DE10297572T5

DE10297572T5 - Analyseverfahren und Überwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10297572T5
Application number: DE10297572T
Authority: DE
Inventors: Magnus Hagberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-12-02
Also published as: SE523531C2; AU2002359144A1; WO2003056304A1; SE0104371L; SE0104371D0

Abstract

Verfahren zur Verwendung bei einer Bestimmung eines Korrosionsschutzvermögens einer Kühlflüssigkeit in einem Kühlsystem, wobei die Kühlflüssigkeit wenigstens eine Substanz umfasst, die als Korrosionshemmstoff wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst:
Messen eines ungefähren Anteils an Frostschutzlösung im Betrieb;
Messen, sofern passend, eines Leitfähigkeitswerts der Kühlflüssigkeit im Betrieb;
Verwenden des Leitfähigkeitswerts zusammen mit einem Anteil an Frostschutzlösung in der Kühlflüssigkeit, um das Korrosionsschutzvermögen zu bestimmen;
Bestimmen, ob das Korrosionsschutzvermögen unzureichend ist; und wenn zutreffend, Ausgeben einer Warnung an den Benutzer der Kühlflüssigkeit, wenn der Korrosionsschutz unzureichend ist.

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bestimmung eines Korrosionsschutzvermögens einer Flüssigkeit, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, im Betrieb und eine Überwachungsvorrichtung, die mit einem Kühlsystem gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, das Korrosionsschutzvermögen der Kühlflüssigkeit in dem Kühlsystem zu überwachen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Heutzutage ist es bekannt, Kühlflüssigkeiten beispielsweise in Autos oder Lastkraftfahrzeugen zu verwenden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Die Kühlflüssigkeit, die eine Flüssigkeit mit guter thermischer Leitfähigkeit ist, zirkuliert durch Kanäle eines Kühlsystems, wobei die Kanäle in unmittelbarer Nähe zu dem Motor angeordnet sind und Wärme von diesem übertragen. Da die Temperatur in der Kühlflüssigkeit aufgrund der Erwärmung ansteigt, expandiert die Kühlflüssigkeit und der Druck nimmt zu. Diese Expansion tritt im Wesentlichen in einem Expansionstank auf, der mit einem Druckventil versehen ist.
Zwei Probleme, die im Zusammenhang mit Kühlflüssigkeiten stehen, sind das Einfrieren der Kühlflüssigkeit, ein Phänomen, das zu mechanischen Schäden an dem Motor führen kann, und Korrosion.
Um ein Einfrieren zu vermeiden, wird bekanntermaßen ein Kühlmittel, beispielsweise Ethylenglykol, zu der Kühlfüssigkeit zugeführt, welches Mittel den Gefrierpunkt der Kühlflüssigkeit herabsetzt. Das Kühlmittel selbst umfasst gewöhnlicherweise Substanzen, die gegen Korrosion wirken, und ist gewöhnlich solange als Korrosionsschutz wirksam, solange sein Volumenprozentanteil 30% in Trinkwasser übersteigt.
Allerdings ist es übliche Praxis, separate Substanzen, die ausschließlich gegen Korrosion wirken, zu der Kühlflüssigkeit zuzugeben, um das Korrosionsschutzvermögen zu steigern. Diese Substanzen werden nachfolgend als Korrosionshemmstoffe bezeichnet. Eine Art eines heutzutage verwendeten Korrosionshemmstoffs sind organische Säuren, die an den Oberflächen des Kühlsystems polymerisieren und somit einen Schutz gegen Korrosion bieten. Es ist auch bekannt, beispielsweise Silikate oder Nitrate zu verwenden. Die Menge an Korrosionshemmstoffen beträgt gewöhnlicherweise 5–10 Volumenprozent, wobei der Wert im Laufe der Zeit aufgrund verschiedener Umstände abnimmt, wie beispielsweise Leckage und Alterung der Hemmstoffe. Um weiterhin Korrosion zu vermeiden, müssen deshalb im Lauf der Zeit mehr Korrosionshemmstoffe der Kühlflüssigkeit zugegeben werden. Dies erfordert ein exaktes Verfahren zur Bestimmung des Korrosionsschutzvermögens sowie zur Bestimmung des Anteils von Korrosionshemmstoffen und des Anteils von flüssigem Frostschutzmittel.
Hersteller von Kühlflüssigkeiten bieten üblicherweise Analyseverfahren zum Bestimmen des Korrosionsschutzvermögens von Kühlflüssigkeiten an, die von ihnen bereitgestellt werden. Unglücklicherweise unterscheiden sich Kühlflüssigkeiten verschiedener Hersteller oftmals derart voneinander, dass ein von einem Hersteller hinsichtlich seiner eigenen Produkte eingesetztes Verfahren nicht bei Kühlflüssigkeiten anderer Hersteller angewandt werden kann. Aufgrund der Komplexität dieser Analyseverfahren werden diese gewöhnlicherweise von den Herstellern selbst durchgeführt, was bedeutet, dass der Nutzer einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise der Fahrer eines Kraftfahrzeugs eine Probe an den Hersteller schicken muss, der dann die Analyse durchführt und danach den Nutzer über die erhaltenen Ergebnisse informiert. Es wäre natürlich von Vorteil für den Benutzer, wenn ein derartig kompliziertes Vorgehen, das zusätzlich kostenintensiv sowie zeitintensiv ist und somit oftmals überhaupt nicht durchgeführt wird, durch ein einfacheres Analyseverfahren ersetzt werden könnte, das automatisch während des Betriebs des Kühlsystems durchgeführt wird.
