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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Charakterisierung von Flüssigkeiten und betrifft eine Vorrichtung zum Charakterisieren des Verhaltens von Flüssigkeiten. Insbesondere können damit Flüssigkeiten untersucht werden wie beispielsweise Kühlmittel, wie sie in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen. Eine Möglichkeit ist die Charakterisierung des Korrosionsverhaltens eines Kühlmittels.
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In der
EP 2 775 297 A1 ist eine Vorrichtung zur Detektion eines Leistungsverlustes beim Korrosionsschutz beschrieben. Die Vorrichtung dient zum Bestimmen einer Konzentrationsänderung eines Korrosionsschutzmittels, welches einem Kühlmittel hinzugefügt ist. Die Vorrichtung weist eine Detektionselektrode auf, welche mit dem Korrosionsschutzmittel reagiert und so eine Schicht auf der Elektrode bildet, welche Korrosion verhindert. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Gegenelektrode und eine Wechselspannungsquelle auf. Die Wechselspannungsquelle generiert eine Spannung mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz zwischen der Detektionselektrode und der Gegenelektrode. Eine Konzentrationsänderung des Korrosionsschutzmittels kann über eine Impedanzänderung der gebildeten Schicht auf der Detektionselektrode bestimmt werden, während die Wechselspannung anliegt.
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In der
WO 2016/146624 A1 sind eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben. Die Vorrichtung und das Verfahren dienen ebenfalls zum Charakterisieren eines Kühlmittels, insbesondere des Korrosionsverhaltens des Kühlmittels. Die Vorrichtung weist eine korrosionsanfällige Elektrode, eine korrosionsbeständige Elektrode, eine Spannungsquelle sowie ein Strommessgerät auf. Die Spannungsquelle ist mit der korrosionsanfälligen Elektrode und der korrosionsbeständigen Elektrode verbunden. Durch Messen des Stromes durch die Elektroden kann mittels einer Auswerteeinheit die Korrosionsschutzwirkung bestimmt werden.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen mit der Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und die es insbesondere ermöglicht, ein konstantes Probenvolumen zu erhalten.
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Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen enthalten und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Bei der Erfindung weist die Vorrichtung einen Sensorkopf auf. Der Sensorkopf enthält mindestens eine vorteilhaft längliche Elektrode und eine elektrische Anschlussvorrichtung. Die elektrische Anschlussvorrichtung kann dabei ein üblicher Steckverbinder wie z. B. ein Rundsteckverbinder sein. Die Vorrichtung enthält weiter einen Flüssigkeitsbehälter, in den die zu charakterisierende bzw. zu untersuchende Flüssigkeit eingefüllt wird. Dieser kann aus Kunststoff bestehen. Ein Gehäuse, welches aus mindestens zwei Teilen besteht, dient zur Aufnahme der Vorrichtungsbauteile und als Schutzfunktion. Das Gehäuse besteht mindestens aus einem Grundgehäuse und einem Überwurfteil. Sie können zueinander verstellbar sein, vorteilhaft sogar stufenlos.
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Ein Abschnitt des Sensorkopfes, insbesondere der Teil, der die Elektroden enthält, ist im Flüssigkeitsbehälter so positionierbar, dass die Elektroden in Kontakt mit der zu charakterisierenden Flüssigkeit stehen. Insbesondere die Vorderseiten der Elektroden, die vorteilhaft angeschliffen sind, stehen in Kontakt mit der Flüssigkeit und sind davon zumindest benetzt. Der Sensorkopf wird mittels der besonders ausgestalteten Formen des Grundgehäuses und des Überwurfteils fixiert und somit in Position gehalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Sensorkopf mindestens eine korrosionsempfindliche Elektrode auf. Sie kann ganz oder teilweise aus Aluminium bestehen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung mindestens eine korrosionsunempfindliche Elektrode auf, vorteilhaft mehrere. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine einzige korrosionsempfindliche Elektrode auf.
