DE102019115120A1

DE102019115120A1 - Temperiervorrichtung und Verfahren für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest

Info

Publication number: DE102019115120A1
Application number: DE102019115120.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Andreas Heine; Robert Skole; Martin Hettegger; Florian Strasser; Xenia Erler
Original assignee: Anton Paar Provetec GmbH
Current assignee: Anton Paar Provetec GmbH
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-12-10
Also published as: US20220236204A1; EP3980765A1; WO2020244845A1

Abstract

Bereitgestellt ist eine Vorrichtung (7) zum Temperieren einer in einem Behälter (3) befindlichen Probe (5) für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest, aufweisend: einen Temperierblock (11) mit einer, insbesondere zylindrischen, Behälteraufnahme (13) zum Aufnehmen des Behälters (3); einen Kühlluftführungskörper (15) zum Begrenzen eines Kühlluftweges (8) in dem der Temperierblock (11) angeordnet ist; wobei der Temperierblock (11) eine Außenoberfläche mit Rippen (17, 18) aufweist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Temperieren einer in einem Behälter befindlichen Probe für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Flammpunktbestimmungsapparatur, welche insbesondere auch zur Brennpunktbestimmung ausgebildet ist, die die Temperiervorrichtung aufweist.
HINTERGRUND
Flammpunkt-Prüfapparaturen werden herkömmlicherweise zur Charakterisierung von Brennstoffen (z.B. Diesel, Benzin, Kerosin, Heizöl), Lösemitteln, Schmierölen oder Chemikalien verwendet. Per Definition ist der Flammpunkt die niedrigste Temperatur, bei der sich in einem offenen oder geschlossenen Gefäß oder Tiegel aus der zu prüfenden Flüssigkeit unter festgelegten Bedingungen Dämpfe (gasförmige Probe gemischt mit Luft) in solcher Menge entwickeln, dass sich im oder außerhalb des Behälters ein durch Fremdzündung entflammbares Probengas-Luft-Gemisch bildet.
Zur Bestimmung des Flammpunktes und/oder des Brennpunktes wird, vorzugsweise gemäß verschiedenen Standards, eine definierte Menge einer zu untersuchenden Probe (Substanz) in den Behälter (z.B. Messtiegel) gefüllt, kontrolliert erhitzt (insbesondere auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht) und bei Bedarf gerührt. Dabei bildet sich kontinuierlich eine gasförmige Phase über der flüssigen Probe aus. Ab einer bestimmten Temperatur wird in periodischen Zeit- und/oder Temperaturabständen eine Zündquelle in den Behälter eingeführt, um das gebildete Gas-Luft-Probengemisch zu entzünden.
Wird bei einer bestimmten Probentemperatur eine Flamme detektiert, deren Brenndauer kleiner als 5 Sekunden ist, so ist der Flammpunkt ermittelt. Ist die Brenndauer länger als 5 Sekunden, so ist der Brennpunkt der Probe bestimmt.
Zur Flammpunktbestimmung eignen sich unterschiedliche Standardmethoden, die im Wesentlichen durch die Methoden nach i) Pensky, ii) Pensky-Martens, iii) Abel, iv) Abel-Pensky, v) Tagliabue und vi) Cleveland charakterisiert sind.
Das Dokument CN 101839877 B offenbart ein Flammpunkttestsystem, wobei eine externe Kühlung vorgesehen ist um die Temperatur des Flussmediums zu reduzieren. Das Brennpunkt- bzw. Flammpunkttestgerät ist mit dem externen Kühlgerät über eine Röhre verbunden.
Das Dokument CN 205920076 U offenbart ein vollautomatisches Testgerät, welches für eine Gasselbstzündungstemperaturbestimmung geeignet ist, wobei ein Heizsystem mit Temperatursteuerung vorgesehen ist.
Das Dokument CN 202075255 U offenbart ein halbautomatisches Flammpunkttestsystem für Petroleumprodukte, wobei ein Heizer in dem unteren Gehäuse montiert ist.
Das Dokument JP 4287314 B2 offenbart einen Apparat zum Messen eines Flammpunktes, wobei ein Wärmeträger durch einen Kühler gekühlt wird.
Das Dokument JP S60119453 A offenbart einen Flammpunktbestimmungsmessapparat, wobei eine flüssige Probe durch einen Heizer geheizt ist, um die Flüssigkeit zu verdampfen. Die Flammzeit kann durch Detektieren der Veränderung in Schall oder Licht detektiert werden.
Ein herkömmliches Flammpunkttestgerät kann eine Heizbaugruppe aufweisen, welche zur Regelung und Kontrolle der Probentemperatur dient. Die Heizrate der Probe ist durch die Norm lediglich in einem bestimmten Temperaturbereich festgelegt.
Außerhalb eines durch die Norm festgelegten Temperaturbereiches kann die Heiz- und Kühlrate frei gewählt werden. Die Auslegung der Heiz-/Kühlbaugruppe bestimmt den maximalen Probendurchsatz. Der Probendurchsatz eines Flammpunkttesters bzw. Brennpunkttesters setzt sich hauptsächlich aus drei Temperaturraten zusammen: i) Heizrate bis zum normrelevanten Temperaturbereich, ii) in der Norm vorgeschriebene Heizrate im normrelevanten Temperaturbereich und iii) Kühlrate nach Beendigung der Flammpunktbestimmung bzw. Brennpunktbestimmung. Während die in einem bestimmten Temperaturbereich gemäß der Norm vorgeschriebene Heizrate unveränderlich ist, kann jedoch die Heizrate bis zum normrelevanten Bereich sowie auch die Kühlrate nach Beendigung der Flammpunktbestimmung bzw. Brennpunktbestimmung frei gewählt werden und kann somit die Gesamtdauer des Experiments beeinflussen. Die nicht von einer Norm vorgegebenen Parameter i) und iii) ergeben sich direkt aus der technischen Auslegung der Heiz-/Kühlbaugruppe.
In herkömmlichen Vorrichtungen zur Brennpunktbestimmung bzw. Flammpunktbestimmung sind die erforderlichen Zeitdauern des Experiments relativ groß, so dass der Probendurchsatz relativ gering ist.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Temperieren einer in einem Behälter befindlichen Probe für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest zu schaffen, wobei von einer Norm gesetzte experimentelle Beschränkungen erfüllt werden können, jedoch eine Gesamtexperimentdauer vermindert werden kann bzw. der Probendurchsatz erhöht werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte und normgerechte Heiz-/Kühlbaugruppe bereitzustellen, mit der in den nicht durch die Norm(en) geregelten Temperaturbereichen eine möglichst rasche Aufheizung bzw. Abkühlung erzielt werden kann. Damit kann die Gesamtprozesszeit deutlich reduziert werden und der Probendurchsatz kann maßgeblich erhöht werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bereitgestellt eine Vorrichtung zum Temperieren einer in einem Behälter befindlichen Probe für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest, aufweisend: einen Temperierblock mit einer, insbesondere zylindrischen, Behälteraufnahme zum Aufnehmen des Behälters; einen Kühlluftführungskörper zum Begrenzen eines Kühlluftweges, in dem der Temperierblock (für Luftkühlung) angeordnet ist; wobei der Temperierblock eine Außenoberfläche mit Rippen (z.B. Überstände, Vorsprünge, Wülste, Hervorstehungen, Lamellen mit dazwischenliegenden Vertiefungen, Kanälen, Furchen) aufweist.
Die Vorrichtung zum Temperieren kann geeignet sein für einen standardisierten Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest, welcher z.B. einer oder mehreren der folgenden Normen entspricht (jeweils zumindest für die am Anmeldungsdatum gültigen Versionen): ASTM D93, DIN EN ISO 2719, GB/T261, IP 34, JIS K 2265, ISO 13736, ISO 1516, ISO 1523, DIN 51755-1 (Abel-Pensky mit entsprechendem Zubehör); ASTM D56, ASTM D3934, ASTM D3941; ASTM D92, DIN EN ISO 2592, IP 36, IP 403. Ausführungsformen können weiteren hier nicht aufgeführten Normen entsprechen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützten eine oder mehrere der Methoden nach i) Pensky und/oder ii) Pensky-Martens und/oder iii) Abel und/oder iv) Abel-Pensky und/oder v) Tagliabue und/oder vi) Cleveland.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können insbesondere die Methoden nach ii) Pensky-Martens, ii) Cleveland einsetzen. Dabei können die Vorrichtungen bzw. Apparaturen den folgenden Normen entsprechen: ASTM D93, EN ISO 2719, GB/T261, IP 34, JIS K2265; ASTM D92, EN ISO 2592, IP 36, IP 403, JIS K2265 (jeweils zumindest für die am Anmeldungsdatum gültigen Versionen).
