DE202011109289U1

DE202011109289U1 - Elektronische Leitfähigkeits-Indikatoren zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser

Info

Publication number: DE202011109289U1
Application number: DE201120109289
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2021-12-21

Abstract

Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Erfindung integrierte Sensor [4] aus zwei Elektroden besteht, bei denen das Basismaterial der einzigen auch die Messelektronik tragende Leiterplatte [1] durch selektive Metallisierung der Oberfläche mit einer Schicht aus Kupfer, danach aus Nickel, und danach optional aus Gold versehen wird, so dass als Teil der Leiterplatte Elektroden entstehen, deren mit Wasser in Kontakt stehender Teil jeweils vollständig und umlaufend metallisiert ist, die jedoch elektrisch voneinander getrennt sind.

Description

Stand der Technik (Wasseraufbereitung)
Ein häufig verwendetes Qualitätskriterium für Wasser zur Nutzung in technischen Anlagen (im Folgenden technisches Wasser) ist dessen elektrische Leitfähigkeit, die im Wesentlichen durch den Gehalt an gelösten Salzen bestimmt wird und mit Zunahme des Gehalts an gelösten Salzen steigt. Bei der Verwendung als Qualitätskriterium für die Reinheit von Wasser wird dessen Leitfähigkeit in der Regel in μS/cm angegeben, chemisch reines Wasser hat dabei eine Leitfähigkeit von ca. 0,055 μS/cm, in den meisten technischen Anwendungen kommt Wasser mit einer Leitfähigkeit in Bereich von 0,1 μS/cm bis 2000 μS/cm zum Einsatz.
Technisches Wasser wird häufig durch einen Aufbereitungsprozess unter Verwendung von sog. Ionentauscherpatronen aus einfachem Leitungswasser gewonnen. Die Ionentauscherpatronen werden dabei von dem unter Druck stehenden aufzubereitenden Wasser durchströmt und entnehmen aus diesem gelöste Salze durch Bindung an ein chemisch vorbehandeltes Subtrat im Innern der Patrone. Die Fähigkeit einer Ionentauscherpatrone, gelöste Salze zu binden, wird von deren Aufbereitungskapazität (Menge und Art des enthaltenen Substrats) bestimmt und nimmt mit der Menge des behandelten Wassers sowie dem Gehalt an gelösten Salzen im Wasserzufluss der Patrone ab. Ist die Kapazität der Ionentauscherpatrone erschöpft, kann diese durch chemische Behandlung des enthaltenen Substrats wieder regeneriert werden (Abscheidung der gebundenen Salze).
Durch eine Überwachung der Wasserqualität während der Aufbereitung kann diese bei Unterschreiten einer definierten elektrischen Leitfähigkeit beendet werden. Durch eine Überwachung der Wasserqualität während des Betriebs einer Anlage kann die Notwendigkeit einer erneuten Aufbereitung oder eines Wassertausches bei Überschreiten einer definierten elektrischen Leitfähigkeit signalisiert werden. Die Überwachung kann dabei durch kontinuierliche oder periodische Messung der Leitfähigkeit geschehen.
Die einschlägige Literatur beschreibt abhängig von den Anforderungen an die Genauigkeit der Leitfähigkeitsmessung eine Reihe von elektronischen Grundschaltungen, die zum Aufbau eines Geräts zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser verwendet und ggf. modifiziert werden können. Als Sensor werden in der Regel zwei Elektroden, die im Wasser chemisch inert sind, verwendet (z. B. nickelbeschichtete Metallteile, ebenfalls beschrieben ist die Beschichtung mit Edelmetallen). Die Leitfähigkeit des Wassers wird durch den Strom bestimmt, der zwischen den vom zu prüfenden Wasser umgebenen Elektroden bei Anlegen einer Spannung fließt. Voraussetzung für eine hinreichend genaue Messung der Leitfähigkeit sind die Verwendung einer Wechselspannung zur Vermeidung von Polarisationseffekten im Wasser sowie eine elektronische Kompensation der Temperaturabhängigkeit von Wasser (siehe Europäische Norm EN 27 888 Wasserbeschaffenheit – Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit).
