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Technisches
Fachgebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidzustandsfühler oder
Anzeigeeinrichtungen, die für
den Gebrauch in einem Wärmetauschersystem,
beispielsweise in einem Kühlsystem
oder in einer Klimaanlage, bestimmt sind.
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Fachlicher
Hintergrund
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Wie
gut bekannt ist, enthält
das Motorkühlmittel
eines Kraftfahrzeugs eine Lösung
von Äthylenglykol und
einem geringen Prozentsatz von Diäthylenglykol, die mit Wasser
verdünnt
ist, um ein Gemisch von etwa 50 zu 50 oder geringer, je nach dem
gewünschten
Gefrierpunkt der Lösung,
zu erhalten. Allgemein setzen die Hersteller oder Vertreiber von Äthylenglykol
der Lösung
einen Korrosionsinhibitor oder mehrere Korrosionsinhibitoren zu,
um die Metallkomponenten des Motorkühlsystems, insbesondere den
Kühler,
zu schützen.
Diese Inhibitoren sind normalerweise ein Gemisch von einem anorganischen
Salz oder von mehreren anorganischen Salzen, beispielsweise von
Phosphaten, Boraten, Nitraten, Nitriten, Silikaten oder Arsenaten,
und einer organischen Verbindung. Die Lösung ist normalerweise auf
einen pH-Wert von 8 bis 10 eingestellt, um die Eisenkorrosion zu
verringern und jede Glykolsäure
zu neutralisieren.
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Es
ist sehr wichtig, daß das
Kühlmittelgemisch
in einem Motorkühlsystem
50 bis 55% von korrekt gehemmten Äthylenglykol enthält, um die
Korrosion der herkömmlichen
Kupfer-Messing-Kühler
zu verhindern. Weiterhin sind neuerdings auch Aluminiumkühler in
Gebrauch gekommen und solche Kühler
sind sogar noch empfindlicher gegenüber Korrosion. Das Problem
der Korrosion kann einfach durch Zusetzen von gewöhnlichem
Wasser zu dem Kühlsystem,
durch einen Fahrer, wenn der Kühlmittelstand
zu gering ist, verursacht werden. Eine Verringerung des Kühlmittelgemisches
auf 33% Äthylenglykol
und 67% Wasser erhöht
die Metallkorrosion bedeutend, besonders in Systemen mit höherer Kühlmitteltemperatur.
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Kurzbeschreibung
der bevorzugten Ausführung
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US-Patent
Nr. 4,338,959, erteilt am 13. Juli 1982 an die Borg-Warner Corporation,
offenbart eine Vorrichtung für
das automatische Zusetzen eines Korrosionsinhibitors zu einem Kühlsystem
mit einer elektronischen Steuereinheit, die eine Sonde oder einen
Fühler
aufweist, die (der) die Korrosionsgrade in einem Motorkühlsystem
anzeigt und ein Signal zu einem Solenoid liefert, der ein Steuerventil
betätigt,
das automatisch dem Kühlsystem
eine gesteuerte Menge einer Korrosionsinhibitorenlösung zufügt. Dieses
bekannte System weist jedoch bestimmte Nachteile auf, von denen
einer der Platzbedarf ist, um das System im Fahrzeug zu installieren.
Das System erfordert zum Beispiel einen Behälter, zum Aufbewahren einer
ausreichenden Reservemenge des Korrosionsinhibitors. Weiterhin sind
wegen der Kosten des Korrosionsinhibitors und der anderen erforderlichen
Komponenten bedeutende Ausgaben mit dem Vorsehen dieses Systems
in einem Fahrzeug verbunden.
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US-Patent
Nr. 4,306,127, erteilt am 15. Dezember 1981 an die Robertshaw Controls
Company, beschreibt einen Korrosionsfühler mit einem Gehäuse, das
einen elektrischen Schaltmechanismus enthält. Eine Schalterbetätigungselement
wird durch ein Korrosionsfühlelement,
das aus einer Aluminiumfolienscheibe besteht, die ein Ende des Gehäuses umspannt,
in einer Betriebsposition gehalten. Das Betätigungselement bewegt sich
in eine andere Schalterbetriebsposition, wenn die Aluminiumfolie
durch ihre Korrosion, die dadurch verursacht wird, daß sie einem
korrosiven Bereich ausgesetzt wird, zerbricht. Eine flexible Membran
wird von dem Gehäuse
in einer gestapelt eingreifenden Relation zu der Aluminiumscheibe
getragen und wirkt dahingehend, daß verhindert wird, das korrosives
Material in das Gehäuse
eintritt, wenn die Aluminiumscheibe zerbricht.
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US-Patent
Nr. 4,736,628, erteilt am 12. April 1988 an V.S. Lynn, beschreibt
eine Prüfvorrichtung
für eine
Autobatterie oder einen Kühler,
wobei die Vorrichtung ein transparentes kastenförmiges Gehäuse aufweist, das eine unterteilte
Kammer bildet. Es ist eine Vielzahl von Kanälen vorhanden, in denen sich
eine Vielzahl von Kugeln mit unterschiedlichen Dichten befindet.