Die Zuverlässigkeit dieses Analyseverfahrens ist von wesentlicher Bedeutung, da fehlerhafte Ergebnisse entweder zu Korrosion führen können oder eine kostenintensive Überdosierung bedeuten können.
Die US 4,147,596 beschreibt ein Verfahren, in dem der Anteil von Korrosionshemmstoffen durch Messen des Potentials der Kühlflüssigkeit bestimmt wird; durch die US 5,870,185 ist es bekannt, den Grad an Verunreinigungen in einem Kühlmittel eines Klimatisierungssystems durch Messen des Brechungsindexes des Mittels zu bestimmen.
Ferner beschreibt die SE 01-02053 ein Analyseverfahren, das für einige verschiedene Kühlflüssigkeitstypen anwendbar ist. Allerdings kann diese Analyse nicht während des Betriebs durchgeführt werden.
ZIEL DER ERFINDUNG
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen und Analysieren des Korrosionsschutzvermögens einer Kühlflüssigkeit sowie des Anteils an Korrosionshemmstoffen und des Anteils einer Frostschutzlösung in der Flüssigkeit bereitzustellen, wobei das Verfahren während des Betriebs eines die Kühlflüssigkeit aufweisenden Kühlsystems und ohne die Hilfe von Überwachungspersonal oder eines Mechanikers ausgeführt werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Überwachungsvorrichtung bereitzustellen, die das vorstehend erwähnte Verfahren verwendet und automatisch die Variablen misst und ableitet, die erhaltenen Ergebnisse mit vorbestimmten Werten vergleicht und, sofern erforderlich, einen Benutzer, beispielsweise einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs, darüber unterrichtet, falls mehr Korrosionshemmstoffe oder mehr Frostschutzflüssigkeit der Kühlflüssigkeit zugegeben werden muss, und vorzugsweise auch die Menge an der jeweiligen Substanz angibt.
Schließlich soll die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ferner automatisch die Außentemperatur messen und das erhaltene Ergebnis mit einem geschätzten Gefrierpunkt der Kühlflüssigkeit vergleichen und den Benutzer darüber unterrichten, falls das Risiko eines Einfrierens besteht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehend genannten Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gelöst mit den Merkmalen, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 17 angegeben sind. Anspruch 1 spezifiziert ein Verfahren zum Bestimmen eines Korrosionsschutzvermögens einer Flüssigkeit in einem Kühlsystem, wobei die Kühlflüssigkeit wenigstens eine Substanz aufweist, die als Korrosionshemmstoff wirkt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Messens eines ungefähren Anteils an Frostschutzlösung im Betrieb, des Messens, sofern passend, eines Leitfähigkeitswerts der Kühlflüssigkeit im Betrieb und des Verwendens des Leitfähigkeitswerts zusammen mit einem Anteil an Frostschutzlösung in der Flüssigkeit, um das Korrosionsschutzvermögen zu bestimmen. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Bestimmens, ob das Korrosions schutzvermögen nicht hinreichend ist und, sofern zutreffend, des Ausgebens einer Warnung für einen Benutzer der Kühlflüssigkeit, falls das Korrosionsschutzvermögen unzureichend ist.
Die Vorteile der Nutzung der Leitfähigkeit zum Abschätzen des Korrosionsschutzvermögens liegen zum Teil darin, dass diese Vorgehensweise bei verschiedenen Kühlflüssigkeiten angewandt werden kann, liegen jedoch in noch bedeutenderer Weise darin, dass die Analyse schnell und leicht durchzuführen ist. Somit besteht kein Bedarf dafür, Proben der Kühlflüssigkeit zu deren Herstellern zu schicken, so dass die Einsparungen hinsichtlich Zeit und Kosten beträchtlich sind.
In Anspruch 17 ist eine Überwachungsvorrichtung beschrieben, wobei diese Vorrichtung mit einem Kühlsystem gekoppelt ist, beispielsweise einem Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug oder einen Lastkraftwagen, um ein Korrosionsschutzvermögen der Kühlflüssigkeit in dem Kühlsystem festzustellen. Die Überwachungsvorrichtung führt automatisch die Schritte des Verfahrens aus, die in den Ansprüchen 1 bis 16 spezifiziert sind, und umfasst ein Leitfähigkeitsmessgerät, das sich in die Kühlflüssigkeit hineinerstreckt, um die Ionenbeweglichkeit in der Kühlflüssigkeit zu messen, und ein Berechnungsmittel, das mit dem Leitfähigkeitsmessgerät verbunden ist und derart angeordnet ist, dass es Leitfähigkeitswerte von dem Leitfähigkeitsmessgerät empfängt.
