DD160911A1 - Anordnung zur anzeige von wartungsintervallen bei geraeten und anlagen - Google Patents

Abstract

Die Anordnung beruht auf dem Prinzip eines Coulmeters, bestehend aus einer mit Quecksilber gefuellten Kapillare und einem Einschluss aus einem waessrigen Elektrolyten, wobei an den Stirnseiten der Kapillare je 2 gegeneinander isolierte duenne Zufuehrungen mit einer Laenge in das Innere der Kapillare eintauchen, die kleiner ist als die Laenge des elektrolytischen Einschlusses. Wenn diese Elektrodenenden durch das Quecksilber ueberbrueckt werden, ist der Uebergangswiderstand praktisch Null. Befindet sich dagegen der elektrolytische Einschluss an einem Kapillarenende, so liegt der Durchgangswiderstand in einer Groessenordnung von 10...100 Ohm. Eine an jewweils einer der stirnseitig gegeueberliegenden Elektroden anliegende Gleichspannung fuehrt zur Elektrolyse und damit zur Wanderung des elektrolytischen Einschlusses. In Endstellung lassen sich zwischen den paralell herausgefuehrten Elektroden, die Teil eines Wechselstromkreises sind, ueber die Widerstanserhoehung Schalteffekte ausloesen. Die Anordnung kann umgepolt werden.

Description

Anordnung zur Anzeige von Wartungsintervallen bei Geräten und Anlagen

Anwendungsgebiet der Erfindung ^

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anzeige von Wartungsintervallen bei Geräten und Anlagen» die ohne mechanisch bewegte Teile arbeitet und klein» robust und nahezu erschütterungsunabhängig ist, Ausgangspunkt für die Anordnung ist ein an sich bekanntes coulometrisches Verfahren, dessen Anwendungsgebiet durch eine einfache Abwandlung der Konstruktion wesentlich verbreitert wird. So gestattet die erfindungsgemäße Lösung« nach bestimmten Betriebszeiten» die in der Größenordnung von etwa 10 bis 10 000 Stunden liegen und durch die äußere Beschaltung den Erfordernissen angepaßt werden können_s eine optische, elektronische oder akustische Auslösung eines Signals, das so lange besteht» bis über einen Schalter der neue Betriebszeitraum» der das gleiche* aber auch ein anderes Zeitintervall umfassen kann, eingeschaltet wird. Ein einfaches Anwendungsbeispiel betrifft bei Tonbandgeräten und Kassettenrecordern die Anzeige des Zeitpunktes, bei dem der Aufnahme-/ Wiedergabekopf gesäubert werden soll. Oe nach konstruktiver Ausführung des Gerätetyps existieren dafür Erfahrungswerte, die bei 20 bis 100 Betriebsstunden liegen können und eingehalten werden müssen, wenn nicht eine Verschlechterung der Frequenzcharakteristik des Gerätes eintreten soll.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat einen so geringen Leistungsbedarf - er liegt in Abhängigkeit von dem eingestellten Zeitintervall bei ca. 1 Volt und einem Strom zwischen ca. 1 uA und ca. 1 mA für kurze Betriebszeiträume -, daß im Prinzip eine eigene Stromversorgung über eine hinreichend konstante kleine Batterie vorgesehen werden kann. Damit besteht völlige Unabhängigkeit von der Art des Gerätes, und selbst rein mechanische Geräte ohne Stromanschluß könnten damit in die vVartungskontrolle einbezogen werden, wenn eine Kopplung zwischen mechanischer Betätigung und dem Schalter der erfindungsgemäßen Anordnung vorgenommen wird.

Die beschriebene Anordnung kann in der Gehäuse form integrierter Schaltkreise aufgebaut werden und stellt damit ein neues Bauelement für die Kontrolle von Wartungsintervallen dar, das technologisch einfach und kostengünstig herzustellen ist. Es kann vorteilhaft in nahezu allen Bereichen der Wirtschaft eingesetzt werden, wo eine in den angegebenen Grenzen vorgesehene Wartung oder Kontrolle oder Verschleißzeiten angezeigt werden sollen. Durch seine Zuverlässigkeit und ständige Wiederverwendbarkeit ist es den Eigenschaften der Mikroelektronik angepaßt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Anordnungen zur Messung von Wartungszeiträumen sind meist elektromechanisch aufgebaut und bestehen aus einem Elektromotor, Getriebe und Zählwerk, aus Schrittschaltwerken oder aus den verschiedensten elektrischen Uhrensystemen. Für genauere Messungen kommen digitale elektrische Zeitmesser und auch spezielle integrierte Schaltkreise zum Einsatz, die von außen mit einem RC-Glied beschaltet werden. Diese integrierten Schaltkreise erlauben Zeitverzögerungen von einigen Mikrosekunden bis zu einigen Monaten und benötigen eine Versorgungsspannung zwischen 4,5 und 15 Volt.