Eine vorteilhafte Auslegung der Heiz-/Kühlbaugruppe ermöglicht gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, den Probendurchsatz zu erhöhen.
Der Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest kann z.B. für Kerosin, Öl, allgemein Kohlenwasserstoff-haltige Substanzen, z.B. zur Qualitätstestung herangezogen werden. Der Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest kann z.B. mit einer der Versuchsaufbauten durchgeführt werden, die von Sir Frederik Abel, Adolf Martens, Berthold Pensky oder Charles J. Tagliabue entwickelt wurden.
Während des Flammpunktbestimmungstests und/oder Brennpunktbestimmungstest kann die zu untersuchende Probe in einem geschlossenen oder in einem offenen Behälter aufgenommen sein. Beide Klassen von Flammpunkttests werden von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützen Testmethoden, wobei ein Gleichgewichtszustand, ein Nicht-Gleichgewichtszustand oder ein Schnell-Gleichgewichtszustands innerhalb des Behälters vorliegen kann. Nicht-Gleichgewichtszustands-Verfahren können z.B. einer oder mehreren der Normen DIN EN ISO 13736, ASTM D56, DIN EN ISO 2719, ASTM D93, DIN EN ISO 2592, ASTM D92 entsprechen. Gleichgewichtszustands-Verfahren können z.B. einer oder mehreren der Normen DIN EN ISO 1516, DIN EN ISO 1523, DIN EN 924, ASTM D3941, DIN 53213 entsprechen. Schnell-Gleichgewichtszustands-Verfahren können z.B. der Norm DIN EN ISO 3679, entsprechen.
Während der Durchführung des Flammpunktbestimmungstests kann die zu untersuchende Probe gerührt werden. Während der Durchführung des Flammpunktbestimmungstests kann die Temperatur der Probe innerhalb des Behälters an einer oder mehreren Stellen (etwa in der Gasphase und/oder der Flüssigphase) gemessen werden. Ferner kann der atmosphärische Druck und/oder der Druck innerhalb des Behälters gemessen werden und die Messergebnisse können entsprechend korrigiert werden. Die Flammpunktbestimmungsapparatur gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann z.B. ausgebildet sein, Flammpunkte in einem Bereich von -40°C bis +410°C zu bestimmen.
Bei dem Behälter kann es sich insbesondere um einen im Wesentlichen zylinderförmigen Behälter mit Deckel oder ohne Deckel handeln.
Der Behälter kann z.B. im Wesentlichen zylinderförmig sein. Die Probe kann im flüssigen Zustand z.B. etwa 1/3 bis 2/3 des Behälterinnenraumes ausfüllen. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der Probe innerhalb des Behälters kann die Probe im gasförmigen Zustand, insbesondere vermischt mit Luft vorhanden sein.
Die Vorrichtung zum Temperieren der Probe kann zum Heizen und/oder zum Kühlen der Probe ausgebildet sein. Bei der Probe kann es sich um eine flüssige Probe handeln, die teilweise auch im gasförmigen Zustand innerhalb des Behälters vorliegen kann.
Der Temperierblock kann aus Metall gefertigt sein. Die Behälteraufnahme (z.B. eine, insbesondere zylindrische, Aussparung in dem Temperierblock) kann den Behälter seitlich sowie unten umgeben. Der Behälter kann z.B. mit einer seitlichen und unteren Außenoberfläche direkt bzw. unmittelbar an eine seitliche und untere (Innen-)Oberfläche der Behälteraufnahme angrenzen bzw. damit in Kontakt stehen. Damit ist eine gute Wärmeleitung zwischen dem Temperierblock und dem Behälter ermöglicht.
Zum Aufheizen der in dem Behälter befindlichen Probe kann der Temperierblock aufgeheizt werden, z.B. mit einem elektrischen Heizdraht, und Wärme durch Wärmestrahlung, durch Wärmeleitung bzw. Diffusion und/oder durch Konvektion an den Behälter übertragen. Der Behälter kann dann die Wärme auf die in dem Behälter befindliche Probe übertragen.
Bei einem Kühlungsprozess verläuft der Wärmestrom in umgekehrter Richtung, d.h. von der in dem Behälter befindlichen Probe, auf den Behälter und von diesem in den Temperierblock.
Der Kühlluftführungskörper kann aus Metall gefertigt sein und kann aufgrund seiner Geometrie die Bewegungsrichtung von Kühlluft bestimmen. Kühlluft kann innerhalb des Kühlluftführungskörpers mit einer Strömungsrichtung strömen, welche im Wesentlichen durch die Geometrie des Kühlluftführungskörpers bestimmt ist.
Die Oberfläche des Temperierblockes kann eine Innenoberfläche und die Außenoberfläche aufweisen. Die Innenoberfläche und/oder die Außenoberfläche können in geeigneter Weise behandelt, beschichtet o.ä. sein. Die Innenoberfläche des Temperierblockes kann die Behälteraufnahme definieren, der Rest der Oberfläche kann die Außenoberfläche bilden. Die Außenoberfläche des Temperierblockes wird als derjenige Teil aufgefasst, welcher nicht die Behälteraufnahme zum Aufnehmen des Behälters definiert.
Ein Teil der Außenoberfläche oder die gesamte Außenoberfläche des Temperierblockes kann Rippen aufweisen. Die Innenoberfläche des Temperierblockes kann im Wesentlichen glatt sein, um einen möglichst direkten Kontakt oder einen definierten Abstand mit dem Behälter zu ermöglichen, welcher ebenfalls eine glatte Außenoberfläche aufweisen kann. Wenn die Außenoberfläche des Temperierblockes mit Rippen ausgestattet ist, kann ein Wärmeaustausch mit den Temperierblock bzw. die Außenoberfläche umströmender Kühlungsluft verbessert werden. Insbesondere ist eine Flächengröße der Außenoberfläche aufgrund der Rippen größer als wenn die Außenoberfläche keine Rippen aufwiese, z.B. glatt wäre. Aufgrund der Rippen bzw. der erhöhten Flächengröße der Außenoberfläche kann eine Kühlrate im Vergleich zu herkömmlichen Systemen erhöht sein. Somit kann z.B. eine Probe nach Bestimmung des Flammpunktes bzw. des Brennpunktes schneller wieder abgekühlt werden, sodass sie gefahrlos manipuliert werden kann, um einen weiteren Test mit einer weiteren Probe durchführen zu können.
Die Rippen können als längliche Hervorstehungen aufgefasst werden, etwa als Vorsprünge, Wülste, Hervorstehungen und/oder Lamellen, zwischen denen jeweils ein Kanal bzw. eine Furche gebildet ist. Die Rippen können z.B. aufgrund verschiedener Wandstärken des Temperierblocks gebildet sein. Eine minimale Wandstärke kann z.B. in einem Bereich zwischen zwei Rippen vorliegen und kann z.B. zwischen 1 mm und 10 mm betragen. Eine maximale Dicke kann z.B. an den Positionen der Rippen vorliegen und kann z.B. zwischen 6 mm und 30 mm betragen. Im Querschnitt können die Rippen (zumindest erste Rippen) gleiche oder verschieden Formen aufweisen, z.B. eine Trapezform oder Wellenform oder Sägezahnform oder Rechteckform oder die Form eines Polygons. Zweite Rippen (z.B. an einer unteren Außenoberfläche des Temperierblockes) können im Querschnitt gleiche oder verschieden Formen, z.B. eine Rechteckform, aufweisen.
