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Bereich der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Neutralisationstestvorrichtung
und ein Neutralisationstestverfahren für eine flüssige Probe, wie Schmieröl, das eingesetzt
werden kann zur Messung einer Säure-Neutralisationsgeschwindigkeit
von Zylinderöl,
welches beispielsweise aus schwerem Schmieröl besteht.
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Beschreibung des Standes
der Technik:
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Bis
heute wird das Schmieren mit Hilfe von Fetten und Ölen häufig bei
Antriebsmechanismen wie einem Motor eingesetzt. Beispielsweise wird
Zylinderöl
zum stoßfreien
Antreiben eines Kolbens innerhalb eines Motorzylinders in einem
Schiffsmotor neben Systemöl
eingesetzt, das zum gleichmäßigen Betätigen des
Antriebsmechanismus verwendet wird.
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Zusätzlich zu
der Eigenschaft, den Kolben stoßfrei
in einer Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung innerhalb des Zylinders
anzutreiben, ist solch ein Zylinderöl erforderlich, um korrosive
Schwefelverbindungen zu neutralisieren, welche innerhalb des Zylinders
während
der Verbrennung von Brennstofföl
erzeugt werden, damit eine Korrosion des Zylinders und des Kolbens
vermieden wird.
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Dementsprechend
ist es ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung des Zylinderöls eine
Säure-Neutralisationsgeschwindigkeit
des Zylinderöls
herauszufinden. Daher wurde in der Vergangenheit die Leistung des Zylinderöls bewertet,
indem die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit des Zylinderöls unter
Verwendung einer Säure-Neutralisationstestvorrichtung
bestimmt wurde.
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Als
Säure-Neutralisationstestvorrichtung
für das
Zylinderöl
wird eine Testvorrichtung zur Bestimmung einer Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit
von Schwefelsäure
mit dem Zylinderöl
und zur Bestimmung der Säure-Neutralisationsgeschwindigkeit
eingesetzt, wobei das Zylinderöl,
welches eine flüssige
Probe bildet, in einen geschlossenen Behälter gegeben wird, dessen innere
Temperatur und Druck konstant gehalten werden, die Schwefelsäure in den
geschlossenen Behälter
durch einen Injektor über
eine Reagenzeinspritzöffnung
eingespritzt wird, welche mit dem Innenraum des geschlossenen Behälters in
Verbindung steht und wobei Veränderungen
des Drucks innerhalb des geschlossenen Behälters gemessen werden.
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In
solch einer Säure-Neutralisationstestvorrichtung
ist ein luftdichtes Ventil an der Reagenzeinspritzöffnung vorgesehen
und die Schwefelsäure
wird in einer Reihe von Schritten eingespritzt, welche (1) das Öffnen des
Ventils, (2) das Einführen
der Injektornadel zum Einspritzen der Schwefelsäure und (3) das Schließen des
Ventils umfassen.
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Dann
wird der Zeitpunkt des Schließens
des Ventils als Startpunkt der Neutralisationsreaktion des Zylinderöls eingestellt
und die Säure-Neutralisationsgeschwindigkeit
des Zylinderöls
wird anhand der nach diesem Zeitpunkt abgelaufenen Veränderung
beim Druckanstieg innerhalb der Testvorrichtung bestimmt.
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Allerdings
besteht das Problem, dass die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit
nicht genau bestimmt werden kann, wenn die Messung mit Hilfe der
oben erwähnten
Säure-Neutralisationstestvorrichtung
in einem Hochtemperaturbereich durchgeführt wird, in welchem die Reaktion
schnell abläuft,
da beim Öffnen
des Ventils Gas entweicht und sich die Messbedingungen innerhalb
des geschlossenen Behälters
verändern.
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Zudem
ist es schwierig, die Messbedingungen in der Hochtemperatur- und
Hochdruckumgebung, wie sie in einem derzeitigen Zylinder der Säure-Neutralisationstestvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik vorherrscht, einzustellen.
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Aufgrund
dessen besteht das Problem, dass das Zylinderöl nicht direkt gemessen werden
kann, da das Zylinderöl,
welches bei normaler Temperatur hoch viskos ist, bei der Messung
verdünnt
werden muss.
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Ferner
wird, wenn der Zeitpunkt des Schließens als Startpunkt der Neutralisationsreaktion
eingestellt wird, wie zuvor beschrieben, ein Zeitabstand zwischen
diesem Zeitpunkt und dem eigentlichen Startpunkt der Neutralisationsreaktion,
wenn die Schwefelsäure
mit dem Zylinderöl
in Kontakt kommt, erzeugt. Daher besteht das Problem, dass die Neutralisationsreaktionszeit
bis zum Ende der Reaktion nicht genau bestimmt werden kann und auch
die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit nicht genau bestimmt
werden kann.
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K.
Akijama et al.: „Cylinder
Wear Mechanism in an EGR-equipped Diesel Engine and Wear Protection by
the Engine Oil" technische
Broschüren
der Gesellschaft für
Kraftfahrzeugingenieure, Nr. 872158, XP-000879337, USA legt eine
Neutralisationstestvorrichtung gemäß dem einleitenden Teil des
Anspruchs 1 der Erfindung dar, mit einem geschlossenen, aber nicht
druckfesten Behälter.