Neben diesen mechanischen und elektronischen Lösungen sind die Coulometer oder Voltameter bekannt, die auf der Messung einer durch Elektrolyse abgeschiedenen Stoffmenge beruhen. Eine be-

kannte Anordnung, ist der Stiazähler, der früher in Gleichstromnetzen als Stromverbrauchszähler viel verwendet worden ist. Eine Weiterentwicklung dieser einfachen Anordnung ist das elektrolytische Mikrocoulometer. Dieses besteht aus einer mit Quecksilber gefüllten Kapillare« die an beiden Stirnseiten durch eine eingeschmolzene Elektrode abgeschlossen wird. Die Quecksilbersäule in der Kapillare ist durch einen kleinen Zwischenraum unterbrochen, der mit einem wäßrigen Elektrolyt gefüllt ist, wobei meist Gemische aus KCl und (HgCJ)₂ in geeigneter Konzentration verwendet werden· Wenn an die Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird» so tritt in dem Bereich Quecksilber-Elektrolyt-Quecksilber eine Elektrolyse dergestalt auf, daß von der mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbundenen Quecksilbersäule Quecksilberionen durch den Elektrolyten treten und an der mit dem negativen Pol verbundenen Quecksilbersäule wieder abgeschieden werden. Der mit Elektrolyt gefüllte Zwischenraum wandert somit entgegen der Stromrichtung vom negativen zum positiven Pol. Sei konstantem Strom I gilt für die abgeschiedene Stoffmenge M das Faradaysche Gesetz M » A*I«At,'wenn <&t die Stromflußzeit bezeichnet, die äquivalent ist derZeit, in der die Gleichspannung anliegt, und A angibt, wieviel Gramm eines bestimmten Ions von einer As abgeschieden werden^

Wenn der Strom in einem solchen Mikrocoulometer konstant gehalten wird, so ist die sichtbare Verschiebung des Zwischenraumes in der Kapillare ein Maß für die Stromflußzeit, d.h. in entsprechenden Schaltungen für die Betriebszeit.

Bei hinreichend konstantem Strom sind diese Mikrocoulometer nahezu temperaturunabhängig und haben einen Betriebstemperaturbereich von etwa -30 bis mindestens +70⁰C.

Es sind weiterhin Anordnungen bekannt, bei denen die Kapillare durch eine rillenförmige Vertiefung der inneren Oberfläche einer sandwichartigen Anordnung von 2 Plättchen gebildet wird und quer zur Quecksilbersäule gegenüberliegende Elektroden, deren Breite kleiner ist als die Länge des mit Elektrolyt gefüllten Zwischenraumes, in die Kapillare hineinragen. Wenn

über diese Elektroden ein Wechselstrom fließt, so wird der Stromfluß dann geändert, wenn der Zwischenraum jeweils vollständig zwischen einem gegenüberliegenden Elektrodenpaar liegt. Diese Stromänderungen können zur Auslösung von Schaltvorßöngen dienen. Für eine massenweise Anwendung, beispielsweise zur Anzeige von Reinigungsintervallen von Tonköpfen,ist die zuletzt beschriebene Anordnung relativ aufwendig, da zwischenzeitliche Schaltvorgänge nicht erforderlich sind, sondern lediglich nach Ablauf einer bestimmten Zeit ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung abgegeben und die Anordnung nach Durchführung der Reinigung manuell für das neue Betriebszeitintervall bis zur nächsten Reinigung umgepolt werden soll.

Ein anderer Coulometertyp besteht aus RbAg₄O₅ als Festelektrolyt mit Gold- und Silberelektrode. Auch er wird als Betriebsstundenzähler eingesetzt und läßt sich durch Stromumkehr umschalten. Am Ende des Elektrolyseprozesses entsteht über dieser Zelle ein als Signalgröße ausnutzbarer Spannungssprung. Die erfindungsgemäße Lösung ist gegenüber dieser Festelektrolytanordnung wesentlich ökonomischer, insbesondere hinsichtlich der Verwendung von Edelmetallen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine einfache Anordnung zur Anzeige von «artungsintervallen bei Geräten und Anlagen in einer kleinen, robusten und lageunabhängigen Anordnung zu realisieren. Spannung und Verbrauch der Anordnung sollen dabei in einem so niedrigen Bereich liegen, daß sie auch für lange Betriebszeiten mit einer kleinen Batterie betrieben werden kann. Nach einer bestimmten, durch externe Beschaltung einstellbaren Betriebszeit soll die Anordnung ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung abgeben. Danach soll die Anordnung manuell auf neue Betriebsbereitschaft für das gleiche oder ein anderes wählbares i/i/artungsintervall umschaltbar sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die an sich bekannte

