einem Haarhygrometer relativ einfach direkt messen kann.

Nun kann man sich unter einem Partialdampfdruck nicht wirklich was plastisch vorstellen, aber man kann ausrechnen, welcher relativen Menge Wasser das bei einem bestimmten Luftdruck entspricht. Also wie viel Gramm Wasser in einem Kubikmeter Luft enthalten sind. Da 1 Gramm Wasser so rund ein Kubikzentimeter ist etwas anschaulicher: 100% Luftfeuchte bei 20°C und 980 hPa (Raumtemperatur und normaler Luftdruck) sind 14,7 g Wasser pro m³ Luft. Ein Würfel mit der Kantenlänge 2,5 cm.

Noch mehr rechnen liefert die Tabelle für folgendes Diagramm:

Bild

Bei 40°C kann die Luft in der Uhr gute 45 g H2O/kg aufnehmen. Ist also irgendwo flüssiges Wasser in der Uhr wird diese versuchen, die Luft soweit möglich aufzufeuchten. Nehmen wir mal an, es reicht für 25 g H2O/kg, das sind 55%. Jetzt kommt der Tropfen mit 20°C. Da geht aber nur 100% maximal, das sind, siehe oben, 14,7 g H2O/kg. Die Differenz von 25 - 14,7 = 10,3 g H2O/kg kann nicht in der Luft bleiben, es kommt zur Kondensation. Da nur am Uhrglas die 20° C anliegen und nicht in den Spalten und Nischen, passiert das jetzt dort wo man es sehen kann und nicht irgendwo unsichtbar.

Ist kein flüssiges Wasser in der Uhr, dann wäre nur die normale mittlere Luftfeuchtigkeit in der Uhr, sagen wir mal 40% bei 23°C, 7 g H2O/kg. Heizen wir die auf 40°C auf, sind es immer noch 7 g H2O/kg, nur eben 15% (deswegen will ja das Wasser bei 40 °C im Beispiel oben so dringend auffeuchten: die Differenz des Partialdampfdrucks ist relativ hoch). Kommt jetzt der Wassertropfen, dann gibt es auch keinen Grund für Kondensation.

Würde man einen Eiswürfel nehmen, dann könnte bei 0°C nur 3,9 g H2O/kg gasförmig bleiben. 7 – 3,9 = 3,1 g H2O/kg Überschuss. Kondensation, obwohl kein flüssiges Wasser in der Uhr war, nur die ganz normale Raumluft. Und das die in der Uhr ist lässt sich sowieso nicht verhindern, zumindest nicht auf Dauer.
Man liest sich!

Ralf

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Re: FAQ: Dichtigkeit – Wohl nicht ganz dicht?

Beitrag von Ralf » Di 4. Jan 2011, 18:09

SECHSTES KAPITEL
Der saumässige Wasserfördereffekt

Ein einfaches Modell:

Bild
  • Links der Raum I: kalt, 0°C, sehr gross
  • Rechts der Raum III: warm, 30°C, auch sehr gross
  • Dazwischen der Raum II: relativ klein, in der Mitte, alles genau symmetrisch, also stellen sich dort 15°C ein
Im Raum III sei die Luft ein bisschen feucht, Annahme Partialdampfdruck des Wassers sei 12,3 hPa (= mBar). Bei 30°C sind das etwas unter 30% Luftfeuchte, wirklich nicht sehr viel. Entspricht einem Taupunkt von 10°C, das brauchen wir später noch.

Die Wand zwischen Raum III und Raum II sei nicht perfekt diffusionsdicht, sonder lässt ein klein wenig Gas durch. Deswegen wird sich dort nach einiger Zeit der selbe Druck einstellen wie in Raum III, auch der selbe Partialdruck beim Bestandteil Wasser der Luft, 12,3 hPa. Bei 15°C sind das etwa und rund 72% Luftfeuchte. Also erst mal kein Problem, die Luft ist noch nicht gesättigt.

Nun berührt aber die linke Wand von Raum II den kalten Raum I, dort sind 0°C. Das entzieht der Wand Wärme, sie hat deswegen angenommen 7,5°C . Das ist 2,5°C niedriger als der Taupunkt der Luft in Raum II. Folge: die Wand "läuft innen an", es bildet sich Kondenswasser. Wo kommt das Wasser her? Klar, aus der Luft in Raum II. Es wird der Luft in der Nähe der linken Wand entzogen, dort sinkt deswegen der Partialdampfdruck auf so rund 10,4 hPa, den Sättigungsdampfdruck bei 7,5°C. Aber nur theoretisch, weil praktisch sofort gasförmiges Wasser aus dem Rest von Raum II nachrückt. Dort sinkt der Partialdampfdruck etwas, soweit, bis er überall wieder gleich ist.

