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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Einrichtung auf innere Zustandsänderungen mittels eines mit der Einrichtung verbundenen Sensors.
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Es ist allgemein bekannt, den Betriebszustand von Einrichtungen mit Diagnoseeinheiten verschiedenster Art dauerhaft zu überwachen, um zu jedem Zeitpunkt Kenntnis vom jeweiligen Zustand der Einheit zu haben, so dass gegebenenfalls umgehend Maßnahmen zum Sicherstellen bzw. Wiederherstellen einer einwandfreien Funktion getroffen werden können. Bei den Einrichtungen kann es sich um Bauteile, Baugruppen, Geräte oder integrierte Systeme handeln. Daraus ergibt sich eine besondere Herausforderung an die jeweils zu verwendenden Diagnoseeinheiten, weil diese teils integriert oder teils als separate Diagnoseeinheiten und zwar sowohl in Hardware- als auch in Softwareausführung ausgeführt sein müssen. Dabei muss teilweise in Kauf genommen werden, dass manche Einrichtungen in Form von Bauteilen oder Baugruppen nur eingeschränkt überwacht werden können oder nur dann, wenn die Einrichtungen mit Bauteilen, Baugruppen, Geräten etc. in Funktion sind. Dabei benötigen die bekannten Diagnoseeinheiten zur einwandfreien Funktion Energie, die teilweise der zu überwachenden Einrichtung selbst entnommen wird oder separaten Energiespeichern.
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Ferner ist es bekannt, Verfahren zum Überwachen einer Einrichtung auf innere Zustandsänderungen mittels eines mit der Einrichtung verbundenen Sensors durchzuführen, bei denen der Sensor in die Einrichtungen eingebracht wird, und zwar speziell an den Stellen einer Einrichtung, wo kritische innere Zustandsänderungen geschehen können. Eines von vielen Beispielen sind Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge, die mit einer Vielzahl von Sensoren bestückt sind. Dabei sind die Sensoren im Innern der jeweiligen Einrichtung untergebracht und sind über elektrische Leitungen nach außen zu Beobachtungs- bzw. Auswerteeinrichtungen geführt; über elektrische Leitungen erfolgt gegebenenfalls auch die Energieversorgung der Sensoren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Überwachen einer Einrichtung auf innere Zustandsänderungen mittels eines mit der Einrichtung verbundenen Sensors vorzuschlagen, mit dem sich auf einfache und zuverlässige Weise der Zustand der Einrichtung überwachen lässt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß ein Sensor verwendet, der bei einer inneren Zustandsänderung der Einrichtung direkt eine Farbänderung im sichtbaren Bereich des Lichts erfährt, wobei der Sensor derart mit der Einrichtung verbunden ist, dass seine Farbänderung von außen sichtbar ist. Dabei kann die Verbindung mit der zu überwachenden Einrichtung so vorgenommen sein, dass der Sensor direkt sichtbar ist oder über eine Lichtleiterverbindung nach außen beobachtbar ist.
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Es ist zwar aus der
US-Patentschrift 5,482,830 eine Einrichtung mit einem Substrat bekannt, dessen optisch aktive Oberfläche seine Farbe verändert, wenn das Substrat einem bestimmten Stoff ausgesetzt ist, jedoch dient diese bekannte Einrichtung dazu, in einer Probe den bestimmten Stoff nachzuweisen.
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Ferner ist aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift
DE 697 38 470 T2 2008.12.24 ein Biosensor bekannt, mit dem Analyte, insbesondere Mikroorganismen, nachgewiesen werden können. Zum Nachweis wird dabei ausgenutzt, dass bei dem bekannten Biosensor bei Anwesenheit des Analyten eine Beugung von Durchlicht und/oder reflektiertem Licht stattfindet. Durch Auswerten des jeweils entstehenden Beugungsmusters kann auf den jeweiligen Analyten geschlossen werden. Der bekannte Biosensor ist daher nicht zum Überwacheneiner Einrichtung auf innere Zustandsänderungen geeignet.