elektrolytische Anordnung zur Schaltung und Messung langer Be-r triebszeiten, die auf einem Quecksilbermikrocoulometer mit quer zur Quecksilbersäule einander gegenüberliegenden Elektroden , deren Breite kleiner ist als die Länge des mit Elektrolyt gefüllten Zwischenraumes, beruht, konstruktiv so zu verändern, daß Wartungsintervalle oder Betriebszeiten auch mit üblichen Glaskapillarcoulometern angezeigt werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, da£ gemäß Figur 1 in ein an sich bekanntes Mikrocoulometer mit ejiner mit Quecksilber gefüllten Kapillare und einem mit Elektrolyt gefüllten Zwischenraum, der sich beim Anlegen einer Gleichspannung an die Enden der Quecksilbersäule entgegengesetzt!zur Stromrichtung bewegt, an den Stirnseiten der Kapillare !jeweils 2 voneinander isolierte Metallelektroden Al, A2 bzii, Bl, B2 eingeführt sind, deren in die Kapillare reichenden ijinden kürzer sind als die Länge des Einschlusses« Die Elektroden Al und Bl dienen der Zuführung des für den Elektrolyseprozeß erforderlichen Gleichstromes, während die Elektroden A2 und B2 Hilfselektrode η sind, j

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung verdeutlicht Figur 2. Danach wird über Kondensatoren Cl und C2 ein Wechselstrom an das Elektrodenpaar A1-A2 gelegt. Die !Kondensatoren dienen der Abtrennung des Elektrolysegleichstrqmes vom Wechselstromkreis. Wird nun die Elektrode Al der Kapillare mit dem positiven und die Elektrode Bl mit dem negativen Pol der über einen Ohmschen Widerstand R angeschlossenen Gleichspannungsquelle verbunden, so fließt in dem Wechselstromteilkreis, der durch die Elemente C1-A1-A2-C2 gebildet wird, ein bestimmter Wechselstrom. Der Übergangswiderstand zwischen Al und A2 wird entsprechend der dargestellten Lage der Quecksilbersäule in Figur 2 praktisch nur durch den Widerstand des Quecksilbers bestimmt. Wenn der mit Elektrolyt gefüllte Zwischenraum jedoch im Verlauf des Elektrolyseprozesses am Endje der Kapillare angekommen ist, so bestimmt er mit seinem gegenüber dem Quecksilber wesentlich höheren Widerstand den Übergangswiderstand zwischen Al und A2. Diese Widerstandserhöhung kann mit den aus der elektronischen Schaltungstechnik bekannten Schaltungsanordnungen zum Auslösen von elektrischen,!akustischen

oder optischen Signalen verwendet werden· Über einen in Figur 2 nicht gezeichneten mechanischen oder elektronischen Schalter kann die Stromrichtung des Elektrolysegleichstromes umgepolt werden. Gleichzeitig kann die für Schaltzwecke angelegte Wechselspannung vom Kreis C1-A1-A2-C2 auf den Kreis C3-B1-B2-C4 gelegt werden. Nach Ablauf einer bestimmten Betriebszeit wird der mit Elektrolyt gefüllte Zwischenraum den Übergangswiderstand zwischen den Elektroden B1-B2 erhöhen und im Prinzip die gleichen Vorgänge wie vorher an den Elektroden A1-A2 auslösen. Mit dem Ausdruck "im Prinzip" soll angedeutet werden, daß die Schaltvorgänge an dieser Seite nicht unbedingt völlig den Schaltvorgängen an der anderen Seite der Kapillare gleichen müssen, sondern Varianten gewählt werden können, die etwa ein zusätzliches Erkennen der Seiten, andere Betriebszeiten usw. ermöglichen.

Die Größe des Widerstandes R bestimmt den Elektrolysegleichstrom durch die Kapillare und somit die Wanderungsgeschwindigkeit des mit Elektrolyt gefüllten Zwischenraumes, d.h. die Zeit, in der dieser Zwischenraum die Kapillare durchläuft. Dieser Widerstand kann einstellbar sein.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber bekannten Lösungen besteht vor allem darin, daß sich die beiden voneinander isolierten Elektroden an den Stirnseiten der Kapillare leicht herstellen lassen und durch das Einschmelzen eine billige und zuverlässige Verschlußtechnologie gewährleistet ist, für die keine neuen Verfahren erarbeitet werden müssen.