Es ist offensichtlich vorteilhaft, dass die Vorrichtung automatisch die Analyse während des Betriebs des Kühlsystems durchführt, da dies bedeutet, dass keine Kosten und zeitintensiven Wartungsunterbrechungen erforderlich sind und dass ein unzureichendes Korrosionsschutzvermögen im Wesentlichen dann erfasst wird, wenn es auftritt, was die Korrosionssicherheit verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter mittels Ausführungsbeispielen in einer nicht beschränkenden Weise und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen illustriert, in welchen:
1 ein Flussdiagramm eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Wasser zeigt;
2 ein Flussdiagramm eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Wasser zeigt;
3 eine Kalibrierkurve für ein Refraktometer für einen bestimmten Kühlflüssigkeitstyp in Wasser zeigt;
4 eine Kalibrierkurve für ein Refraktometer für einen bestimmten Korrosionshemmstofftyp in Wasser zeigt;
5 Kalibrierkurven für ein Leitfähigkeitsmessgerät zeigen, wobei die Kurven die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit, den Volumenprozenten an Kühlflüssigkeit und den Volumenprozenten an Korrosionshemmstoffen in Wasser zeigen;
6 Kalibrierkurven für ein Leitfähigkeitsmessgerät zeigen, wobei die Kurven die Beziehung zwischen der Leitfähigkeit, den Volumenprozenten an Kühlflüssigkeit und den Volumenprozenten an Korrosionshemmstoffen in Wasser beschreiben;
7 ein Diagramm zeigt, das beschreibt, wie die Leitfähigkeit mit den Volumenprozenten an Kühlflüssigkeit in Wasser schwankt;
8 ein Diagramm zeigt, in dem das Korrosionsschutzvermögen ausgedrückt in Volumenprozent an Kühlflüssigkeit im Verhältnis zu der Leitfähigkeit und den Volumenprozenten an Kühlflüssigkeit wiedergegeben ist; und
9 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Expansionstanks mit einer Überwachungsvorrichtung zeigt, der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung bildet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Kühlflüssigkeit enthält vorzugsweise eine Frostschutzlösung und einen Korrosionshemmstoff. Um das Korrosionsschutzvermögen der Flüssigkeit zu bestimmen, müssen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei Parameter gemessen werden, nämlich die Leitfähigkeit der Flüssigkeit und die Volumenprozent an Frostschutzlösung. Vorzugsweise wird ein Leitfähigkeitsmessgerät zum Messen der Leitfähigkeit verwendet, während ein Dichtemessgerät oder ein Refraktometer eingesetzt werden kann, um die Volumenprozent an Frostschutzlösung zu schätzen.
Bevor irgendwelche Messungen durchgeführt werden, wird das Dichtemessgerät/Refraktometer vorzugsweise auf die spezielle Frostschutzlösung und den Hemmstoff in der Flüssigkeit kalibriert, was es mit sich bringt, dass dem Dichtemessgerät/Refraktometer ein Nullwert zugeteilt wird, wenn Messungen für destilliertes Wasser durchgeführt werden. Das Leitfähigkeitsmessgerät wird auf ähnliche Weise auf eine Lösung aus herkömmlichem Trinkwasser und dem Hemmstoff kalibriert, oder auf einen Hemmstoff mit etwas höherer Leitfähigkeit. Bevor irgendeine Messung durchgeführt wird, sind ferner Kalibrierkurven zu erstellen, die dazu verwendet werden, um relevante Messtestergebnisse zu erhalten.
Wenn die Messungen durchgeführt werden, liegt die Temperatur vorzugsweise in einem Intervall von 0–50°C. Wenn die Temperatur unterhalb der Grenzen dieses Intervalls liegt, muss dies für die Durchführung der Messungen berücksichtigt werden oder die Ergebnisse können fehlerhaft sein. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die Messwerte mit einem vorbestimmten temperaturabhängigen Faktor korrigiert werden. Die beigefügten Diagramme gelten für eine Temperatur für etwa 25°C.
In den Ansprüchen wird auf verschiedene Anteile von Frostschutzlösung und Korrosionshemmstoffen Bezug genommen. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen werden diese Messungen in einer nicht beschränkenden Weise in Volumenprozent angegeben, falls keine abweichenden Angaben davon gemacht werden.
Nachfolgend werden ein erstes bevorzugtes und eine zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele, die Wege zur Bestimmung des Korrosionsschutzvermögens einer Flüssigkeit spezifizieren, werden automatisch und wiederholt mittels einer Überwachungsvorrichtung durchgeführt. Danach folgt als ein Beispiel eine Ausführung des bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung.
1 zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum automatischen Bestimmen des Korrosionsschutzvermögens in einer Flüssigkeit, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit in einem Kraftfahrzeug oder einem Kraftwagen, gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt.
Jeder dieser Schritte wird nachfolgend bei der beispielhaft erläuterten Ausführung vollständig erläutert.
In diesem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Leitfähigkeitsmessgerät dazu verwendet, die Leitfähigkeit der Flüssigkeit zu messen, und ein Dichtemessgerät wird dazu verwendet, um den prozentualen Anteil an Frostschutzlösung zu bestimmen.
Bevor die Analyse der Flüssigkeit beginnt, hat ein Benutzer unter 1 für die Vorrichtung zu bestimmen, welche Art an Flüssigkeit eingesetzt wird, da verschiedene Kurven für verschiedene Frostschutzlösungen und Hemmstoffe bestimmt wurden.