Die Abhandlung betrifft eine Neutralisationstestvorrichtung und
ein Neutralisationstestverfahren für eine flüssige Probe, wie ein Kraftfahrzeug- und
Motoröl.
Der Behälter
ist nicht druckfest.
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Daher
ist es ein Gegenstand der Erfindung, eine verbesserte Neutralisationstestvorrichtung
und ein verbessertes Neutralisationstestverfahren bereitzustellen.
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Die
oben genannten Ziele können
durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und
4 erreicht werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Dementsprechend
zielt die vorliegende Erfindung drauf ab, die zuvor beschriebenen
Probleme zu lösen,
indem sie eine Neutralisationstestvorrichtung und ein Neutralisationstestverfahren
bereitstellt, welche ermöglichen,
die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit einer flüssigen Probe,
wie eines Schmieröls,
genau zu bestimmen.
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Eine
Neutralisationstestvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst
einen geschlossenen Behälter,
in welchen eine flüssige
Probe gegeben wird; Reagenzeinspritzvorrichtungen zum Einspritzen
eines Reagenz in den geschlossenen Behälter, welches die flüssige Probe
neutralisiert; Temperaturerfassungsvorrichtungen, die innerhalb
des geschlossenen Behälters
vorgesehen sind, um mit der flüssigen
Probe in Kontakt zu kommen zur Bestimmung eines Temperaturanstiegs
der flüssigen
Probe aufgrund der Neutralisation; und Druckerfassungsvorrichtungen,
die innerhalb des geschlossenen Behälters vorgesehen sind, zur
Bestimmung von Veränderungen des
Drucks innerhalb des geschlossenen Behälters, die durch die Neutralisation
hervorgerufen werden; und eine Neutralisationsgeschwindigkeit der
flüssigen
Probe wird bestimmt, indem die Veränderungen der Temperatur der
flüssigen
Probe und die Veränderungen
des Drucks innerhalb des geschlossenen Behälters von diesen Erfassungsvorrichtungen
während
des Zeitablaufs gemessen werden. Die Neutralisationstestvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reagenzeinspritzvorrichtungen
eine Reagenzeinspritzöffnung
aufweisen, die durch den geschlossen Behälter hindurch derart ausgebildet
ist, dass sie durch diesen hindurch dringt, und ein luftdichtes
Dichtungselement, um die Reagenzeinspritzöffnung zu verschließen und
den Innenraum des geschlossenen Behälters luftdicht zu halten;
und das luftdichte Dichtungselement erlaubt einer Injektornadel
zum Einspritzen des Reagenz durch es hindurch zu dringen.
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Hierbei
kann die flüssige
Probe aus einer flüssigen
Substanz, wie Erdölprodukten,
anderen Mineralölen
als Erdöl
und chemischen Verbindungen bestehen, und sie umfasst auch bei normaler
Temperatur feste und halbfeste Fette und Öle. Beispielsweise kann hier
auch Zylinderöl,
welches eines der schweren Schmieröle und bei normaler Temperatur
hoch viskos ist, zu der flüssigen
Probe gehören.
Kurz gesagt, die flüssige Probe
kann hierbei aus einer Substanz bestehen, die unter den Messbedingungen,
wie der Temperatur und dem Druck innerhalb des geschlossenen Behälters, verflüssigt wird.
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Das
luftdichte Dichtungselement umfasst ein Element aus einem weichen
Kunstharz neben einem Element aus einem Elastomermaterial, wie Naturgummi
und synthetisches Gummi. Es umfasst nicht nur nicht aufgeschäumte feste
Substanzen, sondern auch solche, welche die Form einer aufgeschäumten Substanz,
wie Urethanschaum, haben. Es ist festzustellen, dass eine geschlossene
zellartige, aufgeschäumte
Substanz vom Standpunkt des Aufrechterhaltens der Luftdichtigkeit
vorzuziehen ist.
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Kurz
gesagt, das Material des luftdichten Dichtungselementes kann in
geeigneter Weise in Übereinstimmung
mit den erforderlichen Betriebseigenschaften bestimmt werden, wie
dem Durchmesser der Injektornadel, die durch dieses hindurch dringt,
und der Umgebung innerhalb des geschlossenen Behälters.
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Die
Temperaturerfassungsvorrichtungen können beispielsweise aus einem
Thermometer oder einem Thermoelement bestehen, welche eine thermische
Veränderung
erfassen können,
wie die Temperatur oder eine durch die Reaktion hervorgerufene Wärmemenge.
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Die
Druckerfassungsvorrichtungen können
aus einem von vielen bekannten Drucksensoren bestehen, soweit er
Veränderungen
des Drucks erfassen kann.
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Gemäß der oben
beschriebenen vorliegenden Erfindung wird das Reagenz eingespritzt,
indem die Injektornadel zum Einspritzen des Reagenz durch die luftdichte
Dichtungsvorrichtung derart hindurch geführt wird, dass der luftdichte
Zustand innerhalb des geschlossenen Behälters beibehalten wird und
trotz des Einspritzvorgangs keine Veränderung bei den Messbedingungen
eintritt. Dementsprechend wird die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit
akkurat bestimmt.