Das zu prüfende
Fluid tritt durch ein rohrförmiges
Element an der Oberseite in das Gehäuse ein. Die Anzahl der Schwebekugeln
in dem Gehäuse
zeigt das spezifische Gewicht des Fluids und seinen Gefrier- und
Siedepunkt an.
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US-Patent
Nr. 3,621,810, erteilt am 23. November 1971 an Caterpillar Tractor
Co., beschreibt einen Detektor für
das optische Anzeigen des Auftretens von wesentlicher Korrosion
in einem Rohr. In einer Version dieser Anzeigeeinrichtung ist ein
korrodierbares Element in Form eines anodischen Metallblocks vorgesehen, der
durch Gewinde an dem inneren Ende des Halterings befestigt ist. Über dem
Block ist durch eine transparente Abdeckung eine Kammer gebildet
und in dieser Kammer befindet sich eine Kugelanzeigeeinrichtung,
die normalerweise durch einen in den Block geschraubten Stift unsichtbar
gehalten wird. Wenn der Block durch Korrosion im Wesentlichen aufgebraucht
ist, wird der Stift freigegeben und die gefärbte Kugel wird durch eine Schraubenfeder
nach oben in eine sichtbare Position bewegt.
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Prüfergebnisse, über die
in einem Bericht des Miterfinders der vorliegenden Erfindung (Brian
Cheadle) berichtet wird, bestätigen,
daß im
Vergleich zur Korrosion einer korrodierbaren Membran relativ hohe
Grade von Kühlmittelverarmung
erforderlich sind, um einen Korrosionsschaden auszulösen. Dieser
Bericht mit dem Titel „Gesteuertes
Freisetzen von Inhibitoren für
den erweiterten Schutz von Aluminium-Motorkühlsystemen„ wurde von der Society of
Automotive Engineers als Bericht 820287 im Jahr 1983 veröffentlicht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen ziemlich billigen Fluidzustandsfühler zur
Verfügung,
der dem Benutzer eine optische Anzeige darüber liefert, dass das Wärmeaustauschfluid
einen bestimmten korrosiven Zustand erreicht hat. Allgemein verwendet
die Vorrichtung ein Schauglas oder ein Fenster, durch welches eine Anzeige
des korrosiven Zustands oder das Wärmeaustauschfluid sichtbar
ist.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung weist ein Korrosionsfühler für ein Wärmetauschersystem ein Haltemittel
zum Befestigen des Fühlers
in dem System, damit der Fühler
das durch das System strömende
Wärmeaustauschfluid
kontaktieren kann, ein Schauglasmittel, das in dem Haltemittel montiert
ist, und ein optisches Anzeigemittel auf, das durch das Schauglasmittel
betrachtet werden kann, gekennzeichnet durch eine korrodierbare
lichtundurchlässige
Beschichtung, die auf einer Innenseite des Schauglasmittels angebracht und
so angeordnet ist, dass das Wärmeaustauschfluid
die Beschichtung während
der Benutzung des Fühlers kontaktiert,
wobei das Anzeigemittel sichtbar wird, wenn die lichtundurchlässige Beschichtung
zumindest teilweise durch Korrosion entfernt ist, die auf das Wärmeaustauschfluid
zurückzuführen ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung weist ein Korrosionsfühler für ein Wärmetauschsystem ein
Haltemittel zum Befestigen des Fühlers
in dem System auf, damit der Fühler
das durch das System strömende
Wärmeaustauschfluid
kontaktieren kann. Ein Schauglasmittel ist in dem Haltemittel montiert
und ein optisches Anzeigemittel kann durch das Schauglasmittel betrachtet
werden. Eine korrodierbare lichtundurchlässige Beschichtung ist auf
dem optischen Anzeigemittel vorgesehen und so angeordnet, dass das
Wärmeaustauschfluid
die Beschichtung während
der Benutzung des Fühlers
kontaktiert. Das optische Anzeigemittel ändert seine Farbe, wenn die
lichtundurchlässige
Beschichtung zumindest teilweise durch Korrosion entfernt ist, die
auf das Wärmeaustauschfluid
zurückzuführen ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile eines vorliegenden Fluidzustandsfühlers sind
aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu erkennen,
die verschiedene bevorzugte Ausführungen
erläutern
und die zeigen in
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1 eine
schematische Ansicht eines Kühlers
und eines Überströmbehälters für ein Fahrzeugkühlsystem,
das die vorliegende Erfindung verwendet;
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2 eine
schematische Ansicht eines Fahrzeugkühlsystems, in dem ein Korrosionsfühler an
einer anderen Stelle in dem System installiert ist;
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3 eine
Seitenansicht einer Version der Erfindung, die in einem rohrförmigen Schlauchanschluss angeordnet
ist;
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4 ein
Querschnitt in axialer Richtung der Version von 3,
geschnitten entlang der Linie IV-IV von 3;
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5 eine
schematische Ansicht einer Ecke des Fahrzeugkühlers, und zeigt die Position
einer anderen Version der Erfindung;
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6 eine
Querschnittsansicht, geschnitten entlang der Linie VI-VI von 5;
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7 eine
Querschnittsansicht, ähnlich
der von 6, die jedoch eine weitere Version
der Erfindung darstellt;
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8 eine
Querschnittsansicht der Anzeigekugel, die in der Ausführung von 7 verwendet
wird;
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9 eine
Querschnittsansicht einer Einzelheit einer bevorzugten Version eines
Schauglases, die in der Ausführung
von 6 zur Anwendung kommen kann;
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10 eine
Seitenansicht einer weiteren Ausführung, welche einen Korrosionsfühler mit
einer spezifischen Anzeigeeinrichtung des spezifischen Gewichts
darstellt; und
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11 eine
Querschnittsansicht, geschnitten entlang der Linie XI-XI von 10.