Stand der Technik (Leiterplattenfertigung)
In der Leiterplattenfertigung wird das Verfahren der Kantenmetallisierung als verwendet, um in der Hochfrequenztechnik Leiterplatten mit umlaufend metallisierten Kanten zu versehen, die als Schirmung gegen elektromagnetische Störstrahlung dienen. Wenn bei der Herstellung der Leiterplatten die Kanten mit einer Kupferschicht (typ. 50 μm) metallisiert werden und gleichzeitig Kupferflächen auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte bis an die metallisierte Kante heranreichen, können so umlaufend metallisierte Bereiche und Strukturen geschaffen werden. Unabhängig von einer Kantenmetallisierung können alle mit Kupfer bedeckten Bereiche einer Leiterplatte mit einer dünnen Goldschicht (typ. 100 nm) versehen werden. Um eine Diffusion zwischen der stromführenden Kupfer- und der schützenden Goldschicht zu unterbinden, wird in der Regel vor Aufbringen der Goldschicht als Diffusionssperre eine Zwischenschicht aus Nickel (typ. 1 μm) aufgebracht. Die Möglichkeit, so 3-dimensionale vollständig und umlaufend metallisierte und mit Nickel und Gold beschichtete Bereiche und Strukturen zu erzeugen, wird in der konventionellen Elektronik in der Regel jedoch nicht benötigt und genutzt.
Stand der Technik (Akkumulatoren)
Die einschlägige Literatur beschreibt eine Reihe von elektronischen Grundschaltungen, die zum Aufbau einer Ladeelektronik für wiederaufladbarer Batterien und Knopfzellen (Akkumulatoren) unterschiedlicher Technologie (Lithium, NiMH, usw.) verwendet und ggf. modifiziert werden können, Hersteller von Ladecontroller-ICs veröffentlichen in der Regel zusätzlich Applikationsbeispiele für Ihre Produkte. Auch die Methode der berührungslosen Übertragung externer Energie zum Laden von Akkumulatoren in einer abgeschlossenen Einheit, z. B. durch ein elektromagnetisches Feld, wird bereits in praktischen Anwendungen, z. B. bei elektrischen Zahnbürsten, eingesetzt.
Gewerbliche Anwendbarkeit und Bedarf
Bei der gewerblich genutzten Wasseraufbereitung sowie beim Betrieb von Anlagen gibt es einen Bedarf an einem einfach zu bedienenden Gerät, das die Leitfähigkeit von Wasser in qualitativer Form, z. B. klassifiziert in die Bereiche Gut – Mittel – Schlecht, in einfach abzulesender Form ohne die Notwendigkeit der Interpretation eines numerischen Messwertes anzeigt. Ein solches Gerät soll kostengünstig und damit auch an mehreren signifikanten Stellen innerhalb eines Wasserkreislaufs einsetzbar sein. Weiterhin soll ein solches Gerät batteriebetrieben arbeiten und damit auch an solchen Stellen einsetzbar sein, an dem eine geeignete externe Stromversorgung nicht zur Verfügung steht. Nach Ablauf der Betriebsdauer soll das Gerät als Einweg-Ausführung ElektroG- und RoHS-konform entsorgt werden können. Der zur Messung verwendete Sensor soll direkt in das Gerät integriert sein.
Durch die Kombination der beschriebenen Anforderungen kann die Herstellung eines solchen Geräts mit den üblichen Produktionsverfahren aufwändig und damit zu teuer sein, um noch die Forderung der Kostengünstigkeit zu erfüllen. Besonders als aufwändig hervorzuheben sind hierbei folgende Produktionsaspekte 1 bis 3:

1. Herstellung eines im Wasser chemisch inerten Sensors (z. B. vernickeltes oder vergoldetes Elektrodenpaar) sowie Montage und elektrische Verbindung des Sensors mit der elektronischen Schaltung (Leiterplatte).
2. Herstellung einer Halterung (im Folgenden Batteriehalterung) für die verwendeten Batterien oder Knopfzellen (im Folgenden Batterien) sowie Montage und elektrische Verbindung der Halterung mit der elektronischen Schaltung (Leiterplatte).
3. Herstellung eines Gehäuses mit einer druckdichten Öffnung für den Sensor (Elektrodenpaar), einer oder mehrerer Öffnungen für die Anzeige(n) des Messergebnisses sowie einer Öffnung für das Auswechseln der Batterien.

Schutzansprüche
Der in den Schutzansprüchen 1 bis 13 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Gerät zur Klassifizierung der Wasserqualität zu schaffen, welches vereinfacht und damit kostengünstig herzustellen ist und dabei druckdicht sowie einfach abzulesen ist (z. B. klassifizierte Anzeige des Messergebnisses mit Leuchtdioden). Das Gerät soll entweder über ein Kabel mit einer externen Stromversorgung verbunden sein oder unabhängig von einer externen Stromversorgung mit Batterien, entweder wiederaufladbar oder nicht wiederaufladbar (Einweg-Lösung) arbeiten.