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Bei
der oben beschriebenen Erfindung wird ein druckfester Behälter eingesetzt,
welcher als geschlossener Behälter
einer hohen Temperatur und einer Hochdruckumgebung standhalten kann.
Dieser druckfeste Behälter
kann einem Druck von ungefähr
1 MPa standhalten und bei diesem eingesetzt werden.
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Da
der Gebrauch des druckfesten Behälters
als geschlossener Behälter
zulässt,
die Bedingungen innerhalb des geschlossenen Behälters auf die Bedingungen der
Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung einzustellen, bedeutet dies,
dass es möglich
wird, das Zylinderöl
direkt durch Aufgabe in den geschlossenen Behälter zu analysieren, und die
Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit kann in dem Zustand bestimmt
werden, der nahe an den tatsächlichen
Gebrauchsbedingungen liegt.
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Ferner
ist vorzugsweise eine Heizvorrichtung an dem geschlossenen Behälter vorgesehen,
um eine Feuchtigkeitsentwicklung in Form von Tau zu vermeiden. Genau
gesagt, ermöglicht
die Anordnung der Heizvorrichtung, eine Feuchtigkeitsentwicklung
in Form von Tau an diesem zu verhindern, welche ansonsten an der
Innenfläche
des geschlossenen Behälters
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
der flüssigen
Probe auftreten würde,
wodurch ermöglicht
wird die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit genauer zu bestimmen.
Die Heizvorrichtung kann geeigneter Weise an der später in der
Beschreibung der Ausführungsform
beschriebenen Stelle vorgesehen sein.
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Vorzugsweise
ist ein Temperaturerfassungsbereich einer Temperatursteuervorrichtung
an der Stelle angeordnet, wo die flüssige Probe und der Temperaturerfassungsbereich
der Temperatursteuervorrichtung in Kontakt kommen. Besonders vorzugsweise
ist der Temperaturerfassungsbereich der Temperatursteuervorrichtung
an der Stelle nahe dem Flüssigkeitsspiegel
der flüssigen
Probe anzuordnen. Der Grund hierfür ist, dass das Einspritzen
des Reagenz, welches die flüssige
Probe neutralisiert, schneller erfasst werden kann, wenn der Temperaturerfassungsbereich
der Temperaturerfassungsvorrichtung an der Stelle nahe dem Flüssigkeitsspiegel
der flüssigen
Probe angeordnet ist.
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Ein
Neutralisationstestverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen geschlossenen Behälter, in welchen eine flüssige Probe
wie Schmieröl
gegeben wird; eine Reagenzeinspritzöffnung, welche mit dem Innenraum
des geschlossenen Behälters
in Verbindung steht, um ein die flüssige Probe neutralisierendes Reagenz über einen
Injektor einzuspritzen, eine luftdichte Vorrichtung, um die Reagenzeinspritzöffnung zu
verschließen
und den Innenraum des geschlossen Behälters luftdicht zu halten,
Temperaturerfassungsvorrichtungen, die innerhalb des geschlossenen
Behälters
vorgesehen sind, um mit der flüssigen
Probe in Kontakt zu kommen zur Bestimmung eines Temperaturanstiegs
der flüssigen
Probe aufgrund der Neutralisation; und Druckerfassungsvorrichtungen,
die innerhalb des geschlossenen Behälters vorgesehen sind, zur
Bestimmung von Veränderungen
des Drucks innerhalb des geschlossenen Behälters, die durch die Neutralisation
hervorgerufen werden; und eine Neutralisationsgeschwindigkeit der
flüssigen
Probe wird bestimmt, indem die Veränderungen der Temperatur der
flüssigen
Probe und die Veränderungen
des Drucks innerhalb des geschlossenen Behälters von diesen Erfassungsvorrichtungen
während
des Zeitablaufs gemessen werden. Das Neutralisationstestverfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, wenn die Temperaturveränderung
der flüssigen
Probe von den Temperaturerfassungsvorrichtungen nach dem Einspritzen
des Reagenz als Startpunkt der Neutralisationsreaktion der flüssigen Probe
bestimmt wird.
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Die
oben beschriebene vorliegende Erfindung ermöglicht Veränderungen in der Temperatur,
wie einen durch die Neutralisationswärme des Reagenz und der flüssigen Probe
verursachten Temperaturanstieg, unmittelbar mit Hilfe der Temperaturerfassungsvorrichtung
zu bestimmen, so dass die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit
der flüssigen
Probe akkurat bestimmt werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Neutralisationstestverfahren
kann geeigneter Weise bei einem Verfahren eingesetzt werden, welches
Schmieröl
als flüssige
Probe und Schwefelsäure
als Reagenz benutzt. Das erfindungsgemäße Neutralisationstestverfahren
kann geeigneter Weise auch als Neutralisationstestverfahren für nicht
verdünntes
Schmieröl
oder unverdünntes
Zylinderöl
insbesondere dann durchgeführt
werden, wenn der druckfeste Behälter
als geschlossener Behälter
eingesetzt wird.