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Ausführungsarten
der Erfindung
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1 zeigt
einen Teil eines Kühlsystems
für ein
Kraftfahrzeug mit einem Kühler 10 (der
eine Form des Wärmetauschers
darstellt) mit einem Einlaß 11 für warmes
Kühlmittel
vom Kühlmantel
des Motors und einem Auslaß 12,
der zu einer Kühlmittelpumpe
für den
Motor führt.
An der Oberseite des Kühlers
befindet sich eine Druckentlastungskappe 14 auf einem Einfüllstutzen 13.
Dieser Stutzen ist auf der Oberseite eines Einlaßbehälters 15 für den Kühler angeordnet.
Eine Überströmleitung 16 führt von
der Entlüftungskappe
zur einem Überströmbehälter 17 für das Kühlmittel.
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Dazwischen
ist in der Überströmleitung 16 ein
Fluidzustandsfühler 20 angeordnet,
dessen Einzelheiten nachfolgend erläutert werden. Dieser Fühler 20 ist
vorgesehen, damit ein Benutzer des Fahrzeugs oder ein Instandhaltungsmechaniker
eine optische Anzeige durch ein Schauglas oder Fenster des Fühlers erhalten kann,
ob das Wärmeaustauschfluid
in dem System einen bestimmten korrosiven Zustand erreicht hat.
Eine Anzeige kann durch das Betrachten einer Kugel durch das Fenster
bereitgestellt werden, wobei die Kugel eine Farbe anzeigt, die die
Notwendigkeit für
ein Auswechseln des Wärmeaustauschfluids
oder, alternativ, die Notwendigkeit für das Hinzufügen von
Korrosionsinhibitoren erkennen läßt.
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In
einer bevorzugten Version der Erfindung ist der Fühler so
gestaltet, dass die optische Anzeige ausgelöst wird oder vorhanden ist,
bevor das Wärmeaustauschfluid
so korrosiv wird, dass es dem Kühler
oder dem Wärmeaustauschsystem
einen wesentlichen Schaden zufügen
kann. Dadurch erhält
der Benutzer des Fahrzeugs oder der Mechaniker durch die Anzeige
die Empfehlung, das Wärmeaustauschfluid
auszuwechseln oder zu behandeln, bevor ein beträchtlicher Schaden für den Kühler oder
andere Hauptkomponenten des Systems verursacht werden.
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2 zeigt
eine alternative Anordnung für
das Installieren eines Fluidzustandsfühlers gemäß der Erfindung in einem Kraftfahrzeugkühlsystem,
das allgemein mit 25 bezeichnet ist. Dieses System weist
einen Motor 26 oder eine andere Wärmequelle, die einen Kühlmantel
aufweist, eine Leitung für
das warme Fluid 27 von dem Motor zu dem Einlaßbehälter 29 eines
Kühlers 28 und
eine Fluidleitung für
das abgekühlte
Fluid 30 von dem Auslaßbehälter 31 auf,
die zu einer vom Motor betätigten
Pumpe 34 führt,
um das Kühlmittel
durch die Leitung 35 zu dem Kühlmantel zu pumpen. Ein Einflüllstutzen 36 auf
dem Einlaßbehälter 29 weist
eine Druckent lastungskappe 38 und eine Überströmleitung 40 auf, die
von dem Stutzen zu einem Überströmbehälter 41 führt. Ein
Korrosionsfühler 20,
der gemäß der Erfindung
ausgestaltet ist, ist in der Leitung 27 positioniert und
weist die Form eines rohrförmigen
Schlauchanschlusses auf, der leicht in einer in der Leitung 27 vorgesehenen
Unterbrechung angebracht werden kann.
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Der
Ausdruck „Schauglasmittel„, wie
er hierin verwendet wird, schließt nicht nur ein kleines Fenster oder
ein Betrachtungsteil aus Glas ein, sondern auch anderes geeignetes
transparentes oder lichtdurchlässiges
Material ein, beispielsweise durchsichtigen Kunststoff, der den
Temperaturen widerstehen kann, bei welchen der Wärmetauscher oder der Kühler arbeitet.