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Eine korrosionsempfindliche Elektrode beststeht in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung aus einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise aus AlCu6MnZrTi. Korrosionsunempfindliche Elektroden können aus einer Edelstahllegierung bestehen, vorzugsweise aus X4CrNi18-12. Diese Materialkombination stellt ein Beispiel dar und kann zur Charakterisierung des Korrosionsverhaltens von Kühlmittel bzw. eines Korrosionsschutzmittels genutzt werden. Jedoch sind auch andere Materialkombinationen möglich, insbesondere zur Charakterisierung anderer Flüssigkeiten. Die korrosionsunempfindlichen Elektroden können auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
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Vorteilhaft ist es wenn der Sensorkopf mehrere Elektroden aufweist, dies wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform realisiert. Dies können bevorzugt sowohl eine oder mehrere korrosionsempfindliche als auch mehrere korrosionsunempfindliche Elektroden sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind insbesondere drei korrosionsunempfindliche Elektroden und eine korrosionsempfindliche Elektrode rechteckig zueinander im Sensorkopf angeordnet bzw. ihre Vorderseiten bilden ein Rechteck, vorzugsweise quadratisch zueinander.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die zwei Gehäuseteile Grundgehäuse und Überwurfteil eine gemeinsame Gewindeverbindung auf. Damit lassen sich die zwei Gehäuseteile leicht verbinden. Weiterhin ist es mittels der Gewindeverbindung möglich die Position des Grundgehäuses innerhalb des Überwurfteils stufenlos einzustellen. Dafür wird das Grundgehäuse mittels der Gewindeverbindung relativ zum Überwurfteil in Längsrichtung des Sensorkopfes bzw. in Längsrichtung der Elektroden bewegt.
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Die Vorrichtung weist einen hohen Eingangswiderstand auf, dadurch ist sie empfindlich gegen elektromagnetische Einflüsse. Elektromagnetische Einstrahlungen, wie sie zum Beispiel bei Zulassungstests obligatorisch sind, können die Messvorrichtung deshalb zerstören. Deshalb sind die Gehäuseteile in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet, vorteilhaft aus Aluminium oder Stahl. Dadurch wirkt das zusammengesetzte Gehäuse als Faraday'scher Käfig. Elektromagnetische Felder werden so im Inneren des von den Gehäuseteilen umschlossenen Volumens eliminiert. Insbesondere sind der Sensorkopf und der Flüssigkeitsbehälter in diesem umschlossenen Volumen angeordnet. Die grundlegenden Eigenschaften eines Faraday'schen Käfigs sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden hier deshalb nicht näher erläutert.
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Besonders vorteilhaft bei solchen Messungen ist außerdem ein gleichbleibendes Probenvolumen während der Messung, da sonst die charakteristischen Größen beeinflusst werden können. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Flüssigkeitsbehälter eine Überlaufvorrichtung auf. Diese kann z. B. einen um den Flüssigkeitsbehälter umlaufenden Ring aufweisen, welcher als Wanne ausgebildet ist. Die Überlaufvorrichtung ermöglicht es den Flüssigkeitsbehälter komplett zu füllen und den Sensorkopf in den Flüssigkeitsbehälter einzusetzen, wobei das durch den Sensorkopf verdrängte Volumen in dem Flüssigkeitsbehälter als überschüssige Flüssigkeit in die Überlaufvorrichtung läuft. Dadurch wird es ermöglicht, dass der Flüssigkeitsbehälter stets komplett gefüllt ist und ein stets gleichbleibendes Probenvolumen erreicht wird, in dem sich die Elektroden bzw. ihre Vorderseiten oder Endflächen befinden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung grenzt nur die Vorderseite des Sensorkopfes an die zu charakterisierende Flüssigkeit an. Die Vorderseite des Sensorkopfes weist freie Endflächen der Elektroden auf. Diese freien Endflächen sind auch die Bereiche der Elektroden, die vor einer Messung angeschliffen werden sollen um korrodierte Bereiche zu entfernen.