Das hat jetzt gleich zwei Effekte:
  1. Erstens, der Partialdampfdruck in Raum II ist jetzt wieder niedriger als in Raum III. Diese Differenz sorgt dafür, dass neues Wasser vom Raum II in den Raum II diffundiert. Nachschub ist auf dem Weg!
  2. Zweitens, der Taupunkt an der linken Wand liegt wieder über der Temperatur der Wand, es kondensiert noch mehr Wasser.
Solange sich in Raum I und Raum III nichts Grundlegendes an den Bedingungen ändert, hört dieser Prozess nicht auf. Raum II füllt sich allmählich mit Flüssigkeit, solange, bis das Wasser die kalte Wand komplett abdeckt. Die einzige technische Lösung, die es gibt, ist den Raum II so zu beheizen, dass die linke Wand immer wärmer ist als der Taupunkt der Luft in Raum III.

BTW und OT: Das ist auch der Grund, warum eine nachträgliche Innendämmung eines Wohnraumes Sch*** ist. Vorher ging zwar die Wärme durch die Wand nach draussen flöten, aber die Wand war dadurch wärmer als der Taupunkt. Durch die Wärmedämmung innen bleibt dann die Wärme zwar drin, aber die Wand ist dann kalt, ggf. kälter als der Taupunkt. Deswegen wird da zwar eine sog. Dampfsperre eingebaut, die ist aber keine absolute Sperre, sie macht die Diffusion nur geringer und damit langsamer.

Zurück zum Thema Armbanduhr.
  • Raum I ist die kalte Umgebungsluft draussen im Winter, Regen und Schnee.
  • Raum III ist das Handgelenk, per 36°C warmem Blut gut mit Körperwärme versorgt.
  • Raum II die Armbanduhr dazwischen.
Die Luft unmittelbar an der Haut ist gut feucht, entweder durch den Schweiss beim Wintersport, oder einfach nur vom Regen oder dem Schnee, der sich in der Bekleidung so angesammelt hat.

Warum saufen die meisten Uhren dann trotzdem nicht ab? Ganz einfach, weil die meisten Uhrenträger nicht so viel aushalten wie ihre Uhr. Irgendwann wird’s dunkel, Abend, und selbst dem heftigsten mitteleuropäischen Wintersportfreund reichts dann. Er verlässt Raum I, legt die nassen Klamotten ab, hört auf zu schwitzen und sucht warme, trockene Innenräume auf. Die Uhr säuft nicht ab, weil sie so dicht war, dass in den x Stunden nur sowenig Wasser nachdiffundiert ist, dass das Kondensat noch nicht ins Uhrwerk oder aufs Zifferblatt abgetropft ist. Hält er sich jetzt in der trockenen Heizungsluft auf, dann dreht sich der Diffusionsprozess natürlich auch um. Solang der Partialdampfdruck in der Uhr höher ist als in der Umgebung, diffundiert der Wasserdampf auch wieder aus der Uhr raus. Ist die Uhr lang genug dort, solange, bis er sich wieder der Umgebung vollständig angepasst hat.

Das ist allerdings nicht der Zeitpunkt, an dem sich das Kondensat in der Uhr wieder aufgelöst hat. Das passiert früher, sobald die Temperatur in der Uhr sich wieder genügend über den Taupunktgestiegen ist, der sich aus der Menge Wasser in der Uhr (flüssiges plus gasförmiges) und der Luftmenge in der Uhr ergibt. (Das ist auch der Grund, warum es in den Vorschriften für Profitaucher heisst, die Uhren seien zwischen den Tauchgängen trocken zu lagern).
Man liest sich!

Ralf

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Re: FAQ: Dichtigkeit – Wohl nicht ganz dicht?