Das Schauglas kann durch bekannte mechanische Mittel, beispielsweise
Quetschen, Klemmen oder Schrauben an seinem Platz befestigt werden.
Alternativ kann es durch einen geeigneten Kleber befestigt werden.
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Wie
es nachfolgend noch ausführlicher
erläutert
wird, haben Prüfungen
gezeigt, dass die gewählten oder
in Frage kommenden korrodierbaren Materialien viel schneller perforiert
werden, als Standardmaterialien in derselben korrosiven Umgebung.
Damit wird die Fähigkeit
einer korrodierbaren Schicht, zerbrochen oder zumindest teilweise
in einem frühen
Stadium entfernt zu werden, um die erforderliche Anzeige eines korrosiven Zustands
vor einer Schädigung
des Kühlsystems
zu liefern, in den Prüfergebnissen
demonstriert. Weiterhin zeigen diese Prüfungen, dass diese korrodierbaren
Materialien, die für
die korrosive Schicht verwendet werden, in einem vollständig gehemmten
Kühlmittel
nicht korrodieren oder perforiert werden. Daher wird ein korrosiver
Zustand durch die vorliegenden Fühler,
wie sie hierin beschrieben sind, nicht vorzeitig angezeigt.
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Die
relevanten Oberflächenbereiche
von Kathode und Anode, die dem Kühlmittel
ausgesetzt werden, sowie die Wahl der Anoden- und Kathodenmaterialien
werden durch Entwurfsfaktoren gesteuert, um die Empfindlichkeit
des Paars gegenüber
der Kühlmittelkorrosivität einzustellen.
Das Ausmaß der
Kathode, das dem Kühlmittel
ausgesetzt ist, sollte relativ groß sein. Eine große Kathode
liefert ein relativ großes
Kathoden-/Anoden-Oberflächenverhältnis und
sichert dadurch eine ausreichend große Energiemenge, so dass eine
gewünschte
Empfindlichkeit gegenüber
dem Kühlmittelzustand
gesichert ist.
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Nun
auf die Ausführung
Bezug nehmend, die in den 3 und 4 dargestellt
ist, weist dieser Fühler 102 ebenfalls
die Form eines rohrförmigen
Schlauchanschlusses auf, der für
die Installation in dem Schlauch eines Kühlsystems geeignet ist. Der
Fühler 102 weist
ein Schauglas oder Fenster 104 auf, das in seiner Seite
angebracht ist, vorzugsweise auf der halben Länge des Anschlusses, wie es
dargestellt ist. Auf der Innenfläche
dieses Fensters befindet sich eine korrodierbare lichtundurchlässige Beschichtung 106,
die das gesamte Fenster überdeckt.
Vorzugsweise ist die Beschichtung aus anodischem Material hergestellt.
Diese Beschichtung ist in 3 nicht
dargestellt, die das Fenster 104 in seiner transparenten
Form zeigt, nachdem die Beschichtung 106 durch Korrosion
entfernt worden ist. Die Beschichtung 106 ist natürlich so
angeordnet, dass das durch den Kanal 108 des Anschlusses
strömende
Fluid bei Gebrauch des Fühlers
die Beschichtung kontaktiert. Die Beschichtung kann mit ihrer ganzen
Fläche
an dem Fenster haften, oder nur an ihrem Umfang. Ein optisches Anzeigemittel,
das im vorliegenden Fall eine gefärbte Kugel 110 ist,
kann durch das Schauglas 104 betrachtet werden, wenn die
lichtundurchlässige
Beschichtung 106 zumindest teilweise durch Korrosion entfernt
ist. Je größer der
Korrosionsgrad ist, desto mehr ist die Kugel sichtbar. Anstatt der
Kugel 110 kann ein gefärbter
Flügel
oder eine Vorrichtung, wie ein dickes Gebläseflügelblatt als Anzeigeeinrichtung verwendet
werden. Es können
auch mehrere kleine gefärbte
Kugeln anstatt einer einzigen Kugel verwendet werden, vorausgesetzt,
dass ihre Bewegung in dem Anschluss in geeigneter Weise eingeschränkt ist.
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Der
Fühler 102 weist
ein Mittel zur Einschränkung
der Bewegung der Kugel 110 in dem Fühler auf, so dass die Kugel
nicht aus dem Fühler
heraus und in das Wärmetauschersystem
schwimmt. In der dargestellten Version besteht das Einschränkungsmittel
aus zwei voneinander beabstandeten Hindernissen 112 und 114, die
in dem Kanal 108 angeordnet sind, wobei die Kugel 110 sich
zwischen den beiden Hindernissen befindet. Der Durchmesser D einer
in jedem Hindernis gebildeten Öffnung
ist kleiner als der Durchmesser der Kugel 110, so dass
die Kugel sich nicht durch das Hindernis hindurchbewegen kann. Das
Hindernis sollte die Kugel in der Nähe des Schauglases halten,
so dass sie sichtbar ist, wenn die Beschichtung durch Korrosion
entfernt ist. Vorzugsweise weist die Kugel eine helle Farbe auf,
so dass sie auch bei schlechteren Lichtverhältnissen sichtbar ist. Wenn
es gewünscht
ist, können
zwei Fenster oder Schaugläser 104 in
dem Sensor 102 vorgesehen sein, wobei diese an gegenüberliegenden
Seiten des Anschlusses angeordnet sind.
