Ölstandsanzeiger für ölarme Schalter, deren Schaltgefäss mit einem keramischen Überwurf versehen ist
Die Erfindung bezieht sich auf Ölstandsanzeiger für öl arme Schalter, deren Schaltgefäss mit einem keramischen Überwurf versehen ist. Bei derartigen Schaltern wird zur Kontrolle des Ölstandes bisher beispielsweise eine verglaste Sichtöffnung verwendet; diese Sichtöffnung kann aber nicht in dem keramischen Isolator, sondern nur in einem besonderen metallischen Flansch angebracht werden, was die Herstellung des Schalters erheblich kompliziert und verteuert. Ausserdem kann das Fenster nach Schaltvorgängen im Laufe der Zeit durch Beschlagen mit Ölruss undurchsichtig werden. Man kann den Ölstand auch mit Hilfe eines Schwimmers feststellen, der mittels mechanischer Übertragungseinrichtungen eine Anzeige des Ölstandes liefert.
Derartige Mechanismen sind jedoch störanfällig.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Ablesung des Ölstandes unter Vermeidung der Mängel der bekannten Einrichtungen. Sie besteht darin, dass der Ölraum des Schalters an seinem unteren Ende mit einem Flüssigkeitsmanometer verbunden ist, dessen unterer Teil mit einer schweren Flüssigkeit gefüllt ist, die in dem zur Ablesung bestimmten Steigrohr mit einer leichteren Flüssigkeit überdeckt ist, wobei der Querschnitt des Steigrohres im Ablesebereich mehrfach kleiner ist als im Bereich der Grenzfläche von schwerer und leichter Flüssigkeit. Bei dem Ölstandanzeiger nach der Erfindung wird der relativ hohe Grundbetrag des Öldruckes durch eine kurze Säule schwerer Flüssigkeit abgefangen, wobei jedoch Schwankungen dieses Druckes mit hoher Genauigkeit angezeigt werden.
Da die Baulänge des verwendeten Manometers gering sein kann, kann der Ölstand am Fusse des Schalters abgelesen werden, wobei der Isolationsabstand des Schalters praktisch unvermindert bleibt.
Es sind auch Schalter bekannt, die auf einem ölgefüllten Stützer angeordnet sind, wobei der Ölraum des Stützers mit dem des Schalters in Verbindung steht. In diesem Falle kann das Manometer am Fusse des Stützers angebracht werden.
Bei der Messung des Ölstandes von Schaltern kommt es auf die Feststellung an, ob die vorgeschriebene Ölmenge im Schalter vorhanden ist. Änderungen des Ölniveaus infolge von Temperaturschwankungen sind nicht von Bedeutung. Das gemäss der vorliegenden Erfindung verwendete Manometer hat in dieser Beziehung den weiteren Vorteil, dass es derartige temperaturbedingte Schwankungen des Ölstandes nur stark vermindert anzeigt.
Zur Erzielung einer kompakten Bauweise des Ölstandsanzeigers kann gemäss einer bevorzugten Aus führungsform der Erfindung der druckseitige Teil als Topf ausgebildet sein, der die schwere Flüssigkeit enthält und in den das Steigrohr axial hineinragt. Mit Vorteil ist das Steigrohr aus einem am oberen Ende trichterförmig erweiterten Teil und einem gegenüber der Trichteröffnung verengten, dickwandigen Glasrohr unter Zwischenlage eines Dichtungsringes zusammengesetzt. Als schwerere Flüssigkeit kann beispielsweise Quecksilber, als leichtere Flüssigkeit Öl verwendet sein.
Das Verhältnis der Steigrohr-Querschnitte im erweiterten Bereich und im Ablesebereich ist vorzugsweise mindestens gleich dem Verhältnis der spezifischen Gewichte der beiden Flüssigkeiten.
Die Wirkungsweise des Ölstandsanzeigers nach der Erfindung sei anhand der Fig. 1 im folgenden erläutert.
In Fig. 1 ist mit B ein Behälter bezeichnet, der eine Flüssigkeit F1 mit dem spezifischen Gewicht si, beispielsweise Quecksilber, enthält. In den Queck silbervorrat ragt ein Steigrohr R hinein, das bei W eine Querschnittserweiterung besitzt.
Auf die Oberfläche des Quecksilbers im Behälter B möge ein Druck P wirken; diesem Druck wird im Steigrohr R durch eine Flüssigkeitssäule das Gleichgewicht gehalten, die aus der Flüssigkeit F1 und einer weiteren Flüssigkeit F2 mit einem kleineren spezifischen Gewicht s2, z. B. Ö1, zusammengesetzt ist. Die Höhe der Säule F1 betrage ht, die Höhe der Säule F2 betrage h.,. Der Querschnitt des Steigrohres R hat an der erweiterten Stelle W den Betrag qt, am oberen Ende der Flüssigkeitssäule den Betrag q2.
Der Einfachheit halber sei vorausgesetzt, dass die Oberfläche q0 der Flüssigkeit im Behälter B sehr viel grösser ist als qt, so dass bei Anderungen des Druckes P das Flüssigkeitsniveau im Behälter B sich nicht wesentlich ändert.
Es sei nun angenommen, dass sich der Druck P um den Betrag AP erhöht. Dadurch vergrössert sich die Höhe der Flüssigkeitssäule F1 um den Betrag Seht, die Höhe der Flüssigkeitssäule F2 um den Betrag dhS.