Danach werden bei 2, 4 ein Dichtewert und ein Leitfähigkeitswert mittels des Dichtemessgeräts und des Leitfähigkeitsmessgeräts gemessen. Der Dichtewert bezieht sich auf einen ungefähren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung bei 3, während der Leitfähigkeitswert bei 5 mit einem zuerst vorbestimmten Grenzwert für die Leitfähigkeit, in diesem Fall 4 mS/cm, verglichen wird, um zu bestimmen, ob der ungefähre prozentuale Anteil an Frostschutzlösung eine korrekte Schätzung des aktuellen prozentualen Anteils an Frostschutzlösung bei 6 ist, der nachfolgend hierin als der wahre (tatsächliche) prozentuale Anteil an Frostschutzlösung bezeichnet wird, oder nicht. Im letztgenannten Fall, muss der wahre prozentuale Anteil an Frostschutzlösung bestimmt werden. Deshalb wird der gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen bei 7 geschätzt und zusammen mit dem ungefähren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung verwendet, um bei 8 den wahren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung zu erhalten. Wenn der wahre prozentuale Anteil an Frostschutzlösung bekannt ist, kann bei 9 das Korrosionsschutzvermögen abgeleitet werden. Wenn das Korrosionsschutzvermögen bei 10 bestimmte Kriterien erfüllt, wird angenommen, dass die Flüssigkeit Korrosionsschutz vorsieht und es sind keine weiteren Schritte mehr vorzunehmen. Wenn dies allerdings nicht der Fall ist, informiert eine Alarmvorrichtung den Benutzer bei 11 über die Situation und vorzugsweise auch über die vorzunehmenden Schritte.
Es ist selbstverständlich möglich, auch eine Flüssigkeit zu verwenden, wie beispielsweise eine Kühlflüssigkeit in einem Kühlsystem, die im Wesentlichen keine Frostschutzlösung aufweist, insbesondere in Ländern, in denen die Temperatur niemals oder selten unter 0°C fällt. In solchen Fällen kann es ausreichend sein, die Leitfähigkeit der Flüssigkeit zu messen und den erhaltenen Wert zu verwenden, um das Korrosionsschutzvermögen sowie den Anteil an Korrosionshemmstoffen zu bestimmen.
In dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Dichtemessgerät dazu verwendet, um den ungefähren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung zu bestimmen. Andere Vorrichtungen, wie beispielsweise ein Refraktometer, können statt dessen auch verwendet werden, um diesen Parameter zu messen.
Um ein kostenintensives Überfüllen/Überdosieren mit Korrosionshemmstoffen und/oder Frostschutzflüssigkeiten zu vermeiden, ist es wichtig, dass der Benutzer auf irgendeine Weise darüber unterrichtet wird, wie viel von den Substanzen der Flüssigkeit hinzugefügt werden müssen, oder dass das Verfahren dazu verwendet wird, um während des Nachfüllens anzuzeigen, wann das Korrosionsschutzvermögen einen geeigneten Wert erreicht hat. Letzteres kann beispielsweise einfach durch dauerhaftes Überprüfen des Systems während des Nachfüllvorgangs erreicht werden und die Menge an Korrosionshemmstoffen und/oder Frostschutzlösung, die zuzuführen ist, kann schnell von der Vorrichtung durch einfaches Ausführen des vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens in umgekehrter Reihenfolge und unter Verwendung des Sollwerts an Korrosionsschutzvermögen als Eingangswert geschätzt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es ferner möglich, den Gefrierpunkt der Flüssigkeit abzuleiten, wenn die Eigenschaften von Wasser, Frostschutzlösungen und Korrosionshemmstoffen bekannt sind. Die Temperatur der Umgebungsluft der Flüssigkeit kann ferner mittels eines Thermometers gemessen werden und somit kann entschieden werden, ob ein Frostrisiko besteht, indem der Gefrierpunkt mit der gemessenen Temperatur der Umgebungsluft verglichen wird. Wenn ein derartiges Risiko besteht, dann wird der Benutzer vorzugsweise darüber informiert. Es ist auch möglich, die Menge an zuzuführender Frostschutzlösung zu berechnen, um ein Einfrieren zu vermeiden, indem der erforderliche prozentuale Anteil an Frostschutzlösung, der zum Vermeiden eines Einfrierens erforderlich ist, geschätzt wird und indem dieser erforderliche prozentuale Anteil mit dem wahren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung verglichen wird.
Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist in 2 beschrieben. Wiederum hat der Benutzer bei 12 zu bestimmen, welche Art an Kühlflüssigkeit benutzt wird, bevor die Dichte bei 13 gemessen wird. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Dichte dazu benützt, um den ungefähren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung bei 14 zu schätzen. Versuche haben gezeigt, dass dann, wenn der ungefähre prozentuale Anteil an Frostschutzlösung bei 15 einen zweiten vorbestimmten Wert, gewöhnlicherweise 30%, übersteigt, das Korrosionsschutzvermögen bei 16 ausreichend ist. Wenn der ungefähre prozentuale Anteil an Frostschutzlösung 30% nicht übersteigt, dann wird bei 17 der Leitfähigkeitswert gemessen. Um bei 16 sicherzustellen, dass die Flüssigkeit vollständigen Korrosionsschutz bietet, soll der Leitfähigkeitswert vorzugsweise einen dritten vorbestimmten Wert bei 18, gewöhnlicherweise bei 9,5 mS/cm, überschreiten. Wenn dies nicht der Fall ist, werden der gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen bei 19 und der erforderliche prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen/der erforderliche prozentuale Anteil an Frostschutzlösung, der zum Erhalt eines wirksamen Korrosionsschutzvermögens erforderlich ist, bei 20 bestimmt. Danach wird die Menge an Korrosionshemmstoffen oder Frostschutzlösung, die der Flüssigkeit zuzuführen ist, bei 21 berechnet, indem die gemessenen Werte des gegenwärtigen prozentualen Anteils an Korrosionshemmstoffen oder Frostschutzlösung von den erforderlichen Werten abgezogen werden. Eine Warnvorrichtung ist vorgesehen, um den Benutzer darüber zu unterrichten, dass das Korrosionsschutzvermögen unzureichend ist und welche Menge an Korrosionshemmstoffen oder Frostschutzlösung der Flüssigkeit zuzuführen ist.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist weniger genau als das erste Ausführungsbeispiel, obwohl es einfacher und leichter auszuführen ist.