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Da die Elektroden vorteilhaft vor jeder Messung angeschliffen werden, verkürzt sich deren Länge über die Betriebsdauer. Die Elektroden stellen daher Verschleißteile dar. Die Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass sich insbesondere der Sensorkopf, der die Elektroden enthält, leicht austauschen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt das Grundgehäuse am vorderen Bereich des Sensorkopfes an, insbesondere frontal an der Vorderseite. Dies ist vorteilhaft eine ringartig umlaufende Anlage, besonders vorteilhaft an einer Außenkante entlang.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Sensorkopf gegen das Überwurfteil des Gehäuses fest abgestützt. Dies wird vorzugsweise mittels eines Sensorkopfhalters realisiert. Dazu kann der Sensorkopfhalter einen ihn umlaufenden Absatz odgl. aufweisen, an dem der Sensorkopf anliegt oder aufliegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Elektroden am Ende gegenüber dem Flüssigkeitsbehälter eine oder mehrere elektrische Leitungen zum elektrischen Anschluss auf. Damit können elektrische Signale aus dem Sensorkopf abgegriffen werden. Die Leitungen und die Elektroden werden dabei vorzugsweise mittels einer oder mehrerer Pressverbindungen kontaktiert. Es sind jedoch auch andere Verbindungen möglich. Insbesondere können Steckverbindungen ein einfacheres Lösen der Verbindung ermöglichen. Dadurch lässt sich der Sensorkopf leicht auswechseln.
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An den elektrischen Leitungen kann eine Auswerteeinheit angeschlossen werden. Durch Korrosion durch die Flüssigkeit entsteht an den frisch angeschliffenen Elektroden ein typischer Stromverlauf. Dieser Stromverlauf wird über die angeschlossene Auswerteeinheit ausgelesen, und charakteristische Größen der Flüssigkeit können daraus ermittelt werden. Mittels einer ebenfalls über elektrische Leitungen extern angeschlossenen Spannungsquelle und einer daraus folgenden Polarisation an den Elektroden kann dieser Vorgang beschleunigt werden.
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Die Vorrichtung kann vorteilhaft zur Charakterisierung des Korrosionsverhaltens von Kühlmittel verwendet werden. Die Anwendung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Vielmehr können damit beliebige Flüssigkeiten charakterisiert werden, die eine Reaktion, insbesondere eine korrosives Verhalten, an den Elektroden hervorrufen. Dies können unter anderem auch Motorenöle, Getriebeöle, Hydrauliköle, Batteriesäuren, Otto- und Dieselkraftstoffe und Bremsflüssigkeiten sein. Diese Aufzählung stellt nur eine beispielhafte Auswahl von Flüssigkeiten dar und ist insbesondere als nicht abschließend zu betrachten.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombination bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich außer aus den Ansprüchen auch aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
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1 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1,
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3 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1 und
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4 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung 60 im zusammengebauten Zustand dar. Der teilweise dargestellte Sensorkopf 40 ist durch ein mittiges Loch im Überwurfteil 20 gesteckt und liegt mit seinem vorderen Teil formschlüssig am in dieser Darstellung nicht sichtbaren Flüssigkeitsbehälter 30 an. Am hinteren Teil des Sensorkopfes 40 ist ein elektrischer Stecker 50 aufgesteckt. Eine verdeckte Buchse 43 ist mit einer Überwurfmutter 44 an einem Sensorhalter 42 befestigt. Ein Stecker 50 steckt in der Buchse 43. Am Stecker ist eine hier nicht dargestellte elektrische Leitung angeschlossen, die zu einer ebenfalls nicht dargestellten Auswerteeinheit führt.
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Alle Gehäuseteile sind aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt, vorteilhaft Aluminium, Stahl oder Edelstahl. Durch Zusammenfügen der Gehäuseteile wirkt das Gehäuse als geschlossener Faraday'scher Käfig. Elektromagnetische Felder, welche z. B. durch elektromagnetische Einstrahlungen hervorgerufen werden können, werden dadurch im Inneren des von den Gehäuseteilen umschlossenen Volumens eliminiert. Dadurch wird die Messung nicht durch elektromagnetische Felder beeinflusst.