Die grundlegenden Aspekte dieses Problems werden mit den in den Schutzansprüchen 1 bis 4 aufgeführten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Schutzansprüchen 5 bis 13 dargestellt.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass die als aufwändig identifizierten Produktionsaspekte 1 bis 3 einfacher und mit weniger Arbeitsschritten erfolgen können:

1. Mit der Erfindung wird erreicht, dass die Herstellung eines im Wasser chemisch inerten Sensors sowie Montage und elektrische Verbindung des Sensors mit der elektronischen Schaltung als Teil einer einzigen Leiterplatte, die auch die elektronische Schaltung trägt und die Batteriehalterung bildet, und in einem einzigen Arbeitsschritt (Leiterplattenherstellung) erfolgen kann.
2. Mit der Erfindung wird weiterhin erreicht, dass die Herstellung einer Halterung für Batterien sowie Montage und elektrische Verbindung der Batteriehalterung mit der elektronischen Schaltung als Teil einer einzigen Leiterplatte, die auch die elektronische Schaltung trägt und den Sensor bildet, und in einem einzigen Arbeitsschritt (Leiterplattenherstellung) erfolgen kann.
3. Mit der Erfindung wird weiterhin erreicht, dass durch Verwendung einer Vergussmasse die Herstellung eines Gehäuses, das den verwendeten Sensor druckdicht derart in das Gehäuse integriert, dass die Elektroden des Sensors ausreichend mit dem zu prüfenden Wasser in Berührung kommen, sowie die einzige, die elektronische Schaltung tragende und den Sensor sowie die Batteriehalterung bildende, Leiterplatte im Gehäuse fixiert, mit einer minimierten Anzahl an Arbeitsschritten erfolgen kann.

Ein grundlegender Aspekt der Erfindung ist im Schutzanspruch 1 dargestellt. Dabei bildet die Leiterplatte [1], die die elektronische Schaltung [2] zur Messung und Klassifizierung der Leitfähigkeit sowie der Messwertanzeige [3] zur Darstellung des Messergebnisses trägt, an einem Ende gleichzeitig auch den im Wasser chemisch inerten Sensor [4]. Die Form des Sensors wird durch die Kontur der Leiterplatte bestimmt. Durch eine selektive Metallisierung der Leiterplattenkanten im Bereich des Sensors entstehen zwei Elektroden, die vollständig und umlaufend metallisiert [6], dabei aber nicht miteinander elektrisch verbunden sind. Durch Aufbringen einer zusätzlichen Nickelschicht sowie einer weiteren optionalen Goldschicht werden die Elektroden im Wasser chemisch inert. Das Ausfräsen der Leiterplattenkontur mit den Sensorelektroden sowie die Metallisierung der Kanten und die Beschichtung mit Nickel und Gold können kostengünstig als Bestandteil der Leiterplattenfertigung ausgeführt werden (kantenmetallisierte vergoldete Leiterplatten) und erfordern damit keine zusätzlichen Arbeitsschritte für Herstellung, Montage und elektrische Verbindung des Sensors mit der Auswertungselektronik. Während die Sensorelektroden bereits durch die äussere extrem dünne Goldschicht im Wasser chemisch inert sind, bleiben die Elektroden selbst dann im Wasser chemisch inert, wenn die Goldschicht beschädigt wird und die darunterliegende erheblich robustere Nickelschicht mit dem Wasser in Kontakt kommt.
Ein weiterer grundlegender Aspekt der Erfindung ist im Schutzanspruch 2 dargestellt. Dabei bildet die Leiterplatte [1], die die elektronische Schaltung [2] zur Messung und Klassifizierung der Leitfähigkeit sowie der Messwertanzeige [3] zur Darstellung des Messergebnisses trägt, gleichzeitig auch die Halterung [5, 7] der Batterien [8]. Durch Verwendung eines flexiblen Basismaterials für die Leiterplatte (z. B. Epoxydharz) können durch geeignetes Ausfräsen eines Klemmschlitzes [5] in der Leiterplatte die Batterien durch eine geringe mechanische Spannung gehalten werden. Ein weiterer, in unmittelbarer Nähe neben dem Klemmschlitz angebrachter Dehnungsschlitz [7] verhindert eine Deformation der Aussenkontur der Platine beim Eindrücken der Batterien in den Klemmschlitz. Durch eine selektive Metallisierung der Leiterplattenkanten im Bereich der gegenüberliegenden Innenseiten des Klemmschlitzes entstehen zwei voneinander isolierte Kontaktpunkte für die geklemmten Batterien, über die eine elektrische Verbindung zur elektronischen Schaltung hergestellt wird. Das Ausfräsen der Leiterplattenkontur mit Klemmschlitz sowie die Metallisierung der Kanten und die Beschichtung mit Nickel und Gold können kostengünstig als Bestandteil der Leiterplattenfertigung ausgeführt werden (kantenmetallisierte vergoldete Leiterplatten) und erfordern damit keine zusätzlichen Arbeitsschritte für Herstellung, Montage und elektrische Verbindung der Batterieaufnahme.