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Die
besonderen Eigenschaften der Erfindung sowie andere Ziele, Einsätze und
Vorteile von dieser werden deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung
und aus den beigefügten
Zeichnungen hervorgehen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht eines inneren Aufbaus einer Neutralisationstestvorrichtung
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht, welche den Aufbau der Reagenzeinspritzvorrichtung
in der Testvorrichtung der oben erwähnten Ausführungsform zeigt;
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3 ist
eine auseinander gezogene Perspektivansicht der Reagenzeinspritzvorrichtung
in der Testvorrichtung der oben erwähnten Ausführungsform; und
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4 ist
eine Schnittansicht, welche eine Reagenzeinspritzvorrichtung zeigt,
die eine Modifizierung der Reagenzeinspritzvorrichtung der oben
erwähnten
Ausführungsform
ist.
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Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird hiernach unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen beschrieben werden.
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1 zeigt
einen inneren Aufbau einer Neutralisationstestvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die Neutralisationstestvorrichtung (Säure-Neutralisationstestvorrichtung) 10 umfasst
einen geschlossenen Behälter 20,
eine Säure-Einspritzvorrichtung 30,
welche eine Reagenzeinspritzvorrichtung bildet, die in dem oberen
Bereich des geschlossenen Behälters 20 vorgesehen
ist, und ein die Säureeinspritzung
erfassendes Thermoelement 40, welches eine Temperaturerfassungsvorrichtung
bildet, die innerhalb des geschlossenen Behälters 20 vorgesehen
ist. Das Zylinderöl 50,
welches eine flüssige
Probe bildet, wird in den Behälter 20 eingeführt.
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Der
geschlossene Behälter 20 weist
ebenfalls einen Hauptkörper 210 auf,
in welchen das Zylinderöl eingeführt wird,
ein Deckelelement 220 zum Verschließen des Hauptkörpers 210,
um ihn luftdicht zu halten, und ein Rahmenelement 230,
das derart vorgesehen ist, dass es den Hauptkörper 210 umgibt und
es direkt mit dem Deckelelement 220 verbunden ist.
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Hierbei
bestehen das Deckelelement 220 und das Rahmenelement 230 aus
Gusseisen und der Hauptkörper 210 besteht
aus monolithischem druckfestem Glas. Der geschlossene Behälter 20 ist
als druckfester Behälter
ausgebildet, der bis zu 1 MPa standhalten kann, wenn diese Elemente
hermetisch miteinander verbunden sind.
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Der
Hauptkörper 210 ist
ein nahezu zylindrisches Element, dessen Boden halbkugelförmig geschlossen
ist, und in dessen oberem Bereich eine Öffnungsseite 211 vorgesehen
ist. Ein Vorsprung 212, der von dem Zylinder radial nach
außen
vorspringt, ist an dem Außenumfang
der Öffnungsseite 211 ausgebildet.
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Eine
Heizvorrichtung 240 zur Steuerung der Temperatur der flüssigen Probe
ist an der äußeren Umfangsfläche nahe
dem Boden des Hauptkörpers 210 vorgesehen.
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Das
Deckelelement 220 ist ein scheibenartiges Element zum Abdecken
der Öffnungsseite 211 des Hauptkörpers 210.
Das Deckelelement 220 ist mit einem Rührwerk 250 versehen
zum Rühren
des Zylinderöls 50 und
mit einem Öltemperatur-Steuerthermoelement 260 zur
Steuerung der Temperatur des Zylinderöls 50 neben der später beschriebenen
Säureeinspritzvorrichtung 30 und
dem Thermoelement 40 zur Erfassung der Säureeinspritzung.
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Das
Rahmenelement 230 ist ein nahezu zylindrisches Element,
welches die Außenfläche des
Hauptkörpers 210 bedeckt
und an dessen Ober- und Unterseite offen ist. Es ist an dem Hauptkörper 210 derart
befestigt, dass es in 1 vertikal beweglich ist.
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Das
Rahmenelement 230 ist auch mit einem auswärts gerichteten
Vorsprung 231 versehen, welcher an der Öffnungsseite an dessen oberer
Seite radial zu dem Außenbereich
des Zylinders hin ausgebildet ist, und mit einem nach innen gerichteten
Vorsprung 232, der radial in das Innere des Zylinders vorspringt.
Eine Heizvorrichtung 233 zur Vermeidung einer Tauentwicklung
ist ebenfalls an der zylindrischen Außenseite des Rahmenelementes 230 vorgesehen.
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Der
Hauptkörper 210 ist
mit dem Deckelelement 220 mit Hilfe des Rahmenelementes 230 verbunden. Das
Deckelelement 220 ist mit dem Rahmenelement 230 nahe
dessen äußerer Umfangskante
durch Bolzen 234 verbunden und das Rahmenelement 230 liegt
auf dem Hauptkörper 210 auf
und ist mit diesem verbunden mit Hilfe eines Kissens 235,
das an der Oberseite des nach innen gerichteten Vorsprungs 232 und
an der Unterseite des Vorsprungs 212 des Hauptkörpers 210 angeordnet
ist.