Es ist festzuhalten, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Menge an Korrosionshemmstoffen und/oder Frostschutzlösung, die der Flüssigkeit zum Erhalt eines wirksamen Korrosionsschutzvermögens zuzuführen ist, bestimmt wird, obwohl diese Schritte in einem weiteren vereinfachten Ausführungsbeispiel auch weggelassen werden können.
Als ein Beispiel wird eine Ausführung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung nun mit Bezug auf die 3 bis 8 beschrieben. Es ist anzumerken, dass anstelle eines Dichtemessgeräts ein Refraktometer verwendet wurde, als dieser Versuch ausgeführt wurde, und dass die Frostschutzlösung und der Hemmstoff BASF G 48-24 und BASF 93-94 waren.
Wie vorstehend erwähnt besteht der erste Schritt des bevorzugten Ausführungsbeispiels darin, den ungefähren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung in der Flüssigkeit abzuschätzen. Dies wird mit Hilfe des Refraktometers durchgeführt, das einen Brechungsindex misst, der einen ungefähren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung wiedergibt. Das Diagramm von 3 zeigt die Kalibrierkurve des Refraktometers für BASF G 48-24, das heißt das Verhältnis in destilliertem Wasser zwischen dem Brechungsindex und dem prozentualen Anteil an Frostschutzlösung. Aus diesem Dia gramm kann der ungefähre prozentuale Anteil an Frostschutzlösung ausgelesen werden, wenn der Brechungsindex bekannt ist. Wie ersichtlich ist, ist die Kalibrierkurve näherungsweise linear innerhalb eines Intervalls zwischen 0 und 5 Brix, und das Verhältnis kann deshalb ausgerückt werden als:
wobei B ein Wert eines ersten Brechungsindexes ist, G der ungefähre prozentuale Anteil an Frostschutzlösung ist und F1 eine Konstante mit einem Wert von 0,7 ist. Es ist festzuhalten, dass viele Beziehungen der Diagramme gemäß 3 bis 8 durch verhältnismäßig einfache Gleichungen ausgedrückt werden können. Allerdings werden die im Rahmen dieser beispielhaften Ausführung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels angesprochenen Werte aus den Diagrammen ausgelesen, mit Ausnahme des Werts für den gemessenen Brechungsindex und des Werts für die gemessene Leitfähigkeit, und die Gleichungen werden lediglich deshalb angegeben, um zu zeigen, dass es möglich ist, derartige numerische Beziehungen zu erzeugen.
In dem vorliegenden Beispiel wurde der Brechungsindex auf einen Wert von 18 Brix gemessen und G besitzt somit einen Wert von etwa 27%.
Auch die Korrosionshemmstoffe in der Flüssigkeit beeinflussen den Brechungsindex, wie in 4 erkennbar ist, was das Verhältnis in Wasser zwischen dem Brechungsindex und dem prozentualen Anteil an Korrosionshemmstoffen zeigt. Diese Beziehung, die näherungsweise linear ist, kann auch formuliert werden als:
wobei B2 ein zweiter Brechungsindex ist, I der gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen ist und F2 ein konstanter Faktor mit einem Wert von näherungsweise 0,5 ist.
Allerdings kann dieser Einfluss ignoriert werden, wenn der gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen relativ gering ist. Wenn eine derartige Bedingung vorliegt, kann dies einfach mittels der Messung der Leitfähigkeit bestimmt werden. Versuche, in denen das Verhältnis zwischen der Leitfähigkeit und BASF G 48-24 gemessen wurde, haben gezeigt, dass die Leitfähigkeit mit dem prozentualen Anteil an Kühlflüssigkeit schwankt, wie in 7 gezeigt, wobei ein Maximalwert von etwa 4 mS/cm für einen prozentualen Anteil an BASF G 48-24 von näherungsweise 35% vorliegt. Es kann somit gefolgert werden, dass dann, wenn die Leitfähigkeit 4 mS/cm übersteigt, Korrosionshemmstoffe vorhanden sind, und dass diese nicht berücksichtigt werden müssen. Weitere Versuche haben gezeigt, dass selbst dann, wenn die Umkehrbedingung offensichtlich nicht vorliegt (ein erhaltener Wert der Leitfähigkeit von unter 4 mS/cm bedeutet nicht, dass die Kühlflüssigkeit keine Korrosionshemmstoffe enthält sondern nur, dass der gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen gering ist), das Vorliegen dieser Korrosionshemmstoffe ignoriert werden kann, wenn die Leitfähigkeit unter 4 mS/cm liegt.
In dem vorliegenden Beispiel liegt der Leitfähigkeitswert bei 7,5 mS/cm und demzufolge muss der gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen bestimmt werden.
Wie in 5 erkennbar ist, kann der gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen von dem Leitfähigkeitswert und dem ungefähren prozentualen Anteil an Frostschutzlösung abgeleitet werden. Allerdings wurde bereits gefolgert, dass der vorliegende prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen Auswirkungen hat auf den geschätzten prozentualen Anteil an Frostschutzlösung. Da der prozentuale Anteil an Frostschutzlösung wiederum die Leitfähigkeit beeinflusst, die dazu verwendet wird, um den gegenwärtigen prozentualen Anteil an Korrosionshemmstoffen zu bestimmen, ergibt sich, dass der hierdurch geschätzte gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen lediglich eine Näherung ist, jedoch genau genug ist.