Ein weiterer grundlegender Aspekt der Erfindung ist in den Schutzansprüchen 3 und 4 dargestellt. Dabei bildet ein Rohrstück [9], T-Stück [10] oder ein Reduzierstück [11] mit geeigneten Abmessungen das Gehäuse der Erfindung. Die Leiterplatte [1], die Auswertungselektonik [2] trägt und gleichzeitig auch den Sensor [4] sowie optional eine Batteriehalterung [5, 7] bildet, wird dabei in das Rohrstück, T-Stück oder Reduzierstück eingeschoben und mit einer Masse (im Folgenden Vergussmasse) [12] derart vergossen, dass die Leiterplatte mit den darauf befindlichen elektronischen Bauteilen und der Messwertanzeige [3] sowie den optionalen Batterien in der Vergussmasse vollständig eingebettet ist, die Elektroden des den Sensor bildenden Teils der Leiterplatte jedoch nicht von der Vergussmasse umschlossen sind. Die Eigenschaften der Vergussmasse sind derart, dass nach Vernetzung der Masse eine ausreichend mechanisch belastbare, bei Ausdehnung durch Temperaturschwankungen elastische, temperaturbeständige, druckfeste, gegenüber Flüssigkeiten dichte, elektrisch isolierende sowie optional transparente Füllung und Verbindung zwischen Rohrstück, T-Stück oder Reduzierstück und Leiterplatte hergestellt wird. Nach vollständiger Vernetzung der Vergussmasse ist diese im Wasser chemisch inert und bei der späteren Entsorgung unproblematisch. In der Praxis häufig verwendete Aussendurchmesser für Rohrstücke, T-Stücke und Reduzierstücke sind die DIN-Masse 12 mm, 16 mm, 20 mm und 25 mm mit Wandstärken abhängig von der Druckfestigkeit der Rohrteile (z. B. 6 oder 10 bar).
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 5 dargestellt. Dabei bildet ein Rohrstück [9], T-Stück [10] oder Reduzierstück [11] (im Folgenden Gehäuse) aus Kunststoff mit geeigneten Abmessungen mit zusätzlichen Öffnungen oder Bohrungen für die Messwertanzeige [3] zur Darstellung des klassifizierten Messergebnisses durch Leuchtdioden das Gehäuse der Erfindung. Die elektronischen Bauteile sowie Leuchtdioden sind derart auf der einzigen, die Auswertungselektronik [2] tragende sowie den Sensor [4] als auch die Batteriehalterung [5, 7] bildende, Leiterplatte [1] angebracht, dass ein Einschieben der Leiterplatte in das Gehäuse und anschliessendes axiales Ausrichten möglich ist. Während ein Ende der Leiterplatte den Sensor bildet, wird am gegenüberliegenden Ende der Leiterplatte ein Taster [13] zur manuellen Bedienung der Erfindung angebracht. Die Leiterplatte mit angebrachtem Taster wird in das Gehäuse eingeschoben, axial ausgerichtet und durch flüssigkeitsdichtes Verkleben des Taster mit einer Stirnseite des Gehäuse arretiert. Bei axial ausgerichteter Leiterplatte ragen die Leuchtdioden durch die dafür vorgesehenenen Bohrungen im Gehäuse heraus und verschliessen durch flüssigkeitsdichtes Verkleben mit dem Gehäuse die Bohrungen. Dabei sind die Abmessungen des Gehäuses und der Leiterplatte so gewählt, dass die Sensorelektroden als Teil der Leiterplatte ausreichend weit aus dem noch offenen Ende bzw. dem zu vergiessenden Teil des Gehäuses herausragen. In eine der verbliebenen Öffnungen des Gehäuses mit enthaltener Leiterplatte und auf der gegenüberliegenden Seite flüssigkeitsdicht verschliessendem Taster wird eine Vergussmasse [12] derart eingegossen, dass der gesamte Innenbereich des Gehäuse und damit der innerhalb des Gehäuse befindliche Teil der Leiterplatte mit den darauf befindlichen elektronischen Bauteilen, der Anzeige sowie den optionalen Batterien in der Vergussmasse eingebettet ist, die Elektroden des Sensors jedoch nicht von der Vergussmasse umschlossen sind und noch ausreichend mit dem zu prüfenden Wasser in Berührung kommen. Die Eigenschaften der Vergussmasse sind derart, dass nach Vernetzung der Masse eine ausreichend mechanisch belastbare, bei Ausdehnung durch Temperaturschwankungen elastische, temperaturbeständige, druckfeste, gegenüber Flüssigkeiten dichte sowie elektrisch isolierende Füllung und Verbindung zwischen Gehäuse und Leiterplatte hergestellt wird. Nach vollständiger Vernetzung der Vergussmasse ist diese im Wasser chemisch inert und in der späteren Entsorgung unproblematisch. Bei