DE2800326A1 - Vorrichtung zur ueberwachung der korrosionskraft eines kuehlmittels - Google Patents

Vorrichtung zur ueberwachung der korrosionskraft eines kuehlmittels

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DE2800326A1 DE19782800326 DE2800326A DE2800326A1 DE 2800326 A1 DE2800326 A1 DE 2800326A1 DE 19782800326 DE19782800326 DE 19782800326 DE 2800326 A DE2800326 A DE 2800326A DE 2800326 A1 DE2800326 A1 DE 2800326A1
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Description

- 4 -
Patentanwälte		 280Ü326 Dipl.-lng.
G. Leiser
Dipl.-lng.
E. Prinz		 Dipl.-Chem.
Dr. G. Hauser
Ernsbergerstrasse 19
8 München 60 30.Dezember 1977
Unser Zeichen: T 3042
TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway-Dallas, Texas, V.St.A.
Vorrichtung zur Überwachung der Korrosionskraft eines Kühlmittels
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeugkühlsysteme und insbesondere auf die Überwachung der Wirksamkeit der Korrosionsschutzeigenschaft des in solchen Kühlsystemen benutzten Kühlmittels.
Schw/Ba
Fahrzeugkühlsysteme sind aus mehreren Baugruppen zusammengesetzt, nämlich aus dem Kühler, der Umlaufpumpe, Kanälen im Motorblock und zugehörigen Rohrleitungen. Da das System aus Metallteilen besteht, ist es notwendig, die Korrosion, zu verhindern oder zumindest abzuschwächen, damit die Lebensdauer des Systems verlängert wird. Zu diesem Zweck ist es üblich geworden, dem Kühlmittel chemische Substanzen hinzuzufügen, die die Korrosion der Metallflächen hemmen, die mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen. Solche Substanzen sind als Inhibitoren bekannt; sie bilden gewöhnlich auf den Metallflächen einen Film, so daß die Metallflächen gegen
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eine Verschlechterung geschützt sind. Im Handel erhältliche Dauer frost Schutzmittel enthalten also einen Inhibitor, der die Korrosion äußerst erfolgreich verhindert; im Laufe der Zeit kann die Korrosicn shemmeigenschaft des Kühlmittels jedoch auf Grund einer chemischen Zersetzung des Inhibitors, auf Grund von Lecks oder wegen des Kochens des Kühlmittels mit einem anschliessenden Nachfüllen mit Wasser nachlassen. Es wird daher empfohlen, das Kühlmittel periodisch gegen ein frisches Dauerfrostschutzmittel auszutauschen. Dies kann jedoch überflüssig sein, wenn die Korrosüonshemmeigenschaft des Kühlmittels immer noch vorhanden ist. Die Tendenz zur Verwendung von Aluminiumkühlern in manchen Kraftfahrzeugen führte jedoch noch zu einer Verschärfung des Problems, da Aluminiumkühler viel schneller korrodieren als herkömmliche Kühler aus Kupfer.
Mit Hilfe der Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Wirksamkeit der Korrosionshemmeigenschaft des Kühlmittels geschaffen werden. Außerdem soll mit Hilfe der Erfindung ein Fühler geschaffen werden, der bei der Überwachung der Korrosionshemmeigenschaft des Kühlmittels verwendet werden kann und der billig, zuverlässig und langlebig ist. Ferner soll die Abgabe eines Ausgangssignals bei Nachlassen der Korrosionshemmeigenschaft des Kühlmittels ermöglicht werden, wobei dieses Signal dazu verwendet werden soll, einen Schalter zu betätigen, damit eine sichtbare oder hörbare Anzeige erzeugt wird oder eine Inhibitor-Auffüllvorrichtung eingeschaltet wird.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugkühlsystems, in das ein Fühler zur Überwachung der Wirksamkeit der Korrosionshemmeigenschaft des Kühlmittels eingebaut ist, wobei zur Erzielung einer sichtbaren Anzeige der 809828/0861
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Wirksamkeit am Armaturenbrett ein Meßgerät befestigt ist,
Fig.2 eine vergrößerte Schnittansicht des in Fig.1 dargestellten Fühlers,
Fig.3 eine Schnittansicht eines Teils einer Wand des Kühlsystems, in dem der Fühler von Fig.2 eingebaut ist, der an ein hochohmiges Voltmeter angeschlossen ist, und
Fig.4 das Schaltbild einer elektrischen Schaltung für die Verwendung zusammen mit dem Fühler von Fig.2.
