DE102018114210A1 - Methods for evaluating fluids - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Zustandes eines Fluids (7), welches dazu geeignet ist, eine Reaktionsschicht auf der Oberfläche eines Bauteils (1a, b; 13) aufzubauen, wobei ein Sensor (2) vorgesehen ist der zumindest ein Elektrodenpaar (1a, b) umfasst, wobei die Elektroden (1a, b) gegeneinander isoliert sind und aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei die Elektroden (1a, b) in das Fluid hineinragen oder hineinbewegbar sind.Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Fähigkeit eines Fluids, eine Reaktionsschicht auf der Oberfläche eines Bauteils aufzubauen, sich ändert, wenn sich die Eigenschaften des Fluids verändern, was beispielsweise bei der Alterung von Kühlmittel eintritt.The invention relates to a method for determining the state of a fluid (7), which is suitable for building up a reaction layer on the surface of a component (1a, b; 13), a sensor (2) being provided which has at least one pair of electrodes (1a , b), the electrodes (1a, b) being insulated from one another and made of different materials, the electrodes (1a, b) projecting into or being movable into the fluid. The invention is based on the finding that the ability of a fluid Building a reaction layer on the surface of a component changes when the properties of the fluid change, which occurs, for example, with the aging of the coolant.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bewertung des Zustandes von Fluiden. Das Fluid kann beispielsweise das Kühlwasser in dem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges sein oder auch jedes andere Fluid.The invention relates to a method and a device for evaluating the state of fluids. The fluid can be, for example, the cooling water in the cooling circuit of a motor vehicle or any other fluid.
Die Kühlflüssigkeit in Fahrzeugen besteht üblicherweise aus einem Kühlmittel auf Basis von Wasser, sowie Zusatzmitteln wie Glykol (z.B. Ethylenglykol) und Additiven. Die Hinzuführung der Additive ist auf die verwendeten Materialien des Motors und die weiteren Komponenten des Kühlsystems abgestimmt und ist daher in der Regel von den Spezifikationen der Motorhersteller abhängig. Da sich die Additive im Laufe der Zeit abbauen bzw. einem Alterungs- und/oder Verschleißprozess unterliegen, ist ein regelmäßiger Wechsel der Kühlflüssigkeit notwendig.The coolant in vehicles usually consists of a coolant based on water, as well as additives such as glycol (e.g. ethylene glycol) and additives. The addition of additives is tailored to the materials used in the engine and the other components of the cooling system and is therefore generally dependent on the specifications of the engine manufacturers. Since the additives degrade over time or are subject to an aging and / or wear process, a regular change of the coolant is necessary.
Neben dem Motor kann auch ein Retarder, der die Kühlflüssigkeit als Arbeitsmedium verwendet, einen Kanalabschnitt im Kühlsystem bilden. Ferner weisen derartige Kühlsysteme zumindest eine Kühlfluidfördereinrichtung sowie einen Wärmetauscher auf. Dabei umfasst der Kühlkreislauf mehrere Kanalabschnitte die in der Regel aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei die Kühlflüssigkeit im Idealfall alle Materialien mit einer Schutzschicht überzieht, die in der Lage ist eine Reaktionsschicht auf der Oberfläche des Kanals aufzubauen, so dass eine Korrosion zuverlässig verhindert wird.In addition to the engine, a retarder that uses the cooling liquid as the working medium can also form a channel section in the cooling system. Furthermore, cooling systems of this type have at least one cooling fluid delivery device and a heat exchanger. The cooling circuit comprises several channel sections, which generally consist of different materials, with the cooling liquid ideally covering all materials with a protective layer which is able to build up a reaction layer on the surface of the channel, so that corrosion is reliably prevented.
Um sicherzustellen, dass Korrosionsprozesse zuverlässig vermieden werden, müssen die Wechselintervalle eingehalten werden. Im Allgemeinen kommt es deshalb zu einer Entsorgung von Kühlmittel, welches durchaus noch hätte verwendet werden können. Dies stellt hinsichtlich der Kosten, insbesondere auch im Hinblick auf die Notwendigkeit einer fachgerechten Entsorgung, und/oder der damit verbundenen Betriebsunterbrechung einen gravierenden Nachteil dar.In order to ensure that corrosion processes are reliably avoided, the change intervals must be observed. In general, coolant is therefore disposed of, which could still have been used. This represents a serious disadvantage in terms of costs, especially with regard to the need for professional disposal and / or the associated business interruption.