Zur Herstellung der Rippen können z.B. Teile der Außenoberfläche des Temperierblockes herausgefräst oder herausgedreht werden, wobei zwischen den durch das Herausfräsen bzw. Herausdrehen entstandenen Vertiefungen die Rippen gebildet sind. Die zwischen den Rippen gebildeten Furchen bzw. Kanäle können z.B. eine sich nach radial innen verringernde Breite aufweisen, insbesondere jene Furchen bzw. Kanäle, die zwischen Rippen gebildet sind, welche an seitlichen Außenoberflächen des Temperierblocks gebildet sind. Die Furchen bzw. Kanäle zwischen den Rippen können z.B. Abschrägungen aufweisen, welche schräge Flanken der Rippen bilden. An einem unteren Außenoberflächenbereich des Temperierblockes können die Flanken der Rippen parallele Oberflächen bilden. Die Flanken der Rippen können im Wesentlichen eben sein bzw. einen Teil einer Kegelfläche bilden, insbesondere einen ringförmigen Teil einer Kegelfläche bilden. Die Rippen können in verschiedenen Geometrien gebildet sein.
Der Temperierblock kann im Wesentlichen eine Zylindersymmetrie aufweisen, zumindest ungeachtet eines unteren Bereiches des Temperierblocks. Die Rippen können umlaufend in Umfangsrichtung gebildet sein und ebenfalls der Zylindersymmetrie gehorchen. Die seitlichen Rippen (d.h. die an einer Seitenaußenoberfläche vorgesehenen Rippen) können in einer Querschnittsansicht einer Zahnstange ähneln, wobei sich Erhebungen mit Vertiefungen abwechseln. Die seitlichen (ersten) Rippen können alle im Wesentlichen gleich gebildet sein, d.h. mit gleicher Geometrie und gleichen Abmessungen bezüglich Rippenhöhe z.B. und Furchentiefe bzw. Kanaltiefe. Die unteren (zweiten) Rippen können im Gegensatz dazu verschiedene Abmessungen aufweisen, z.B. Rippen, welche verschiedene Rippenhöhe bzw. verschiedene Kanaltiefen bzw. Furchentiefen dazwischen aufweisen.
Der Kühlluftweg ist der durch den Kühlluftführungskörper begrenzte freie Raum, in dem Kühlungsluft strömen kann, insbesondere zu dem Temperierblock hin und um den Temperierblock herum. Während eines Kühlprozesses ist somit der Temperierblock einer Kühlluftströmung innerhalb des Kühlluftweges ausgesetzt, um den Temperierblock kühlen zu können. Jedenfalls ist die Außenoberfläche des Temperierblocks innerhalb des Kühlluftweges der Kühlungsluft ausgesetzt. Die Kühlungsluft kommt somit innerhalb des Kühlluftweges mit den Rippen in Kontakt und kann insbesondere in zwischen den Rippen gebildeten Kanälen bzw. Furchen strömen, wobei die Kühlungsluft in direktem Kontakt mit den Flanken und den oberen Kanten bzw. Flächen der Rippen sowie den Tälern (bzw. Gründen oder Böden) zwischen den Rippen in Kontakt steht. Dabei bezieht sich „oben“ auf den in radialer Richtung am weitesten außen liegenden Bereich, während sich Begriffe wie „unten“ oder „Boden“ auf den in radialer Richtung am weitesten innen liegenden Bereich beziehen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist jeweils zwischen zwei benachbarten Rippen ein Kühlkanal gebildet, innerhalb dessen Kühlungsluft im Wesentlichen parallel zu den Rippen strömt. Der Kühlkanal (jeweils zwischen zwei benachbarten Rippen) kann somit durch eine Flanke einer ersten Rippe und eine Flanke einer der ersten Rippe benachbarten zweiten Rippe sowie durch einen Boden (z.B. tiefster bzw. radial am weitesten innen liegender Punkt oder Bereich) zwischen den beiden Rippen begrenzt sein. Der Kühlkanal kann insbesondere in Umfangsrichtung umlaufend um die seitliche Außenoberfläche des Temperierblockes ausgebildet sein. Innerhalb des Kühlkanals kann die Kühlungsluft mit geringen Verwirbelungen und insbesondere mit geringeren Strömungsabrissen strömen. Die Kühlungsluft kann im Wesentlichen entlang der Längserstreckungsrichtung der Kühlkanäle strömen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Temperierblock bei Positionen von Rippen eine größere Wanddicke auf als bei Positionen zwischen den Rippen. Der Temperierblock kann somit variierende Wandstärke bzw. Wanddicke aufweisen. Insbesondere in einem oberen Bereich kann die Seitenwand des Temperierblocks eine in einer vertikalen Richtung variierende Wandstärke aufweisen. Bei Positionen von Oberkanten von Rippen kann dabei die Wanddicke maximal sein und an einem Grund (bzw. Boden oder Tal) genau in der Mitte zwischen zwei benachbarten Rippen kann die Wanddicke minimal sein. Aufgrund der Rippen kann die Außenoberfläche insbesondere seitliche Außenoberfläche des Temperierblockes als geriffelt ausgebildet sein, während die Innenoberfläche des Temperierblockes (welche mit dem Behälter in Kontakt steht) glatt ausgebildet sein kann. Die verschiedenen Wanddicken können durch Herausfräsen bzw. Herausdrehen von Material gebildet werden, wodurch Furchen bzw. Kanäle entstehen können, zwischen denen die Rippen verbleiben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die in dem Kühlluftführungskörper geführte Kühlungsluft im Bereich des Temperierblockes eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Strömungsrichtung. Die Richtungsbezeichnungen horizontal und vertikal sind dabei in Bezug auf eine Benutzung der Temperiervorrichtung während eines Flammpunktbestimmungstestes bzw. eines Brennpunktbestimmungstestes zu verstehen. Während eines solchen Testes ist der Temperierblock derart orientiert, dass eine Zylindersymmetrieachse entlang der vertikalen Richtung verläuft. Die horizontale Richtung bzw. horizontale Ebene steht senkrecht auf der vertikalen Richtung. Die Zylindersymmetrieachse kann gegenüber der Vertikalen auch um einen bestimmten Winkel, z.B. 2°, 5° oder 10°, geneigt sein. Dann ist mit der Richtungsbezeichnung horizontal eine zur Zylindersymmetrieachse orthogonale Richtung gemeint. Wenn die Kühlungsluft eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Strömungsrichtung hat, kann der Temperierblock effektiv gekühlt werden, insbesondere gleichmäßig von allen Seiten des Temperierblocks. Ferner kann die untere Außenoberfläche des Temperierblockes effektiv gekühlt werden. Insbesondere kann die Kühlungsluft eine Strömungsrichtung innerhalb des Kühlluftweges im Bereich des Temperierblockes aufweisen, welche nur geringe oder kleine bzw. verschwindende Komponenten in Vertikalrichtung aufweist. Somit kann die Kühlungsluft nur geringe Strömungskomponenten in Richtungen quer zu den Rippen bzw. den Kühlkanälen aufweisen. In den Kühlkanälen strömende Kühlungsluft kann somit effektiv zum Kühlen des Temperierblocks beitragen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Außenoberfläche des Temperierblockes eine Mantelfläche und eine untere Außenoberfläche auf, wobei die Mantelfläche und/oder die untere Außenoberfläche innerhalb des Kühlluftführungskörpers der Kühlungsluft ausgesetzt sind. Wenn sowohl die Mantelfläche als auch die untere Außenoberfläche der Kühlungsluft ausgesetzt sind, kann eine Kühlungsrate weiter erhöht werden. Weiter ist es vorteilhaft, wenn im Wesentlichen die gesamte seitliche Außenoberfläche innerhalb des Kühlluftweges der Kühlungsluft ausgesetzt ist, insbesondere mindestens 80% oder mindestens 90% oder mindestens 95% der seitlichen Außenoberfläche des Temperierblockes. Die Mantelfläche kann Zylindersymmetrie aufweisen und kann eine umlaufende Seitenaußenoberfläche bilden. Die untere Außenoberfläche kann z.B. in einer Ansicht entlang der vertikalen Richtung im Wesentlichen kreisförmig sein. Gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die untere Außenoberfläche elliptisch oder polygonförmig sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind erste Rippen jeweils kreisförmig umlaufend gebildet und bilden Teile der Mantelfläche des Temperierblocks. Wenn die ersten Rippen kreisförmig umlaufend gebildet sind, können diese leicht hergestellt werden, z.B. durch Ausfräsen oder Ausdrehen von Material an Positionen zwischen zu bildenden Rippen. Jede Rippe kann sich z.B. nach radial außen sowie in Umfangsrichtung (z.B. in einer Horizontalebene) erstrecken. Jede Rippe kann z.B. eine obere Fläche (z.B. bei einem am weitesten nach radial außen hervorstehenden Niveau) und zwei Kantenflächen bzw. Flanken aufweisen, die