Nach der Erfindung wird die Wirksamkeit der Korrosionshemmeigenschaft des Kühlmittels mit Hilfe einer Potentialmeßschaltung überwacht und gemessen, in der erste und zweite elektrochemische Elektroden angewendet werden, die mit dem Kühlmittel in Kontakt gebracht sind. Wenn die Korrosionshemmung wirksam ist, ist an den Elektroden ein elektrisches Potential in einem ersten Bereich vorhanden; wenn die Korrosionshemmung jedoch aus irgendeinem Grund unwirksam geworden ist, ist an den Elektroden ein elektrisches Potential in einem zweiten Bereich vorhanden. Wenn das Potential bei seiner Verschiebung in den zweiten Bereich einen Schwellenwert erreicht, kann eine sichtbare oder hörbare Anzeigevorrichtung betätigt werden oder es kann eine kontinuierliche Anzeige mittels eines Voltmeters vorgesehen werden.
In der Zeichnung ist ein Fahr zeugkühl system 10 dargestellt, das einen Kühler 12, einen Zylinderblock 14, einen Zylinderkopf 16, Rohrleitungen 18 und 20 zwischen dem Kühler und dem Zylinderblock 14 sowie dem Zylinderkopf 16, eine Umlaufpumpe 22 in der Rohrleitung 18 und einen Thermostat 24 in der Rohrleitung 20 enthält.'Es ist zu erkennen, daß dieses System ein herkömmliches Kühlsystem darstellt, wie es in Motorfahrzeugen benutzt wird. Durch die Wand des Zylinder blocks
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(siehe Fig.1 und Fig.3) erstreckt sich ein Fühler 30, so daß sein inneres Ende mit dem im Kühlsystem umlaufenden Kühlmittel in Kontakt kommt. Die in Fig.1 angegebenen Pfeile zeigen die Kühlmittelzirkulation an.Der Fühler 30 enthält ein Rohr gehäuse mit einer Bohrung 32 in Richtung seiner Längsachse; er ist mit einem Gewindeabschnitt 34 versehen, damit er in einer entsprechenden Gewindebohrung befestigt werden kann. Der Kopf 36 kann sechseckig geformt sein, damit das Einbauen in die Bohrung 38 des Zylinder blocks erleichtert wird. In der Bohrung 32 des Fühlers sind ein erster Elektrodendraht 40 und ein zweiter Elektrodendraht befestigt; diese Elektrodendrähte werden mit Hilfe eines herkömmlichen elektrisch isolierenden Eingießmaterials 44, das mit dem Kühlmittel nicht reagiert, im Abstand voneinander und im Abstand von der Wand der Bohrung 32 gehalten. Die Elektroden 40 und 42 stehen am inneren Ende 46 des Fühlers vor, so daß sie vom Kühlmittel umspült werden. Die Elektroden 40 und 42 sind an ein hochohmiges Voltmeter 56 angeschlossen, das zweckmässigerweise am Armaturenbrett 56 des Fahrzeugs angebracht ist.
Wie aus Fig.4 zu erkennen ist, kann die Wirksamkeit des Inhibitors durch Verwendung einerSpannungsmeßschaltung mit einem hochohmigen Spannungsfolger 60 überwacht werden, der von den Elektroden 40 und 42 Eingangssignale empfängt und an einen Verstärker 62 angeschlos6Bn ist, der seinerseits mit einem Spannungskomparator 64 verbunden ist. Der Schwellenwert des Komparators 64 ist am Verbindungspunkt des Spannungsteilers 68 eingestellt.Der Spannungskomparator 64 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 70 verbunden, dessen Kollektor mit einer Leuchtdiode 72 verbunden ist.
