DE2828248A1

DE2828248A1 - Elektrodenkopf

Info

Publication number: DE2828248A1
Application number: DE19782828248
Authority: DE
Inventors: Manfred Detemple; Horst Huebner
Original assignee: Schott Gerate GmbH
Current assignee: Schott Gerate GmbH
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1980-01-03
Also published as: GB2024533B; DK272379A; US4284321A; GB2024533A; DE2828248B2; DK156779C; DK156779B; DE2828248C3; CH638616A5

Description

Dr, Joachim Rasper

Patentanwalt 62 Wiesbaden

SUrslufiter HSSio 22 ΓιΙ. 54 28

SCHOTT-GERÄTE GMBH

Im Langgewann 5 6238 Hofheim/Ts.

SGH P

Elektrodenkopf

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Die Erfindung betrifft einen Elektrodenkopf, beispielsweise für Elektroden zur elektrochemischen Potentialmessung, bestehend aus einer mit dem allgemein aus Glas bestehenden Elektrodenschaft zu verbindenden Elektrodenkappe, in der Elektrodenkappe angeordneten Kontakten zur Verbindung mit den Ableitungsanschlüssen aus dem Elektrodenschaft, sowie einem koaxialen Ableitungskabel mit einem den oder die Innenleiter isoliert umgebenden, im allgemeinen als Abschirmung dienenden Außenleiter. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrodenkappe.

Meßelektroden haben üblicherweise einen hohen Innenwiderstand (>10 M Ohm). Das Anschlußkabel ist deshalb zur elektrostatischen Abschirmung als Koaxialkabel ausgebildet. Die Kabelseele wird mit dem eigentlichen Meßsystem verbunden. Die konzentrische, die Kabelseele umgebende, meist als dichtes Kupfernetz angeordnete elektrostatische Abschirmung des Kabels wird entweder mit der in der Elektrode konzentrisch um das Meßsystem befindlichen elektrostatischen Abschirmung oder bei Einstabmeßketten mit dem Bezugssystem verbunden, das gleichzeitig als Abschirmung wirkt.

Im Elektrodenkopf solcher Elektroden werden im Regelfall die Innenleiter der potential gebenden Elemente an das Elektrodenkabel angeschlossen. Mittels des Elektrodenkabels wird das elektrostatisch abgeschirmte Potential zum Meßgerät geleitet. Im Falle von Einstabmeßketten wird das Bezugselektrodensignal ebenfalls über das Abschirmgeflecht geleitet.

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Es sind bereits eine Vielzahl von solchen Elektrodenkopfkonstruktionen bekannt:

Der äußere Elektrodenkopf ist entweder als Metall- oder Kunststoffhülse ausgebildet, an der wahlweise eine Kabeldurchführung oder aber eine wasserdichte Tülle angebracht ist. Weiterhin sind Konstruktionen bekannt, bei denen die Elektrode durch Zusammenschrauben der Kopfes montiert wird. Andere Konstruktionen bevorzugen eine zylindrische Gummikappe, durch die das Kabel oben hindurchgeführt wird, und die ihrerseits auf den Glaselektrodenkörper aufgebracht ist. Die Kappe ist bei diesen Konstruktionen entweder durch Verkleben mit Epoxid-Harzen, Silikonharzen oder anderen Klebern bzw. Zementen oder aber durch einfachen Preßsitz mit dem Glaselektrodenkörper verbunden. Das Kabel, bei solchen Elektroden ist in dem sogenannten Elektrodenkopf mit den Innenleitern der Elektrode verbunden. Dieses Anschluß- oder Verbindungskabel wird durch Zusammenlöten oder Schweißen, gelegentlich durch Preßkontakte mit diesen Innenleitern verbunden. Andere Konstruktionen führen die Kabelseele tiefer in die Elektrode ein und kontaktieren mit einem Steckkontakt oder über Metallwolle innerhalb der Elektrode. Der Bezugselektrodenanschluß wird dann durch Pressen oder Löten mit der Abschirmung verbunden, die das Bezugselektrodensignal zum Meßgerät leitet.

Alle bisher bekannten Konstruktionen haben einen oder mehrere der im folgenden aufgeführten Nachteile:

- Die Abschirmung, d.h. bei Einstabmeßketten der Bezugselektrodenanschluß, liegt als Außenmantel nicht isoliert zur Umgebung vor. Bei auftretender Feuchtigkeit oder einer Handberührung des Elektrodenkopfes wird das Bezugssystem über den sich ergebenden Nebenschiußwiderständ kurzgeschlossen oder es entsteht eine Doppel erdung.