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Zur besseren Übersicht zeigt 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung 60 in Explosionsdarstellung. Der Sensorkopf 40 besteht aus einem Sensorgehäuse 41, welches vorteilhaft aus Kunststoff hergestellt ist, einem Sensorhalter 42 und einer Buchse 43 zum Anschluss an den Stecker 50. In dem Sensorgehäuse 41 sind drei längliche stangenartige Edelstahl-Elektroden 45 und eine Aluminium-Elektrode 46 im Quadrat zueinander angeordnet und mittels einer Verbundmasse eingegossen, insbesondere mindestens am hinteren Ende, das in Richtung der Buchse 43 zeigt. Die Vorderseiten der Elektroden 45 und 46, welche in Richtung des Flüssigkeitsbehälters zeigen, sind frei von der Verbundmasse, da hier eine Reaktion mit der zu charakterisierenden Flüssigkeit stattfindet.
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Die Edelstahl-Elektroden 45 bestehen aus X4CrNi18-12, und die Aluminium-Elektrode 46 besteht aus AlCu6MnZrTi. Dies stellt jedoch nur eine beispielhafte Auswahl der Elektrodenanzahl und deren Materialzusammensetzung dar. Für andere Messaufgaben können sich insbesondere die Anzahl der Elektroden und/oder die Materialzusammensetzung unterscheiden. Das Sensorgehäuse 41 ist mittels einer Gewindeverbindung am Sensorhalter 42 angebracht. Durch die Gewindeverbindung lässt sich das Sensorgehäuse 41, das die Elektroden 45 und 46 enthält, leicht austauschen.
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Der Flüssigkeitsbehälter 30 wird in das Grundgehäuse 11 gesetzt. Der Sensorkopf 40 kann auf den Flüssigkeitsbehälter 30 aufgesteckt werden. Dafür wird der Sensorkopf 40 am Flüssigkeitsbehälter 30 auf eine Auflagefläche 31 aufgesetzt und von einem Ring 32 formschlüssig umschlossen.
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In den Flüssigkeitsbehälter 30 wird die zu charakterisierende Flüssigkeit eingefüllt. Durch Aufstecken des Sensorkopfes 40 an den Flüssigkeitsbehälter 30 kommt es voraussichtlich zu einer Flüssigkeitsverdrängung, und die überschüssige Flüssigkeit fließt in den Überlauf 33. Dadurch wird gewährleistet, dass der Flüssigkeitsbehälter immer komplett gefüllt ist und ein gleichbleibendes Probenvolumen erreicht wird.
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Das Überwurfteil 20 wird über den Sensorkopf 40 gesetzt und liegt auf einer Auflage 47 am Sensorkopf 40 an. Das Überwurfteil 20 wird am Grundgehäuse 11 mittels einer Gewindeverbindung fixiert, und zwar auf Anschlag geschraubt.
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Zum Betrieb der Vorrichtung 60 werden die Elektroden 45 und 46 vor jeder Messung angeschliffen. Durch mehrfachen Betrieb und mehrfaches Anschleifen verkürzen sich die Elektroden 45 und 46 und das Sensorgehäuse 41. Durch die Gewindeverbindung zwischen dem Überwurfteil 20 und dem Grundgehäuse 11 wird ein Nachjustieren ermöglicht, wie vor allem aus 3 ersichtlich ist. 3 stellt die Vorrichtung 60 als Schnitt dar. Die Elektroden 45 und 46 werden mit einer nicht dargestellten elektrischen Leitung mittels einer Pressverbindung mit der Buchse 43 verbunden.
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4 stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht dar. Nach Einfüllen der zu charakterisierenden Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter 30 und schließen des Gehäuses durch Aufsetzen des Überwurfteils 20 am Grundgehäuse 11 kann mit der eigentlichen Charakterisierung der eingefüllten Flüssigkeit begonnen werden. Durch den Grad der Korrosion durch die Flüssigkeit entsteht an den frisch angeschliffenen Elektroden 45 und 46 ein typischer Stromverlauf. Dieser Stromverlauf wird über die angeschlossene Auswerteeinheit ausgelesen und charakteristische Größen der Flüssigkeit werden daraus ermittelt. Mittels einer extern angeschlossenen Spannungsquelle und einer daraus folgenden Polarisation an den Elektroden 45 und 46 kann dieser Vorgang beschleunigt werden. Dies ist an sich aber bekannt, es wird auf den zuvor genannten Stand der Technik verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2775297 A1 [0002]
- WO 2016/146624 A1 [0003]