Aus 5 kann eine Gleichung 3 zum Bestimmen des Leitfähigkeitswerts unter der Annahme abgeleitet werden, dass die Leitfähigkeit sich linear abhängig von dem gegenwärtigen prozentualen Anteil an Korrosionshemmstoffen innerhalb eines bestimmten Intervalls verhält, beispielsweise von 6–10 mS/cm. Somit gilt
wobei K der Leitfähigkeitswert ist, I der zu berechnende gegenwärtige prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen ist, KB ein Leitfähigkeitsbasiswert aus dem Diagramm gemäß 5 ist, IB ein Basiswert des gegenwärtigen prozentualen Anteils an Korrosionshemmstoffen aus dem Diagramm gemäß 5 ist und F3 ein konstanter Faktor ist. Der Faktor F3 weist für die Mehrheit der Korrosionshemmstoffe einen Wert zwischen 0,6 und 0,8, oftmals einen Wert von 0,7 auf.
In diesem Fall gilt KB = 6 mS/cm, IB = 4% und K = 7,5 mS/cm und aus dem Diagramm gemäß 4 kann I als näherungsweise 7,5% ausgelesen werden. Falls dieser Wert von I für das Diagramm von 3 verwendet wird, kann B2 auf einen Wert von etwa 3,5 Brix geschätzt werden. Ein neuer Brechungsindex B3 kann nun gemäß der Gleichung 4 berechnet werden.
Deshalb ist der Brechungsindex B3 bekannt, der sich auf den tatsächlichen prozentualen Anteil an BASF G 48-24 bezieht, so dass das Korrosionsschutzvermögen aus 3 ausgelesen werden kann.
In dem vorliegenden Beispiel besitzt B3 einen Wert von näherungsweise 15 Brix und der tatsächliche prozentuale Anteil an Frostschutzlösung, G3, kann auf einen Wert von etwa 21% geschätzt werden.
Jeder prozentuale Anteil an Korrosionshemmstoffen entspricht einem bestimmten prozentualen Anteil an Frostschutzlösung, wobei ein Verhältnis von 1 zu 3-5 für die meisten Korrosionshemmstoffe gegeben ist. Für BASF 93-94 und BASF 48-24 beträgt dieses Verhältnis 1 zu 4, das heißt ein 1 Prozent BASF 93-94 besitzt die selbe Hemmwirkung wie 4 Prozent BASF G 48-24, oder
wobei IG1 der Grad der Hemmung ist, das heißt der geschätzte Wert für einen Korrosionsschutz, der von den Korrosionshemmstoffen ausgeht, ausgedrückt in einem äquivalenten prozentualen Anteil an Kühlflüssigkeit.
Eine Gleichung, die die Beziehung zwischen IG1 und dem Leitfähigkeitswert K beschreibt, wird durch Kombinieren der Gleichung 3 und der Gleichung 5 erhalten.
Da K einen Wert von 7,5 mS/cm aufweist, erhält IG1 einen Wert von 28,4%.
Der gesamte Hemmungsgrad IG3, der als gesamter prozentualer Anteil an BASF G 48–24 ausgedrückt wird, ergibt sich aus der Summe von G3 und IG1, das heißt
Näherungsweise werden die selben Ergebnisse erhalten, wenn man das Diagramm aus 8 betrachtet, woraus IG3 ausgelesen werden kann, wenn der gesamte Hemmungsgrad G3 und die Leitfähigkeit K bekannt sind. Versuche haben bestätigt, dass der Bereich des Diagramms aus 8, innerhalb dessen die Flüssigkeit einen hinreichenden Korrosionsschutz bietet, durch die Linien IG4 = 30%, IG5 = 60% und die Kurve aus 7 definiert ist, wobei diese Kurve das Verhältnis zwischen der Leitfähigkeit und dem prozentualen Anteil an Frostschutzlösung beschreibt. Somit bietet die Flüssigkeit der vorliegenden Erfindung vollständigen Korrosionsschutz. In dem Fall eines abweichenden Ergebnisses, bei dem sich ergibt, dass das Korrosionsschutzvermögen unzureichend ist, muss der Benutzer mittels einer Warnvorrichtung alarmiert werden. Allerdings kann die Vorrichtung zur Überwachung derart ausgebildet sein, dass sie den Benutzer warnt, wenn das Korrosionsschutzvermögen kurz davor ist, aus dem Bereich aus Diagramm 8 herauszufallen, so dass dieser eine Möglichkeit hat, Korrosionshemmstoffe und/oder Kühlflüssigkeit in geeigneter Zeit nachzufüllen.
Nimmt man schließlich Bezug auf 9, so wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Überwachungsvorrichtung 100 beschrieben, die an einem Expansionstank 110 angebracht ist, wobei die Vorrichtung 100 ein Dichtemessgerät 101, ein Leitfähigkeitsmessgerät 102, Computermittel 103, ein Thermometer 104 und visuelle und/oder akustische Warnmittel 111 umfasst. Wiederum kann das Dichtemessgerät 101 durch ein Refraktometer ersetzt werden.
Das Leitfähigkeitsmessgerät 102, das Dichtemessgerät 101 und das Thermometer 104 sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise nahe dem Computermittel 103 angeordnet, um die Länge der zu verlegenden Kabel 105 zu minimieren, welche diese verbinden. Das Computermittel 103 ist bevorzugt nahe einem Bedienfeld angeordnet, wo gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die visuellen und/oder akustischen Warnmittel 111 positioniert sind.