Der Fühler 30 kann in beliebiger Weise ausgestaltet sein, solange ör nur im Abstand voneinander liegende erste und zweite Elektroden aufweist, die mit dem Kühlmittel in Kontakt
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stehen. Die Elektroden sind zwar hier in Form eines Drahts dargestellt, doch ist zu erkennen, daß auch andere Elektrodenformen möglich sind. Die erste Elektrode 40 dient als Referenzelektrode; sie kann aus einem herkömmlichen, im Handel erhältlichen Bezugselektrodenmaterial, beispielsweise einem Material der Kalomelgruppe, der Silbergruppe einschließlich der Ag/Ag-Halogenide und Ag/AgO der Kupfergruppe, beispielsweise der Cu/Cu-Halogenide und Cu/CuSO^, oder einem anderen stabilen Referenzelektrodenmaterial bestehen kann. In manchen Fällen kann metallisches Silber, das dem Kühlmittel ausgesetzt ist, als Referenzelektrodenmaterial benutzt werden, da das Metall mit dem Oxid in Kontakt steht und da ein stabiles Referenzpotential vorhanden ist.
Es hat sich gezeigt, daß die zweite Elektrode 42 aus kohlenstoffarmem Stahl, Kupfer, Nickel, Zink, Titan, Niob, Platin, Gold, Blei oder Zinn bestehen kann. Die Abgrenzung zwischen den zwei Potentialbereichen, die die Wirksamkeit und die Unwirksamkeit der Korrosionshemmung anzeigen, ändert sich mit den Materialien, wobei eine besonders gute Abgrenzung bei Stahl vorhanden ist. Wie aus der Tabelle I zu erkennen ist, bei der als Referenzelektrode 40 eine Elektrode aus F eins über draht und die zweite Elektrode 42 aus (a) Stahl und (b) Kupfer angenommen sind, ist ein Schwellenwert von -0,300 Volt zur Erzielung der gewünschten Anzeige der Wirksamkeit der Korrosionshemmeigenschaft bei einer Stahlelektrode gegen eine Süberelektrode äußerst wirksam.
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Tabelle I
1. H O -0,720 -0,035
2. 15#-ige wässrige Lösung -0,690" +0,039 von Äthylenglycol
3. 30%-ige wässrige Lösung -0,698 +0,080 von Äthylenglycol
4. 50%-ige wässrige Lösung -0,670 +0,090 von Äthylenglycol
5. 15#-ige wässrige Lösung -0,236 -0,110 von Dauerfrostschutzmittel
6. 30#-ige wässrige Lösung -0,210 -0,186 von DauerfrostSchutzmittel
7. 50#-ige wässrige Lösung -0,185 -0,110 von DauerfrostSchutzmittel
Die in der Tabelle I angegebenen Werte wurden bei Verwendung einer Referenzelektrode aus Silber und einerzweiten Elektrode aus Stahl in der Spalte(a)und aus Kupfer in der Spalte (b) erhalten, wobei das Frostschutzmittel "JTelar" der Firma DuPONT de Nemours verwendet wurde.
Das Potential von Stahl in verschiedenen im Handel erhältlichen Frostschutzmitteln ist in den nachfolgenden Tabellen Ha und Hb angegeben. Die speziellen Frostschutzmittel sind folgendermaßen angegeben:
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Handelsbezeichnung
Lieferant
A Zerex
B Ford
C Prestone II
D Dowgard
E Pennzoil
F Shellzone
G Mac's Radicool
H Pah-nol
Kennzeichnung
PPG Industries,Inc. 8A-19549-A
Ford Marketing Corp. AF-542
Union Carbide Corp. D675
Dow Chemical Company
Pennzoil Company
Oil City PA
Shell Oil Company #1800
Mac's Super Gloss Co.,
Inc.
HrmcrlThrm ΠΙι^ττΗ r.ai ("!rvrn _
Typische Inhibitoren in im Handel erhältlichen Frostschutzmitteln enthalten verschiedene Prozentanteile von Borat, Phosphat, Nitrat, Silikat und Merkap.tothiazol.