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Gemäß dem vorher
angeführten
veröffentlichten
Bericht mit dem Titel „Gesteuertes
Freisetzen von Inhibitoren für
den erweiterten Schutz von Aluminium-Motorkühlsystemen„ von Brian Cheadle u.a. korrodiert eine
Aluminiumlegierung, nämlich
AA7072, die örtlich
verdünnt
und galvanisch mit dem Edelmetall Titan verbunden ist, bei geringeren
Pegeln der Kühlmittelverarmung
als die üblicherweise
in Kühlern
verwendete Legierung, nämlich
der Typ 3003. Ferner haben Gußaluminiumkorrosionstests
in simulierten verarmten Kühlmitteln
gezeigt, dass relativ hohe Grade der Kühlmittelverarmung erforderlich
sind, um einen Korrosionsschaden im Aluminium-Zylinderkopfmaterial im Vergleich zu
dem korrodierbaren Membranmaterial auszulösen.
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Allgemein
ausgedrückt
können
die hierbei verwendeten Kathodenmaterialien jedes Metall oder jedes Material
(d.h. Graphit) sein, das gegenüber
der vorgesehenen Anode kathodisch ist (d.h. Es sollte eine große Differenz
in der galvanischen Reihe vorhanden sein) und für das es unwahrscheinlich ist,
dass es sich während des
Betriebs polarisiert oder passiviert.
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Eine
andere Version der Erfindung ist in 5 und 6 gezeigt.
In dieser Version ist der Fühler 180 installiert
in der Seitenwand eines Kühlertanks 182 dargestellt,
von dem nur ein unterer Teil in 5 dargestellt ist.
Die mögliche
Position dieses Fühlers 180 ist
ebenfalls in 1 in gestrichelten Linien dargestellt,
welche einen kompletten Kühler
zeigt. Die Metallseitenwand 184 des Tanks ist mit einer Öffnung 186 versehen,
wo der Fühler
angeordnet ist. Das Kühlmittel
oder das Wärmeaustauschfluid
zirkuliert durch diese Öffnung,
wie es durch den Pfeil bei 188 angezeigt ist. Bei dieser
Version bildet die Tankwand einen Teil des Haltemittels zum Befestigen
des Fühlers.
Ein Schauglas 190 ist an der Außenseite der Tankwand durch
Verbindungsvorsprünge 192 angebracht.
Das Schauglas weist in dieser Version einen Glasdom mit einem halbkugelförmigen Oberteil auf.
Innerhalb dieses Doms ist eine Fluidkammer 194 ausgebildet.
In dieser Fluidkammer ist ein optisches Anzeigemittel vorgesehen,
das eine einzelne, gefärbte
Kugel 196 darstellt. Der Glasdom hat eine verengte Kehle 198 mit
einer Breite X. Es ist so zu verstehen, dass der Durchmesser der
Kugel 196 das Maß X überschreitet, um
so ein Mittel zum Begrenzen der Bewegung der Kugel in dem Fühler bereitzustellen.
Daher kann die Kugel nicht aus dem Fühler 180 in den Tank 182 entweichen.
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Eine
korrodierbare lichtundurchlässige
Beschichtung 200, die aus einem anodischen Material, beispielsweise
Aluminium, Zink oder Magnesium, ausgewählt ist, ist auf der Innenfläche des
Schauglases vorgesehen und so angeordnet, dass das Wärmeaustauschfluid
oder das Kühlmittel
die Beschichtung bei Gebrauch des Fühlers kontaktiert. Die Beschichtungen
können
reine Metalle oder Legierungen sein, zum Beispiel Aluminium- und
Magnesiumlegierungen. Die Beschichtungen können durch Beschichten ohne
die Verwendung von Elektrizität
oder durch elektrolytisches Beschichten oder durch Vakuumablagerung
(zum Beispiel Aufdampfen der Beschichtung, Zerstäubung usw.) oder durch chemische
Ablagerungsverfahren aufgebracht werden. Wenn diese lichtundurchlässige Beschichtung
durch das Kühlmittel
durch Korrosion entfernt ist (wenn es einen korrosiven Zustand erreicht),
wird die Kugel 196 sichtbar und zeigt dadurch an, dass
das Kühlmittel
zu ersetzen oder zu behandeln ist.