Um ein Zusetzen zu vermeiden, sind das Leitfähigkeitsmessgerät 102 und das Dichtemessgerät 101 vorzugsweise dort positioniert, wo Kühlflüssigkeit schnell strömt.
Allerdings kann mit hoher Wahrscheinlichkeit ein gewisses Zusetzen nicht vollständig vermieden werden. Deshalb wird vorgeschlagen, dass dies berücksichtigt wird, wenn die Dichte und die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit gemessen werden, beispielsweise indem die gemessenen Werte mit einem vorbestimmten Faktor nach empirischen Erfahrungen korrigiert werden, wobei der Faktor vorzugsweise mit der Zeit logarithmisch schwankt.
Das Verfahren und die Funktionsweise einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sollte aus der vorstehenden Beschreibung im Wesentlichen ersichtlich sein. Demnach messen das Leitfähigkeitsmessgerät 102 und das Dichtemessgerät 101 die Leitfähigkeit und die Dichte der Kühlflüssigkeit und übertragen die erhaltenen Werte zu dem Computermittel 103, wo die Werte dazu verwendet werden, um das Korrosionsschutzvermögen der Flüssigkeit anhand des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und vorzugsweise ebenfalls den Gefrierpunkt der Kühlflüssigkeit zu schätzen. Das Computermittel 103 erhält ferner Temperaturwerte von dem Thermometer 104, wobei die ausgegebenen Temperaturwerte mit dem Gefrierpunkt verglichen werden, um zu bestimmen, ob hinsichtlich der vorhandenen Kühlflüssigkeit ein Frostrisiko besteht. Wenn die Außentemperatur unter den Gefrierpunkt der Kühlflüssigkeit fällt oder innerhalb eines bestimmten Intervalls um den Gefrierpunkt liegt und/oder wenn ein Korrosionsrisiko besteht, dann wird das visuelle und/oder akustische Warnmittel 111 aktiviert, um den Benutzer situationsgerecht zu warnen und um vorzugsweise den Benutzer über vorzunehmende Schritte zu informieren, beispielsweise darüber, welche Menge an Korrosionshemmstoffen der Flüssigkeit zuzugeben sind.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung bei der Bestimmung eines Korrosionsschutzvermögens einer Kühlflüssigkeit, umfassend die Schritte des Messens eines ungefähren Anteils an Frostschutzlösung im Betrieb, des Messens, sofern passend, eines Leitfähigkeitswerts der Kühlflüssigkeit im Betrieb und eines Verwendens des Leitfähigkeitswerts zusammen mit einem Anteil an Frostschutzlösung in der Kühlflüssigkeit, um das Korrosionsschutzvermögen zu bestimmen. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte einer Bestimmung, ob das Korrosionsschutzvermögen unzureichend ist, und dann, wenn zutreffend, eines Bereitstellens einer Warnung für einen Benutzer der Kühlflüssigkeit, wenn der Korrosionsschutz unzureichend ist. Die Erfindung betrifft auch eine Überwachungsvorrichtung (100), umfassend ein Leitfähigkeitsmessgerät (101), das sich in die Kühlflüssigkeit hinein erstreckt, um die Ionenbeweglichkeit in der Kühlflüssigkeit zu messen, und ein Computermittel (103), das mit dem Leitfähigkeitsmessgerät (101) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, um Leitfähigkeitswerte von dem Leitfähigkeitsmessgerät (101) zu empfangen.
1

Claims

Verfahren zur Verwendung bei einer Bestimmung eines Korrosionsschutzvermögens einer Kühlflüssigkeit in einem Kühlsystem, wobei die Kühlflüssigkeit wenigstens eine Substanz umfasst, die als Korrosionshemmstoff wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst: Messen eines ungefähren Anteils an Frostschutzlösung im Betrieb; Messen, sofern passend, eines Leitfähigkeitswerts der Kühlflüssigkeit im Betrieb; Verwenden des Leitfähigkeitswerts zusammen mit einem Anteil an Frostschutzlösung in der Kühlflüssigkeit, um das Korrosionsschutzvermögen zu bestimmen; Bestimmen, ob das Korrosionsschutzvermögen unzureichend ist; und wenn zutreffend, Ausgeben einer Warnung an den Benutzer der Kühlflüssigkeit, wenn der Korrosionsschutz unzureichend ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung eines Indexwerts durchgeführt wird, um einen ungefähren Anteil an Frostschutzlösung zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Indexwert ein Brechungsindexwert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Indexwert ein Wert der Dichte der Flüssigkeit ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Vergleichens des ungefähren Anteils an Frostschutzlösung mit einem zweiten vorbestimmten Wert, der einem hinreichenden Korrosionsschutzvermögen entspricht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Verwendens des Leitfähigkeitswerts und des Indexwerts zur Bestimmung eines tatsächlichen Anteils an Korrosionshemmstoffen in der Flüssigkeit.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Vergleichens des Leitfähigkeitswert mit einem ersten vorbestimmten Wert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass angenommen wird, dass der ungefähre Anteil an Frostschutzlösung eine korrekte Schätzung eines tatsächlichen Anteils an Frostschutzlösung ist, wenn der Leitfähigkeitswert nicht den ersten vorbestimmten Wert übersteigt; und