Tabelle Ha
Potential der Stahlelektrode 42 in Frostschutzmittellösungen (25%)
Typ Referenz
elektrode 4o
Ak 		Referenz
elektrode 40
SCE		 Referenz
elektrode 40
Ag/AßCl
Leitungs
wasser		 -0,581 -0,520 -0,645
25% Äthylen-
glykol
(kein Inhibi
tor)
A		 . -0,550
-0,210		 -0,510
-0,245		 -0,590
-0,390
B -0,160 -0,280 -0,275
C -0,205 -0,285 -0,295
D -0,205 -0,280 -0,285
E -0,230 -0,350 -0,300
F -0,190 -0,320 -0,310
G -0,135 -0,200 -0,250
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Tabelle Hb
Potential der Stahlelektrode 42 in Fro.st Schutzmittel lösungen (50%)
Typ Referenz
elektrode 40
Ag		 Referenz
elektrode 40
SCE		 Referenz
elektrode 40
Ag/AgCl
Leitungs
wasser		 -0,581 -0,520 -0,645
50% Äthylen-
glykol
(kein Inhibi
tor)		 -0,520 -0,590 -0,580
A -0,220 -0,275 -0,300
B -0,120 -0,235 -0,235
C -0,205 -0,285 -0,280
D -0,175 -0,230 -0,230
E -0,160 -0,290 -0,305
F -0,200 -0,310 -0,295
G -0,150 -0,205 -0,250
In der Tabelle III ist das Potential von Stahl in 25% Äthylenglykol sowie in 25% Äthylenglykol mit im Handel erhältlichen Inhibitoren bei vom Hersteller empfohlenen Konzentrationen angegeben.
Tabelle III
Typ Referenzelektrode 40 Ag
ohne -0,560
k -0,150
ot ne -0,550
1 -0,195
ohne -0,540
m -0,295
ohne -0,545
η -0,255
Referenzelektrode 40 SCE
-0,510
-0,145
-0,490
-0,280
-0,585
-0,220
-0,480
-0,250
Referenzelektrode 40 Ag/AgCl
-0,630 -0,265
-0,625 -0,320
-0,600 -0,195
-0,625 -0,350
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In der Tabelle III sind die Handelsbezeichnungen der Inhibitoren "Shell Oil Company '.' für k, "Solder Seal" für 1, "Preston" für m und "Valvoline"für n.
Wie oben erwähnt wurde, ändert sich die Abgrenzung zwischen den Potentialbereichen, die die Wirksamkeit und die Unwirksamkeit der Korrosionshemmeigenschaften anzeigen, mit den verschiedenen Materialien. In den Tabellen IVa, IVb und IVc sind die Potentiale für mehrere verschiedene Metalle der Elektrode 42 gegenüber einer Referenzelektrode 40 aus Ag/AgCl (Tabelle IVa), aus gesättigtem Kalomel (Tabelle IVb) und aus Silber draht (Tabelle IVc) angegeben.
Tabelle IVa
Metall Leitungswasser Frostschutz
mittel Pahnol
(2590)		 Frostschutz
mittel Pahnol
Stahl '-0,645 -0,330 -0,247
Nickel -0,450 -0,420 -0,385
Zink -1,098 -0,940 -0,756
Kupfer -0,157 -0,020 -0,000
Titan -0,350 -0,295 -0,318
Niob -0,416 -0,215 -0,171
Gold -0,226 -0,075 -0,098
Blei -0,649 -0,525 -0,559
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Metall
Tabelle Tabelle IVb Frostschutz,
mittel Pahnol
(50%)
Leitungswasser Leitungswasser Frostschutz
mittel Pahnol
(25%)		 -0,190
-0,520 - 0,581 -0,250 -0,690
-0,920 - 0,390 -0,825 -0,260
-0,220 - 1,035 -0,370 -0,110
-0,160 -0,086 -0,155 -0,030
-0,090 -0,295 0,000 -0,506
-0,545 -0,287 -0,430
-0,110 IVc Frostschutz
mittel Pahnol
(50%)
-0,635 Frostschutz
mittel Pahnol
(2596)		 -0,138
-0,260 -0,285
-0,345 -0,654
-0,830 +0,124
+0,045 -0,205
-0,260 -0,058
-0,120 +0,005
+0,005 -0,448
-0,415
Metall
Stahl Nickel
Kupfer Titan
Aus den oben angegebenen Tabellen ist zu erkennen, daß Stahl das wirksamste Material für die Elektrode 42 ist; Zink, Niob und Gold sind ebenfalls annehmbar. Blei, Titan, Kupfer und Nickel könnten ebenfalls verwendet werden, doch sind diese Materialien nicht so wirksam wie Stahl, Zink, Niob und Gold; sie wurden eine aufwendigere elektrische Schaltung für die wirksame Anwendung erfordern«
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Die Erfindung ist hier im Zusammenhang mit einem speziellen Ausführungsbeispiel beschrieben worden, doch ist zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung ohne weiteres Abwandlungen und Änderungen möglich sind.
809828/0861
Le
erse

Claims (13)

  1. 28 U υ 3 7 ο
    Patentanwälte
    Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.