Betätigen des Tasters wird das klassifizierte Messergebnis durch die aus den Bohrungen im Gehäuse herausragenden Leuchtdioden angezeigt. Die Erfindung wird in der Anwendung durch Einkleben in wasserführende Teile einer Anlage oder direkt in die Gehäuse von Ionentauscherpatronen mit dem Wasserkreislauf in Verbindung gebracht. Alternativ wird durch Verwendung von Gehäusen mit Innen- oder Aussengewinden die Erfindung durch Einschrauben in wasserführende Teile einer Anlage oder direkt in die Gehäuse von Ionentauscherpatronen mit dem Wasserkreislauf in Verbindung gebracht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 6 dargestellt. Dabei bildet ein transparentes Rohrstück [9] aus Kunststoff oder Glas mit geeigneten Abmessungen ohne zusätzliche Öffnungen oder Bohrungen für die Messwertanzeige [3] zur Darstellung des klassifizierten Messergebnisses durch Leuchtdioden das Gehäuse der Erfindung. Die elektronischen Bauteile sowie Anzeige sind derart auf der einzigen, die Auswertungselektronik [2] tragende sowie den Sensor [4] als auch die Batteriehalterung [5, 7] bildende, Leiterplatte [1] angebracht, dass ein axiales Einschieben der Leiterplatte in das Rohrstück möglich ist. Während ein Ende der Leiterplatte den Sensor bildet, wird am gegenüberliegenden Ende der Leiterplatte ein Taster [13] zur manuellen Bedienung der Erfindung angebracht. Die Leiterplatte mit angebrachtem Taster wird in das Rohrstück eingeschoben, axial ausgerichtet und durch flüssigkeitsdichtes Verkleben des Tasters mit der Stirnseite des Rohrstücks arretiert. Dabei sind die Längen des Rohrstücks und der Leiterplatte so gewählt, dass die Sensorelektroden als Teil der Leiterplatte ausreichend weit aus dem noch offenen Ende bzw. dem zu vergiessenden Teil des Rohrstücks herausragen. In das offenen Ende des Rohrstücks mit enthaltener Leiterplatte und auf der gegenüberliegenden Seite flüssigkeitsdicht verschliessendem Taster wird eine transparente Vergussmasse [12] derart eingegossen, dass der gesamte Innenbereich des Rohrstücks und damit der innerhalb des Rohstücks befindliche Teil der Leiterplatte mit den darauf befindlichen elektronischen Bauteilen und der Anzeige in der Vergussmasse eingebettet ist, die Elektroden des Sensors jedoch nicht von der Vergussmasse umschlossen sind und noch ausreichend mit dem zu prüfenden Wasser in Berührung kommen. Die Eigenschaften der Vergussmasse sind derart, dass nach Vernetzung der Masse eine ausreichend mechanisch belastbare, bei Ausdehnung durch Temperaturschwankungen elastische, temperaturbeständige, druckfeste, gegenüber Flüssigkeiten dichte, elektrisch isolierende sowie transparente Füllung und Verbindung zwischen Rohrstück und Leiterplatte hergestellt wird. Nach vollständiger Vernetzung der Vergussmasse ist diese im Wasser chemisch inert und in der späteren Entsorgung unproblematisch. Bei Betätigen des Tasters wird das Messergebnis durch das transparente Rohrstück sowie die transparente Vergussmasse hindurch angezeigt. Die Erfindung wird in der Anwendung durch Einkleben in wasserführende Teile einer Anlage oder direkt in die Gehäuse von Ionentauscherpatronen mit dem Wasserkreislauf in Verbindung gebracht. Alternativ wird durch Verwendung von Rohrstücken mit Innen- oder Aussengewinden die Erfindung durch Einschrauben in wasserführende Teile einer Anlage oder direkt in die Gehäuse von Ionentauscherpatronen mit dem Wasserkreislauf in Verbindung gebracht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 7 dargestellt. Dabei wird die Erfindung wie bei Schutzanspruch 5 oder 6 mit einem Rohrstück [9] als Gehäuse ausgestaltet, zusätzlich jedoch tasterseitig [13] mit einer flügelartigen Vorrichtung versehen (wie z. B. bei Zylindern von Injektionsspritzen, Stand der Technik), um im Einsatz als mobiles Handprüfgerät die Einhand-Bedienung durch Daumen, Zeige- und Mittelfinger zu erleichtern (Halten der Erfindung mit Zeige- und Mittelfinger, Betätigen des Tasters mit dem Daumen).