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Ein
O-Ring 213 ist ebenfalls zwischen der Öffnungsseite 211 des
Hauptkörpers 210 und
der Unterseite des Deckelelementes 220 angeordnet. Wenn
die Bolzen 234 festgezogen werden, werden das Kissen 235 und der
O-Ring 213 zusammengedrückt
und verformt, wodurch somit die Luftdichtigkeit des geschlossenen
Behälters 20 beibehalten
wird.
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Es
ist festzustellen, dass, obwohl nicht in 1 gezeigt,
ein Drucksensor zur Bestimmung eines Druckanstiegs innerhalb des
Systems als Druckerfassungsvorrichtung innerhalb des geschlossenen
Behälters 20 vorgesehen
und mit einem äußeren Drucksensormonitor
verbunden ist, um den Druck innerhalb des geschlossenen Behälters 20 zu
messen.
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Das
Thermoelement 40 zur Erfassung der Säureeinspritzung ist auf der
Seite der Unterseite des Deckelelementes 220 in 1 vorgesehen
und erstreckt sich zusammen mit dem Rührwerk 250 und dem
Thermoelement 260 zur Steuerung der Öltemperatur nach unten.
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Das
Thermoelement 40 zur Erfassung der Säureeinspritzung und das Thermoelement 260 zur
Steuerung der Öltemperatur
sind derart angeordnet, dass ihre Kantenbereiche, welche Temperaturerfassungsbereiche
bilden, bis unter den Flüssigkeitsspiegel
des Zylinderöls 50 reichen,
und dass ihre Hauptenden durch das Deckelelement 220 hindurch
dringen und mit dem äußeren Temperaturdetektor 270 verbunden
sind. Es ist festzustellen, dass der Kantenbereich des Thermoelementes 40 zur
Erfassung der Säureeinspritzung
im Vergleich zu dem Kantenbereich des Thermoelementes 260 zur
Steuerung der Öltemperatur
in dem Bereich nahe dem Flüssigkeitsspiegel
des Zylinderöls 50 angeordnet
ist.
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Das
Rührwerk 250 umfasst
eine Welle 251 und einen Propeller 252, der an
der Kante der Welle 251 vorgesehen und derart angeordnet
ist, dass er zentriert um die Achse drehbar ist, welche sich nahezu
vom Mittelpunkt des kreisförmigen
Deckelelementes 220 aus erstreckt. Das Hauptende der Welle 251 dringt
durch das Deckelelement 220 hindurch und ist mit einem
außerhalb
angeordneten Motor (nicht gezeigt in 1) verbunden.
Es ist festzustellen, dass, obwohl nicht in 1 gezeigt,
kein Gas aus den Bauteilen an den Stellen entweicht, wo sie durch
das Deckelelement 220 geführt sind, da luftdichte Dichtungen
angeordnet sind und die Luftdichtigkeit innerhalb des geschlossenen
Behälters 20 beibehalten
wird.
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Wie
in einer Schnittansicht in 2 und in
einer auseinander gezogenen Ansicht in 3 gezeigt, ist
die Säureeinspritzvorrichtung 30 an
dem oben erwähnten
Deckelelement 220 angeordnet.
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Die
Säureeinspritzvorrichtung 30 weist
eine Säureeinspritzöffnung 300 auf,
welche durch das Deckelelement 220 hindurch läuft, und
einen scheibenartigen Gummistopfen 310, welcher ein luftdichtes
Dichtungselement bildet. Daneben umfasst sie ein Gelenkverbindungselement 320,
das mit der Säureeinspritzöffnung 300 gelenkig
verbunden ist, ein mit dem Gelenkverbindungselement 320 verbundenes
Führungselement 330 zum
Führen
einer Einspritznadel 60 zu der Säureeinspritzöffnung 300 und
ein Befestigungselement 340, welches mit dem Führungselement 330 verbunden
ist zum Befestigen des Gummistopfens 310 an dem Führungselement 330.
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Die
Säureeinspritzöffnung 300 ist
an dem Deckelelement 220 derart angeordnet, dass sie durch
den geschlossenen Behälter 20 dringt.
Entsprechend der Säureeinspritzöffnung 300 ist
ein aufnehmender Schraubenbereich 301 an der Oberseite
des Deckelelementes 220 in 1 ausgebildet,
um mit dem Gelenkverbindungselement 320 verbunden zu werden.
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Der
Gummistopfen 310 ist fast ein scheibenartiges Element,
welches aus Silicongummi ohne Gasdurchlässigkeit von dessen Oberfläche bis
zur Unterseite besteht. Selbst wenn ein kleines Loch entsteht, das von
der Oberfläche
bis zur Unterseite durchdringt, wird es durch die Elastizität des Silicongummis
wieder geschlossen und die Luftdichtigkeit des Gummistopfens 310 wird
beibehalten.
