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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Analysieren eines Fluids gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Eine Vorrichtung zum Analysieren eines Fluids ist bereits aus der
JP 2015-052547 A bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Durchflussmesser, welcher in einem Rohr angeordnet ist, durch welches ein Fluid geleitet wird. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung Druckmesssensoren, welche in dem Rohr angeordnet sind und mittels welchen eine Druckdifferenz zwischen wenigstens zwei Punkten ermittelbar ist. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Recheneinrichtung, mittels welcher anhand von Messwerten des Durchflussmessers und des Druckunterschieds die Viskosität des Fluids zu ermitteln ist.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 103 39 906 A1 eine Messvorrichtung zur Erfassung und Vermessung von Fluidströmungen mit einem Durchflusskanal, in welchem mindestens ein Messfühler angeordnet ist. Aus mittels der Messvorrichtung erfassten Parametern ist eine Viskosität eines den Durchflusskanal durchströmenden Fluids ermittelbar.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2014 114 117 B3 eine Fließprüfmaschine insbesondere für Viskositätsprüfungen an thermoplastischen Kunststoffen bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Analysieren eines Fluids sowie ein Verfahren zum Analysieren eines Fluids der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein Einstellen einer konstanten Scherrate eines Fluids in einem Fließkanal bei einem besonders einfachen Aufbau der Vorrichtung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Analysieren eines Fluids mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung angegeben.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Analysieren eines Fluids, mit einem Reservoir, in welchem das Fluid aufnehmbar ist. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung einen in das Reservoir mündenden Fließkanal, welcher von dem Fluid durchströmbar ist. Überdies weist die Vorrichtung eine Sensoreinrichtung auf, mittels welcher eine Messgröße des Fluids ermittelbar ist, über welche das Fluid analysierbar ist. In dem Reservoir ist das Fluid zwischenspeicherbar. Aus dem Reservoir fließt das Fluid in den Fließkanal und durchströmt diesen anschließend. Die Sensoreinrichtung weist wenigstens einen Sensor, beispielsweise einen Drucksensor, auf, mittels welchem Sensordaten aufnehmbar sind, über welche die Messgröße ermittelbar ist. Anhand der Messgröße ist das Fluid analysierbar, insbesondere mit weiteren Fluiden vergleichbar. Um bei einem möglichst einfachen Aufbau der Vorrichtung eine möglichst gleichmäßige Scherrate über eine Länge des Fließkanals in dem Fluid zu erzielen, umfasst die Vorrichtung erfindungsgemäß einen Stempel, welcher zumindest bereichsweise in dem Reservoir angeordnet ist. Der Stempel ist relativ zu dem Reservoir mit konstanter Geschwindigkeit in dem Reservoir bewegbar, insbesondere in das Reservoir hinein bewegbar, wodurch eine konstante Scherrate des Fluids im Fließkanal einstellbar ist. Der Stempel wird somit in dem Reservoir in Richtung eines in das Reservoir mündenden ersten Endes des Fließkanals gedrückt, wodurch der Stempel das in dem Reservoir aufgenommene Fluid mit einem gleichmäßigen Volumenstrom in den Fließkanal drückt. Der gleichmäßige Volumenstrom des Fluids in dem Fließkanal bewirkt, dass die jeweiligen Scherraten des Fluids an definierten Positionen eines zur Längserstreckungsrichtung des Fließkanals senkrechten Querschnitts des Fließkanals über die Länge des Fließkanals konstant sind. Der Fließkanal mündet mit seinem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende in eine Umgebung der Vorrichtung, sodass der Fließkanal mit seinem zweiten Ende offen ausgebildet ist. Der Stempel, mittels welchem das Fluid in den Fließkanal förderbar ist, ist in seiner Außenkontur an eine Innenkontur des Reservoirs angepasst. Um ein Umströmen des Stempels mit dem Fluid zu unterbinden, kann der Stempel mit einer Dichtung gegen das Reservoir abgedichtet