DE2828248C3

DE2828248C3 - Elektrodenkopf und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2828248C3
Application number: DE2828248A
Authority: DE
Inventors: Horst 6203 Hochheim Hübner
Original assignee: Schott Gerate GmbH
Current assignee: Schott Gerate GmbH
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1981-10-22
Also published as: CH638616A5; DK156779B; DK156779C; GB2024533B; DE2828248B2; DE2828248A1; US4284321A; GB2024533A; DK272379A

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrodenkopf, insbesondere für eine der elektrochemischen Potentialmessung dienende Elektrode mit einem Ableitungsanschlüsse aufweisenden Elektrodenschaft aus Glas oder Kunststoff, bestehend aus einem koaxialen Ableitungskabel mit wenigstens einem isolierten Innenleiter und einem abschirmenden Außenleiter mit einer Außenisolierung sowie aus einer Elektrodenkappe, die einen Kunststoffmantel zur Aufnahme des Elektrodenschaftendes mit den Ableitungsanschlüssen aufweist, der an seinem Innenumfang mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist, an die der Außenleiter über eine leitende radiale Stirnwand angeschlossen ist und durch die der Innenleiter isoliert hindurchgeführt ist, an den ein Verbindungselement angeschlossen ist, das einem Ableitungsanschluß am Elektrodenschaft zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkopfes.

Ein derartiger Elektrodenkopf ist bereits bekannt (DE-OS 24 15 176). Hier ist der Innenleiter mit seiner Isolierung durch die radiale Stirnwand geführt und mit einer Steckfassung für das kopfseitige Ende einer Normelektrode verlötet. Die Stirnwand wird von einer Metallscheibe gebildet, mit welcher der Außenleiter verlötet ist und an die sich die elektrisch leitende Schicht am Innenumfang des Kunststoffmantels anschließt, die perforiert ausgebildet ist und aus Kupfer oder einem anderen Metall besteht. Diese Schicht erstreckt sich im wesentlichen bis zum freien Ende des Kunststoffmantels, wo auch die Abschirmwirkung endet, da keine Anschlußmöglichkeit bzw. kein dem Außenleiter zugeordnetes Verbindungselement vorgesehen ist. Eine die Stirnwand hintergreifende Einschnürung des Kunststoffmantels liegt zwar an der Außenisolierung des Ableitungskabels an, es bleibt jedoch offen, wie diese Teile zusammengebaut wurden und ob bzw. auf weiche Weise ein dichter Abschluß zwischen diesen Teilen erzielt wird.

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 potentialgebenden Elemente an das Elektrodenkabel angeschlossen. Mittels des Elektrodenkabel wird das elektrostatisch abgeschirmte

Potential zum Meßgerät geleitet Im Fall von Einstabmeßketten wird das Bezugselektrodensignal ebenfalls über das Abschirmgeflecht geleitet

Für die Verbindung des Ableitungskabels mit der Elektrode gibt es eine Reihe von Lösungen (z. B. DE-GM 72 08 139). In den bekannten Konstruktionen ist der äußere Elektrodenkopf §ls Metall- oder Kunststoffhülse ausgebildet, an der wahlweise eine Kabeldurchführung oder aber eine wasserdichte Tülle angebracht ist Weiterhin sind Konstruktionen bekannt bei dener: die Elektrode durch Zusammenschrauben des 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 Meßge- 3C rät 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 Nebenschlußwiderstand kurzgeschlossen oder es entsteht eine Doppelerdung.

— Der Elektrodenkopf ist durch eine Schraubkonstruktion mechanisch fest, jedoch nicht ausreichend feuchtigkeitsdicht verbunden, so daß der für die Messung erforderliche Isolationswiderstand zwischen Kabelseele 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 als Elektrodenkopf oder aber auch bei der Verwendung einer Metallhülse als Elektrodenkopf und diese Metallhülse ist nicht an das Abschirmsystem angeschlossen. Derartig aufgebaute Elektroden sind handempfindlich durch elektrostatische Umladungen.

— Die Kabelseele 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 die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodenkopf der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der eine vollkommene Isolierung des Bezugssignals und der Abschirmung nach außen hin aufweist und eine ununterbrochen durchgehende Abschirmung auch über das äußere Ende des Kunststoffmantels hinaus aufweist, lötfreie Verbindungen zwischen den Ableitungsanschlüssen des Elektrodenschaftes und dem Elektrodenkopf ermöglicht, einen hermetischen Ab-

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50 Schluß zwischen dem Kunststoffmantel und dem Ableitungskabel aufweist und ebenfalls eine hermetisch abschließende Verbindung mit dem Elektrodenschaft gestattet gegenüber allen beim Einsatz zu erwartenden Chemikalien chemisch beständig ist und insbesondere auch schnell und mit geringem Aufwand herstellbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Kunststoffmantel fest an das Ableitungskabel angegossen ist und daß ein weiteres Verbindungselement an der Stirnwand zwischen dem Außenleiter und der elektrisch leitenden Schicht angeschlossen ist

Das Gießen oder Spritzen des Kunststoffs um das Ableitungskabel herum führt nicht nur zu einer festen und zugleich einfachen Verbindung ohne diesbezüglichen Montageaufwand, sondern kann zugleich der gegenseitigen Fixierung von Teilen der Elektrodenkappe in vorgesehener isolierter Lage dienea Durch das dem Außenleiter zugeordnete weitere Verbindungselement wird die Möglichkeit geschaffen, auf einfache Weise die Abschirmung über den Kunststoffmantel hinaus fortzuführen, so daß auch bei vergleichsweise kurzem Kunststoffmantel und aus diesem vorragendem Elektrodenschaft eine vollständige Abschirmung erzielt werden kann.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Elektrodenkopfes ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 11.