Aus der
Aus der
Die
Es hat sich aber gezeigt, dass die Messung von Eigenschaften bzw. Eigenschaftsänderungen sehr aufwendig sind und die Messwerte nicht zuverlässig mit der Funktionsfähigkeit des Fluids korrelieren.However, it has been shown that the measurement of properties or property changes are very complex and the measured values do not correlate reliably with the functionality of the fluid.
Eine der Aufgaben der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bewertung des Zustandes und/oder der Funktionsfähigkeit eines Fluids vorzuschlagen.One of the objects of the present invention is therefore to propose a method and a device for evaluating the condition and / or the functionality of a fluid.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.According to the invention, this object is achieved with a method according to
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Fähigkeit eines Fluids, eine Reaktionsschicht auf der Oberfläche eines Bauteils aufzubauen, sich ändert, wenn sich die Eigenschaften des Fluids verändern, was beispielsweise bei der Alterung von Kühlmittel eintritt.The invention is based on the finding that the ability of a fluid to build up a reaction layer on the surface of a component changes when the properties of the fluid change, which occurs, for example, when coolant ages.
Unter Berücksichtigung des Obigen ist es ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen mittels dem der Zustand eines Fluids bestimmt werden kann.Taking the above into account, it is an object of the present invention to propose a method and a device by means of which the state of a fluid can be determined.
Es wird ein Verfahren zur Ermittlung des Zustandes eines Fluids vorgeschlagen, wobei das Fluid anteilig aus Wasser besteht oder mit Wasser mischbar ist und dazu geeignet ist, eine Reaktionsschicht auf der Oberfläche eines Bauteils aufzubauen, wobei ein Sensor vorgesehen ist der zumindest ein Elektrodenpaar umfasst, wobei die Elektroden gegeneinander isoliert sind und aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Weiterhin ragen die Elektroden in das Fluid hinein oder sind in das Fluid hineinbewegbar.A method for determining the state of a fluid is proposed, the fluid consisting partly of water or being miscible with water and being suitable for building up a reaction layer on the surface of a component, a sensor being provided which comprises at least one pair of electrodes, wherein the electrodes are insulated from each other and consist of different materials. Furthermore, the electrodes protrude into the fluid or can be moved into the fluid.
Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:
- - Schaffung einer Reaktionsfläche an zumindest einer Teiloberfläche einer Elektrode des Elektrodenpaares;
- - herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Elektroden und messen des elektrischen Stromflusses zwischen den Elektroden über eine vorgebbare Zeitspanne, wenn die Elektroden zumindest teilweise von dem Fluid benetzt sind, oder messen der Spannung zwischen den Elektroden über eine vorgebbare Zeitspanne, wenn die Elektro zumindest teilweise von dem Fluid benetzt sind;
- - Beurteilung des Zustandes des Fluids nach der vorgegebenen Zeitspanne auf Basis der gemessenen Stromstärke oder der gemessenen Spannung, wobei der Zustand des Fluids als gut gilt, wenn die gemessene Stromstärke oder Spannung kleiner ist als ein vorgebbarer Schwellwert oder innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs liegt.
- - Creation of a reaction surface on at least one partial surface of an electrode of the pair of electrodes;
- - Establish an electrically conductive connection between the electrodes and measure the electrical current flow between the Electrodes over a predeterminable period of time if the electrodes are at least partially wetted by the fluid, or measure the voltage between the electrodes over a predeterminable period of time if the electrodes are at least partially wetted by the fluid;
- - Assessment of the state of the fluid after the predetermined period of time on the basis of the measured current or voltage, the state of the fluid being considered good if the measured current or voltage is less than a predeterminable threshold value or within a predeterminable value range.
Als Reaktionsfläche im Sinne der Anmeldung wird jede Fläche angesehen, auf der sich eine Reaktionsschicht aufbauen kann, die eine Veränderung des Stromflusses bewirkt, so dass beim Kurzschließen der Elektroden der messbare Stromfluss kleiner ist als der Stromfluss ohne Reaktionsschicht.Any surface on which a reaction layer can be built up which causes a change in the current flow is regarded as a reaction surface in the sense of the application, so that when the electrodes are short-circuited, the measurable current flow is smaller than the current flow without a reaction layer.
Weiterhin kann zur Beurteilung des Zustandes des Fluids auch der Verlauf der Stromstärke oder der Spannung bis zum Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne berücksichtigt werden.Furthermore, the course of the current strength or the voltage up to the expiry of the predetermined time period can also be taken into account for assessing the state of the fluid.