sich von der oberen Fläche weg erstrecken, aufweisen. Der Bereich (z.B. bei einem am wenigsten nach radial außen hervorstehenden Niveau) zwischen zwei Rippen wird auch als ein Grund einer Furche bzw. eines Kanals zwischen den Rippen bezeichnet. Gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die ersten Rippen jeweils elliptisch oder polygonförmig umlaufend gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verlaufen die ersten, insbesondere kreisförmigen, Rippen parallel zueinander in verschiedenen Horizontalebenen vertikal voneinander beabstandet. Die Orientierung der Rippen ist somit auf die Geometrie des Kühlluftführungskörpers dahingehend abgestimmt, dass die Kühlluftströmung in im Wesentlichen horizontaler Richtung mit der Ausrichtung der Rippen übereinstimmt, so dass die Kühlungsluft in verschiedenen Horizontalebenen entlang der Kühlkanäle zwischen den Rippen seitlich um die seitliche Außenoberfläche des Temperierblockes herumströmt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Rippen ein erster, insbesondere kreisförmiger, Kühlkanal gebildet ist, innerhalb dessen Kühlungsluft in Umfangsrichtung des Temperierblockes in einem Teil des Kühlkanals im Uhrzeigersinn und in einem anderen gegenüber liegenden Teil des Kühlkanals im Gegenuhrzeigersinn strömt. Die Kühlungsluft kann somit um die Seitenoberflächen des Temperierblocks in zwei Teilen geführt werden, ein erster Teil im Uhrzeigersinn und ein zweiter Teil gegen den Uhrzeigersinn. Jeder kreisförmige Kühlkanal kann in einer zugeordneten Horizontalebene liegen. Damit ist eine Strömung mit wenigen Strömungsablösungen um den Temperierblock herum ermöglicht, was zu einer effektiven Kühlung führen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zweite Rippen an der unteren Oberfläche (z.B. Grundfläche bzw. Stirnfläche) des Temperierblocks vorgesehen. Die zweiten Rippen können somit weiter zu einer effektiven Kühlung beitragen, da auch die untere Außenoberfläche im Vergleich zu einer vollständig ebenen Außenoberfläche eine größere Flächengröße aufweist, was eine Wärmeaustauschrate erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die zweiten Rippen parallel zueinander in einer Horizontalebene verlaufen und in einer Horizontalrichtung senkrecht zur Strömungsrichtung der Kühlungsluft seitlich voneinander beabstandet sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten zweiten Rippen ein zweiter, insbesondere geradliniger, Kühlkanal gebildet ist, innerhalb dessen Kühlungsluft strömt.
Auch in dem zweiten Kühlkanal bzw. in jedem zweiten Kühlkanal kann die Kühlungsluft im Wesentlichen in horizontaler Richtung strömen und zwar insbesondere in einer Strömungsrichtung in horizontaler Ebene, welche im Wesentlichen einer Anströmungsrichtung entspricht bzw. gleicht, welche ebenfalls durch die Geometrie des Kühlluftführungskörpers vorgegeben ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist innerhalb des Kühlluftführungskörpers stromaufwärts des Temperierblockes zumindest ein Wärmeschutzelement angeordnet, das Teile einer von dem Temperierblock herrührenden Wärmestrahlung absorbiert und/oder eine Konvektion von Luft von dem Temperierblock zu einer anderen Komponente vermindert. Es können insbesondere mehrere Wärmeschutzelemente vorgesehen sein, insbesondere zwei Wärmeschutzelemente, welche an verschiedenen vertikalen Positionen angeordnet sind. Während eines Flammpunktbestimmungstests bzw. Brennpunktbestimmungstests kann der Temperierblock auf relativ hohe Temperaturen aufgeheizt werden, was die Gefahr birgt, dass Komponenten der Vorrichtung bzw. einer Flammpunktbestimmungsapparatur bzw. Brennpunktbestimmungsapparatur beschädigt werden. Zum Schutz weiterer Komponenten vor Beschädigung aufgrund Wärmeeinwirkung ist das zumindest eine Wärmeschutzelement vorgesehen, welches aus Metall gefertigt sein kann, um aufgenommene Wärme effektiv abschirmen zu können. Das Wärmeschutzelement kann als ein bewegliches Element ausgebildet sein, um verschiedene Stadien der Messung während eines Flammpunktbestimmungstestes bzw. Brennpunktbestimmungstestes unterstützen zu können. Das Wärmeschutzelement kann sich z.B. in verschiedenen Stadien der Messung in verschiedenen Orientierungen oder Zuständen befinden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Wärmeschutzelement zumindest eine verschwenkbare Wärmeschutzklappe auf, wobei die Wärmeschutzklappe im geöffneten Zustand, insbesondere in einer im Wesentlichen horizontalen Stellung, den Kühlluftweg im Wesentlichen freigibt und im geschlossenen Zustand, insbesondere Vertikalstellung, den Kühlluftweg zumindest teilweise blockiert.
Die Wärmeschutzklappe kann als ein im Wesentlichen ebenes Element oder als eine ebene Platte gebildet sein, wobei eine Schwenkachse in der horizontalen Ebene liegen kann. Insbesondere kann eine Schwenkachse in einer horizontalen Ebene und senkrecht zu einer Anströmungsrichtung der Kühlungsluft liegen. Damit kann der Kühlluftweg im geöffneten Zustand der Wärmeschutzklappe vorteilhaft freigegeben werden und im geschlossenen Zustand blockiert werden. Sind mehrere Wärmeschutzklappen vorgesehen, so können diese z.B. vertikal angrenzend aneinander angeordnet sein. Je nach Größe des Kühlluftweges können ein oder mehrere Wärmeschutzklappen vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geht die mindestens eine Wärmeschutzklappe durch Verschwenken aufgrund einer Kühlungsluftströmung während eines Kühlungsbetriebes von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand über. Somit kann auf einen zusätzlichen Aktuator zum aktiven Bewegen der mindestens einen Wärmeschutzklappe verzichtet werden, da die mindestens eine Wärmeschutzklappe alleinig durch die Kühlluftströmung von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand übergeht. In anderen Ausführungsformen kann ein zusätzlicher Aktuator vorgesehen sein, um die mindestens eine Wärmeschutzklappe in den geöffneten Zustand und/oder den geschlossenen Zustand zu überführen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt eine Querschnittsgröße des Kühlluftweges im Bereich des Temperierblockes von stromaufwärts nach stromabwärts ab. Die Bezeichnungen stromaufwärts bzw. stromabwärts beziehen sich auf relative Positionen entlang des Kühlluftströmungsweges. Der Temperierblock kann von einer Anströmseite von der Kühlungsluft angeströmt werden und die Kühlungsluft kann an einer Abströmungsseite den Temperierblock verlassen. Die Anströmseite des Temperierblocks liegt somit stromaufwärts und die Abströmungsseite liegt stromabwärts in einer relativen Betrachtung. Auf der Anströmseite hat die Kühlungsluft eine geringere Temperatur als an der Abströmungsseite, hat somit an der Anströmungsseite eine effektivere Kühlwirkung als an der Abströmseite. Um die Strömungsgeschwindigkeit an der Abströmungsseite, bei welcher die Kühlungsluft bereits eine erhöhte Temperatur hat, zu erhöhen, ist vorgesehen, die Querschnittsgröße des Kühlluftweges zu der Abströmseite hin zu verkleinern. Damit kann eine Erhöhung der Kühlungswirkung der bereits aufgeheizten Kühlungsluft erreicht werden. Die Geometrie des Kühlluftweges und somit die Geometrie des Kühlluftführungskörpers kann gemäß Simulationen bestimmt werden, womit somit auch die Querschnittsgröße an verschiedenen Stellen innerhalb des Luftkühlungsweges optimiert werden kann, um eine optimierte Kühlluft zu erreichen. Beispielsweise beträgt die Querschnittsfläche an der Abströmungsseite weniger als 90%, insbesondere weniger als 80% oder weniger als 70% der Querschnittsfläche an der Anströmseite.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Kühlluftführungskörper eine Einlassöffnung zum Einlassen von Kühlungsluft von außerhalb der Vorrichtung auf, wobei die Vorrichtung ferner einen Ventilator, insbesondere Radialventilator, stromaufwärts des Temperierblocks und/oder des Wärmeschutzelements, aufweist, der ausgebildet, die über die Einlassöffnung eingelassene Kühlungsluft von außerhalb nach innerhalb des Kühlluftführungskörpers in Richtung auf den Temperierblock hin zu befördern.