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In
einer früheren
Version, die eine korrodierbare Beschichtung verwendet, kann eine
galvanische Kopplung durch Beschichten oder Plattieren des korrodierbaren
Materials mit einem Edelmetall vorgesehen werden. Bei dieser Variante
wird das Edelmetall örtlich
entfernt, um einen anodischen Bereich für den bevorzugten Korrosionsangriff
zu erzeugen.
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Eine
Reihe von „Perforationszeit„-Korrosionsprüfungen von
in Frage kommenden korrodierbaren Materialien (Magnesium und Aluminium)
ist durchgeführt
worden, um den Betrieb der hierin beschriebenen Fühler einzuschätzen. Die
Ergebnisse dieser Prüfungen
sind in Tabelle I auf der beigefügten
Seite angeführt.
Diese Prüfungen
waren ihrer Art nach „Schauglas„-Korrosionsprüfungen (ASTM
D1384), welche für
verarmte Kühlmittel
und vollständig
gehemmte Kühlmittel
die Zeit bis zur Perforation messen. Die geprüfte Magnesiumlegierung war
M1X. Die Aluminiumlegierungen 3003 und 1145 werden als repräsentativ
für Aluminiumkühlermaterialien
betrachtet und wurden ebenfalls geprüft. Bei diesen Prüfungen wurden
diese beiden Aluminiumlegierungen örtlich verdünnt, um einen dem schlechtesten
Fall entsprechenden Vergleich für
die in Frage kommenden korrodierbaren Materialien durchzuführen. Die
Prüfungen
zeigen, dass die in Frage kommenden korrodierbaren Materialien viel
schneller perforieren, als Kühlermaterialien
in derselben korrosiven Umgebung. Somit zeigen diese Prüfungen,
dass die vorliegenden Fühler,
die geeignete korrodierbare Materialien verwenden, die Fähigkeit
aufweisen, einen korrosiven Zustand in dem Kühlsystem vor einer Schädigung des
Systems anzu zeigen. Die Prüfungen
zeigen ferner, dass diese korrodierbaren Materialien in einem vollständig gehemmten Kühlmittel
(siehe letzte Spalte in der Tabelle) nicht korrodieren oder perforieren
und dass daher durch die hierin beschriebenen Fühler ein korrosiver Zustand
nicht vorzeitig angezeigt wird.
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7 zeigt
eine weitere Ausführung
der Erfindung, die in ihrem äußeren Erscheinungsbild
der Ausführung
gemäß 5 und 6 gleicht.
In dieser Version weist jedoch der Fühler 250 ein Schauglas 252 ohne eine
darauf befindliche korrodierbare lichtundurchlässige Beschichtung auf. Mit
anderen Worten, das Schauglas ist zu jeder Zeit klar oder transparent.
Das Schauglas ist an der Seite des Tanks mittels Verbindungsvorsprüngen 192 in
derselben Weise wie die Version von 6 angebracht.
Innerhalb des Doms des Schauglases ist eine Fluidkammer 254 ausgebildet.
Wiederum ist eine optische Anzeigeeinrichtung in Form einer einzelnen
gefärbten
Kugel 256 in der Fluidkammer vorgesehen. Die Kugel wird
an einem Austreten aus dem Glasdom durch eine verengte Kehle 198 gehindert.
In dieser Version weist die Kugel 256 eine korrodierbare
Beschichtung 260 auf, die sich über ihre gesamte Oberfläche erstreckt.
Wegen der Zirkulation des Wärmeaustauschfluids
in der Kammer kontaktiert dieses Fluid die Beschichtung während des
Gebrauchs des Fühlers. Wenn
die Beschichtung zumindest teilweise durch Korrosion, die auf das
Wärmeaustauschfluid
zurückzuführen ist,
entfernt ist, verändert
die Kugel ihre Farbe, da sich die Farbe der Beschichtung von der
Farbe der Kugel auf ihrer Oberfläche 262 unterscheidet.
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Eine
bevorzugte Version der Kugel 256 weist eine innere oder
erste Schicht auf, die aus einem geeigneten wasserlöslichen
Material, beispielsweise aus einem wasserlöslichen Polymer besteht. Diese
innere Schicht 264 ist vollständig mit der Beschichtung 260 überdeckt,
so dass das Wärmeaustauschfluid
anfänglich nicht
mit dieser Schicht in Kontakt kommt. Der Zweck der Schicht 262 ist,
ein „Abheben„ der lichtundurchlässigen Beschichtung 260 zu
bewirken, nachdem eine anfängliche
Perforation der Beschichtung aufgetreten ist. Auf diese Weise wird
die gesamte Oberfläche
der Kugel schnell von der Beschichtung 260 geräumt, nachdem ein
korrosiver Zustand in dem Kühlmittel
aufgetreten ist. Mögliche
wasserlösliche
Polymere schließen
Vinylalkohol, Polyoxyäthylen oder
andere wasserlösliche
Polymere ein, die in dem US-Patent Nr. 4,333,850 beschrieben sind.