sein, wobei die Dichtung mit ihrer Außenseite an dem Reservoir anliegt und mit ihrer Innenseite an dem Stempel anliegt. Somit dichtet der Stempel gemeinsam mit der Dichtung das Reservoir an seiner dem Fließkanal abgewandten Seite vollständig ab. Bei einem Hineinbewegen des Stempels in das Reservoir kann das Fluid somit lediglich durch den Fließkanal aus dem Reservoir ausströmen. Durch das Bewegen des Stempels mit einer konstanten Geschwindigkeit in dem Reservoir, insbesondere durch Hineinbewegen des Stempels in das Reservoir mit der konstanten Geschwindigkeit, kann die konstante Scherrate des Fluids im Fließkanal mit besonders geringem apparativem Aufbau und somit besonders einfach und sicher bereitgestellt werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Sensoreinrichtung wenigstens zwei in dem Fließkanal zueinander beabstandet angeordnete Drucksensoren umfasst, mittels welchen jeweils ein Druck des Fluids ermittelbar ist. Hierbei ist des Weiteren vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung eine elektronische Recheneinrichtung aufweist, mittels welcher eine über den Abstand zwischen den Drucksensoren auftretende Druckdifferenz des Fluids ermittelbar und für das Ermitteln der Messgröße bereitstellbar ist. Mittels der Drucksensoren ist somit ein jeweiliger Druck des Fluids an unterschiedlichen Messstellen in dem Fließkanal ermittelbar. Anhand der ermittelten Druckdifferenz sowie eines Abstands zwischen jeweiligen Messstellen der Drucksensoren ist mittels der elektronischen Recheneinrichtung die Messgröße ermittelbar. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung ist somit anhand der von den Drucksensoren bereitgestellten Sensordaten ein in dem Fließkanal auftretender Druckverlust von einer einem ersten der Drucksensoren zugeordneten ersten Messstelle zu einer dem zweiten der Drucksensoren zugeordneten zweiten Messstelle ermittelbar. Mittels der die wenigstens zwei Drucksensoren umfassenden Sensoreinrichtung ist somit die Messgröße besonders einfach ermittelbar.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ein erster Drucksensor an der Mündung des Fließkanals in das Reservoir angeordnet ist und ein zweiter Drucksensor an der Ausgangsöffnung angeordnet ist, an welcher der Fließkanal in die Umgebung der Vorrichtung mündet. Somit sind der erste Drucksensor an einem Anfang des Fließkanals und der zweite Drucksensor an einem Ende des Fließkanals angeordnet. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung ist somit anhand der von den Drucksensoren ermittelten Sensordaten der Druckverlust des Fluids bei Durchströmen des Fließkanals ermittelbar. Hierdurch ist ein Gesamtdruckverlust des Fluids beim Durchströmen des Fließkanals ermittelbar und für das Ermitteln der Messgröße heranziehbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Sensoreinrichtung einen Kraftsensor umfasst, mittels welchem eine bei Bewegung des Stempels durch das Fluid auf den Stempel aufgebrachte Kraft ermittelbar und für das Ermitteln der Messgröße bereitstellbar ist. Das bedeutet, dass beim Bewegen des Stempels in das Reservoir mit der konstanten Geschwindigkeit mittels des Kraftsensors ermittelt wird, welche Kraft von dem Fluid, insbesondere in Form eines Widerstands gegen den Stempel, auf den Stempel aufgebracht wird. Diese ermittelte Kraft, die von dem Stempel zu überwinden ist, um mit der konstanten Geschwindigkeit relativ zu dem Reservoir bewegt werden zu können, wird herangezogen, um die Messgröße zu ermitteln. Anhand der mittels des Stempels aufzubringenden Kraft, um den Stempel relativ zum Reservoir mit konstanter Geschwindigkeit bewegen zu können, kann somit das Fluid analysiert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Messgröße eine Viskosität des Fluids ist. Das bedeutet, dass mittels der Sensoreinrichtung die Viskosität des Fluids ermittelbar ist, um das Fluid anhand der ermittelten Viskosität analysieren und gegebenenfalls zusätzlich bewerten zu können. Insbesondere wenn es sich bei dem Fluid um eine Wärmeleitpaste, welche auch als Gapfiller bezeichnet wird, handelt, welche bei einer Hochvoltbatterie für