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Die
Erfindung betrifft eine wartungsfreie Vorrichtung zum Anzeigen von
Leckagen und Kondensat.
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Solche
Vorrichtungen werden überall
dort benötigt,
wo unkontrolliert Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, auftreten bzw. austreten kann.
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Es
ist bekannt, dass ein Leck an Fluidleitungen bzw. Behältnissen
oder auftretendes Kondensat an privaten und gewerblichen Gebäuden sowie
an Maschinen und Anlagen erhebliche Schäden anrichten kann. Durch einstürzende Gebäudeteile,
Leckströme
und Kurzschlüsse
können
auch Personen gefährdet
werden. Besonders gefährdet
sind hierbei verdeckte Rohrleitungen und Bauteile, die nur erschwert
einer Sichtkontrolle unterzogen werden können und deshalb über lange
Zeit einem Fluid, insbesondere Wasser, ausgesetzt sein könnten.
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Beschreibung
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Zur
Feuchtigkeitsüberwachung
sind mehrere elektronische Vorrichtungen bekannt, die zumindest aus
einem Sensor, einer Anzeige- bzw. Alarmvorrichtung bestehen. Die
Energieversorgung wird durch Batterien, Akkus oder über das
Stromnetz gewährleistet.
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Bei
batterie- bzw. akkubetriebenen Vorrichtungen muss die Energiequelle
nach gewisser Zeit ausgetauscht werden. Deshalb kann die Vorrichtung, zumindest
aber die Energiequelle nicht an unzugänglichen Stelen verbaut werden.
Der Wechsel der Energiequelle bedingt Wartungskosten. Bei Nichteinhalten
der Wartungsintervalle oder Versagen der Energiequelle kann es zum
Ausfall der Überwachung kommen.
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Stromnetzbetriebene
Feuchtigkeitsüberwachungen
haben den Nachteil, dass ein hoher Installationsaufwand nötig ist
und hohe Spannungen nur bedingt in bestimmten Bereichen, wie z.
B. im Sanitärbereich
zugelassen sind. Eine nachträgliche
Installation ist nur mit großem
Aufwand möglich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen,
welche das Vorhandensein einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser
anzeigt. Zudem soll sie kostengünstig
herzustellen sein, lange ohne Verschleiß funktionsfähig sein,
ohne äußere Energiezufuhr
arbeiteten, keine Wartungskosten verursachen und leicht einzubauen
sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann wie folgt aufgebaut werden:
Zwei Elektroden, welche auf
der elektrochemischen Spannungsreihe möglichst weit entfernt liegen,
sind durch eine elektrische Barriere bzw. elektrischen Isolator,
z. B. einen Luftspalt oder flüssigkeitsabsorbierendes
Material getrennt. In dieser Barriere befindet sich ein mit der
zu erwartenden Flüssigkeit
elektrolytbildender Stoff, z. B. ein Salz. Ebenso ist es möglich, dass
die elektrische Barriere ganz oder teilweise aus einem elektrolytbildenden
Stoff besteht, z. B. aus einer Salzschicht.
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Beide
Elektroden sind über
elektrische Leiter mit einem Signalgeber verbunden.
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Der
Signalgeber kann das Vorhandensein von Flüssigkeit direkt, d. h. über ein
akustisches oder visuelles Signal anzeigen oder ein Funksignal bzw. Lichtsignal
an einen Empfänger,
z. B. eine Alarmanlage senden, welcher über das Vorhandensein der Flüssigkeit
letztendlich informiert.
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Dieser
Signalgeber kann als visuelles oder akustisches Anzeigegerät oder als
Sender fungieren. Als visuelle Anzeigegeräte eignen sich z. B. Leuchtdioden
(LEDs), Glühbirnen
oder Ähnliches.
Akustische Signale können
z. B. mittels Hupe oder Piepser abgegeben werden.
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Tritt
an einem Leck Flüssigkeit
aus oder entsteht Kondensat, so löst die Flüssigkeit den elektrolytbildenden
Stoff (z. B. das Salz) und es entsteht ein Elektrolyt.
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Dabei
kann der Isolator durch das entstandene Elektrolyt durchtränkt, verdrängt oder
aufgelöst werden
und/oder er verringert seine elektrische Leitfähigkeit.