Die Kühlungsluft kann somit Umgebungsluft aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann Kühlungsluft (mittels einer weiteren Komponente) vorgekühlte Luft enthalten. Die Einlassöffnung kann z.B. ein Gitter oder ein Raster umfassen, hinter dem der Ventilator vorgesehen ist. Anstatt eines radialen Ventilators kann auch ein axialer Ventilator Verwendung finden. Auch können mehrere Ventilatoren eingesetzt werden. Der Ventilator kann z.B. vertikal unterhalb einer unteren Außenoberfläche des Temperierblocks angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kühlluftführungskörper derart ausgebildet, dass die Kühlungsluft (innerhalb des Kühlluftführungskörpers) den Temperierblock an einer Anströmseite mit einer Anströmungsrichtung anströmt, den Temperierblock seitlich und/oder unterhalb umströmt und an einer Abströmseite gegenüber der Anströmseite mit Abströmungsrichtung verlässt, wobei die Abströmungsrichtung im Wesentlichen gleich der Anströmungsrichtung ist. Wenn die Abströmungsrichtung im Wesentlichen gleich der Anströmungsrichtung ist, kann die Kühlungsluft um die Außenoberflächen des Temperierblocks im Wesentlichen mit wenigen Strömungsablösungen strömen, um somit die Kühlungswirkung zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ferner einen Temperaturfühler auf, der ausgebildet ist, die Temperatur des Temperierblockes zu messen und der insbesondere mittig bei einer unteren Stirnwand des Temperierblockes angeordnet ist. Ein Temperaturfühler kann zur Regelung der Temperatur herangezogen werden. Eine mittige Anordnung kann eine zuverlässige Temperaturmessung erlauben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Temperierblock einen elektrischen Heizdraht zum Heizen des Temperierblockes auf, der insbesondere innerhalb der unteren Stirnwand des Temperierblockes, ferner insbesondere in Umfangsrichtung umlaufend, angeordnet ist. Innerhalb der unteren Stirnwand kann der Temperierblock eine größte Wandstärke aufweisen. Wenn der Heizdraht in Umfangsrichtung umlaufend angeordnet ist, kann eine gleichmäßige Aufheizung des Temperierblockes und somit auch des Probenbehälters erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine Regelung auf, die ausgebildet ist, den Ventilator und/oder den Heizdraht in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur des Temperierblockes anzusteuern. Durch Regelung zumindest des Ventilators kann die Kühlrate eingestellt werden, durch Regelung zumindest des Heizdrahtes kann die Heizrate geregelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Flammpunktbestimmungsapparatur bereitgestellt, insbesondere auch zur Brennpunktbestimmung ausgebildet, aufweisend: einen Behälter zum Aufnehmen einer zu untersuchenden Probe; eine Vorrichtung zum Temperieren der in dem Behälter befindlichen Probe gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Behälter in die Behälteraufnahme des Temperierblocks einsetzbar ist; und eine Zündvorrichtung zum Zünden der Probe.
Es sollte verstanden werden, dass Merkmale, welche individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zum Temperieren einer in einem Behälter befindlichen Probe für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest beschrieben, genannt, erläutert oder bereitgestellt wurden, ebenso, individuell oder in irgendeiner Kombination, für ein Verfahren eines Temperierens einer in einem Behälter befindlichen Probe für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest angewendet werden können und umgekehrt, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren eines Temperierens einer in einem Behälter befindlichen Probe für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest bereitgestellt, aufweisend: Aufnehmen des Behälters in einer, insbesondere zylindrischen, Behälteraufnahme eines Temperierblocks; Kühlen einer Außenoberfläche des Temperierblocks, die Rippen aufweist, innerhalb eines Kühlluftweges, der mittels eines Kühlluftführungskörpers begrenzt ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung von Ausführungsformen. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen oder illustrierten Ausführungsformen beschränkt.
Figurenliste

1 illustriert in einer schematischen Schnittansicht eine Flammpunktbestimmungsapparatur, insbesondere auch zur Brennpunktbestimmung ausgebildet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 illustriert in einer schematischen perspektivischen Schnittansicht eine Vorrichtung zum Temperieren einer in einem Behälter befindlichen Probe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A, 3B und 3C illustrieren in einer Schnittansicht, in einer perspektivischen Ansicht bzw. in einer perspektivischen Schnittansicht einen Temperierblock, wie er in einer Vorrichtung zum Temperieren einer Probe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein kann; und
4 illustriert in einer schematischen Schnittdarstellung mit Blickrichtung entlang der vertikalen Richtung eine Kühlluftströmung, wie sie in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
Die in 1 in einer Schnittansicht dargestellte Flammpunktbestimmungsapparatur 1, welche insbesondere auch zur Brennpunktbestimmung ausgebildet ist, umfasst gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Behälter 3 zum Aufnehmen einer zu untersuchenden Probe 5, die in flüssigem Zustand vorliegt. Ferner umfasst die Flammpunktbestimmungsapparatur 1 eine Vorrichtung 7 zum Temperieren der in dem Behälter befindlichen Probe 5 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche auch in einer perspektivischen Schnittansicht in 2 illustriert ist. Die Flammpunktbestimmungsapparatur 1 umfasst ferner eine nicht dargestellte Zündvorrichtung, welche zum Zünden der Probe 5 innerhalb des Behälters 3 vorgesehen ist, eine Rührvorrichtung 10 mit Rührer 12, sowie einen Flammpunkt- und Temperaturdetektor 14 mit Temperaturfühler 16, der bis in den flüssigen Teil der Probe 5 hineinragt.
Die Vorrichtung 7 zum Temperieren der in dem Behälter 3 befindlichen Probe 5 für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest umfasst gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Temperierblock 11, wie er auch in 3A, 3B, 3C illustriert ist, mit einer insbesondere zylindrischen Behälteraufnahme 13 zum Aufnehmen des Behälters 3. Die Vorrichtung 7 umfasst ferner einen Kühlluftführungskörper 15 zum Begrenzen eines Kühlluftweges 8, in dem der Temperierblock 11 für Luftkühlung angeordnet ist.
Dabei weist der Temperierblock 11 eine Außenoberfläche mit Rippen 17, 18 auf. Wie in der Schnittansicht in 3A entlang einer horizontalen Richtung 19 gesehen, ist jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Rippen 17 ein Kühlkanal 23 gebildet, innerhalb dessen Kühlungsluft im Wesentlichen parallel zu den Rippen 17 strömt. Wie ebenfalls aus 3A ersichtlich ist, weist der Temperierblock 11 bei Positionen von den ersten Rippen 17 eine Wanddicke d1 auf, welche größer ist als die Wanddicke d2 bei Positionen zwischen den ersten Rippen 17. Die Tiefe der Kanäle bzw. Höhe (radiales Ausmaß) der Rippen 17 kann z.B. zwischen 5 mm und 30 mm betragen. Der (vertikale) Abstand zwischen zwei der Rippen 17 kann z.B. zwischen 2 mm und 15 mm betragen.