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 8 dargestellt. Dabei wird die Erfindung wie bei einem der vorhergehenden Schutzansprüche ausgestaltet, jedoch anstatt mit Einweg-Batterien mit wiederaufladbaren Batterien ausgestattet. Eine zusätzlich in die Erfindung integrierte Ladelektronik und Anzeige des Ladezustands lädt die Batterien [8], indem an die Sensorelektroden [4] eine externe Ladespannung angelegt wird und so ein Ladestrom zur Verfügung gestellt wird. Die typische Ladezeit für eine vollständige schonende Aufladung der Batterien beträgt 1 Stunde. Eine geeignete stationäre Ladestation mit integrierter Spannungsversorgung stellt bei Einlegen der Erfindung eine elektrische Verbindung mit den Sensorelektroden der Erfindung her, ohne deren Beschichtung zu beschädigen und stellt so Ladespannung und -strom zur Verfügung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 9 dargestellt. Dabei wird die Erfindung wie bei einem der vorhergehenden Schutzansprüche ausgestaltet, jedoch anstatt mit Einweg-Batterien mit wiederaufladbaren Batterien ausgestattet. Eine zusätzlich in die Erfindung integrierte Induktivität mit Ladelektronik und Anzeige des Ladezustands lädt die Batterien [8], indem durch ein externes hochfrequentes elektromagnetisches Feld in der Induktivität eine Spannung induziert und so ein Ladestrom zur Verfügung gestellt wird. Die typische Ladezeit für eine vollständige schonende Aufladung der Batterien beträgt 1 Stunde. Eine geeignete mobile Ladestation mit integrierter Spannungsversorgung überträgt beim Anlegen an die Erfindung durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld Energie an die Erfindung und stellt so Ladespannung und -strom zur Verfügung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 10 dargestellt. Dabei wird die Erfindung wie bei einem der vorhergehenden Schutzansprüche ausgestaltet, jedoch anstatt mit Einweg-Batterien mit wiederaufladbaren Batterien ausgestattet. Eine zusätzlich in die Erfindung integrierte photovoltaische Zelle mit Ladelektronik und Anzeige des Ladezustands lädt die Batterien [8], indem durch einen externen Lichtstrahl hoher Intensität (z. B. Laserdiode) eine Spannung in der photovoltaische Zelle erzeugt wird und so ein Ladestrom zur Verfügung gestellt wird. Die typische Ladezeit für eine vollständige schonende Aufladung der Batterien beträgt 1 Stunde. Eine geeignete mobile Ladestation mit integrierter Spannungsversorgung überträgt beim Anlegen an die Erfindung durch einen Lichtstrahl hoher Intensität Energie an die Erfindung und stellt so Ladespannung und -strom zur Verfügung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 13 dargestellt. Dabei wird die Erfindung wie bei einem der vorhergehenden Schutzansprüche ausgestaltet, jedoch anstatt mit Einweg-Batterien und einem Taster zur manuellen Betätigung mit einer Spannungsregelung sowie einer Endkappe ausgestattet. Über ein Kabel ist eine externe Stromversorgung entweder permanent oder über eine Steckverbindung elektrisch mit der Erfindung verbunden und ermöglicht so einen Dauerbetrieb.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 12 erläutert. Es zeigen
1 Leiterplatte mit Auswertungselektronik, Sensor, Batteriehalterung und Taster.
2 Sensor mit metallisierten Elektroden als Teil der Leiterplatte.
3 Batteriehalterung mit metallisiertem Klemm- und Dehnungsschlitz sowie den Batterien als Teil der Leiterplatte.
4 Typische Gehäuseformen: Rohrstück, T-Stück und Reduzierstück.
5 Rohrstück mit vergossener Leiterplatte und Taster.
6 T-Stück (0° und 90° gedreht) mit Leiterplatte und Taster vergossen in horizontalem Stutzen.
7 T-Stück (0° und 90° gedreht) mit Leiterplatte und Taster vergossen in vertikalem Stutzen.
8 Rohrstück mit vergossener Leiterplatte und Taster eingeklebt in horizontalen/vertikalen Stutzen eines T-Stücks (0° und 90° gedreht).
9 Prinzipieller Schaltplan der Auswertungselektronik für eine klassifizierte Messwertanzeige mit Leuchtdioden (Stand der Technik).
10 Prinzipielles Layout der Auswertungselektronik (Leiterplattenober- und Unterseite) zum Schaltplan in 9.
11 Beispielhaftes Massbild zum Schaltplan und Layout in 9 und 10.
12 Variante eines Leitfähigkeits-Indikators für Dauerbetrieb mit Endkappe anstatt Taster und externer Stromversorgung anstatt Batterien.