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Die
zwei Elektroden und das Elektrolyt bilden somit ein galvanisches
Element. Die so entstandene Stromquelle ist über schaltbare oder nicht schaltbare Verbindungen
mit dem Signalgeber verbunden. Schaltbare elektrische Verbindungen
haben den Vorteil, dass der Stromfluss zum Signalgeber, nach dem Erkennen
der Leckage, unterbrochen werden kann. Der Nachteil schaltbarer
Verbindungen besteht in den zusätzlichen
Bauelementen und der Möglichkeit des
ungewollten Deaktivierens des Gerätes. Ist der Stromkreis zum
Signalgeber geschlossen, kann das Galvanische Element den Signalgeber
mit elektrischer Energie versorgen. Ein Signal wird abgesetzt, d.
h. es kommt zur Anzeige oder zur Weiterleitung der Information über den
Flüssigkeitsaustritt.
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Ein
zweckmäßiger Aufbau
einer wasserdetektierenden Vorrichtung zum Überwachen einer begrenzten
Fläche,
wie z. B. Flächen
unter einer Bade- oder Duschwanne, wird im Folgenden näher beschrieben
(1). Dabei sollten die Elektroden möglichst
am tiefsten Punkt oder unter, bzw. an einer potenziell gefährdeten
Stelle untergebracht werden.
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Die
Elektrode 1 besteht aus Zink (Zn) , die Elektrode 2 aus
Manganoxid (Braunstein, MnO2) mit einem
Kohlestift (1a). Der Isolator 3 besteht
aus dem Luftspalt und einer porösen
Unterlage 4, z. B. Löschpapier.
Im Luftspalt, auf der Unterlage 4, befindet sich ein Salz 5,
z. B. Ammoniumchlorid (NH4Cl). Da die Kapazität des galvanischen
Elements begrenzt ist, die Signalisierung aber möglichst lange anstehen soll,
ist ein geringer Energieverbrauch des Signalgebers 7 von
Vorteil. Als energieeffizienter Signalgeber 7 soll eine
LED verwendet werden. Weil die benötigte Spannung einer LED beim
derzeitigen Stand der Technik höher
liegt als die der Zink-Braunsteinzelle, muss ein Spannungswandler 8 verwendet werden.
Spannungswandler gehören
zum Stand der Technik und sind hinreichend beschrieben. Die Elektroden 1 und 2 sind über elektrische
Verbindungen 6 mit dem Eingang des Spannungswandlers 8 verbunden.
Der Ausgang des Spannungswandlers 8 ist über elektrische
Leiter 9 mit dem Signalgeber 8, hier einer LED,
verbunden. Der Signalgeber 8 kann an einem geeigneten,
gut sichtbaren Ort untergebracht werden. Kommt nun das Ammoniumchlorid
mit Wasser in Verbindung, geht es in Lösung und bildet das Elektrolyt.
Beide Elektroden kommen mit dem Elektrolyt in Verbindung. Es entsteht
eine Zink-Braunstein-Zelle. Dabei
liefert die Zelle eine Spannung von ca. 1,5 V. Der Spannungswandler
erhöht
die Spannung entsprechend der benötigten LED-Spannung. Es fließt ein Strom,
die LED signalisiert den Wassereinbruch.
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Ein
weiterer zweckmäßiger Aufbau
einer flexiblen wasserdetektierenden Vorrichtung zum Überwachen
einer Fläche,
wie z. B. eines Flachdaches, wird im Folgenden näher beschrieben (2).
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Der
Aufbau der Vorrichtung, insbesondere der Elektroden, des Isolators
und des elektrolytbildenden Salzes erfolgt hierbei schichtweise.
Die Auswahl der Materialien und die Schichtung für die Elektroden, das elektrolytbildende
Substrat und des Isolators sollte dem Anwendungszweck angepasst
sein.
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Dieser
schichtweise Aufbau kann in einer trockenen Schicht eines Bauwerkes
untergebracht werden und meldet den Wassereinbruch. Hierbei ist
es vorteilhaft, die Elektroden und den Isolator 3 flexibel auszuführen. Die
Zink-Elektrode 1 und die Kupfer-Elektrode 2 können z.
B. aus Drahtgewebe oder dünnem
Blech bestehen. Das Salz 5 (z. B. Ammoniumchlorid) wird
beispielsweise im Isolator 3 eingeschlossen. Die Elektroden
sind über
elektrische Verbindungen 6 mit dem Spannungswandler verbunden. Der
Spannungswandler 8 ist mit elektrischen Verbindungen 9 mit
dem Signalgeber 7, hier eine LED, verbunden.