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Wie
aus den 2 und 3 hervorgeht,
ist das Gelenkverbindungselement 320 ein Element mit einer
Form, in welcher Zylinder mit unterschiedlichen Durchmessern an
der Spitze und am Boden gelenkig miteinander verbunden sind. Es
weist einen männlichen
Schraubbereich 321 auf, der auf der Außenfläche des unteren Zylinders mit
einem kleinen Durchmesser ausgebildet ist, und einen weiblichen
Schraubbereich 322, der auf der Innenseite des oberen Zylinders
mit einem großen
Durchmesser ausgebildet ist. Ein verjüngter konvexer Bereich 323 ist
an der Unterseite des weiblichen Schraubbereiches 322 entlang
der Richtung vorgesehen, in welcher sich der Zylinder erstreckt.
Dann wird das Gelenkverbindungselement 320 mit der Säureeinspritzöffnung 300 durch
Verschrauben des männlichen
Schraubbereiches 321 in dem weiblichen Schraubbereich 301 der
Säureeinspritzöffnung 300 verbunden.
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Das
Führungselement 330 ist
ein ungefähr
zylindrisches Element, dessen beide Enden offen sind, und welches,
wie in 2 zu sehen, mit einem flanschartigen Griff 331 versehen
ist, welcher im Mittelbereich des Führungselementes 330 derart
ausgebildet ist, das er radial nach außen vorspringt, und mit einem
männlichen Schraubbereich 332,
der in dem unteren Bereich der Außenfläche des Zylinders ausgebildet
ist, und einem männlichen
Schraubbereich 333, der in dessen oberen Bereich ausgebildet
ist. Ferner ist ein umgekehrt verjüngter konkaver Bereich 334 an
der Endfläche
des unteren Bereiches des Führungselementes 330 in 2 entlang
des äußeren Umfangs
der radialen Endfläche
des Zylinders ausgebildet.
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Dann
wird der männliche
Schraubbereich 332 des Führungselementes 330 in
den weiblichen Schraubbereich 322 des Gelenkverbindungselementes 320 eingeschraubt,
um das Führungselement 330 mit dem
Gelenkverbindungselement 320 zu verbinden und um den konvexen
Bereich 323 des Gelenkverbindungselementes 320 mit
dem konkaven Bereich 334 des Führungselementes 330 mit
Hilfe eines Dichtungsbandes (nicht in den 2 und 3 gezeigt)
hermetisch zu verbinden.
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Das
Befestigungselement 340 ist ein zylindrisches Element,
dessen oberes Ende geschlossen ist, und dessen unteres Ende offen
ist, wie in 2 gezeigt. Ein Einführloch 341 ist
durch dessen oberes Ende ausgebildet, um die Injektornadel 60 einzuführen, und
ein weiblicher Schraubbereich 342 ist an der Innenfläche des
Zylinders ausgebildet.
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Dann
wird der Gummistopfen 310 innerhalb des Zylinders des Befestigungselementes 340 gehalten. Wenn
der weibliche Schraubbereich 342 des Befestigungselementes 340 mit
dem männlichen
Schraubbereich 333 an dem oberen Bereich des Führungselementes 330 verschraubt
wird, wird der Gummistopfen 310 zusammengedrückt und
zwischen dem geschlossenen Ende des Befestigungselementes 340 und
der Oberseite des Führungselementes 330 fixiert.
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Eine
Säure-Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit
des Zylinderöls 50 kann
mit Hilfe der oben beschriebenen Neutralisationstestvorrichtung 10 mit
dem nachfolgenden Vorgehen bestimmt werden.
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Zuerst
wird das Zylinderöl 50 in
den Hauptkörper 210 eingeleitet
und dann wird der Innenraum des geschlossenen Behälters 20 durch
das Deckelelement 220 in den luftdichten Zustand versetzt.
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Dann
wird die Temperatur des Zylinderöls 50 unter
Verwendung des Rührwerks 250 und
der Heizvorrichtungen 240 und 233 zusammen soweit
angehoben wie es erforderlich ist, um die Messbedingungen innerhalb
des geschlossenen Behälters 20 auf
die vorgegebenen Werte einzustellen, wobei die Temperatur durch den
Temperatursensor 270 bestimmt wird, an welchen das Thermoelement 260 zur
Steuerung der Öltemperatur
angeschlossen ist.
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Danach
wird Schwefelsäure,
welche das Zylinderöl 50 neutralisiert,
vorab in den Injektor gefüllt
und die Injektornadel 60 wird in das Innere des geschlossenen
Behälters 20 eingeführt, indem
sie durch den Gummistopfen 310 von einem Loch 341 aus
dringt, das durch das Befestigungselement 340, welches
die Säureeinspritzvorrichtung 30 bildet,
hindurch ausgebildet ist, um eine vorbestimmte Menge an Schwefelsäure in den geschlossenen
Behälter 20 einzuspritzen.
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Unmittelbar
nach dem Einspritzen wird eine Veränderung in der Temperatur des
Zylinderöls 50 durch den
Temperaturdetektor 270 bestimmt, an welchen das Thermoelement 40 zur
Erfassung der Säureeinspritzung
angeschlossen ist, um den Zeitpunkt, wenn die Temperaturveränderung
bestimmt wird, als Startpunkt für die
Säureneutralisation
festzulegen.