Beitrag von Ralf » Di 4. Jan 2011, 18:11

SIEBTES KAPITEL
Kleiner Erklärung zur Luftfeuchte und den Massangaben dazu.
In der FAQ sind oben 4 verschieden Angaben zur Luftfeuchte verwendet worden:
  • Relative Luftfeuchte
    Das Verhältnis zwischen tatsächlicher und maximal möglicher Luftfeuchte. Eigentlich das am wenigsten aussagekräftige Mass von allen und trotzdem das am meisten verbreitete. Ursache ist, dass es am einfachsten zu messen ist. Ein Haarhygrometer zeigt es ziemlich genau an. Nur ohne Angabe der Temperatur sagt sie nicht aus, wieviel Wasser nun wirklich vorhanden ist.
  • Taupunkt
    Die Temperatur, bei der die Kondensation beginnt. Auch ein sehr pragmatisches Mass, und ein eindeutiges Mass. Auch sehr genau zumessen: man kühlt einen Spiegel ab, misst dessen Temperatur und die Reflexion. Sobald die Reflexion von gerichtet auf diffuse umschlägt hat man die Temperatur des Taupunkts. Dann heizt man den Spiegel etwas auf, das Kondensat verdampft und die nächste Messung kann beginnen.
  • Partialdampfdruck
    Das ist das merkwürdigste Mass, die komplizierte Formulierung eines einfachen Zusammenhangs: Der Partialdruck ist das Produkt aus Stoffmengenanteil mal dem Gesamtdruck des Gasgemisches. Der Stoffmengenanteil wiederum ist die Anzahl der Moleküle bzw. Molmassen an der Summe aller Moleküle bzw. der gesamten Molmasse.
    Ein Beispiel hilft: wenn 2% der Luft Wasser sind und der Luft druck 1000hPa beträgt, dann ist der Partialdampfdruck 20 hPa. Er kommt beim Thema Luftfeuchte immer wieder mit rein, weil die maximale absolute Luftfeuchte nicht vom Luftdruck abhängt, sondern für jede Temperatur einem bestimmten Partialdampfdruck entspricht.
  • Spezifische Feuchte
    Sie sagt, wie hoch der Masseanteil vom Wasser an der Luft ist. Im Prinzip dimensionslos, Masse durch Masse kürzt sich. Man könnte auch Prozent oder Promille benutzen. Bei den üblichen Temperaturen gibt Promille ganz handliche Zahlen, irgendwie hat sich aber g/kg als Einheit eingebürgert, was eigentlich nichts anders als Promille ist.
Es gibt aber noch weitere Einheiten; die wichtigste ist die
  • Absolute Luftfeuchte
    Sie beantwortet die Frage: Wieviel Gramm Wasser sind in einem Kubikmeter Luft? Die wird häufiger verwendet als die spezifische Luftfeuchte, weil die Menge Wasser, die sich in der Luft lösen kann unabhängig vom Luftdruck, also von der Dichte der Luft ist. Das ist auf den ersten Blick erstaunlich, dass sich die Menge nicht ändert, wenn mehr oder weniger Stickstoff, Sauerstoff, etc. im Volumen rumfliegen. Es ist aber halt so, dass sich das Wasser nicht in der Luft "auflöst", so wie Salz im Wasser, sondern ein echtes Gasgemisch bildet.
Das hat jetzt den Vorteil, dass man bei der üblichen Darstellung der absoluten Luftfeuchte in g/m³ den Luftdruck ignorieren kann; damit z.B. auch bei der Berechung, wie viel Gramm Wasser in einem Uhrengehäuse mit einem bestimmten Volumen maximal sein kann. Bei der spezifischen Feuchte kommt der Luftdruck indirekt wieder mit rein, weil das Gewicht pro Volumen von Gasen nun mal vom Gasdruck abhängt. (Ich benutze trotzdem vorzugsweise die spezifische Feuchte, einfach weil ich sie gewohnt bin. Die Schallgeschwindigkeit in Luft steigt mit der spezifischen Feuchte an und das brauche ich beruflich) Weiterhin gibt’s z.B. noch den
  • Feuchtigkeitsgrad
    Der sagt, wie das Verhältnis der Masse an Wasser zur restlichen Luft ist. Bei der spezifischen Feuchte war ja die gesamte Masse inklusive Feuchtigkeit die Basis des Verhältnisses, im Unterschied hierzu ist es beim Feuchtigkeitsgrad der Teil der Luft ohne das Wasser. Beispiel: Spezifische Feuchte 2% war 20 g Wasser pro kg nasser Luft. Das als Feuchtigkeitsgrad wäre dann 20 g Wasser zu 980 g trockener Luft, 2,04%!
Und so weiter, und so weiter; bis zum wahnsinnig werden.

Dies etwas undurchsichtige Chaos mit den unterschiedlichen Massangaben machts nicht einfacher. Für die Berechnung ist es aber – zumindest teilweise – doch notwendig. Wobei noch mal drauf hinzuweisen ist, dass ein Teil der Formeln keine physikalisch hergeleiteten Naturgesetze sind, sondern empirische Näherungsformeln. Die gibt es dann nicht nur in einer Ausführung, sondern in X verschiedenen, mal unterscheiden sich nur die Koeffizienten etwas, mal ist der grundsätzliche Aufbau anders. Jeder hat eine andere Meinung, was nun der optimale Kompromiss zwischen Rechenaufwand und Genauigkeit ist. Den hier genannten Zahlen liegen die eher einfacheren Formeln zugrunde, wie z.B. die Magnusformel nach Warnecke >Meteorologie und Umwelt< 1991. Die Abweichungen bleiben trotzdem unter 1%, was für die Beispiele hier genau genug sein sollte.
Man liest sich!

Ralf

matadoerle
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Interessen: Fotografie, Musik und HiFi, Bergwandern und ein bisschen Philosophie - alles, was ich noch nicht verstanden habe aber verstehen will
Tätigkeit: Arbeiten und amateurhaft fotografieren, mein Forum moderieren um besser zu fotografieren, ansonsten höre ich Musik oder bin in den Bergen. Manchmal sogar privat beschäftigt ..
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Re: FAQ: Dichtigkeit – Wohl nicht ganz dicht?

Beitrag von matadoerle » Mi 20. Feb 2013, 13:56

Hallo Ralf,
auch hier ein herzliches Danke und dir die Gewißheit: wenigstens einer hat das ganze mit Gewinn gelesen. :o
Gruß Thorsten
Thorsten (mit einer rotbebänderten Genesis Seminaruhr am Arm)

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