Elektrofahrzeuge zwischen einem Batteriemodul und einem Kühlboden anzuordnen ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn als Messgröße die Viskosität des Fluids ermittelt wird. Über die Viskosität kann ermittelt werden, welche Kraft beziehungsweise welcher Druck aufzubringen ist, um das Fluid zwischen dem Batteriemodul und dem Kühlboden auszubreiten, sodass über die ermittelte Viskosität eine Prozessauslegung zum Verteilen der Wärmeleitpaste ermittelt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Fließkanal einen rechteckigen Querschnitt aufweist und ein Verhältnis einer Breite zu einer Höhe des Fließkanals größer als 10 zu 1, insbesondere größer als 20 zu 1, insbesondere größer als 40 zu 1 ist. Das bedeutet, dass der Fließkanal mindestens zehnmal so breit wie hoch, insbesondere mindestens 20 mal so breit wie hoch, insbesondere mindestens 40 mal so breit wie hoch ausgebildet ist. Das Ausbilden des Fließkanals, derart, dass die Breite ein Vielfaches der Höhe des Fließkanals im Zehnerbereich ist, ermöglicht, dass beim Ermitteln der Messgröße des Fluids an jeweiligen seitlichen Wandungen des Fließkanals auftretende Reibkräfte vernachlässigt werden können. Hierdurch ist die Messgröße beim Strömen des Fluids durch den Fließkanal besonders einfach ermittelbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Stempel und das Reservoir einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Alternativ können sowohl das Reservoir als auch der Stempel jeweilige aneinander angepasste rechteckige Querschnitte aufweisen. Die kreisrunden Querschnitte des Stempels sowie des Reservoirs führen zu besonders gleichmäßigen Strömungsverhältnissen des Fluids an der Mündung des Fließkanals in das Reservoir.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Vorrichtung eine Barriere umfasst, mittels welcher die Ausgangsöffnung des Fließkanals öffenbar und verschließbar ist. Die Ausgangsöffnung ist an dem dem Reservoir abgewandten zweiten Ende des Fließkanals angeordnet. Insbesondere mündet der Fließkanal über die Ausgangsöffnung in die Umgebung der Vorrichtung. Mittels der Barriere ist ein Strömen des Fluids durch die Ausgangsöffnung freigebbar und unterbindbar. Durch Öffnen der Ausgangsöffnung mittels der Barriere kann das Durchströmen des Fließkanals mit dem Fluid gestartet werden. Die Barriere ist insbesondere zwischen einer die Ausgangsöffnung freigebenden Freigabestellung und einer die Ausgabeöffnung verschließenden Schließstellung verstellbar. Bei einer Anordnung der Barriere in der Schließstellung wird das Fluid mittels der Barriere im Bereich der Ausgangsöffnung gestoppt, sodass ein Ausströmen des Fluids aus dem Fließkanal durch die Ausgangsöffnung unterbleibt. Insbesondere kann die Barriere in der Schließstellung gehalten werden, bis der Fließkanal bei einem Einfüllen des Fluids in die Vorrichtung vollständig mit dem Fluid angefüllt ist. Wird die Bewegung des Stempels relativ zum Reservoir mit der konstanten Geschwindigkeit gestartet, dann gibt die Barriere die Ausgangsöffnung frei, um das Durchströmen des Fließkanals von dem Fluid zu ermöglichen. Mittels der Barriere kann somit sichergestellt werden, dass vor einem Starten des Analysierens des Fluids der Fließkanal vollständig mit dem Fluid angefüllt ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Analysieren eines Fluids, bei welchem das Fluid in ein Reservoir aufgenommen wird. Des Weiteren strömt das Fluid in einen in das Reservoir mündenden Fließkanal. Überdies ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass mittels einer Sensoreinrichtung über eine mittels der Sensoreinrichtung ermittelte Messgröße des Fluids das Fluid analysiert wird. Um bei einem besonders einfachen Messaufbau eine konstante Scherrate des Fluids in dem Fließkanal sicherstellen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Fluid mittels eines Stempels, welcher zumindest bereichsweise in dem Reservoir angeordnet ist, durch Bewegen des Stempels in dem Reservoir relativ zu dem Reservoir mit konstanter Geschwindigkeit in den Fließkanal gefördert wird, wodurch eine konstante Scherrate des Fluids im Fließkanal