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Die
bevorzugte Form der Beschichtung für die Kugel 256 weist
eine erste Schicht 266 des anodischen korrodierbaren Materials
auf, beispielsweise Aluminium, Zink oder Magnesium. Dabei kann es
sich um die reinen Metalle oder um Legierungen handeln. Die Beschichtung 260 kann
ferner eine weitere oder zweite Schicht des Kathodenmaterials bei 268 aufweisen,
die sich über
einen wesentlichen Teil des Äußeren des
anodischen Materials erstreckt. Die Kathodenschicht 268 ist
jedoch örtlich
bei 270 und 272 maskiert oder entfernt, um die anodische
Schicht freizulegen. Es ist zu erkennen, dass in dieser Weise ein
galvanisches Paar bereitgestellt wird. Die Beschichtungen auf der
Kugel können
durch Beschichten ohne die Verwendung von Elektrizität oder durch
elektrolytisches Beschichten, durch Vakuumablagerung oder durch
chemische Aufdampfverfahren aufgebracht werden.
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9 ist
eine detaillierte Ansicht, die eine bevorzugte Version des in der
Ausführung
von 5 und 6 verwendeten Schauglases zeigt.
In dieser Version weist das Schauglas 190 auf der Innenseite
des Glasdoms eine innere Schicht 272 auf, die aus einem
geeigneten wasserlöslichen
Material besteht, beispielsweise aus einem wasserlöslichen
Polymer. Die korrodierbare lichtundurchlässige Beschichtung 200 erstreckt
sich über
die gesamte innere Schicht, um so zu verhindern, dass das Wärmeaustauschfluid
zu Anfang die Schicht 272 kontaktiert. Wie in der Kugel 256 von 8,
ist die innere Schicht 272 so gestaltet, dass sich die
lichtundurchlässige
Beschichtung 200 „abhebt„, nachdem
eine anfängliche
Perforation der Beschichtung auftritt. Auf diese Weise wird die
gesamte innere Oberfläche
eines Schauglases schnell klar, nachdem ein korrosiver Zustand in
dem Kühlmittel
aufgetreten ist. Eine bevorzugte Form der Beschichtung 200 weist
eine erste Schicht von anodischem, korrodierbaren Material 274 und
eine zweite Schicht von Kathodenmaterial 276 auf, das sich über einen wesentlichen
Teil des Äußeren der
Schicht 274 erstreckt. Die Kathodenschicht ist jedoch wiederum bei 278 örtlich maskiert
oder entfernt, um die anodische Schicht freizulegen. Die Beschichtung 200 kann
in derselben Art und Weise abgelagert werden, wie die Beschichtung
auf der Kugel 256.
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Nun
auf die in 10 und 11 der
Zeichnungen dargestellte Ausführung
Bezug nehmend, stellt diese Ausführung
eine Kombination von Korrosionsfühler
und einer Anzeigeeinrichtung für
das spezifische Gewicht dar, die allgemein mit 280 bezeichnet
ist. Dieser Fühler
ist in Form eines rohrförmigen
Schlauchanschlusses dargestellt. Vorgesehen ist eine optische Anzeigeeinrichtung,
die eine gefärbte
Kugel 282 oder mehrere dieser Kugeln (in den Zeichnungen
sind drei Kugeln gezeigt) und ein transparentes Rohr 284 zum
Halten der Kugel oder der Kugeln in dem in dem Rohr enthaltenen
Wärmeaustauschfluid
aufweist. Die Kugel oder die Kugeln können sich in dem Fluid in einem
beschränkten
Ausmaß frei
bewegen. Das Rohr weist eine unteres Ende 28o und ein oberes
Ende 288 auf. Das Schweben einer Kugel oder mehrerer Kugeln 282 oder
ihr Nichtschweben zeigt das spezifische Gewicht der Wärmeaustauschflüssigkeit
oder des Kühlmittels
an, was wiederum das Ausmaß anzeigt,
in dem die Flüssigkeit
sicheren Frostschutz liefert.
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Um
eine Zirkulation der Wärmeaustauschflüssigkeit
in dem Rohr zu gestatten, erstrecken sich zwei Öffnungen 290 und 292 zwischen
dem Rohr und dem Inneren des rohrförmigen Schlauchanschlusses.
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Weil
das Kühlmittel
in dem Rohr 284 zirkulieren kann, repräsentiert die Flüssigkeit
in dem Rohr korrekt und kontinuierlich den Zustand des Kühlmittels
in dem System. Obwohl sich das Rohr senkrecht zu der zentralen Längsachse
des Anschlusses erstrecken könnte,
ist das Rohr 284 vorzugsweise an dem Äußeren des Schlauchanschlusses
befestigt und erstreckt sich in einem spitzen Winkel zur der zentralen
Längsachse,
wie es deutlich in 10 dargestellt ist. Durch Anordnen
des Rohrs in dieser Art und Weise sind die Kugeln in dem Rohr und
das Rohr selbst aus verschiedenen Winkeln und Betrachtungspunkten
sichtbar, so dass sie ohne übermäßige Schwierigkeit
eingesehen werden können.