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Der Elektrodenkopf ist durch eine Schraubkonstruktion mechanisch fest, jedoch nicht ausreichend feuchtigkeitsdicht verbunden, so daß der für die Messung erforderliche Isolationswiderstand zwischen Kabel seele und Abschirmung des Koaxialkabels nicht auf Dauer eingehalten werden kann.

Der Elektrodenkopf ist überhaupt nicht abgeschirmt, dies ist entweder der Fall bei Verwendung einer Kunststoffhülse aTs Elektrodenkopf oder aber auch bei der Verwendung einer Metall hülse als Elektrodenkopf und diese Metallhülse ist nicht an das Abschirmsystem angeschlossen. Derartig aufgebaute Elektroden sind handempfindlich durch elektrostatische Umladungen.

Die Kabel seele und die Abschirmung werden jeweils durch Löten mit den Innenkontakten verbunden. Dieses Löten birgt die Gefahr von Kaltlötstellen und ist in der Montagezeit aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodenkopf der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der keinen der erwähnten Nachteile aufweist und insbesondere eine vollkommene Isolierung des Bezugssignals und der Abschirmung nach außen hin aufweist, eine ununterbrochen durchgehende Abschirmung besitzt, lötfreie Verbindungen zwischen den Ableitungsanschlüssen aus dem Elektrodenschaft und den Kontakten im Elektrodenkopf ermöglicht, eine hermetisch abschließende Verbindung mit dem Elektrodenschaft gestattet, kürzeste Montagezeiten erlaubt und gegenüber allen beim Einsatz zu erwartenden Chemikalien chemisch beständig ist. Diese Aufgabe wird für einen Elektrodenkopf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenkappe aus einem fest an das elektrodenseitige Ende des Anschlußkabels angegossenen Kunststoffmantel besteht, der an seiner Innenseite mit einer im wesentlichen durchgehenden, elektrisch leitenden Schicht belegt ist, die sich unmittelbar an den im allgemeinen als Drahtgeflecht ausgeführten Außenleiter des Ableitungskabels anschließt, daß der oder die Innenleiter des Ableitungskabels isoliert

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durch die elektrisch leitende Schicht hindurchgeführt und im Inneren der'Elektrodenkappe mit je einem Verbindungselement versehen sind, und daß ein weiteres Verbindungselement für den Außenleiter des Ableitungskabels an der Stirnseite der Elektrodenkappe mit der'elektrisch leitenden Schicht verbunden ist.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Elektrodenkappe sind in Unteransprüchen beansprucht.

Das zugehörige Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein die metallisch leitende Schicht bildender Metallkörper an seinem kabel sei ti gen Ende mit dem Außenleiter des Anschlußkabels und dessen Innenleiter mit den zugehörigen Verbindungselementen verbunden werden, das so entstandene Gebilde in vorgesehener Anordnung in eine Gießform eingebracht und mit einem Kunststoffmantel umgössen wird.

Besteht die elektrisch leitende Schicht innerhalb der Kunststoffkappe ausnahmsweise aus einer aufgetragenen Beschichtung, so kann das Einlegen eines die elektrisch leitende Schicht bildenden Metallkörper in die Gießform entfallen und die Beschichtung nach dem Gießen aufgetragen werden. Zusätzlich kann es erwünscht sein, in die Gießform bereits einen Isolierkörper mit einzufügen, der eine Durchführung des bzw. der Innenleiter durch die elektrisch leitende Schicht darstellt.

Die erfindungsgemäße Ausführung und Herstellungsweise der Elektrodenkappe bieten eine Mehrzahl entscheidender Vorteile. Dadurch daß die Elektrodenkappe direkt an das Ableitungskabel angespritzt wird, ergibt sich zwischen diesenbeiden Teilen eine vollkommen hermetisch abgedichtete, feuchtigkeitsunempfindliche Verbindung. Die im Inneren

der Elektrodenkappe vorgesehene, bevorzugt als Metallhülse ausgeführte, elektrisch leitende Schicht gewährt eine durchgehende Abschirmung des Elektrodenkopfes. Durch die Spritzgieß-Technik ist es möglich, diese innere Metallhülse der Elektrodenkappe auf kürzester Strecke mit dem als Drahtgeflecht ausgebildeten Außenleiter des Ableitungskabels zu verbinden. Der zentrale Innenleiter des Ableitungskabels, der in der Mitte dieser Konstruktion endet, kann leicht mit der entsprechenden Steckbuchse verbunden werden. Eine weitere Steckbuchse wird an der Abschirmung an geeigneter Stelle angebracht, damit daß Bezugselektrodensignal und/oder die Abschirmung ebenfalls leicht an das Innere des Elektrodenschaftes angeschlossen werden können. Diese Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Innenkontakten des Elektrodenschaftes und den Anschlüssen des Elektrodenkopfes, die aus dem Ableitungskabel kommen, ist jeweils mit einem einfachen Handgriff durch Einstecken eines MetalIdrahtes geeigneter Stärke in zugehörige Kontaktbuchsen zu erreichen. Durch diese einfache Stecktechnik wird die Montagezeit für mit Ableitungskabeln versehene Elektroden auf ein überraschend niedriges Maß herabgesetzt. Bemerkenswert ist außerdem, daß die Möglichkeiten für Montagefehler weitaus geringer sind.