eingestellt wird. Zum Analysieren des Fluids wird somit das Fluid in das Reservoir eingefüllt und in den in das Reservoir mündenden Fließkanal gefördert, indem der Stempel in das Reservoir hineinbewegt wird, wodurch das in dem Reservoir aufgenommene Fluid in den Fließkanal gedrückt wird. Während des Strömens des Fluids durch den Fließkanal werden mittels der Sensoreinrichtung Sensordaten erfasst, anhand welcher die Messgröße des Fluids ermittelt wird. Bei der Messgröße des Fluids handelt es sich beispielsweise um eine Viskosität des Fluids. Anhand der Messgröße ist das Fluid analysierbar und insbesondere mit weiteren Fluiden vergleichbar. Das Verfahren ermöglicht ein Fördern des Fluids in dem Fließkanal mit einem gleichmäßigen Volumenstrom mittels eines vergleichsweise einfachen Messaufbaus, insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das bedeutet, dass die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebene Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn mittels einer Barriere eine an einem dem Reservoir abgewandten Ende des Fließkanals angeordnete Ausgangsöffnung des Fließkanals verschlossen wird, wenn der Fließkanal unvollständig mit dem Fluid angefüllt ist, und die Barriere geöffnet wird, wenn der Fließkanal vollständig mit dem Fluid gefüllt ist. Das bedeutet, dass die Barriere zwischen einer Schließstellung und einer Freigabestellung verstellbar ist, wobei die Barriere in der Schließstellung angeordnet ist, wenn der Fließkanal unvollständig oder gar nicht mit dem Fluid gefüllt ist und die Barriere in der Freigabestellung angeordnet ist, wenn der Fließkanal vollständig mit dem Fluid gefüllt ist. Insbesondere wird die Barriere lediglich dann von der Schließstellung in die Freigabestellung verstellt, wenn der Stempel mit der konstanten Geschwindigkeit in das Reservoir hineinbewegt wird. Somit kann die Barriere beispielsweise lediglich dann von der Schließstellung in die Freigabestellung verstellt werden, wenn mittels des Stempels das Fluid in den Fließkanal hineingedrückt wird, sodass das Fluid den Fließkanal durchströmt. Das Anordnen der Barriere in der Schließstellung, wenn der Fließkanal lediglich unvollständig mit dem Fluid gefüllt ist, ermöglicht, dass sichergestellt wird, dass vor einem Starten des Erfassens der Sensordaten mittels der Sensoreinrichtung der Fließkanal vollständig mit dem Fluid angefüllt ist, sodass Messverfälschungen zumindest im Wesentlichen vermieden werden können. Darüber hinaus kann mittels der Barriere in der Schließstellung sichergestellt werden, dass beim Einfüllen des Fluids in die Vorrichtung das Fluid nicht schon den Fließkanal durch die Ausgangsöffnung verlässt, bevor der Fließkanal und insbesondere sowohl der Fließkanal als auch das Reservoir vollständig mit dem Fluid aufgefüllt sind.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Analysieren eines Fluids mit einem Reservoir, in welchem das Fluid aufnehmbar ist sowie einem an das Reservoir anschließenden Fließkanal, welcher von dem Fluid durchströmbar ist, wobei bei einem Durchströmen des Fließkanals eine Messgröße des Fluids ermittelbar ist; und
- 2a bis 2b jeweilige Ausschnitte eines horizontalen Schnitts der Vorrichtung entlang der gestrichelten Linie II-II, wobei ein in dem Reservoir führbarer Stempel in einer in 2a dargestellten ersten Ausführungsform einen kreisrunden Querschnitt und in einer in 2b dargestellten zweiten Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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In 1 ist eine Vorrichtung 1 dargestellt, mittels welcher ein Fluid 2 analysierbar ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 3, welcher ein Reservoir 4 und einen an das Reservoir 4 anschließenden Fließkanal 5 begrenzt. In dem Reservoir 4 ist das Fluid 2 aufnehmbar und zwischenspeicherbar. Von dem Reservoir 4 ist das Fluid 2 über eine Mündung 6 an einem ersten Ende des Fließkanals 5 in den Fließkanal 5 einströmbar. Der Fließkanal 5 weist an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende eine Ausgangsöffnung 7 auf, an welcher der Fließkanal 5 in eine Umgebung des Grundkörpers 3 mündet.
