DE2800326C2

DE2800326C2 -

Info

Publication number: DE2800326C2
Application number: DE2800326A
Authority: DE
Inventors: Robert Providence County Rhode Island Us Baboian; Gardner S. Bristol County Mass. Us Haynes
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1977-01-04
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1988-01-07
Also published as: JPS5493737A; GB1596520A; IT1155753B; FR2376383B1; DE2800326A1; JPS6157451B2; FR2376383A1; IT7847508A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugkühlsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In solchen Fahrzeugkühlsystemen, die aus mehreren Baugruppen zusammengesetzt sind, die aus verschiedenen Metallteilen bestehen, ist es notwendig, die Korrosion zu verhindern oder zumindest abzuschwächen, damit die Lebensdauer des Systems verlängert wird. Zu diesem Zweck können dem Kühlmittel chemische Substanzen hinzugefügt werden, 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 eine Verschlechterung infolge von Korrosion geschützt sind. Auch die im Handel erhältlichen Dauerfrostschutzmittel enthalten einen solchen Inhibitor, der die Korrosion äußerst erfolgreich verhindert; im Laufe der Zeit kann die Korrosionshemmeigenschaft 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, daß Kühlmittel periodisch gegen ein frisches Dauerfrostschutzmittel auszutauschen. Dies könnte jedoch überflüssig sein, wenn die Korrosionshemmeigenschaft des Kühlmittels noch vorhanden wäre. Die Tendenz zur Verwendung von Aluminiumkühlern in manchen Kraftfahrzeugen führt noch zu einer Verschärfung des Problems, da Aluminiumkühler viel schneller korrodieren als herkömmliche Kühler aus Kupfer.

Aus der DE-AS 19 49 887 und der DE-OS 22 52 442 sind Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe die von einem korrodierenden Mittel hervorgerufene Korrosion eines Metalls überwacht werden können. Diese Vorrichtungen machen von Fühlern Gebrauch, die jeweils aus zwei gleichen Materialien bestehen. Das zur Überwachung der Korrosion mittels der bekannten Vorrichtungen durchgeführte Meßverfahren besteht im Prinzip darin, daß ein Stromfluß zwischen den Elektroden der Fühler erzeugt wird, der in einer Meßschaltung ausgewertet wird.

Mit Hilfe der Erfindung soll ein Fahrzeugkühlsystem geschaffen werden, indem die Korrosionsüberwachung durchgeführt werden kann, ohne daß indem die Korrosion hervorrufenden Mittel, also dem Kühlmittel, das Fließen eines Stromes hervorgerufen werden muß.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Im erfindungsgemäßen System ist eine hochohmige Spannungsmeßschaltung vorgesehen, die die Potentialdifferenz an den Elektroden erfaßt, ohne daß ein Strom fließen muß. Die Potentialdifferenz tritt nur aufgrund der unterschiedlichen Materialien der Elektroden auf, und ihre Höhe ist von der Korrosionskraft des im Kühlmittel enthaltenen Korrosionsschutzmittels abhängig. Das von der Spannungsmeßschaltung erfaßte Potential läßt eine Aussage über die noch vorhandene Korrosionsschutzwirkung bzw. über deren Nachlassen zu, so daß der Benutzer des Fahrzeugkühlsystems stets genau über die Korrosionssituation in dem System informiert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

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 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 Fahrzeugkühlsystem 10 dargestellt, das einen Kühler 12, eine 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 Zylinderblocks 14 (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 Rohrgehäuse 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 Zylinderblocks erleichtert wird. In der Bohrung 32 des Fühlers sind ein erster Elektrodendraht 40 und ein zweiter Elektrodendraht 42 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 30 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 einer Spannungsmeßschaltung mit einem hochohmigen Spannungsfolger 60 überwacht werden, der von den Elektroden 40 und 42 Eingangssignale empfängt und an einen Verstärker 62 angeschlossen ist, der seinerseits mit einem Spannungskomparator 64 verbunden ist. Der Schwellenwert des Komparators 64 ist am Verbindungspunkt 66 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 er nur im Abstand voneinander liegende erste und zweite Elektroden aufweist, die mit dem Kühlmittel in Kontakt 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/Ag0 der Kupfergruppe, beispielsweise der Cu/Cu-Halogenide und Cu/CuSO₄, 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 Feinsilberdraht 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 Silberelektrode äußerst wirksam.

Tabelle I

Die in der Tabelle I angegebenen Werte wurde bei Verwendung einer Referenzelektrode aus Silber und einer zweiten Elektrode aus Stahl in der Spalte (a) und aus Kupfer in der Spalte (b) erhalten, wobei das Frostschutzmittel "Telar" der Firma DuPONT de Nemours verwendet wurde.

Das Potential von Stahl in verschiedenen im Handel erhältlichen Frostschutzmitteln ist in den nachfolgenden Tabellen IIa und IIb angegeben. Die speziellen Frostschutzmittel sind folgendermaßen angegeben:

Typische Inhibitoren in im Handel erhältlichen Frostschutzmitteln enthalten verschiedene Prozentanteile von Borat, Phosphat, Nitrat, Silikat und Merkaptothiazol.

Tabelle IIa

Potential der Stahlelektrode 42 in Frostschutzmittellösungen (25%)

Tabelle IIb

Potential der Stahlelektrode 42 in Frostschutzmittellösungen (50%)

Zu der Tabelle III ist das Potential von Stahl in 25% Athylenglykol sowie in 25% Athylenglykol mit im Handel erhältlichen Inhibitoren bei vom Hersteller empfohlenen Konzentrationen angegeben.

Tabelle III

In der Tabelle III sind die Handelsbezeichnungen der Inhibitoren "Shell Oil Company" für k, "Solder Seal" für l, "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 Silberdraht (Tabelle IVc) angegeben.

Tabelle IVa

Tabelle IVb

Tabelle IVc

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 würden eine aufwendigere elektrische Schaltung für die wirksame Anwendung erfordern.

Claims

1. Fahrzeugkühlsystem mit einem ein Korrosionsschutzmittel enthaltenden Kühlmittel, 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 (38) in einer das Kühlsystem begrenzenden Wand (14), einen in der Öffnung (38) aufgenommenen Fühler (30), erste und zweite Elektroden (40, 42) aus unterschiedlichen Materialien, die im Abstand voneinander so in dem Fühler (30) angebracht sind, daß wenigstens ein Abschnitt jeder Elektrode (40, 42) mit dem im Kühlsystem enthaltenden Kühlmittel in Kontakt kommt, und eine hochohmige Spannungsmeßschaltung (60), die an die Elektroden (40, 42) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßschaltung (60) eine Schaltvorrichtung (70) enthält, die anspricht, wenn die an den Elektroden (40, 42) gemessene Potentialdifferenz einen ausgewählten Schwellenwert überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (40) aus einem Standard- Referenzelektrodenmaterial besteht, und daß die zweite Elektrode aus Stahl, Zink, Niob, Gold, Blei, Titan, Kupfer oder Nickel besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode aus Stahl besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus Silber besteht und daß der Schwellenwert etwa -0,300 Volt beträgt.