Durch die Tatsache, daß das Ableitungskabel fest an die übrige Konstruktion angespritzt ist, entfällt das anderenfalls erforderliche aufwendige und teure Anvulkanisieren oder sonstige Anbringen von betriebssicheren, vor allem feuchtigkeitsdichten Kabeldurchführungen oder Tüllen an dem Elektrodenkopf. Es entfällt weiterhin die Arbeit für das Kabel aufziehen auf Tüllen. Während des Montagevorganges zwischen dem Elektrodenkopf und dem Elektrodenschaft liegt kein abisoliertes Ableitungskabel frei, so daß jegliche Verschmutzung ausgeschlossen ist.

Der Glaskörper des Elektrodenschaftes läßt sich auf einfache Weise durch Vergießen oder Verkitten mittels eines Klebers mit dem neuen Elektrodenkopf verbinden und dadurch hermetisch gegen Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder Salze abschirmen.

Die elektrostatische Abschirmung der Elektrode ist bei dem beanspruchten Aufbau lückenlos. Im unteren, glasummantelten Teil der Elektrode ist die Abschirmung wie üblich nach heutigem Stand der Technik bei Einstabmeßketten durch die Elektrolyt-Lösung, z.B. eine KCl-Lösung, erfüllt. Unmittelbar an die Stelle anschließend, an der diese Elektrolyt-Abschirmung ihre Obergrenze erreicht, setzt die durch die in den Elektrodenkopf eingearbeitete, metallisch leitende Schicht gewährleistete Abschirmung ein. Diese metallisch leitende Schicht, die von außen durch den Kunststoff ummantelt ist, umschließt ihrerseits den obersten, mit dem Verbindungsgießharz oder -zement gefüllten Teil des Elektrodenschaftes. Unmittelbar an- · schließend an die Elektrodenkappe erfolgt die Abschirmung durch den Außenleiter des Koaxialkabels bis zum Meßgerät.

Die elektrische Isolation von Fremdeinflüssen für die Abschirmung und das Bezugspotentiäl, z.B. Doppelerdüng ist ebenfalls vollständig gewährleistet. An den Glasaußenmantel des Elektrodenschaftes schließt sofort das vergossene, kunststoffummantelte Konstruktionsteil des erfindungsgemäßen Elektrodenkopfes an. Der Kunststoff ist bis zum Kabel hin hermetisch dicht und umfaßt noch einen Teil des Kabelaußenmantels, so daß eine vollständige Feuchtigkeitsabdichtung und damit ein hoher Isolationswiderstand nach außen erreicht werden.

Der erfindungsgemäße Elektrodenkopf ist in gleicher Weise für ' Bezugselektroden oder für ähnlich aufgebaute Meßsysteme, wie z.B. Leitfähigkeitsmeßzellen, Doppelplatinmeßelektroden für Polarisationsstrom- oder Polarisationsspannungstitrationen, Sauerstoffelektroden oder aber auch für Temperaturfühler unter Verwendung von z.B. Widerstandsthermometern Pt 100 in variierter Ausführungsform verwendbar. So kann z.B. eine Ausführung für Glaselektroden anstelle von Steckbuchsen mit drahtförmigen Steckstiften ausgebildet sein, die in elektrodenschaftseitig angeordnete Steckbuchsen leicht einsteckbar sind. Die Anzahl der Kontakte kann beliebig variiert werden. Das Ende des Ableitungskabels kann je nach Bedarf mit einem Steckkontakt oder mit Kemmanschlüssen versehen sein.

Im folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Elektrodenkopfes unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Elektrodenkopf mit einem Innenleiter und innerhalb der Elektrodenkappe vorgesehener Steckbuchsen und

Fig. 2 einen Elektrodenkopf entsprechend Figur 1, der jedoch im Inneren der Elektrodenkappe mit Steckstiften versehen ist.