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Um eine konstante Scherrate des Fluids 2 in dem Fließkanal 5 bei Strömen des Fluids 2 durch den Fließkanal 5 zu erreichen, umfasst die Vorrichtung 1 einen Stempel 8, welcher in das Reservoir 4 hineinbewegbar ist. Der Stempel 8 ist vorliegend in einer Bewegungsrichtung 14 in das Reservoir 4 hineinbewegbar. Die Bewegungsrichtung 14 verläuft senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Fließkanals 5. Der Stempel 8 ist mit einer konstanten Geschwindigkeit in der Bewegungsrichtung 14 in das Reservoir 4 hineinbewegbar beziehungsweise in dem Reservoir 4 bewegbar, wodurch das Fluid 2 von dem Reservoir 4 in den Fließkanal 5 gedrückt wird und sich eine konstante Scherrate des Fluids 2 in dem Fließkanal 5 einstellt. Der Stempel 8 ist vorliegend umfangsseitig zumindest über einen Höhenabschnitt des Stempels 8 entlang der Bewegungsrichtung 14 mit einem Dichtmaterial beschichtet, über welches der Stempel 8 umfangsseitig gegen jeweilige das Reservoir 4 seitlich begrenzende Innenflächen des Grundkörpers 3 abgedichtet ist. Ein seitliches Vorbeiströmen des Fluids 2 an dem Stempel 8 beim Bewegen des Stempels 8 in das Reservoir 4 hinein in der Bewegungsrichtung 14 wird somit unterbunden. Der Stempel 8 ist umfangsseitig vollständig gegen die das Reservoir 4 begrenzenden Innenwände abgedichtet.
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Der Grundkörper 3 sowie der Stempel 8 sind in den 2a und 2b ausschnittsweise horizontal entlang der gestrichelten Linie II-II geschnitten dargestellt. Dabei ist die Vorrichtung 1 auf Höhe des Fließkanals 5 horizontal geschnitten dargestellt. In den 2a und 2b sind jeweilige unterschiedliche Ausgestaltungen des Stempels 8 dargestellt. In 2a weist der Stempel 8 einen kreisförmigen Querschnitt auf, wohingegen der Stempel 8 in 2b einen rechteckigen, vorliegend einen quadratischen Querschnitt aufweist. Insbesondere der Stempel 8 mit dem kreisförmigen Querschnitt führt zu besonders gleichmäßigen Strömungsverhältnissen an der Mündung 6 des Fließkanals 5.
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Wie aus einer Zusammenschau von 1 mit 2a beziehungsweise 2b erkannt werden kann, ist der Fließkanal 5 breiter als hoch ausgebildet. Vorliegend weist der Fließkanal 5 eine Breite von zirka 50 Millimetern und eine Höhe von zirka ein bis zwei Metern auf. Bei einer Vermessung des Fluids 2 zumindest im Wesentlichen in einem mittigen Bereich des Fließkanals 5 können somit Reibungsverluste im Bereich von seitlichen Rändern des Fließkanals 5 vernachlässigt werden. Ein Bereinigungsaufwand für erfasste Messwerte kann somit bei der Vorrichtung 1 besonders gering gehalten werden.
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Um das Fluid 2 mittels der Vorrichtung 1 analysieren zu können, umfasst die Vorrichtung 1 eine Sensoreinrichtung 9, welche vorliegend schematisch mit einem Kästchen gekennzeichnet ist. Die Sensoreinrichtung 9 umfasst vorliegend einen ersten Drucksensor 11 und einen zweiten Drucksensor 11 sowie eine elektronische Recheneinrichtung 10. Der erste Drucksensor 11 ist dazu eingerichtet, einen Druck des Fluids 2 an der Mündung 6 des Fließkanals 5 zu ermitteln. Der zweite Drucksensor 11 ist dazu eingerichtet, einen Druck des Fluids 2 an der Ausgangsöffnung 7 des Fließkanals 5 zu ermitteln. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 10 ist eine Druckdifferenz zwischen dem Druck des Fluids 2 an der Mündung 6 und dem Druck des Fluids 2 an der Ausgangsöffnung 7 als Druckverlust über eine Länge eines Abstands zwischen den Drucksensoren 11 ermittelbar. Über den ermittelten Druckverlust über die Länge des Fließkanals 5 ist als Messgröße des Fluids 2 eine Viskosität des Fluid 2 ermittelbar. Anhand der ermittelten Viskosität des Fluids 2 ist das Fluid 2 analysierbar.