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Ein
weiterer zweckmäßiger Aufbau
einer flexiblen wasserdetektierenden Vorrichtung zum Überwachen
einer Fläche
oder eines Körpers
wird im Folgenden beschrieben. Der Aufbau der Vorrichtung, insbesondere
der Elektroden, des Isolators und des elektrolytbildenden Stoffes
erfolgt in Gewebestruktur. Dabei werden die strangförmigen Elektroden
von einem weiteren Strang, dem Abstandsstrang auf Abstand gehalten,
so dass sich die unterschiedlichen Elektrodenstränge nicht berühren können. Dieser
zusätzliche
Strang kann gleichzeitig den Isolator darstellen. Der elektrolytbildende
Stoff kann ebenfalls in diesem Strang enthalten sein oder sich im,
auf oder unter dem Gewebe befinden. Die Elektrodenstränge und
der Abstandsstrang werden zu einem Gewebe verflochten.
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Ein
weiterer zweckmäßiger Aufbau
einer hochflexiblen wasserdetektierenden Vorrichtung zum Überwachen
einer Fläche
oder eines Körpers
wird im Folgenden beschrieben.
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Hierbei
bestehen ja nach Anwendungsfall eine oder mehrere Elektroden, und/oder
der Isolator, und/oder der elektrolytbildende Stoffe aus einer Suspension,
Paste oder Pulver. Das hat den Vorteil, dass die Vorrichtung oder
Teile der Vorrichtung z. B. durch gießen, Pressen oder Spritzen
an unzugänglichen Stellen
installiert werden kann. Über
Anlege- oder Steckverbindungen könne
die Elektroden mit dem Signalgeber verbunden werden.
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In
manchen Anwendungsbereichen kann es auch von Vorteil sein mehrere
Sensoren, d. h. die Kombination aus Elektroden-Isolatorelektrolytbildender
Stoff elektrisch zu verschalten. Durch elektrische Reihenschaltung
mit dem Signalgeber addiert sich die entstehende Spannung der einzelnen
Galvanischen Elemente wenn eine ausreichende Isolation der einzelnen
Elemente untereinander gegeben ist, zu einer höheren Gesamtspannung. Dann
kann unter Umständen
auf einen Spannungswandler verzichtet werden. Diese Art der Verschaltung
eignet sich ebenfalls zur Überwachung
größerer Flächen, getrennter Flächen, oder
für den
Fall, dass die Signalisierung nur bei Flüssigkeitseintritt auf mehrere
Sensoren gegeben sein soll.
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Durch
elektrische Parallelschaltung der Sensoren auf einen Signalgeber
kann eine größere Fläche oder
mehrere Flächen
durch die Vorrichtung überwacht
werden.
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Ebenfalls
denkbar ist eine Schaltung einzelner oder mehrerer Sensoren auf
parallelgeschaltete Signalgeber. Hierbei erhöht sich die Wahrscheinlichkeit
der Wahrnehmung des Alarmzustandes. Die Kombination der Signalgeber
ist frei wählbar.
So können
z. B. akustische, visuelle und funkübertragende Signalgeber in
gleicher oder unterschiedlicher Anzahl verwendet werden.
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Wie
beschrieben entsteht im Falle des Auftretens von Flüssigkeit
auf die Vorrichtung ein Galvanisches Element. Durch den Stromfluss über den
Signalgeber werden die Elektroden und das Elektrolyt verbraucht
bzw. umgewandelt. Die Vorrichtung, zumindest der Sensor, d. h. die
Kombination aus Elektroden-Isolator-Elektrolytbildender
Stoff müssen
ausgetauscht werden. Gerade bei fest eingebauten und schwer zugänglichen
Sensoren kann es von Vorteil, sein die Elektroden und das Elektrolyt
zu regenerieren. Dazu muss die Elektroden-Kombination und der elektrolytbildende
Stoff der eines wiederaufladbaren galvanischen Elementes entsprechen,
d. h. der eines Sekundärelementes,
wie z. B. Silberoxid (AgO), Zink (Zn), Kaliumhydroxid (KOH). Durch
das Anlegen einer Ladespannung und Trocknung des Sensors kann die
Vorrichtung regeneriert werden. Um das Anlegen der Ladespannung
zu ermöglichen,
können
z. B. Steckkontakte an den elektrischen Leitungen zu den Elektroden
angebracht werden. Der Signalgeber kann gegebenenfalls vom Stromkreis
getrennt werden.
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Um
die Reichweite der Vorrichtung zu erhöhen oder schwer zugängliche
Bereiche überwachen zu
können,
ist es möglich
Leiteinrichtungen zum Hinleiten der Flüssigkeit zur elektrolytbildenden
Substanz zu verwenden. So kann z. B. Kondensat an einer Sperrschicht
aufgefangen werden und zum elektrolytbildenden Stoff geleitet werden.