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Leitfähigkeitswert den ersten vorbestimmten Wert übersteigt, der Leitfähigkeitswert zusammen mit dem Indexwert dazu verwendet wird, um den tatsächlichen Anteil an Frostschutzlösung zu bestimmen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Vergleichens des Leitfähigkeitswerts mit einem dritten vorbestimmten Wert, der einem hinreichenden Korrosionsschutzvermögen entspricht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrosionsschutzvermögen, das sich aus den Korrosionshemmstoffen sowie aus dem tatsächlichen prozentualen Anteil an Frostschutzlösung ergibt, als äquivalenter prozentualer Anteil an Frostschutzlösung ausgedrückt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Bestimmen eines erforderlichen Anteils an Korrosionshemmstoffen und/oder eines erforderlichen Anteils an Frostschutzlösung, die dazu erforderlich sind, um ein hinreichendes Korrosionsschutzvermögen zu erhalten; und Bestimmen einer Menge an Korrosionshemmstoffen und/oder einer Menge an Frostschutzlösung, die zuzuführen ist, um ein hinreichendes Korrosionsschutzvermögen zu erhalten, indem die erforderlichen Anteile an Korrosionshemmstoffen und/oder Frostschutzlösung mit den gegenwärtigen Anteilen an Korrosionshemmstoffen und Frostschutzlösung verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Schritte des Informierens des Benutzers über die Mengen an Korrosionshemmstoffen und/oder Frostschutzlösung, wenn das Korrosionsschutzvermögen unzureichend ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusetzen des Leitfähigkeitsmessgeräts und/oder des Dichtemessgeräts/Refraktometers berücksichtigt wird, indem die gemessenen Werte mit einem vorbestimmten zeitabhängigen Faktor korrigiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturabweichungen berücksichtigt werden, indem die gemessenen Werte mit einem vorbestimmten temperaturabhängigen Faktor korrigiert werden, wenn die Temperatur nicht innerhalb eines vorbestimmten Intervalls liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Ableiten des Gefrierpunkts der Flüssigkeit von den gegenwärtigen Anteilen an Frostschutzlösung und/oder Korrosionshemmstoffen; Messen einer Temperatur der Außenluft der Kühlflüssigkeit; Vergleichen des Gefrierpunkts mit der gemessenen Temperatur; Informieren des Benutzers, falls die Temperatur niedriger als der gemessene Gefrierpunkt ist oder innerhalb eines bestimmten Intervalls um den Gefrierpunkt herum liegt.
Überwachungsvorrichtung (100), die mit einem Kühlsystem gekoppelt ist, beispielsweise einem Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs oder eines Lastkraftwagens, um ein Korrosionsschutzvermögen einer Kühlflüssigkeit in dem Kühlsystem zu überwachen, wobei die Vorrichtung automatisch die Schritte des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 ausführt, gekennzeichnet durch ein Leitfähigkeitsmessgerät (101), das sich in die Kühlflüssigkeit hinein erstreckt, um die Ionenbeweglichkeit in der Kühlflüssigkeit zu messen, und ein Computermittel (103), das mit dem Leitfähigkeitsmessgerät (101) verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass es Leitfähigkeitswerte von dem Leitfähigkeitsmessgerät (101) empfängt.
Überwachungsvorrichtung (100) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein Dichtemessgerät (102), dass sich in die Kühlflüssigkeit hinein erstreckt, um die Dichte der Kühlflüssigkeit zu messen, und wobei das Computermittel (103) mit dem Dichtemessgerät (102) verbunden ist und derart angeordnet ist, dass es Dichtewerte von dem Dichtemessgerät (102) empfängt.
Überwachungsvorrichtung (100) nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch ein Refraktometer, dass sich in die Kühlflüssigkeit hineinerstreckt, um einen Brechungs indexwert der Kühlflüssigkeit zu messen, wobei das Computermittel (103) mit dem Refraktometer verbunden ist und derart angeordnet ist, dass es Brechungsindexwerte von dem Refraktometer empfängt.
Überwachungsvorrichtung (110) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Computermittel (103) derart ausgebildet ist, dass es die empfangenen Werte verarbeitet und den Anteil an Korrosionshemmstoffen schätzt.
Überwachungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Computermittel (103) derart ausgebildet ist, dass es ein Zusetzen des Leitfähigkeitsmessgeräts und/oder des Dichtemessgeräts/Refraktometers durch Korrigieren der gemessenen Werte mit einem vorbestimmten zeitabhängigen Faktor berücksichtigt.
Überwachungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Computermittel (103) derart ausgebildet ist, dass es Temperaturabweichungen berücksichtigt, wenn die Temperatur nicht innerhalb eines vorbestimmten Intervalls liegt, indem es die gemessenen Werte mit einem vorbestimmten temperaturabhängigen Faktor korrigiert.
Überwachungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Computermittel (103) dazu ausgebildet ist, den Gefrierpunkt der Kühlflüssigkeit zu schätzen.
Überwachungsvorrichtung (100) nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein Thermometer (104), das der Umgebungsluft des Kühlsystems zum Messen der Temperatur der Luft ausgesetzt ist, wobei das Computermittel (103) mit dem Thermometer (104) verbunden ist, und dazu ausgebildet ist, um die Temperaturwerte von dem Thermometer (104) zu empfangen.
Überwachungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 24, gekennzeichnet durch akustische und/oder visuelle Warnmittel (111), die dazu ausgebildet sind, anzuzeigen, wenn ein Korrosionsrisiko und/oder ein Frostrisiko besteht.
Überwachungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitfähigkeitsmessgerät (101) an dem Kühlsystem angebracht ist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtemessgerät (102) an dem Kühlsystem angebracht ist.