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Der in Fig. 1 dargestellte Elektrodenkopf besteht aus einem Koaxialkabel (J.) und einer kompletten Elektrodenkappe (2). Das Kabel besteht aus dem Innenleiter (3), der Innenisolation (Dielektrikum) (4), dem Abschirmgeflecht (5) und der Außenisolation (6). Der angespritzte Elektrodenkopf (2) besteht aus einem Kunststoffmantel (9), der auch das Kabel teilweise umschließt, der Abschirmhülse (8) und einem extrem hochohmigen Kunststoffjustierteil (10), das gewährleistet, daß die Innenleiter und Außenleiter während des Herste!!Vorganges sich nicht berühren. Das Unterteil des Kunststoffmantels ist am Fuß der Konstruktion (11) geringfügig länger und um die Abschirmung herumgespritzt, damit die Isolation nach außen vollständig gewährleistet ist. Im Inneren des Kopfes endet der Innenleiter in der Kontaktbuchse (7), die auch als Kontaktstift ausgebildet sein kann, und die Abschirmung in der Kontaktbuchse (12), die leitend mit der Abschirmhülse (8) und damit mit dem Abschirmgeflecht des Kabels (5) verbunden ist. Die Kontaktbuchsen (7) und (12) können auch als Steckstifte (13) und (14) ausgebildet sein.

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Claims

Patentansprüche

ν 1.JElektrodenkopf, beispielsweise für Elektroden zur elektrochemischen Potentialmessung, bestehend aus einer mit dem allgemein aus Glas oder Kunststoff bestehenden Elektrodenschaft zu verbindenden Elektrodenkappe, in der Elektrodenkappe angeordneten Kontakten zur Verbindung mit den Ableitungsanschlüssen aus dem Elektrodenschaft, sowie einem koaxialen Ableitungskabel mit einem den oder die Innenleiter isoliert umgebenden, im allgemeinen als Abschirmung dienenden Außenleiter, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektrodenkappe (2) aus einem fest an das elektrodenseitige Ende des Ableitungskabels (1) angegossenen Kunststoffmantel (9) besteht, der an seiner Innenseite mit einer im wesentlichen durchgehenden, elektrisch leitenden Schicht (Abschirmhülse) belegt ist, die sich unmittelbar an den im allgemeinen als Drahtgeflecht ausgeführten Außenleiter (5) des Ableitungskabels (1) anschließt,

daß der oder die Innenleiter (3) des Ableitungskabels (1) isoliert (10) durch die elektrisch leitende Schicht (8) hindurchgeführt und im Inneren der Elektrodenkappe (2) mit je einem Verbindungselement (7, 13) versehen sind, und

daß ein weiteres Verbindungselement (12, 14) für den Außenleiter (5) des Ableitungskabels (1) an der Stirnseite der Elektrodenkappe (2) mit der elektrisch leitenden Schicht (8) verbunden ist.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Elektrodenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente als längliche, sich in axialer Richtung der Elektrodenkappe (2) erstreckende Steckbuchsen (7, 12) zum Einstecken von Anschlußdrähten aus dem Elektrodenschaft ausgebildet sind.
3. Elektrodenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente als drahtartige, sich in axialer
Richtung der Elektrodenkappe (2) erstreckende Steckstifte
(12, 14) ausgebildet sind.
4. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht durch eine Metall hülse (8) gebildet ist.
5. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht aus einem Metall geflecht besteht.
6. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht auf dem
Kunststoffmantel (9) als metallische Beschichtung aufgetragen ist.
7. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht aus einem leitfähigen oder leitfähig gemachten Kunststoff besteht.

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8. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (9) an seinem offenen Ende (11) die elektrisch leitende Schicht (8) zwecks Berührungsfreiheit durch die Bedienungsperson umgreift.
9. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (9) zylindrisch ausgebildet ist.
10. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel konisch ausgebildet ist.
11. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (9) an seiner Außenseite mit einem Gewinde versehen ist.
12. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitungskabel (1) in koaxialer Anordnung mit der Elektrodenkappe (2) vergossen ist.
13. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitungskabel unter einem Winkel an den Kunststoffmantel der Elektrodenkappe angegossen ist.
14. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (9) aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff besteht.

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15. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß er nur einen Innenleiter (3) aufweist, dessen Verbindungselement (7, 13) in der Achse der Elektrodenkappe (2) angeordnet ist.
16. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkopfes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein die metallisch leitende Schicht bildender Metallkörper (8) an seinem kabelseitigen Ende mit dem Außenleiter (5) des Ableitungskabels (1) und des Innenleiters (3) mit den zugehörigen Verbindungselementen (7, 13} verbunden werden, das so entstandene Gebilde in vorgesehener Anordnung in eine Gießform eingebracht und mit einem Kunststoffmantel (9) umgössen wird.

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