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Bei den zu überwachenden Einrichtungen kann es sich um Einrichtungen sehr verschiedener Art handeln; beispielsweise kann die zu überwachende Einrichtung ein elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel ein Widerstand, eine Diode oder eine integrierte Schaltung sein. Auch eine Leiterplatte – bestückt und unbestückt – sowie eine Schaltungsanordnung, beispielsweise eine Steuerschaltung, ein Netzteil oder ein Achszähler für Züge und auch eine mechanische Einrichtung kommen als zu überwachende Einrichtungen in Frage. Bei der zu überwachenden Einrichtung kann es sich ferner um ein Druckluftsystem, ein Hydrauliksystem, ein Kühlflüssigkeitssystem oder um Klimaanlagen usw. handeln. Auch ein Schalter, eine Beleuchtungseinrichtung, eine elektrische Anlage zur Energieversorgung mit Schaltschränken, Umrichtern, Sicherungskästen, Zuleitungen, Steckdosen, usw. sowie Einrichtungen zur Energieversorgung kommen als überwachende Einrichtungen in Betracht. Außerdem kann es sich bei der zu überwachenden Einrichtung auch um ein Rohrsystem für Gas, Wasser, Öl, Kühlflüssigkeit und/oder Luft handeln.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Sensoren unterschiedlicher Art eingesetzt werden, sofern sie in der Lage sind, selbständig, gewissermaßen autark, bei einer inneren Zustandsänderung einer Einrichtung eine Farbänderung im sichtbaren Bereich des Lichts zu erfahren. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn als Sensor ein nanotechnologisch basierter, autarker Sensor verwendet wird, der bei Einwirken der inneren Zustandsänderung der zu überwachenden Einrichtung auf den autarken Sensor selbständig für sich allein die Farbe ändert.
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Derartige Sensoren kommen ohne eine elektrische Energieversorgung aus, sind also autark, und lassen sich daher auch hinsichtlich elektrischer Schutzbestimmungen kritischer Einrichtungen ohne besondere Vorkehrungen einsetzen. Es ist zwar aus der
Internetpublikation "http://arstechnica.com/science/2010/04/feasibility-of-nanosensors-for-monitoring-infr..." bekannt, Nanosensoren zur Temperaturerfassung und zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in gegossenem Beton zu verwenden, jedoch ist nicht im Einzelnen angegeben, wie die Sensoren ausgestaltet und angebracht sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Sensoren unterschiedlich an der zu überwachenden Einrichtung angebracht sein. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die innere Zustandsänderung der Einrichtung an einem äußeren Loch der Einrichtung erfasst wird, an dem der Sensor angebracht ist.
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Insbesondere dann, wenn die Einrichtung in einem Gehäuse untergebracht ist, erscheint es vorteilhaft, wenn die innere Zustandsänderung der Einrichtung an dem äußeren Loch der Einrichtung mittels eines zumindest teilweise dieses Loch überdeckend angebrachten Sensors erfasst wird. Dabei kann der Sensor bevorzugt so angebracht sein, dass er das äußere Loch der Einrichtung völlig überdeckt, so dass möglicherweise in der zu überwachenden Einrichtung gebildete Gase nicht nach außen austreten können.
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Der Sensor zur Anbringung von außen an dem äußeren Loch der Einrichtung ist vorteilhafterweise in Form eines Aufklebers ausgebildet, wodurch sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit ergibt, ihn einfach durch Aufkleben an der zu überwachenden Einrichtung anzubringen.
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Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die innere Zustandsänderung der Einrichtung mittels eines Sensors mit einem Übertragungsansatz erfasst wird, der durch das äußere Loch hindurch reicht und über den die jeweilige innere Zustandsänderung an den Sensor übertragen wird. Dabei kann der Übertragungsansatz in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, beispielsweise starr oder auch flexibel. Darüber hinaus kann er als ein Rohr ausgestaltet sein, über das dann beispielsweise bei einer inneren Zustandsänderung mit einhergehender Gasbildung dieses Gas dem Sensor zugeleitet wird. Bei Flüssigkeiten im Inneren der zu überwachenden Einrichtung kann der Übertragungsansatz derart ausgebildet sein, dass er eine Kapillarwirkung zeigt, so dass im Falle von einer bei einer inneren Zustandsänderung in der Einrichtung auftretenden Flüssigkeit diese Flüssigkeit zuverlässig erfasst werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Überwachen einer Einrichtung auf innere Zustandsänderungen mittels eines mit der Einrichtung verbundenen Sensors und stellt sich die Aufgabe, diese Anordnung so auszugestalten, dass sich mit ihr auf einfache und zuverlässige Weise der Zustand der Einrichtung überwachen lässt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer solchen Anordnung der Sensor ein Sensor ist, der bei einer inneren Zustandsänderung der Einrichtung direkt eine Farbänderung im sichtbaren Bereich des Lichts erfährt, und der Sensor ist derart mit der Einrichtung verbunden, dass seine Farbänderung von außen sichtbar ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass der bei ihr verwendete Sensor bei einer Änderung im Inneren zu überwachenden Einrichtung direkt eine Farbänderung im sichtbaren Bereich des Lichts zeigt, also ohne äußere Energieversorgung auskommt. Die Ablesbarkeit des Sensors ist dadurch gewährleistet, dass er von außen sichtbar angebracht ist, so dass einzig und allein durch eine Inaugenscheinnahme des Sensors überprüft werden kann, ob die zu überwachende Einrichtung kritische Zustandsänderungen im Inneren aufweist oder nicht. Auch eine Lichtleiterverbindung vom Sensor im Inneren der zu überwachenden Einrichtung nach außen kommt in Frage.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können Sensoren unterschiedlicher Art verwendet werden; als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn ein Sensor ein nanotechnologisch basierter, autarker Sensor ist, der bei Einwirken der inneren Zustandsänderung der Einrichtung auf den autarken Sensor selbständig für sich allein die Farbe ändert.