In einem weiteren vorteilhaften Verfahren kann zur Beurteilung des Zustandes des Fluids ein Kurzschluss zwischen den Elektroden hergestellt werden, der zeitweise unterbrochen wird, wobei während der Zeit der Unterbrechung eine Spannungsmessung erfolgt. Durch den Kurzschluss wird die Bildung von Reaktionsschichten an den Elektrodenoberflächen beschleunigt bzw. begünstigt. Die Messung der Spannung kann zur Beurteilung des Zustandes des Fluids herangezogen werden.In a further advantageous method, a short circuit can be produced between the electrodes to assess the state of the fluid, which short-term interruption, a voltage measurement being carried out during the interruption. The short circuit accelerates or favors the formation of reaction layers on the electrode surfaces. The measurement of the voltage can be used to assess the state of the fluid.
Weiterhin kann die vorgegebene Zeitspanne mehrere erste Zeitabschnitte zur Spannungsmessung und zweite Zeitabschnitte zur Strommessung umfassen. Durch diese abwechselnde Messung von Spannung und Strom können besonders vorteilhaft der Spannungsverlauf und der Stromverlauf zur Beurteilung des Fluids herangezogen werden.Furthermore, the predetermined period of time can include several first time periods for voltage measurement and second time periods for current measurement. Through this alternating measurement of voltage and current, the voltage profile and the current profile can be used particularly advantageously for assessing the fluid.
Der erste Zeitabschnitt für die Spannungsmessung kann dabei zwischen 0,2s und 10s und der zweite Zeitabschnitt für die Strommessung zwischen 0,2s und 600s liegen. Bevorzugt kann der erste Zeitabschnitt für die Spannungsmessung aber auch zwischen 1s und 2s und der zweite Zeitabschnitt für die Strommessung zwischen 1s und 10s betragen.The first time period for the voltage measurement can be between 0.2s and 10s and the second time period for the current measurement between 0.2s and 600s. Preferably, however, the first time period for the voltage measurement can also be between 1s and 2s and the second time period for the current measurement can be between 1s and 10s.
Eine Messung kann auch mit einer Strommessung bzw. einem Kurzschluss beginnen.A measurement can also start with a current measurement or a short circuit.
Um die Beseitigung einer vorhandenen Reaktionsschicht an den Elektroden zu erzielen, wird zumindest eines der folgenden Verfahren verwendet:
- - Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden;
- - Generierung einer Bruchfläche;
- - spanende Bearbeitung;
- - elektrochemisches Verfahren;
- - gezielte abrasive Bearbeitung;
- - gezielte Erzeugung von Kavitation an zumindest einer Elektrodenoberfläche in einem Fluidstrom;
- - applying a voltage between the electrodes;
- - generation of a fracture surface;
- - machining;
- - electrochemical process;
- - targeted abrasive processing;
- - targeted generation of cavitation on at least one electrode surface in a fluid stream;
Bei der Spannung kann es sich um eine Gleich- oder Wechselspannung handeln die zwischen den Elektroden angelegt wird. In einer weiteren Ausführung kann auch eine Gleich- oder Wechselspannung zwischen einer Hilfselektrode und den Elektroden angelegt werden.The voltage can be a direct or alternating voltage that is applied between the electrodes. In a further embodiment, a direct or alternating voltage can also be applied between an auxiliary electrode and the electrodes.
Alternativ kann auch eine abrasive Bearbeitung mittels eines bewegbaren Reinigungskörpers erfolgen.Alternatively, abrasive processing can also be carried out using a movable cleaning body.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zustandes eines Fluids vorgeschlagen, dass für ein Verfahren nach einer der beschrieben Verfahren geeignet ist. Diese umfasst einen Sensor, bestehend aus Trägerelement und zumindest einem Elektrodenpaar, welches aus unterschiedlichen Materialien besteht und gegeneinander isoliert ist, wobei die Vorrichtung einen Bearbeitungskörper und Mittel umfasst, die eine abrasive Bearbeitung der Elektroden ermöglichen.Furthermore, a device for determining the state of a fluid is proposed that is suitable for a method according to one of the described methods. This comprises a sensor, consisting of a carrier element and at least one pair of electrodes, which consists of different materials and is insulated from one another, the device comprising a processing body and means which enable abrasive processing of the electrodes.