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Alternativ oder zusätzlich zu dem Ermitteln der Viskosität über die Druckdifferenz des Fluids 2 entlang der Länge des Fließkanals 5 kann die Viskosität über eine an dem Stempel 8 auftretende Kraft beim Bewegen des Stempels 8 mit konstanter Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung 14 in dem Reservoir 4 ermittelt werden. Hierfür kann die Sensoreinrichtung 9 alternativ oder zusätzlich zu den Drucksensoren 11 einen Kraftsensor 12 umfassen, mittels welchem die auf den Stempel 8 durch das Fluid 2, insbesondere einen Widerstand des Fluids 2, aufgebrachte Kraft beim Bewegen des Stempels 8 in das Reservoir 4 hinein ermittelt werden kann. In Abhängigkeit von der ermittelten Kraft ist die Viskosität des Fluids 2 als Messgröße des Fluids 2 ermittelbar.
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Die Vorrichtung 1 umfasst des Weiteren eine Barriere 13, welche im Bereich der Ausgangsöffnung 7 an dem Grundkörper 3 angeordnet ist. Mittels der Barriere 13 ist die Ausgangsöffnung 7 öffenbar und verschließbar. Hierfür ist die Barriere 13 zwischen einer in 1 gezeigten Schließstellung und einer in den Fig. nicht dargestellten Freigabestellung verstellbar. In der Freigabestellung gibt die Barriere 13 die Ausgangsöffnung 7 frei, sodass das Fluid 2 über die Ausgangsöffnung 7 aus dem Fließkanal 5 ausströmen kann. In der Schließstellung verschließt die Barriere 13 die Ausgangsöffnung 7, sodass ein Ausströmen des Fluids 2 aus dem Fließkanal 5 über die Ausgangsöffnung 7 unterbleibt.
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Beim Durchführen eines Verfahrens zum Analysieren des Fluids 2 wird die Barriere 13 in die Schließstellung verstellt und anschließend das Fluid 2 in das Reservoir 4 eingefüllt. Aus dem Reservoir 4 kann das Fluid 2 in den Fließkanal 5 einströmen und den Fließkanal 5 auffüllen. Anschließend wird der Stempel 8 am Reservoir 4 angeordnet und insbesondere zumindest bereichsweise in Bewegungsrichtung 14 in das Reservoir 4 hineinbewegt. Um die Messgröße ermitteln zu können, wird die Barriere 13 von der Schließstellung in die Freigabestellung verstellt, der Stempel 8 in der Bewegungsrichtung 14 in das Reservoir 4 hineinbewegt, wodurch das Fluid 2 aus dem Reservoir 4 in den Fließkanal 5 gedrückt wird und mittels der Sensoreinrichtung 9 die Messgröße, vorliegend die Viskosität des Fluids 2, ermittelt. Das Anordnen der Barriere 13 in der Schließstellung bis zum Starten des Ermittelns der Messgröße ermöglicht, dass beim Starten des Ermittelns der Messgröße mittels der Sensoreinrichtung 9 der Fließkanal 5 vollständig mit dem Fluid 2 angefüllt ist und Messverfälschungen aufgrund von Bereichen des Fließkanals 5, welche frei von dem Fluid 2 sind, vermieden werden können.