Die Vorrichtung 7 und insbesondere der Kühlluftführungskörper 15 weist ferner eine Einlassöffnung 25 zum Einlassen von Kühlungsluft 34 von außerhalb der Vorrichtung auf und ferner weist die Vorrichtung 7 einen Ventilator 27, insbesondere einen Radialventilator, stromaufwärts des Temperierblocks 11 auf, der ausgebildet ist, die über die Einlassöffnung 25 eingelassene Kühlungsluft 34 von außerhalb nach innerhalb des Kühlluftführungskörpers, d.h. in den Kühlluftweg 8, in Richtung auf den Temperierblock 11 hin zu befördern. Der Radialventilator weist dazu radial nach außen hervorstehende Schaufeln 29 auf. Mittels eines nicht dargestellten Elektromotors wird der Ventilator 27 in Rotation (um eine horizontale Rotationsachse 26) versetzt, zumindest wenn ein Kühlungsbetrieb gewünscht ist, um Kühlungsluft 34 entlang einer Strömungsrichtung insbesondere Anströmungsrichtung 35 zu dem Temperierblock 11 hin zu befördern.
Insbesondere strömt die Kühlungsluft 34 den Temperierblock 11 an einer Anströmseite 37 mit der Anströmungsrichtung 35 an, umströmt den Temperierblock 11 seitlich und unterhalb und verlässt den Temperierblock 11 an einer Abströmseite 39 gegenüber der Anströmseite 37 mit einer Abströmungsrichtung 41, welche im Wesentlichen gleich der Anströmungsrichtung 35 ist. Die vertikale Richtung ist mit Bezugsziffer 21 und zwei horizontale Richtungen sind mit Bezugsziffern 19 und 22 bezeichnet. Sowohl die Anströmungsrichtung 35 als auch die Abströmungsrichtung 41 sind im Wesentlichen entlang der horizontalen Richtung 22 ausgerichtet. Somit wird die Kühlungsluft des Temperierblocks 11 im Wesentlichen in einer horizontal verlaufenden Strömungsrichtung geführt.
Der Temperierblock 11 hat im Wesentlichen eine Zylindersymmetrie, wobei in 3A und 3C die Symmetrieachse 43 eingezeichnet ist. Auch die ersten Rippen 17 und die Kühlkanäle 23, welche an einer Mantelfläche 45 in einer Seitenwand 46 des Temperierblocks 11 gebildet sind, gehorchen der Zylindersymmetrie. Nicht nur die Mantelfläche 45, sondern auch eine untere Außenoberfläche 47 des Temperierblocks 11 sind innerhalb des Kühlluftführungskörpers 15 der Kühlungsluft 34 ausgesetzt. Die ersten Rippen 17 sind jeweils kreisförmig umlaufend um den Temperierblock gebildet und bilden Teile der Mantelfläche 45 des Temperierblocks 11.
Wie z.B. aus 3A, 3B, 3C ersichtlich ist, verlaufen die ersten Rippen 17 parallel zueinander in verschiedenen Horizontalebenen vertikal voneinander beabstandet. Zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Rippen 17 ist ein erster kreisförmiger Kühlkanal 23 gebildet, innerhalb dessen Kühlungsluft 34 in Umfangsrichtung 49 oder 51 des Temperierblocks 11 in einem Teil des Kühlkanals im Uhrzeigersinn 51 und in einem anderen gegenüberliegenden Teil des Kühlkanals im Gegenuhrzeigersinn 49 strömt.
An der unteren Oberfläche 47 weist der Temperierblock 11 zweite Rippen 18 auf. Die zweiten Rippen 18 verlaufen parallel zueinander in einer (einzigen) Horizontalebene entlang der Horizontalrichtung 22 und sind in einer Horizontalrichtung 19 senkrecht zur Strömungsrichtung 35, 41 der Kühlungsluft 34 seitlich voneinander beabstandet. Jeweils zwischen zwei benachbarten zweiten Rippen 18 ist ein zweiter, insbesondere geradliniger Kühlkanal 20 gebildet, innerhalb dessen die Kühlungsluft 34 strömt.
Wie in 1 und 2 illustriert ist, ist innerhalb des Kühlluftführungskörpers 15 stromaufwärts des Temperierblocks 11 zumindest ein Wärmeschutzelement 53 angeordnet, das Teile von einer von dem Temperierblock 11 herrührenden Wärmestrahlung 55 absorbiert und/oder eine Konvektion von Luft von dem Temperierblock 11 zu einer anderen Komponente, die stromaufwärts angeordnet ist, vermindert. In der illustrierten Ausführungsform ist das Wärmeschutzelement 53 durch zwei verschwenkbare Wärmeschutzklappen 57 gebildet, wobei die Wärmeschutzklappen 57 im geöffneten Zustand den Kühlluftweg im Wesentlichen freigeben und im geschlossenen Zustand, insbesondere in vertikaler Stellung, den Luftweg zumindest teilweise blockieren. Die Wärmeschutzklappen sind um horizontal verlaufende Drehachsen 59 verschwenkbar und können von dem in 1 illustrierten geschlossenen Zustand (vertikale Stellung) 57 in einem gestrichelt gezeichneten geöffneten Zustand 57' übergehen, wobei die Klappen in nahezu horizontaler Orientierung gebracht sein können. Die Wärmeschutzklappen 57 können allein durch die Luftströmung der Kühlungsluft 34 bei Betrieb des Ventilators 27 von dem geschlossenen Zustand 57 in den geöffneten Zustand 57' übergehen.
Die in 1 und 2 illustrierte Temperiervorrichtung 7 mit dem in 3A, 3B, 3C illustrierten Temperierblock 11 ist hauptsächlich für die Verwendung in Flammpunktprüfern, die die Pensky-Martens und/oder Cleveland-Analysemethode als Hauptanwendung anwenden, geeignet. Wesentliche Bauteile der Temperiervorrichtung 7 sind der gerippte Heizblock 11, der in einem Kühlluftweg 8 positioniert ist. Der Heizblock (auch als Temperierblock bezeichnet) kann z.B. aus einer metallischen Hochtemperatur-beständigen Metalllegierung gefertigt sein.
Der Temperierblock weist ferner einen elektrischen Heizdraht 61 zum Heizen des Temperierblockes auf, der insbesondere innerhalb einer unteren Stirnwand 48 der Unterseite 47 des Temperierblocks 11 insbesondere in Umfangsrichtung umlaufend, angeordnet ist. Der Heizdraht 61 umfasst ferner elektrische Zuleitungen 63, die mit einer geeigneten Energieversorgung verbunden sind und insbesondere von einer Steuerung 70 (siehe 1) angesteuert werden.
Ferner weist der Temperierblock 11 einen Temperaturfühler 65 auf, der ausgebildet ist, die Temperatur des Temperierblockes 11 zu messen und der insbesondere mittig bei einer unteren Stirnwand 48 des Temperierblocks 11 angeordnet ist. Messsignale 71 des Temperaturfühlers 65 werden über elektrische Leitungen 67 einer Steuerung 70 zugeführt.
In 1 ist ferner die Regelung 70 illustriert, die ausgebildet ist, den Ventilator 27 über Zuleitung 74 und/oder den Heizdraht 61 über die Zuleitungen 63 in Abhängigkeit eines Temperatursignals 71, welches von dem Temperatursensor 65 erzeugt ist, über entsprechende Steuersignale 73 bzw. 75 anzusteuern. Damit kann eine gewünschte Temperaturregelung des Temperierblocks 11 und somit auch der Probe innerhalb des Behälters 3 erreicht werden.