Für den Zusammenhang zwischen dP, dht und 3h, ergibt sich dP=dh,.s,3oh,s, (1)
Anderseits ist Ah2 = Shl-ql dh, q2
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so dass sich Gleichung (1) auch schreiben lässt
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Die Höhenänderung des Meniskus der Säule F2, an der die Druckänderung abgelesen wird, ist in Fig. 1 mit dH bezeichnet.
Für diese Ablese-Differenz gilt: AH=Ah1.ff (4) q2
Damit ergibt sich
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Für die Ablese-Empfindlichkeit, d. h. das Verhältnis von Ablese-Differenz zur Druckdifferenz, erhält man
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Wird beispielsweise das Verhältnis der Querschnitte im Steigrohr gleich dem Verhältnis der spezifischen Gewichte der beiden Flüssgikeiten, also ql : q2 = s1 : 52 gewählt, so ergibt sich auch Glei- chung (5)
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Unter diesen Umständen ist also die Ablese Empfindlichkeit etwas mehr als halb so gross wie bei einem Manometer, das nur mit der leichteren Flüssigkeit gefüllt ist. Wird das Querschnittsverhältnis q : q2 weiter vergrössert, so nähert sich die Ablese-Empfindlichkeit a, wie aus Gleichung (5) ableitbar, dem Grenzwert 1 /s2.
Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, dass der relativ hohe Grundbetrag des Druckes durch eine kurze Säule schwerer Flüssigkeit kompensiert wird. Schwankungen dieses Druckes können am oberen Meniskus einer ebenfalls kurzen Säule leichter Flüssigkeit mit einer Genauigkeit abgelesen werden, die mehrfach grösser ist als bei alleiniger Verwendung der schweren Flüssigkeit.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im einzelnen stellt Fig. 2 eine Seitenansicht des Ölstandsanzeigers dar, während die Fig. 3 und 4 Schnitte längs der Linien III-III bzw. IV-IV wiedergeben.
Das dargestellte Manometer besitzt einen Grundkörper 1 mit einem etwa topfförmigen Innenraum 2.
Der Boden des Innenraumes 2 ist mit einer Quecksilberfüllung 3 bedeckt. In den Raum 2 ragt ein trichterförmiger Einsatz 4 hinein, der den unteren Teil des Steigrohres bildet. Der Trichter 4 stützt sich mit seinem unteren Rand auf den Boden des Behälters 1/2; das Trichterrohr 4a steht über zwei Öffnungen 5 mit dem Quecksilbervorrat 3 in Verbindung. Der Raum 2 ist über eine Bohrung 2a mit dem Ölraum des Ölschalters verbunden, so dass über der Quecksilberfüllung 3 eine Ölfüllung 6 liegt. Zur Verbindung des Manometers mit dem Schalter sind im Grundkörper 1 zwei Bohrungen 7 vorgesehen, durch die Schrauben geführt werden können.
Über der oberen Öffnung des Trichters 4 ist ein dickwandiges Glasrohr 10 angeordnet, das sich über einen Dichtungsring 11 auf den oberen Rand des Trichters 4 abstützt. Der Dichtungsring 11 dichtet gleichzeitig die Fuge zwischen dem Trichter 4 und dem Grundkörper 1 ab. Das Glasrohr 10 ist mit einer Haube 13 überdeckt, die durch vier Schrauben 12 mit dem Grundkörper 1 verbunden ist. Bei der Verschraubung der Haube 13 mit dem Grundkörper 1 wird gleichzeitig das Glasrohr 10 gegen den Dichtungsring 11 gepresst. Die Haube 13 ist mit zwei Sichtöffnungen 14 versehen. Als Anzeigeflüssigkeit im Innenraum 10a des Glasrohres 10 dient Öl. Zum Einfüllen von Quecksilber und Öl ist die Haube 13 mit einer Öffnung 15 versehen, die durch eine Schraube 16 verschlossen werden kann. Der Innenraum des Rohres 10 steht durch einen Kanal 17 mit der Umgebung in Verbindung.
Bei dem dargestellten Manometer verhält sich der Querschnitt des Steigrohres im Bereich der Grenzfläche von Quecksilber-Öl qt zu dem Innenquerschnitt q2 des Glasrohres 10 etwa wie 16 : 1.
Das im Massstab 1:1 dargestellte Manometer misst eine Ölsäule von etwa 1 m Höhe, wobei einer Ände- rung des Ölstandes von 1 cm eine Ablese-Differenz von etwa 0,54 cm am Manometer entspricht.
Zur Dämpfung schlagartiger Druckerhöhungen, wie sie bei einem Schaltvorgang auftreten, kann in der Öffnung 2a oder zwischen ihr und dem Ölraum des Schalters eine nicht dargestellte Drossel vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Kapillare von einigen Zentimetern Länge. Eine derartige Drossel gestattet die Messung des statischen Druckes im Schalter, hält jedoch kurzdauernde Druckimpulse von dem Manometer fern.
Der Einfluss der Temperatur auf die Länge der Ölsäule im Steigrohr des Manometers kann dadurch herabgesetzt werden, dass der ölgefüllte Raum im erweiterten Teil W des Steigrohres (Fig. 1) klein gehalten wird.