In 1 ist die Leiterplatte [1] mit Auswertungselektronik [2], Messwertanzeige [3], Sensor [4] sowie Klemmschlitz [5] und Dehnungsschlitz [7] für die Batterien (Knopfzellen) [8] dargestellt. Der Taster [13] zur Bedienung ist stirnseitig montiert. In (2) sind die Sensorelektroden mit vollständiger und umlaufender Kantenmetallisierung [6] als Teil der Leiterplatte [1] im Detail dargestellt. In 3 sind der Klemmschlitz [5] mit vollständiger und umlaufender Kantenmetallisierung [6] und der Dehnungsschlitz [7] für die Batterien (Knopfzellen) [8] als Teil der Leiterplatte [1] im Detail dargestellt. In 4 sind die typischen Gehäuseformen als Rohrstück [9], T-Stück [10] und Reduzierstück [11] jeweils im Querschnitt dargestellt. In 5 ist die innerhalb eines Rohrstücks [9] in die Vergussmasse [12] eingebettete Leiterplatte [1] mit Sensor [4], Batteriehalterung [5, 7] und Batterien [8], Auswertungselektronik [2], Messwertanzeige [3], und Taster [13] dargestellt. In 6 und 7 sind die innerhalb des horizontalen bzw. vertikalen Stutzens eines T-Stücks [10] in die Vergussmasse [12] eingebettete Leiterplatte [1] mit Sensor [4], Batteriehalterung [5, 7] und Batterien [8], Auswertungselektronik [2], Messwertanzeige [3], und Taster [13] dargestellt. In 8 sind Varianten von T-Stücken mit eingeklebtem vergossenem Rohstück dargestellt. dargestellt. In 9 ist der Vollständigkeit halber ein prinzipieller Schaltplan der Auswertungselektronik für eine klassifizierte Messwertanzeige mit 3 Leuchtdioden mit den Modulen Wechselspannungserzeugung [14], Sensor [4], Messverstärker mit Präzisionsgleichrichter und Temperaturkompensation [15] sowie Fensterdiskriminator [16] für die Messwertanzeige des klassifizierten Messergebnisses dargestellt (Stand der Technik). In 10 sind entsprechende prinzipielle Layouts für Oberseite [17] und Unterseite [18] der Leiterplatte dargestellt. In 11 ist ein entsprechendes beispielhaftes Massbild der Erfindung dargestellt. In 12 ist eine Variante eines Leitfähigkeits-Indikators dargestellt, der anstatt mit Batterien und einem Taster mit einer Spannungsregelung [19] sowie einer den Taster ersetzenden Endkappe [20] mit optionalem Knickschutz oder Steckverbinder [21] versehen ist, um über ein Kabel [23] und eine externe Stromversorgung [22] Dauerbetrieb zu ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 27 888 [0004]

Claims

Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Erfindung integrierte Sensor [4] aus zwei Elektroden besteht, bei denen das Basismaterial der einzigen auch die Messelektronik tragende Leiterplatte [1] durch selektive Metallisierung der Oberfläche mit einer Schicht aus Kupfer, danach aus Nickel, und danach optional aus Gold versehen wird, so dass als Teil der Leiterplatte Elektroden entstehen, deren mit Wasser in Kontakt stehender Teil jeweils vollständig und umlaufend metallisiert ist, die jedoch elektrisch voneinander getrennt sind.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfindung unabhängig von einer externen Stromversorgung mit Batterien (Knopfzellen) [8], entweder nicht wiederaufladbar oder wiederaufladbar, arbeitet, die in einem Klemmschlitz [5] innerhalb der der einzigen auch die Auswertungselektronik [2] tragende und den Sensor [4] bildende Leiterplatte [1] mit geringer aber ausreichender mechanischer Kraft gehalten und elektrisch mit der Auswertungselektronik verbunden werden, indem das Basismaterial der Leiterplatte durch selektive Metallisierung der Oberfläche an den gegenüberliegenden Innenkanten des Klemmschlitzes mit einer Schicht aus Kupfer, danach aus Nickel, und danach optional aus Gold versehen wird und ein optionaler zweiter Dehnungsschlitz [7] in unmittelbarer Nähe des Klemmschlitzes die mechanische Spannungsenergie in der Leiterplatte aufnimmt und eine weiträumige Deformation der Leiterplatte verhindert.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige die Auswertungselektronik [2] tragende sowie den Sensor [4] und eine optionale Batteriehalterung [5, 7] bildende Leiterplatte [1] derart in ein Rohrstück [9] aus Kunststoff oder Glas eingelegt und in einer elektrisch isolierenden, wasserdichten sowie transparenten oder nicht transparenten Vergussmasse [12] innerhalb des Rohrstücks eingebettet ist, dass die Sensorelektroden ausreichend mit dem zu prüfenden Wasser in Kontakt kommen.