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Der Sensor kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung in verschiedener Weise an der zu überwachenden Einrichtung angebracht sein, sofern nur gewährleistet ist, dass er auf innere Zustandsänderungen der Einrichtung, wie beispielsweise Gasbildung, ansprechen kann. In einem sehr einfachen Fall ist der Sensor an einem äußeren Loch der Einrichtung angebracht. Ein solches Loch ist zur zuverlässigen Überwachung der Einrichtung dann ausreichend, wenn es beispielsweise in einem die gesamte Einrichtung umfassenden Gehäuse vorgesehen ist. Dabei muss das äußere Loch nicht unbedingt vollkommen durch den Sensor verschlossen sein; es ist gegebenenfalls auch ausreichend, wenn das äußere Loch der Einrichtung von dem Sensor nur teilweise überdeckt ist. Als Sensor kommt im vorliegenden Falle günstigerweise ein Aufkleber in Frage, der gegebenenfalls unter Verschließen des äußeren Loches einfach außen auf die Einrichtung aufgeklebt wird.
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Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn der Sensor einen Übertragungsansatz aufweist, der durch das äußere Loch der zu überwachenden Einrichtung hindurch reicht und über den die jeweilige innere Zustandsänderung an den Sensor übertragen wird, weil in diesem Falle der Sensor gewissermaßen wie eine Sonde ausgestaltet ist, wobei jedoch in Abweichung von bekannten Sensoren der Sensor nicht im Inneren des zu überwachenden Einrichtung angeordnet ist, sondern an der Peripherie, so dass seine Farbänderungen ohne Weiteres erfasst werden können.
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Der Übertragungsansatz kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein; als vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Übertragungsansatz ein Übertragungsrohr ist, das hinsichtlich seiner Länge zweckmäßigerweise so bemessen ist, dass es mit seinem freien Ende insbesondere in einem zu überwachenden Bereich einer zu überwachenden Einrichtung einbringbar ist.
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Bei einer zu überwachenden Einrichtung mit einer bei einer inneren Zustandsänderung auftretenden Flüssigkeit in ihrem Inneren ist der Übertragungsansatz vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass er eine Kapillarwirkung aufweist. Als konkrete Ausführungsform für einen solchen Übertragungsansatz kommt ein Docht oder ein Rohr in Frage, das mit Papier, Baumwolle oder Watte gefüllt ist. Auch kommen Befüllungen des Rohres in Frage, die eine gewisse Speicherwirkung aufweisen.
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Der Sensor kann vorteilhafterweise ein selbst regenerierbarer Sensor sein, der sich selbstständig regeneriert und somit nicht ausgetauscht werden muss, wenn einmal eine kritische innere Zustandsänderung aufgetreten und beseitigt worden ist.