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Der beschriebenen Vorrichtung 1 sowie dem beschriebenen Verfahren zum Analysieren des Fluids 2 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Elektrofahrzeugen zwischen ein Batteriemodul und einen Kühlboden des Elektrofahrzeugs eine Wärmeleitpaste, der sogenannte Gapfiller, zum Einsatz kommt, um bei einer Schnellladung und bei einem Leistungsabruf in deren als Hochvoltbatterien ausgebildeten Batteriemodulen entstehende Wärme von dem Batteriemodul zu dem Kühlboden abführen zu können. Bei der Montage der Hochvoltbatterie wird in ein leeres Batteriegefache der Gapfiller raupenförmig appliziert und durch ein Aufsetzen und Absenken des Batteriemoduls auf einem Batteriegefache der Gapfiller langsam in eine Fläche verdrückt. Alternativ wird beim Stand der Technik der Gapfiller im Rahmen einer Gapfiller-Injektion zwischen dem Batteriemodul und dem Kühlboden angeordnet. Hierbei wird das Batteriemodul in das Batteriegefache gesetzt und mit diesein verschraubt. Anschließend wird der Gapfiller in einen entstehenden Spalt injiziert. Neben einer Erprobung des Gapfillers unter Praxisbedingung ist eine einfache Möglichkeit zur Materialcharakterisierung unabdingbar. Im Stand der Technik sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, wie das Rotationsrheometer oder das Hochdruckkapillariometer. Bei diesen Verfahren wird bei viskosen Stoffen als Ergebnis eine Viskosität in Abhängigkeit von einer auferlegten Scherrate erhalten. Bei einem Kapillarheometer sind Scherraten bis zu eins pro Sekunde und bei einem Hochdruckkapillarheometer sind Scherraten von mehr als 100 pro Sekunde üblich. Ein bei einer Injektion eines Gapfillers zwischen das Batteriemodul und den Kühlboden vorherrschendes Prozessfenster weist Scherraten von zirka zehn pro Sekunde bis zirka 80 pro Sekunde auf. Die beschriebenen bekannten Verfahren aus der Rheologie können folglich für den Gapfiller nicht ohne große Anpassungen genutzt werden.
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Die im Zusammenhang mit den Fig. beschriebene Vorrichtung 1 ermöglicht das Ermitteln der Viskosität für das Fluid 2, bei welchem es sich um den Gapfiller und somit die Wärmeleitpaste handeln kann. Bei dem Verfahren zum Analysieren des Fluids 2 wird das Fluid 2 in den Fließkanal 5 gedrückt und in einen stationären Fließvorgang gebracht. Bei diesem Fließen wird der jeweilige Druck des Fluids 2 an unterschiedlichen Stellen des Fließkanals 5 ermittelt und in Abhängigkeit von den ermittelten Drücken die Viskosität des Fluids 2 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann die zum Ausdrücken des Fluids 2 aus dem Reservoir 4 benötigte Kraft ermittelt werden und in Abhängigkeit von der ermittelten Kraft die Viskosität ermittelt werden.
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Die Vorrichtung 1 ist besonders platzsparend ausgeführt und ist dazu eingerichtet, in eine Zug-Druck-Prüfmaschine adaptiert zu werden.
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Zum Analysieren des Fluids 2 wird das Fluid 2 in das Reservoir 4 gefüllt. Von oben fährt der Stempel 8 in der Bewegungsrichtung 14 auf das Fluid 2. Unten und somit an einem vom Stempel 8 am weitesten entfernten mit dem Fluid 2 in Kontakt stehenden Ende des Reservoirs 4 schließt sich die Mündung 6 an, über welche der Fließkanal 5 in das Reservoir 4 mündet. Der Fließkanal 5 weist einen rechteckigen Querschnitt und eine definierte Länge auf, welche eine Fließlänge für das Fluid 2 in dem Fließkanal 5 darstellt. Wenn der Stempel 8 von oben auf das Fluid 2 in dem Reservoir 4 drückt, dann wird das Fluid 2 durch den Fließkanal 5 gepresst und verlässt am Ende des Fließkanals 5 über die Ausgangsöffnung 7 den Grundkörper 3. Der Stempel 8, welcher insbesondere zylinderförmig ausgebildet sein kann, fährt mit der konstanten Geschwindigkeit in das Reservoir 4, wodurch sich im Fließkanal 5 eine konstante Scherrate des Fluids 2 einstellt. Diese Scherrate kann über die Geschwindigkeit des Stempels 8 und über eine Spalthöhe des Fließkanals 5 eingestellt werden. Die Breite und die Spalthöhe des Fließkanals 5 können derart gewählt werden, dass deren Proportionen den Proportionen eines zwischen dem Batteriemodul und dem Kühlboden der Hochvoltbatterie des Elektrofahrzeugs entsprechen, mit dem Ziel gleiche Scherraten zu erreichen. Die Länge des Fließkanals 5 ist hinreichend lang zu wählen, sodass ein stationärer Fließvorgang des Fluids 2 durch den Fließkanal 5 erreicht wird.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein Spaltrheometer bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2015052547 A [0002]
- DE 10339906 A1 [0003]
- DE 102014114117 B3 [0004]