Insbesondere für den Einbau in elektronischen Geräten läßt sich in an sich bekannter Weise die erfindungsgemäße Anordnung jedoch auch dadurch realisieren, daß 2 Plättchen, von "denen eines eine rillenförmige Vertiefung enthält und das andere die Elektrodenanordnungen als Leitbahnen in Schichttechnologie trägt, als Sandwichanordnung fest miteinander verbunden werden. In dieser Form stellt die Anordnung ein elektronisches Bauelement dar, das in seinen Abmessungen und Anschlüssen den Bauformen der Mikroelektronik angepaßt werden kann. Diese Plättchenanordnung mit der durch die Vertiefung

einerseits und das Deckplättchen mit den Leiterbahnen andererseits gebildete Kapillare kann auch zusätzlich Widerstände tragen, die mittels Schichttechnologie aufgebracht worden sind. Es ist offensichtlich, daß in dieser Ausführungsform viele rationelle technologische Lösungen für die Anzeige und das Schalten nach bestimmten Betriebszeiträumen möglich sind.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung betrifft eine optische Anzeigevorrichtung für das Säubern des Aufnahme-/ifViedergabekopfes von Tonbandgeräten. Eine Glaskapillare mit einem Innendurchmesser von<0,3 mm und einer Länge von 30 mm wird mit Quecksilber und einem Elektrolyteinschluß aus KCl und (HgCl)₂ gefüllt, dessen Länge 1 mm beträgt. An beiden Stirnseiten werden je 2 Platindrähte von 0,06 mm Durchmesser eingeschmolzen, die<0,5 mm in das Innere der Kapillare hineinragen und einen gegenseitigen Abstand von<0,18 mm aufweisen. .Venn diese Drähte in das Quecksilber eintauchen, ist der Übe«— gangswiderstand praktisch gleich Null. Der Durchgangswiderstand durch den Elektrolyt betrug dagegen bei niederfrequentem Wechselst rom etwa 50 Ohm. Der Strom durch die Anordnung wurde auf 65 Mikroampere festgelegt. Damit durchlief der elektrolytische Zwischenraum die Kapillare in 100 Betriebsstunden. Nach Erreichen einer Endstellung wurde über eine elektronische Auslöseschaltung eine Lumineszensdiode geschaltet. Diese Diode leuchtet so lange, bis über einen manuell betätigten Schalter der Elektrolysestrom umgepolt und gleichzeitig die Wechselspannung an das andere Elektrodenpaar geschaltet wird. Durch entsprechend groß gewählte Vorwiderstände blieb der Strom durch die Anordnung praktisch in einem Betriebstemperaturbereich von -20...+70⁰C ohne zusätzliche Maßnahmen konstant.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   -^Anordnung zur Anzeige von Wartungsintervallen bei Geräten und Anlagen, bestehend in an sich bekannter Weise aus einem Coulometer mit einer Kapillare mit Quecksilberfüllung mit einem Einschluß aus einem wäßrigen Elektrolyten, gekennzeichnet dadurch, daß an den Stirnseiten der Kapillare jeweils zwei voneinander isolierte Elektroden eingeführt sind, deren in die Kapillare reichenden Enden kurzer sind als die Länge des Einschlusses.

   *Anordnung zur Anzeige von Wartungsintervallen bei Geräten und Anlagen entsprechend Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kapillare durch eine rillenartige Vertiefung in mindestens einem einer aus zwei übereinanderliegenden Plättchen bestehenden Sandwichanordnung gebildet wird und die Elektroden auf einem Plättchen als Schichtstruktur aufgebracht sind.

   ^Anordnung zur Anzeige von tVartungsintervallen bei Geräten und Anlagen entsprechend Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der durch die stirnseitig gegenüberlie-

   genden Elektroden fließende Elektrolysest.rom durch einen Schalter umgepolt werden kann und die jeweils an einer Stirnseite voneinander isoliert angebrachten Elektroden von einem Wechselstrom durchflossen werden, der Schaltvorgänge auslöst, wenn die Elektrodenenden vollständig in den wäßrigen Elektrolyten eintauchen.

   V. Anzeigevorrichtung für die Tonkopfsäuberung von Tonbandgeräten und Kassettenrecordern, gekennzeichnet dadurch, daß die Anordnung gemäß Anspruch 1 bis 3 ein optisches Signal auslöst, wenn eine für die Säuberung des Tonkopfes vorgeschriebene Betriebsdauer abgelaufen ist.

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