    E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
    Ernsbergerstrasse 19
    8 München 60
    Unser Zeichen: T 3042 30.Dezember 1977
    TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
    13500 North Central Expressway-Dallas, Texas ,V. St. A.
    Patentansprüche
    Vorrichtung zur Überwachung der Korrosionskraft eines Kühlmittels mit einem Kühlmittel-Vorratsbehälter, gekennzeichnet durch eine erste, als Referenzelektrode dienende Elektrode, die elektrisch von dem Vorratsbehälter isoliert ist und in den Behälter ragt, eine zweite Elektrode, die elektrisch von dem Vorratsbehälter und von der ersten Elektrode isoliert ist und in den Vorratsbehälter ragt, und eine an die Elektroden angeschlossene spannungsabhängige Einrichtung.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äpannungsabhängige Einrichtung eine Anzeigevorrichtung enthält, die dann betätigt wird, wenn der Spannungswert zwiechen den beiden Elektroden einen Schwellenwert erreicht.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus Silberdraht gebildet ist, und daß die zweite Elektrode aus Stahldraht gebildet ist.
  4. 4. Fühler zum Einsetzen in eine Wand eines Vorratsbehälters, gekennzeichnet durch ein Rohrglied, erste und zweite Elektroden, die sich durch das Rohrglied erstrecken, und
    Schw/Ba
    809828/0861 ORIGINAL INSPECTED
    280032b
    ein elektrisch isolierendes Material, das die Elektroden im Abstand voneinander und im Abstand von dem Rohrglied hält.
  5. 5. Fühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode eine Standard-Referenzelektrode ist und daß die zweite Elektrode aus Stahl oder Kupfer gebildet ist.
  6. 6. Fahrzeugkühlsystem mit Überwachung der Wirksamkeit eines Korrosionsschutzmittels im Kühlmittel, mit einem Kühler, einem Motorblock,in .dem Kühlkanäle gebildet sind, eine Einrichtung, die den Kühler in einem geschlossenen System mit den Kühlkanälen im Motorblock verbindet, und eine Vorrichtung zur Erzielung einer Zirkulation des Kühlmittels durch das Kühlsystem, gekennzeichnet durch eine Öffnung in einer das Kühlsystem begrenzenden Wand, einen in der Öffnung aufgenommenen Fühler, erste und zweite Elektroden, die im Abstand voneinander so in dem Fühler angebracht sind, daß wenigstens ein Abschnitt jeder Elektrode mit dem im Kühlsystem enthaltenen Kühlmittel in Kontakt kommt, und eine hochohmige spannungsabhängige Einrichtung, die an die Elektroden angeschlossen ist.
  7. 7. Verfahren zur Erzeugung einer Anzeige dafür, daß das Korrosionsschutzmittel in einem Fahrzeugkühlmittel keine korrosionsverhindernde Wirkung bezüglich des Gehäuses des Kühlsystems mehr hat, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Elektroden mit dem Kühlmittel in Kontakt gebracht werden, und daß eine spannungsabhängige Einrichtung zur Erzielung eines der Potentialdifferenz_an den zwei Elektroden entsprechenden Ausgangssignals an die Elektroden angeschlossen wird.
    8098 2 8/0861
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äpannungsabhängige Einrichtung eine Schaltvorrichtung enthält, die anspricht, wenn die Potentialdifferenz einen ausgewählten Schwellenwert überschreitet.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste" Elektrode aus einem Standard-Referenzelektrpdenmaterial besteht, und daß die zweite Elektrode aus Stahl, Zink, Niob, Gold, Blei, Titan, Kupfer oder Nickel besteht,
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus einem Standard-Referai zelektrodenmaterial besteht, und daß die zweite Elektrode aus Stahl, Zink, Niob, Gold, Blei, Titan, Kupfer oder Nickel besteht.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode aus Stahl besteht.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus Silber besteht und daß der Schwellenwert etwa -0,300 Volt beträgt.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus einem Standard-Referenzelektrodenmaterial besteht und daß die zweite Elektrode aus Stahl, Zink, Niob oder Gold besteht.
    809828/0861
DE19782800326 1977-01-04 1978-01-04 Vorrichtung zur ueberwachung der korrosionskraft eines kuehlmittels Granted DE2800326A1 (de)

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