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Im
Fall einer Anzeigeeinrichtung, die eine Anzahl von Kugeln 282 aufweist,
variieren die Kugeln in der Dichte, so dass sie eine klare Anzeige
der Flüssigkeitsdichte
liefern. Wenn zum Beispiel nur zwei Kugeln in dem Rohr schweben,
d.h. sie sich zu der Oberseite des Rohres erhoben haben, und eine
dritte Kugel abgesunken ist, kann das dem Benutzer anzeigen, dass
die Flüssigkeit
eine geringfügig
geringere Dichte aufweist, als es der Fall wäre, wenn sich die Flüssigkeit
in ihrem Idealzustand befindet (zum Beispiel, dass der Prozentsatz
von Wasser in der Flüssigkeit
50% überschreitet).
Wenn zwei Kugeln in dem Rohr abgesunken sind, zeigt das an, dass
die Flüssigkeit
eine sogar noch geringere Dichte aufweist und möglicherweise der Zusatz von weiterer Äthylenglykollösung erforderlich
ist. Das Absinken aller Kugeln in dem Rohr zeigt dem Benutzer an, dass
die Wärmeaustauschflüssigkeit
definitiv in ihrer Stärke
zu schwach ist und dass der Prozentsatz von Wasser in dem System
verringert werden muß,
möglicherweise
durch Ersetzen der gesamten Wärmeaustauschflüssigkeit
oder des gesamten Kühlmittels.
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Wenn
nur eine gefärbte
Kugel 282 in dem Rohr 284 verwendet wird, liefert
das Maß des
Absinkens der Kugel in dem Rohr 284 die Anzeige der Flüssigkeitsdichte.
Zu diesem Zweck kann eine Skala oder eine Reihe von Markierungen
auf dem Rohr vorgesehen sein. Auf dem Rohr können ebenfalls numerische Anzeigen
(nicht dargestellt) vorgesehen sein, um dem Benutzer oder dem Mechaniker
die Flüssigkeitsdichte
in dem System oder möglicherweise
den durch die Flüssigkeit
gewährleisteten
sicheren Gefrierpunkt anzuzeigen.
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Vorzugsweise
ist der Fühler
gemäß 10 und 11 in
dem oberen Schlauch eines Kühlers
installiert, so dass er leicht sichtbar ist, wenn die Motorhaube
des Kraftfahrzeugs angehoben ist. Der Motor eines Kraftfahrzeugs
sollte abgeschaltet sein, wenn jemand eine Ablesung der Flüssigkeitsdichte
durch Betrachten des Rohrs 284 und der Kugeln darin durchführt. Ansonsten
könnte
die Strömung
des Kühlmittels
durch das System die Kugeln veranlassen, sich in dem Rohr einfach
infolge der Flüssigkeitsströmung und
nicht infolge der Flüssigkeitsdichte
zu bewegen. Der Fühler
sollte so in dem System installiert sein, dass die Flüssigkeit
in die Richtung strömt,
die in 10 durch den Pfeil A gekennzeichnet
ist. Das bewirkt, dass die Flüssigkeit
durch das Rohr 284 in die Öffnung 290 strömt und durch
die Öffnung 292 herausströmt. Bei
einer Strömung
in diese Richtung werden die Kugeln in dem Rohr nicht übermäßig von
der Flüssigkeitsströmung durch
das Rohr beeinflußt.
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Wenn
eine Anzahl von Kugeln 282 in dem Fühler gemäß 10 und 11 verwendet
wird, können die
Kugeln verschiedene Farben zum Anzeigen der Dichten aufweisen. Weiterhin
können,
wenn sichtbare Markierungen auf dem Rohr 284 erforderlich
sind, diese durch bedruckte, an dem Rohr angebrachte Aufkleber vorgesehen
sein. Die Markierungen können
auch durch Siebdruck auf der Rohroberfläche vorgesehen sein.
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In
der vorliegenden Ausführung
weisen die Kugel oder die Kugeln eine korrodierbare lichtundurchlässige Beschichtung 294 auf,
wobei diese Beschichtung in gleicher Art und Weise gestaltet ist,
wie die Beschichtung der Kugel 256 von 8.
Somit sind die Kugeln dazu angepaßt, ihre Farbe zu verändern, wenn
die Beschichtung zumindest teilweise durch Korrosion entfernt ist,
die auf die Wärmeaustauschflüssigkeit
zurückzuführen ist.
Es ist daher zu erkennen, dass der Fühler 280 gemäß 10 und 11 ein
Fühler
mit doppelten Zweck ist, der in seinem Aufbau sehr einfach ist.
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Fachleute
für die
konstruktive Gestaltung von Kühlern
und Wärmetauschersystemen
können
erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen
der beschriebenen Ausführungen
durchgeführt werden
können,
ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Somit ist beabsichtigt, dass alle solche Modifikationen und Veränderungen,
die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen, Bestandteil der
vorliegenden Erfindung sind.