Das Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkopfes der vorgenannten Gattung ist dadurch gekennzeichiet. daß ein die metallisch leitende Schicht und die Stirnwand bildender Metallkörper an seinem kabelseitigen End·, mit dem Außenleiter des Ableitungskabels verbunden wird und die Verbindungselemente an den Innenleiter bzw. an die Stirnwand angeschlossen werden, worauf diese Anordnung in eine Gießform eingebracht und mit dem Kunststoffmantel umgössen wird.

Der Vorteil dieser Herstellungsweise ergibt sich bereits aus den vorstehenden Ausführungen und liegt insbesondere in der Einsparung an Montagezeit.

Besteht die elektrisch leitende Schicht innerhalb der Kunststoffkappe ausnahmsweise aus einer aufgetragenen Beschichtung, so kann das Einlegen eines die elektrisch leitende Schicht bildenden Metallkörpers 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 diesen beiden 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 das 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 Ablcitungskabel kommen, ist jeweils mit einem einfachen Handgriff durch Einstecken eines Metalldrahtes 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 Kabelaufziehen 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 anschließend an die Elektrodenkappe erfolgt die Abschirmung durch den Außenleiter des Koaxialkabels bis zum Meßgerät

Die elektrische Isolation von Fremdeinflüssen für die Abschirmung und das Bezugspotential, z. B. Doppelerdung, ist ebenfalls vollständig gewährleistet An den Giasaußenmaniel des Eiekirodenschaftes 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 Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben.

Es stellt dar

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Elektrodenkopf mit einem Innenleiter und innerhalb der Elektrodenkappe vorgesehener Steckbuchsen und
Fig. 2 einen Elektrodenkopf entsprechend Fig. 1, der jedoch im Inneren der Elektrodenkappe mit Steckstiften versehen ist

Der in F i g. 1 dargestellte Elektrodenkopf besteht aus einem Koaxialkabel (1) 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 Herstellvorganges sich nicht berühren. Das Unterteil des Kunststoffrrantels 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 (i2) können auch ais Steckstife (i3) und (14) ausgebildet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodenkopf, insbesondere für eine der elektrochemischen Potentialmessung dienende Elektrode mit einem Ableitungsanschlüsse aufweisenden Elektrodenschaft aus Glas oder Kunststoff, bestehend aus einem koaxialen Ableitungskabel mit wenigstens einem isolierten Innenleiter und einem abschirmenden Außenleiter mit einer Außenisolierung sowie aus einer Elektrodenkappe, die einen Kunststoffmantel zur Aufnahme des Elektrodenschaftendes mit den Ableitungsanschlüssen aufweist, der an seinem Innenumfang mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist, an die der Außenleiter über eine leitende radiale Stirnwand angeschlossen ist und durch die der Innenleiter isoliert hindurchgeführt ist, an den ein Verbindungselement angeschlossen ist, das einem Ableitungsanschluß am Elektrodenschaft zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (9) fest an das Ableitungskabel (1) angegossen ist und daß ein weiteres Verbindungselement (12,14) an die Stirnwand zwischen dem Außenleiter (5) und der elektrisch leitenden Schicht (8) angeschlossen ist.

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 der Kunststoffmantel (9) an seinem offenen Ende (11) die elektrisch leitende Schicht (8) zwecks Berührungsfreiheit durch die Bedienungsperson umgreift.

5. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (9) zylindrisch ausgebildet ist.

6. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel konisch ausgebildet ist.

7. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (9) an seiner Außenseite mit einem Gewinde versehen ist.

8. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitungskabel

(1) in koaxialer Anordnung mit der Elektrodenkappe

(2) vergossen ist.

9. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitungskabel unter einem Winkel an den Kunststoffmantel der Elektrodenkappe angegossen ist.

10. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (9) aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff besteht.

11. Elektrodenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er nur einen Innenleiter (3) aufweist, dessen Verbindungselement (7, 13) in der Achse der Elektrodenkappe (2) angeordnet ist.

12. Verfahren zur Herstellung des Elektrodenkopfes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein die metallisch leitende Schicht und die Stirnwand bildender Metallkörper (8) an seinem kabelseiiigen Ende mit dem Außenleiter (5) des Ableitungskabels (1) verbunden wird und die Verbindungselemente (7, 12; 13, 14) an den Innenleiter (3) bzw. an die Stirnwand angeschlossen werden, worauf diese Anordnung in eine Gießform eingebracht und mit dem Kunststoffmantel (9) umgössen wird.