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Dann,
nach der Bestimmung des Reaktionsstartzeitpunkts wird der Druckanstieg
innerhalb des geschlossenen Behälters 20 während eines
Zeitablaufs durch den zuvor erwähnten
Drucksensormonitor gemessen, und ein Zeitpunkt, wenn der Druck innerhalb
des geschlossenen Behälters 20 konstant
wird, wird als Neutralisationsreaktionsendpunkt bestimmt.
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Es
ist festzustellen, dass der Druck innerhalb des geschlossenen Behälters 20 aufgrund
von Kohlendioxidgas ansteigt, das während der Neutralisationsreaktion
des Zylinderöls 50,
welches die flüssige
Probe bildet, und der Schwefelsäure,
welche das Reagenz bildet, erzeugt wird.
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Die
oben genannte Ausführung
bringt die folgenden Wirkungen mit sich.
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Da
der Gummistopfen 310 in der Säureeinspritzvorrichtung 30 verwendet
wird, wird das von der Injektornadel 60 verursachte Loch
durch die Elastizität
des Gummistopfens 310 geschlossen, selbst wenn die Injektornadel 60 durch
den Gummistopfen 310 hindurch dringt. Dementsprechend kann
der luftdichte Zustand innerhalb des geschlossenen Behälters 20 aufrechterhalten
und die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit akkurat gemessen
werden, ohne dass irgendein Fehler bei den Messbedingungen durch
Entweichen von Gas oder dergleichen entsteht.
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Da
der Gummistopfen 310 ferner in dem von dem Führungselement 330 und
dem Befestigungselement 340 zusammengedrückten Zustand
befestigt ist, ist die Kraft zum Verschließen des durch die Injektornadel 60 hervorgerufenen
Loches durch die Elastizität
des Gummistopfens 310 ebenfalls groß, so dass der luftdichte Zustand
selbst dann beibehalten werden kann, wenn der Druck innerhalb des
geschlossenen Behälters 20 hoch
ist.
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Da
ferner die Messbedingungen in dem geschlossenen Behälter 20 auf
die Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen eingestellt werden
können,
die nahe denjenigen in dem Innenraum eines tatsächlichen Zylinders sind, indem
der geschlossene Behälter 20 derart
konstruiert ist, dass er bis zu 1 MPa Innendruck aushalten kann,
kann die Säure-Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit
bestimmt werden, die näher
an den tatsächlichen
Bedingungen ist.
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Außerdem kann
die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit in einem Zustand bestimmt
werden, in dem das Zylinderöl 50 leichter
zur Reaktion gebracht (gerührt)
werden kann, durch Verringerung der Viskosität des Zylinderöls 50,
indem der Innenraum des geschlossenen Behälters 20 auf einer
hohen Temperatur gehalten wird. Dementsprechend kann die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit
akkurat bestimmt werden, ohne das Zylinderöl 50 mit Basisöl zu verdünnen.
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Ferner
kann ein Zeitunterschied zu dem tatsächlichen Startpunkt der Neutralisationsreaktion
mehrheitlich vermieden werden, indem der Zeitpunkt, wenn sich die
Temperatur laut der Erfassung des Thermoelementes 40 zur
Erfassung der Säureeinspritzung ändert, als
Startpunkt für
die Neutralisationsreaktion bestimmt wird. Insbesondere kann die
Reaktion mit der Schwefelsäure,
die von dem oberen Bereich des geschlossenen Behälters 20 aus eingespritzt
wird, schnell erfasst werden, indem die Kante des Thermoelementes 40 zur
Erfassung der Säureeinspritzung
nahe dem Flüssigkeitsspiegel
des Zylinderöls 50 angeordnet
wird, und die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit kann auch
in dieser Hinsicht akkurat bestimmt werden.
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Hiernach
werden die Ergebnisse von Versuchen beschrieben, die durchgeführt wurden
zum Vergleich der Leistung der erfindungsgemäßen Neutralisationstestvorrichtung
und des erfindungsgemäßen Neutralisationstestverfahrens
mit derjenigen der Neutralisationstestvorrichtung und des Neutralisationstestverfahrens
des Standes der Technik.
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Die
oben dargelegte Neutralisationstestvorrichtung 10 wurde
als erfindungsgemäße Neutralisationstestvorrichtung
und das oben dargelegte Verfahren wurde als das Neutralisationstestverfahren
eingesetzt.
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Des
Weiteren wurde als Säure-Neutralisationstestvorrichtung
des Standes der Technik eine Vorrichtung mit einem Behälter eingesetzt,
der mit einem Drucksensor, einem Thermometer und einem luftdichten Ventil
(Schwefelsäureeinspritzöffnung)
ausgestattet war, und der als geschlossener Behälter und Vorrichtung zum Einstellen
der Temperatur des in diesen Behälter
eingeführten
Zylinderöls
auf eine vorbestimmte Temperatur verwendet wurde.
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Der
Säure-Neutralisationstest
wurde wie folgt durchgeführt.