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige die Auswertungselektronik [2] tragende sowie den Sensor [4] und eine optionale Batteriehalterung [5, 7] bildende Leiterplatte [1] derart in ein T-Stück [10] aus Kunststoff oder Reduzierstück [11] aus Kunststoff eingelegt und in einer elektrisch isolierenden, wasserdichten Vergussmasse [12] innerhalb des Rohrstücks eingebettet ist, dass die Sensorelektroden ausreichend mit dem zu prüfenden Wasser in Kontakt kommen.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung der Leitfähigkeit unabhängig von einer externen Stromversorgung mit integrierten Batterien [8] in Zusammenhang mit Betätigung eines Tasters [13] erfolgt, der das dem Sensor [4] gegenüberliegenden Ende des das Gehäuse bildenden Rohrstücks [9], T-Stücks [10] oder Reduzierstücks [11] abschliesst und mechanisch und elektrisch mit der einzigen auch die Auswertungselektronik [2] tragende sowie den Sensor und die Batteriehalterung [5, 7] bildende Leiterplatte [1] verbunden ist, so dass die Messwertanzeige [3] des klassifizierten Messergebnisses durch Leuchtdioden erfolgt, die durch Bohrungen im Gehäuse aus diesem herausragen.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle des verwendeten Rohrstück [9] aus Kunststoff oder Glas optisch transparent ist und keine Bohrungen, Durchbrüche oder sonstige zusätzliche Öffnungen enthält und die verwendete Vergussmasse [12] ebenfalls optisch transparent ist, so dass die Messwertanzeige [3] des klassifizierten Messergebnisses durch Leuchtdioden innerhalb des Rohrstücks durch die transparente Vergussmasse und Hülle des Rohrstücks hindurch erfolgt.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück tasterseitig [13] mit einer flügelartigen Vorrichtung versehen ist, um im Einsatz als mobiles Handprüfgerät die Einhand-Bedienung durch Daumen, Zeige- und Mittelfinger zu erleichtern und das gleichzeitige Halten der Erfindung mit Zeige- und Mittelfinger sowie die Betätigung des Tasters mit dem Daumen zu ermöglichen.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Erfindung integrierten Batterien [8] wiederaufladbar sind und durch eine zusätzlich in das Gerät integrierte Ladeelektronik die Batterien aufladen, sobald durch elektrischen Kontakt der Sensorelektroden [4] mit einer externen Stromquelle der Erfindung ein Ladestrom zugeführt wird.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Erfindung integrierten Batterien [8] wiederaufladbar sind und durch eine zusätzlich in das Gerät integrierte Ladeelektronik sowie eine zusätzlich in die Erfindung integrierte Induktivität die Batterien aufladen, sobald durch ein externes hochfrequentes elektromagnetisches Feld in der in die Erfindung integrierten Induktivität berührungslos ein Ladestrom induziert wird.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Erfindung integrierten Batterien [7] wiederaufladbar sind und durch eine zusätzlich in das Gerät integrierte Ladeelektronik sowie eine zusätzlich in die Erfindung integrierte photovoltaische Zelle die Batterien aufladen, sobald durch einen energiereichen externen Lichtstrahl in der in die Erfindung integrierten photovoltaische Zelle berührungslos ein Ladestrom erzeugt wird.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Rohrstück [9], T-Stück [10] oder Reduzierstück [11] mit Innen- oder Aussengewinden versehen ist, so dass eine Verbindung mit anderen Leitungselementen oder Behältern einer wasserführenden Anlage durch Verschrauben stattfindet
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die in einem Rohrstück [9], T-Stück [10] oder Reduzierstück [11] in eine Vergussmasse [12] eingebettete und die Auswertungselektronik [2] tragende Leiterplatte [1] anstatt eines Sensors als Teil der Leiterplatte einen Sensor aus vernickelten und/oder vergoldeten Metallstiften verwendet, der direkt mit Hilfe von Lötzinn oder indirekt mit Hilfe von Kabeln mit der Leiterplatte mechanisch und elektrisch verbunden ist.
Elektronischer Leitfähigkeits-Indikator zur Prüfung der Qualität von technischem Wasser nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück [9], (oder auch T-Stück oder Reduzierstück) anstatt mit Batterien und einem Taster mit einer optionalen Spannungsregelung [19] versehen und mit einer Endkappe [20] verklebt ist. Mittels einer Bohrung in der Endkappe und einem optionalen Knickschutz oder einer Steckverbindung [21] wird die Erfindung für Dauerbetrieb mit einer externen Stromversorgung [22] über ein Kabel [23] elektrisch verbunden.