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Gegebenenfalls kann aber auch der Einsatz eines Sensors vorteilhaft sein, der dauerhaft die Farbänderung beibehält, so dass damit ein Nachweis möglich ist, dass eine möglicherweise kritische, innere Zustandsänderung eingetreten war bzw. noch weiterhin vorliegt.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in
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1 in schematischer Darstellung ein Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Überwachen einer Einrichtung mit einem nanotechnisch basierten Sensor, in
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2 in schematischer Darstellung ein Ausschnitt aus einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Überwachen einer Einrichtung mit einem nanotechnisch basierten Sensor, in
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3 in schematischer Darstellung ein Ausschnitt aus einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Überwachen einer Einrichtung mit einem nanotechnisch basierten Sensor mit einem Übertragungsansatz und in
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4 in schematischer Darstellung ein Ausschnitt aus einem ergänzenden Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Überwachen einer Einrichtung mit einem nanotechnisch basierten Sensor mit einem Übertragungsansatz
dargestellt.
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In 1 ist von einer zu überwachenden Einrichtung 1 lediglich ein äußeres Gehäuse 2 in einem Ausschnitt dargestellt. Um die Einrichtung 1 in ihrem Innern 3 auf innere Zustandsänderungen überwachen zu können, weist das Gehäuse 2 ein äußeres Loch 4 auf. Das äußere Loch 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines nanotechnologisch basierten, autarken Sensors 5 verschlossen, der bei einer inneren Zustandsänderung in der Einrichtung 1 direkt eine Farbänderung im sichtbaren Bereich des Lichts erfährt, also selbständig für sich allein seine Farbe ändert, ohne dass es irgendwelcher angeschlossener Hilfseinrichtungen bedarf.
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Ändert die zu überwachende Einrichtung 1 ihren inneren Zustand unter Entwicklung eines neuen Stoffes, beispielsweise einer Ausgasung, dann verändert der Sensor 5 seine Farbe, beispielsweise von Grün auf Rot, was als die Anzeige eines gefährlichen Zustands der zu überwachenden Einrichtung 1 zu verstehen ist.
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Der Sensor kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein; beispielsweise kann ein Sensor mit Goldkolloiden oder Nano-Mikrokapseln aus photonischen Kristallen in einer solchen Ausführung verwendet werden, dass er auf bei einer inneren Zustandsänderung in der zu überwachenden Einrichtung 1 entstehende Stoffe durch eine Farbänderung reagiert. Auch kommt beispielsweise ein Sensor in Frage, der Nanoteilchen aus elementarem Kohlenstoff in Form kolloidaler Partikel mit Adsorption des bei einer inneren Zustandsänderung der zu überwachenden Einrichtung 1 auftretenden Stoffes aufweist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist eine zu überwachende Einrichtung 21 wiederum von einem nur ausschnittsweise dargestellten Gehäuse 22 umgeben, das mit einem äußeren Loch 23 versehen ist. Dieses Loch 23 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer durchsichtigen Scheibe 24 verschlossen.
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Im Innern 25 der zu überwachenden Einrichtung 21 befindet sich ein in beliebiger Weise angeordneter, autarker Sensor 26 beispielsweise in einer Ausführung, wie sie oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der 1 erläutert ist.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann im Falle beispielsweise einer Ausgasung im Innern der zu überwachenden Einrichtung 21 die Farbänderung des Sensors 26 durch die Glasscheibe 24 von außen wahrgenommen werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ein autarker Sensor 31 vorhanden, der mit einem Übertragungsansatz 32 versehen ist. Der Sensor 31 ist hier wiederum außen an einem Gehäuse 33 einer zu überwachenden Einrichtung 34 so angebracht, dass sein Übertragungsansatz durch ein äußeres Loch 35 im Gehäuse 33 in das Innere der zu überwachenden Einrichtung 34 reicht, und zwar bevorzugt bis zu der Stelle in der Einrichtung 34, wo eine Zustandsänderung sich am stärksten bemerkbar macht. Ist die Zustandsänderung mit einem Auftreten von Flüssigkeit verbunden, dann ist der Übertragungsansatz 32 als Kapillare ausgebildet, so dass die Flüssigkeit bis zum Sensor 31 aufsteigen kann und dort sehr zuverlässig für eine Farbänderung sorgt.
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Das Ausführungsbeispiel nach 4 unterscheidet sich von dem nach 3 dahingehend, dass hier ein mit einem autarken Sensor 41 verbundener Übertagungsansatz 42 flexibel ausgebildet ist, beispielsweise als ein Docht ausgeführt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5482830 [0006]
- DE 69738470 T2 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Internetpublikation "http://arstechnica.com/science/2010/04/feasibility-of-nanosensors-for-monitoring-infr..." [0010]