Das Zylinderöl
wurde in den geschlossenen Behälter
geleitet und erhitzt. Als die Temperatur eine vorbestimmte Temperatur
erreicht hatte, wurde das luftdichte Ventil geöffnet, um die Schwefelsäure durch
Einführen
einer Injektornadel einzuspritzen. Dann wurde nach dem Schließen des
Ventils eine Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit bestimmt, indem
Veränderungen
der Temperatur innerhalb des Reaktionssystems und Veränderungen
des Drucks innerhalb des geschlossenen Behälters während des Zeitablaufs erfasst
wurden.
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Die
Zusammensetzung der flüssigen
Probe (Zylinderöl),
das für
den Leistungsvergleich benutzt wurde, war wie folgt:
Basisöl | 75,5
Gew.-& |
Alkenil-Bernsteinsäureimid | 0,5
Gew.-% |
TBN
280 Sulfonat | 24,0
Gew.-% |
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Ferner
wurden bei dem Vergleich der Leistung die Zeit bis zur Erfassung
des Ansteigens des Drucks innerhalb des geschlossenen Behälters nach
Einspritzen der Schwefelsäure
und der Druck in dem geschlossenen Behälter 30 Sekunden nach
dem Einspritzen der Schwefelsäure
als charakteristische Werte gemessen. Tabelle 1 zeigt die Messbedingungen.
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Tabelle
2 zeigt die Messergebnisse.
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So
ermöglicht
die Neutralisationstestvorrichtung 10 der vorliegenden
Erfindung, dass der Startpunkt der Säure-Neutralisationsreaktion
akkurat als der Startpunkt des Druckanstiegs erfasst wird und die
Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit des Zylinderöls akkurat
bestimmt wird. Da ferner die Luftdichtigkeit des geschlossenen Behälters 20 sogar
während
der Messung beibehalten wird, verändern sich die Messbedingungen
in dem geschlossenen Behälter 20 nicht
augrund von Entweichen von Gas und dergleichen und die Neutralisationsreaktionsgeschwindigkeit
kann akkurat bestimmt werden.
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Es
ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die
oben dargelegte Ausführung
beschränkt
ist, sondern auch die folgenden Variationen umfasst.
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Obwohl
die Reagenzeinspritzvorrichtung (Säureeinspritzvorrichtung) 30 in
der oben beschriebenen Ausführung
aus der Reagenzeinspritzöffnung
(Säureeinspritzöffnung) 300,
dem Gummistopfen 310, dem Gelenkverbindungselement 320,
dem Führungselement 330 und
dem Befestigungselement 340 besteht, kann auch eine Reagenzeinspritzvorrichtung 90 wie
in 4 gezeigt eingesetzt werden.
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Die
in 4 gezeigte Reagenzeinspritzvorrichtung 90 weist
eine Säureeinspritzöffnung 900 und
den Gummistopfen 310 auf. Ein männlicher Schraubbereich 910 ist
derart ausgebildet, dass er außen
an der Reagenzeinspritzöffnung
vorsteht, und ein Befestigungselement 920 ist mit dem männlichen
Schraubbereich 910 derart verschraubt, dass der Gummistopfen 310 eingeklemmt
und befestigt wird.
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Kurz
gesagt, kann jede Struktur eingesetzt werden, solange sie ermöglicht,
dass der Gummistopfen an der Reagenzeinspritzöffnung befestigt werden und
die Injektornadel dadurch dringen kann, ohne irgendein Entweichen
von Gas zu verursachen, selbst wenn der Druck in dem geschlossenen
Behälter
ansteigt.
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Obwohl
ferner der Säure-Neutralisationstest
unter Verwendung des Zylinderöls 50 für Schiffsmotoren als
flüssige
Probe in der oben beschriebenen Ausführung durchgeführt wurde,
können
Motoröle
für Kraftfahrzeuge
und andere Schmieröle
mit demselben Verfahren gemessen werden. Der gleiche Test kann ebenfalls durchgeführt werden,
indem eine halbfeste Substanz, wie Fett, zur flüssigen Probe geschmolzen wird.
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Obwohl
zudem der Neutralisationsreaktionstest unter Verwendung der Schwefelsäure als
Reagenz in der oben beschriebenen Ausführung durchgeführt wurde,
können
die erfindungsgemäße Neutralisationstestvorrichtung
und das erfindungsgemäße Neutralisationstestverfahren
auch bei einem Neutralisationsreaktionstest eingesetzt werden, welcher
ein Basisreagenz, wie Natriumhydroxid, verwendet.
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Neben
den oben beschriebenen Ausführungen,
können
die konkrete Struktur, die Form u.a. der vorliegenden Erfindung
bei ihrer Implementierung innerhalb des Rahmens der Durchsetzung
des Ziels der vorliegenden Erfindung verändert werden.
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So
ermöglichen
die oben beschriebene erfindungsgemäße Neutralisationstestvorrichtung
und das erfindungsgemäße Neutralisationstestverfahren
die akkurate Erfassung des Startpunkts der Neutralisationsreaktion,
ohne irgendeine Veränderung
bei den Messbedingungen aufgrund von Gasentweichen oder dergleichen
zu verursachen, so dass die Neutralisationsreaktion der flüssigen Probe
akkurat bestimmt werden kann.