Wie z.B. aus 1 ersichtlich ist, befindet sich auch ein oberer Rand 77 des Temperierblocks 11 innerhalb des Kühlluftweges 8, so dass auch dieser obere Rand 77 sowie ein kleiner Teil der Seitenwand des Behälters 3 durch die Kühlungsluft 34 gekühlt werden können. Insbesondere sind Abstandshalter 79 vorgesehen, so dass ein Spalt zwischen der oberen Befestigungskante des Kühlluftweges 8 und der oberen Kante bzw. dem oberen Abschluss 77 des Temperierblocks entsteht. Dieser im Kühlluftweg 8 befindliche Spalt kann für eine optimierte Abkühlung des mit der Probe 5 gefüllten Tiegels 3 sorgen, welcher während einer Flammpunktbestimmungsmessung in den Temperierblock 11 eingeführt ist, wie auch in 1 illustriert ist.
Bei einer Ausströmseite 81 ist der Kühlluftführungskörper 15 offen, um Abluft an die Umgebung abzugeben. Im Bereich der Ausströmseite befinden sich Lüftungskiemen 42, die Kühlluft in den Lüftungsweg 41 mit einsaugen und der heißen Luft beimischen. Der Ventilator 27 bzw. Lüfter 27 wird wärmeentkoppelt am vorderen Ende des Kühlluftweges 8 eingebaut. Da der Temperierblock bis zu 650°C heiß wird bzw. aufgeheizt werden kann und der u.a. aus Kunststoffteilen bestehende Lüfter 27 beschädigt werden könnte, sind die zwei metallischen Wärmeschutzklappen 57 stromaufwärts des Temperierblocks 11 eingebaut. Die Klappen 57 sind in den Heizphasen senkrecht ausgerichtet (Stellung 57), so dass der relativ zum Heizblock nach unten versetzte Radiallüfter 27 minimaler Wärmestrahlung ausgesetzt wird. Während des Abkühlprozesses nach der Flammpunktbestimmung werden die Klappen durch die Luftbewegung im Wesentlichen waagerecht aufgestellt, um in den Zustand 57' zu gelangen, so dass eine ungehinderte Kühlluftströmung und somit eine optimale Abkühlung des Temperierblocks 11 samt dem Probenbehälter 3 ermöglicht ist. Der Kühlluftweg 8 ist zudem im Bereich der Temperierblockposition mit einem Isolationsmaterial von außen verkleidet, so dass die Heizprozesse für die Flammpunktbestimmung optimal geregelt werden können.
In 4 ist der Kühlluftweg 8 innerhalb des Kühlluftführungskörpers 15 in einer Schnittdarstellung betrachtet entlang der vertikalen Richtung 21 durch eine Pfeildarstellung illustriert, wobei die Richtung der Pfeile 36 die Strömungsrichtung und die Länge der Pfeile 36 die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft 34 anzeigen. Der Kühlluftweg 8 ist begrenzt durch den Kühlluftführungskörper 15. Innerhalb des Kühlluftwegs 8 ist der Heizblock 11 angeordnet.
An der Anströmseite 37 weist der Kühlluftweg 8 eine Querschnittsgröße Q1 auf, während auf der Abströmseite 39 der Kühlluftweg 8 eine Querschnittsgröße Q2 aufweist, welche kleiner ist als die Querschnittsgröße Q1. Aufgrunddessen ist die Strömungsgeschwindigkeit in dem Bereich der Abströmseite 39 höher als in dem Bereich der Anströmseite 37. Insbesondere kann die Querschnittsgröße von der Anströmseite 37 zu der Abströmseite 39 hin (kontinuierlich oder schrittweise) abnehmen, um zu einer kontinuierlich oder schrittweise ansteigenden Strömungsgeschwindigkeit zu führen.
Folgende Merkmale der Temperiervorrichtung begünstigen den Kühlprozess:

1) An der Mantelfläche 45 des Temperierblocks 11 befindliche umlaufende erste Rippen 17 bewirken eine gute Wärmeübertragung von dem Temperierblock 11 auf die Kühlungsluft 34. An Stellen höchster Dicke entsprechen sie der Norm und reduzieren an Stellen geringster Dicke die Abkühlmasse des Temperierblocks erheblich.
2) Die Rippen 17, 18 sind entlang der Luftströmung 35, 41 ausgerichtet, womit der Heizblock 11 mit der kühlenden Luft 34 gut umströmt wird und ein möglichst geringer Teil der Strömung über Kanten quer zur Strömungsrichtung geführt wird. Dadurch werden möglichst wenig schlecht kühlende Strömungsablösungen der kühlenden Luft ausgebildet.
3) Im Vergleich zu einem Heizblock ohne Rippen wird mit den Rippen 17, 18 die Oberfläche vervielfacht, womit der Wärmetransport an die kühlende Luft 34 annähernd um denselben Faktor vergrößert wird. Die umlaufenden Rippen 17 des Heizblockes 11 werden, abgesehen von den Bereichen der Zu- und Abströmung, mit einem zylinderförmigen Blechteil umhüllt, wodurch beiderseits Kühlkanäle 23 in der Form von Ringsegmenten entstehen, wie auch in 4 illustriert ist. Wie in dieser illustriert ist, wird mit Hilfe dieser Kühlkanäle die kühlende Luft auf einem bestimmten Pfad um den Heizblock gelenkt und das Totwasser-Gebiet reduziert.
4) Aufgrund der Kühlung steigt die Temperatur der Luft von der Anströmung 37 bis zur Abströmung 39 an. Das hat zur Folge, dass der Temperaturgradient zur Wand des Heizblocks an der Anströmseite höher ist als an der Abströmseite und somit die Anströmseite des Heizblocks besser gekühlt wird. Um diesen Effekt zu reduzieren, können Heizblock und Zylindersegment des Luftkanals exzentrisch positioniert werden, damit das Ringsegment an der Anströmseite 37 einen höheren Querschnitt Q1 aufweist als auf der Abströmseite 39. Damit steigt die Strömungsgeschwindigkeit während der Umströmung des Heizblockes 11 an und bietet an der Abströmseite 39 aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeit eine bessere Kühlung. Die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit geht mit Druckverlust einher, daher ist ein Lüfter zu wählen, welcher entsprechende Druckverhältnisse anbieten kann (z.B. Radiallüfter).
5) An der Unterseite 47 des Heizblocks befinden sich ebenfalls Rippen 18, welche in der Strömungsrichtung angeordnet sind. Diese unterstützen zusätzlich die Kühlung des Heizblocks 11 und sorgen für die Abkühlung der Heizpatronen bzw. des Heizdrahtes 61, um den Kühlprozess nicht mit deren Restwärme zu verzögern.

Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind eine signifikante Massenreduktion des Temperierblocks aufgrund des Vorsehens der Rippen, welche durch variierende Wanddicke gebildet sind. Durch eine verminderte Temperierblockwandstärke ist eine Verminderung der Masse des Temperierblocks erreicht, was zu einer höheren Heizrate und auch Abkühlrate führt. Dadurch ist ein effizientes und innovatives normgerechtes Heiz-/Kühlkonzept für Flammpunktprüfgeräte und auch Brennpunktprüfgeräte realisiert. Eine verbesserte Aufheizrate während der temperaturgesteuerten Vorgänge kann durch Vermeidung von Luftaustausch des Heizraumes mit der Umgebung durch freie Konvektion und durch Minimierung der thermischen Masse, welche aufgeheizt werden soll, erreicht werden.
Ferner sind hohe Aufheiz- und Abkühlraten durch die konstruktive Anpassung des Temperierblocks (Massenreduktion, Gestaltung der Kühlrippen, geeignete Wahl des Lüfters und gezielte Luftführung) erreicht. Hohe Abkühlraten werden auch durch den Einsatz eines radialen Lüfters für hohen Luftdurchsatz pro Zeiteinheit erreicht. Hohe Abkühlraten des Probenbehälters sind durch versenkte Anbringung des Temperierblocks in dem Kühlluftweg erreicht. Der in der Norm geforderte Spalt von ca. 4,5 mm zwischen Tiegelauflage und Heizblockoberkante liegt dadurch in dem Kühlluftstrom und unterstützt die Abkühlung zusätzlich.
Verbesserte Abkühlraten und Reduktion der Restwärme der Heizpatronen beim Abkühlprozess sind erreicht. Die zum Luftstrom parallel positionierten Heizpatronen werden durch untere Kühlrippen des Blocks effizient gekühlt.