Die Mittel können dabei eine Bewegung der Elektrode und /oder des Bearbeitungskörpers ermöglichen, wobei der Antrieb mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen kann.The means can enable the electrode and / or the processing body to move, wherein the drive can be mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic.
Ein Fluidkreislauf kann beispielsweise mehrere Kanalabschnitte umfassen, durch die ein Fluid strömen kann, wobei der Fluidkreislauf eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 umfasst.A fluid circuit can, for example, comprise a plurality of channel sections through which a fluid can flow, the fluid circuit comprising a device according to one of
In einer Ausführung können die Kanalabschnitte durch Bauteile gebildet werden, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei der Sensor zumindest ein Elektrodenpaar umfasst, wobei die Elektroden aus Materialien bestehen, die mit den verwendeten Materialien unterschiedlicher Kanalabschnitte übereinstimmen.In one embodiment, the channel sections can be formed by components which consist of different materials, the sensor comprising at least one pair of electrodes, the electrodes consisting of materials which correspond to the materials used for different channel sections.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung sowie weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Further features of the method and the device according to the invention as well as further advantages of the invention result from the following description with reference to the drawings.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of sketches.
In diesen zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Messanordnung -
2a, b zeigt beispielhaft den Spannungsverlauf und den Stromverlauf -
3 ist der Stromverlauf für ein Fluid dargestellt, welches unterschiedlich lang im Einsatz war -
4 zeigt die Stromstärken nach 120s Messzeit, für ein alterndes Fluid -
5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung im Fluidstrom -
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung im Fluidstrom
-
1 a measuring arrangement according to the invention -
2a, b shows an example of the voltage curve and the current curve -
3 the current profile is shown for a fluid that was used for different lengths of time -
4 shows the currents after 120s measuring time, for an aging fluid -
5 shows a first embodiment of a measuring device in the fluid flow -
6 shows a second embodiment of a measuring device in the fluid flow
Der Schalter
Wird der Sensor, bzw. die blanken Elektroden in das Fluid getaucht, bildet sich eine Reaktionsschicht auf den mit Fluid benetzten Oberflächen der Elektroden
In den
Im Diagramm
In
Ist das Fluid beispielsweise eine Kühlflüssigkeit sollte diese ausgetauscht werden, sobald sie ihre Fähigkeit verliert eine Reaktionsschicht auf den Elektroden aufzubauen bzw. in einem Kühlkreislauf die Innenwände der Kanalabschnitte mittels der Reaktionsschicht zu schützen.If the fluid is a cooling liquid, for example, it should be replaced as soon as it loses its ability to build up a reaction layer on the electrodes or to protect the inner walls of the channel sections by means of the reaction layer in a cooling circuit.
Vor jeder Messung wird der Sensor
Die dargestellten Ausführungen zeigen nur zwei mögliche Konstruktionen, wobei auch andere Anordnungen und Kinematiken denkbar sind.The versions shown only show two possible constructions, although other arrangements and kinematics are also conceivable.
Weiterhin können zwei oder mehr Elektrodenpaarungen
Der Einsatz des Messverfahrens ist nicht auf den beschriebenen Einsatzbereich beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, den Zustand von Wässer aus Flüssen und Seen (Hydro), Grubenwässer (Turbo Minenanwendung) etc., die sehr unterschiedlich korrosiv wirken können, zu bestimmen. Die unterschiedliche Korrosivität ergibt sich hier durch Verunreinigungen, die dann als Zusatzmittel im Sinne der Erfindung zu verstehen sind.The use of the measuring method is not limited to the area of application described. For example, it is also possible to determine the condition of water from rivers and lakes (hydro), mine water (turbo mine application) etc., which can have very different corrosive effects. The different corrosiveness results here from impurities, which are then to be understood as additives in the sense of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1a, b1a, b
- Elektrodenelectrodes
- 22
- Sensorsensor
- 33
- Schaltercounter
- 44
- Strommessgerätammeter
- 55
- Spannungsmessgerätvoltmeter
- 66
- Hubstroke
- 77
- Fluidfluid
- 88th
- Behältercontainer
- 99
- Hubvorrichtunglifting device
- 1010
- Bearbeitungskörpertreating body
- 1111
- Antriebdrive
- 1212
- Druckluftcompressed air
- 1313
- Kanalabschnittchannel section
- 1414
- elek. Anschlusselec. connection
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 102005043699 A1 [0006]DE 102005043699 A1 [0006]
- US 2014/0303831 [0007]US 2014/0303831 [0007]
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