Möglicher Einsatz von handelsüblichen Lüftern aus Kunststoff, trotz Heizblocktemperaturen von um 650°C, sind durch einen gerichteten Versatz des Lüfters relativ zum Heizblock nach unten und durch Anbringen von Schutzklappen ermöglicht. Die Schutzklappen sind beim Abkühlungsprozess selbstöffnend und stören die Effizienz der Kühlung nicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 101839877 B [0006]
CN 205920076 U [0007]
CN 202075255 U [0008]
JP 4287314 B2 [0009]
JP 60119453 A [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM D93 [0017, 0018, 0021]
DIN EN ISO 2719 [0017, 0021]
ISO 13736 [0017]
ISO 1516 [0017]
ISO 1523 [0017]
DIN 51755-1 [0017]
ASTM D56 [0017, 0021]
ASTM D3934 [0017]
ASTM D3941 [0017, 0021]
ASTM D92 [0017, 0018, 0021]
DIN EN ISO 2592 [0017, 0021]
ISO 2719 [0018]
ISO 2592 [0018]
DIN EN ISO 13736 [0021]
DIN EN ISO 1516 [0021]
DIN EN ISO 1523 [0021]
DIN EN 924 [0021]
DIN 53213 [0021]
DIN EN ISO 3679 [0021]

Claims

Vorrichtung (7) zum Temperieren einer in einem Behälter (3) befindlichen Probe (5) für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest, aufweisend: einen Temperierblock (11) mit einer, insbesondere zylindrischen, Behälteraufnahme (13) zum Aufnehmen des Behälters (3); einen Kühlluftführungskörper (15) zum Begrenzen eines Kühlluftweges (8), in dem der Temperierblock (11) angeordnet ist; wobei der Temperierblock (11) eine Außenoberfläche mit Rippen (17, 18) aufweist.
Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Rippen (17, 18) ein Kühlkanal (23, 20) gebildet ist, innerhalb dessen Kühlungsluft im Wesentlichen parallel zu den Rippen (17, 18) strömt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Temperierblock (11) bei Positionen von Rippen (17) eine Wanddicke (d1) aufweist, die größer ist als die Wanddicke (d2) bei Positionen zwischen den Rippen.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die in dem Kühlluftführungskörper geführte Kühlungsluft (34) im Bereich des Temperierblockes (11) eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Strömungsrichtung (35, 41) hat.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Außenoberfläche des Temperierblocks (11) eine Mantelfläche (45) und eine untere Außenoberfläche (47) aufweist, wobei die Mantelfläche und/oder die untere Oberfläche innerhalb des Kühlluftführungskörpers der Kühlungsluft ausgesetzt ist.
Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei erste Rippen (17) jeweils kreisförmig umlaufend gebildet sind und Teile der Mantelfläche (45) des Temperierblocks (11) bilden.
Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die ersten, insbesondere kreisförmigen, Rippen (17) parallel zueinander in verschiedenen Horizontalebenen vertikal (21) voneinander beabstandet verlaufen.
Vorrichtung gemäß einem der zwei vorangehenden Ansprüche, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Rippen (17) ein erster, insbesondere kreisförmiger, Kühlkanal (23) gebildet ist, innerhalb dessen Kühlungsluft in Umfangsrichtung (49, 51) des Temperierblockes in einem Teil des Kühlkanals im Uhrzeigersinn (51) und in einem anderen gegenüber liegenden Teil des Kühlkanals im Gegenuhrzeigersinn (49) strömt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche wenn rückbezogen auf Anspruch 5, wobei zweite Rippen (18) an der unteren Außenoberfläche (47) des Temperierblocks (11) vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die zweiten Rippen (18) parallel zueinander in einer Horizontalebene (19, 22) verlaufen und in einer Horizontalrichtung (19) senkrecht zur Strömungsrichtung (35, 41) der Kühlungsluft (34) seitlich voneinander beabstandet sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten zweiten Rippen (18) ein zweiter, insbesondere geradliniger, Kühlkanal (20) gebildet ist, innerhalb dessen Kühlungsluft strömt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Kühlluftführungskörpers (15) stromaufwärts des Temperierblockes (11) zumindest ein Wärmeschutzelement (57, 57') angeordnet ist, das Teile einer von dem Temperierblock (11) herrührenden Wärmestrahlung (55) absorbiert und/oder eine Konvektion von Luft von dem Temperierblock (11) zu einer anderen Komponente (27) vermindert.
Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Wärmeschutzelement zumindest eine verschwenkbare Wärmeschutzklappe (57) aufweist, wobei die Wärmeschutzklappe im geöffneten Zustand (57'), insbesondere Horizontalstellung, den Kühlluftweg im Wesentlichen freigibt und im geschlossenen Zustand (57), insbesondere Vertikalstellung, den Kühlluftweg zumindest teilweise blockiert.
Vorrichtung gemäß einem der zwei vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Wärmeschutzklappe (57) durch Verschwenken aufgrund einer Kühlungsluftströmung während eines Kühlungsbetriebes von dem geschlossenen Zustand (57) in den geöffneten Zustand (57') übergeht.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Querschnittgröße (Q1, Q2) des Kühlluftweges (8) im Bereich des Temperierblockes von stromaufwärts (37) nach stromabwärts (39) abnimmt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlluftführungskörper eine Einlassöffnung (31) zum Einlassen von Kühlungsluft (34) von außerhalb der Vorrichtung aufweist, wobei die Vorrichtung ferner einen Ventilator (27), insbesondere Radialventilator, stromaufwärts des Temperierblocks (11) und/oder des Wärmeschutzelements (57), aufweist, der ausgebildet ist, die über die Einlassöffnung eingelassene Kühlungsluft (34) von außerhalb nach innerhalb des Kühlluftführungskörpers (15) in Richtung auf den Temperierblock (11) hin zu befördern.
Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der Kühlluftführungskörper (15) derart ausgebildet ist, dass die Kühlungsluft (34) den Temperierblock (11) an einer Anströmseite (37) mit einer Anströmungsrichtung (35) anströmt, den Temperierblock (11) seitlich und/oder unterhalb umströmt und an einer Abströmseite (39) gegenüber der Anströmseite mit Abströmungsrichtung (41) verlässt, wobei die Abströmungsrichtung (41) im Wesentlichen gleich der Anströmungsrichtung (35) ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend: einen Temperaturfühler (65), der ausgebildet ist, die Temperatur des Temperierblockes (11) zu messen und der insbesondere mittig bei einer unteren Stirnwand (48) des Temperierblockes (11) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Temperierblock (11) einen elektrischen Heizdraht (61) zum Heizen des Temperierblockes (11) aufweist, der insbesondere innerhalb der unteren Stirnwand (48) des Temperierblockes (11), ferner insbesondere in Umfangsrichtung umlaufend, angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wenn rückbezogen auf Anspruch 15 und/oder 17, ferner aufweisend: eine Regelung (70), die ausgebildet ist, den Ventilator (27) und/oder den Heizdraht (61) in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur (71) des Temperierblockes (11) anzusteuern (71, 75).
Flammpunktbestimmungsapparatur (1), insbesondere auch zur Brennpunktbestimmung ausgebildet, aufweisend: einen Behälter (3) zum Aufnehmen einer zu untersuchenden Probe (5); eine Vorrichtung (7) zum Temperieren der in dem Behälter (3) befindlichen Probe (5) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Behälter (3) in die Behälteraufnahme (13) des Temperierblocks (11) einsetzbar ist; und eine Zündvorrichtung (9) zum Zünden der Probe.
Verfahren eines Temperierens einer in einem Behälter (3) befindlichen Probe (5) für einen Flammpunktbestimmungstest und/oder Brennpunktbestimmungstest, aufweisend: Aufnehmen des Behälters (3) in einer, insbesondere zylindrischen, Behälteraufnahme (13) eines Temperierblocks (11); Kühlen einer Außenoberfläche (45, 47) des Temperierblocks, die Rippen (17, 18) aufweist, innerhalb eines Kühlluftweges (8), der mittels eines Kühlluftführungskörpers (15) begrenzt ist.