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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Kompensator, insbesondere für einen
Dichtewächter,
und einen Dichtewächter,
in dem ein solcher Kompensator eingesetzt ist.
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Ein
Dichtewächter
ist ein Druckmessgerät mit
Kompensation des Temperatureinflusses zur Messung von Gasdichte.
Dichtewächter
werden unter anderem dazu eingesetzt, die Dichte eines in einen
zu überwachenden
Raum eingefüllten
Gases zu überwachen.
Beispiel einer solchen Anwendung sind Hochspannungs- und Mittelspannungsschalter,
die bevorzugt mit Schwefelhexaflourid (SF6)
befüllt
sind. SF6 zählt zu den schwersten bekannten
Gasen und weist hervorragende elektrische Isoliereigenschaften auf.
Die Qualität
der Isolation von mit SF6 oder einem anderen
Gas isolierten Schaltanlagen und eine Abschaltfähigkeit der Schaltanlagen sind
abhängig
von der Dichte des Gases.
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Stand der Technik
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Zur Überwachung
der Dichte des Gases werden Dichtewächter eingesetzt, die eine Änderung
der Gasdichte als Druckänderung
erfassen und anzeigen. Da sich der Gasdruck jedoch mit einer Änderung der
Temperatur in dem zu überwachenden
Raum ebenfalls ändert,
ohne die Dichte des Gases wesentlich zu beeinflussen, ist es erforderlich,
derartige Änderungen
der Temperatur zu kompensieren.
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Aus
der
CH 660 630 A5 ist
dazu ein Dichtewächter
bekannt, bei dem ein Bimetallstreifen in einem Druckfühler als
Temperaturkompensator dient. Durch den Bimetallstreifen wird ein
von dem Fühler gefühlter Druckunterschied
kompensiert, der lediglich auf einer Änderung der Temperatur beruht.
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6 zeigt
einen Dichtewächter
gemäß einem
weiteren Stand der Technik, bei dem der Druck in einem überwachten
Raum mittels eines Rohrmanometers gemessen wird. Ein Anschluss 21 dient zum
Verbinden des Dichtewächters
mit einem zu überwachenden
Raum. Mit einem Rohrmanometer 23 wird der Druck des zu überwachenden
Raums gemessen und dort von einer Anzeigevorrichtung angezeigt,
die nicht dargestellt ist. Zur Kompensation einer Änderung
der Temperatur in dem überwachten Raum
dient ein Hohlkörper 51,
der über
ein Kapillarrohr mit einem Temperaturfühler in Verbindung ist. Der
Hohlkörper
und das Kapillarrohr sind im Allgemeinen mit einem Gas, beispielsweise
Stickstoff gefüllt. Über eine
Membran wird die durch die Änderung der
Temperatur bedingte Änderung
des Volumens des Gases auf das Manometer übertragen, so dass der durch
die Änderung
der Temperatur bedingte weg des Druckfühlers kompensiert wird und
dadurch in der Anzeige keine Änderung
eintritt.
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Allerdings
sind bei der vorstehend beschriebenen Lösung verhältnismäßig aufwändige Kompensationssysteme
erforderlich, um den erforderlichen Weg zu erreichen, so dass ein
entsprechend großer Bauraum
erforderlich ist. Weiterer Nachteil ist, dass diese Systeme mit
hohen Drücken
gefüllt
werden müssen,
um ein entsprechend benötigtes
Ansprechverhalten zu erlangen.
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Aus
der Druckschrift 23 60 256 A1 ist eine Anzeigevorrichtung für Mess-
und Regelzwecke bekannt, in der ein elastischer Balg unter anderem
mit temperaturabhängiger
Ausdehnungsflüssigkeit,
z. B. mit Terpentin, gefüllt
ist. Der Balg selbst besteht aus Bronze und dient zum Ausgleichen
von Temperaturunterschieden.
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Aus
der
GB 596 993 ist ein
Meßsystem
bekannt, das mit Quecksilber befüllt
ist. Zum Kompensieren von Temperaturunterschieden ist in diesem Meßsystem
ein mit Quecksilber gefüllter
Balg vorhanden.
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Darstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Kompensator bereitzustellen, der
bei kompakter Bauweise eine genaue Kompensation eines großen Wegs
ermöglicht,
sowie einen Dichtewächter
bereitzustellen, in dem der Kompensator eingesetzt ist.
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Technische Lösung
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch einen Kompensator nach Anspruch
1 und durch einen Dichtewächter
nach Anspruch 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
aufgezeigt.
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Vorteilhafte Wirkungen der
Erfindung
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Erfindungsgemäß weist
ein Kompensator, der insbesondere in einem Dichtewächter eingesetzt werden
kann, zwei koaxial liegende, voneinander beabstandete Anschlusselemente
und einen Balg auf. Eines der Anschlusselemente weist dabei eine
Anschlussbohrung auf. Der Balg verbindet die Hülsen. Der Balg ist dabei besonders
dünnwandig
ausgebildet. Dies geschieht entweder in einem Vorgang, bei dem Metallmoleküle in der
Endform des Balgs abgelagert werden, oder durch Umformung von dünnem Blech.
Vorteilhaft erlangt der Balg bei dieser Herstellung und durch seine
Wandstärke
eine geringe Federhärte,
Steifigkeit bei hoher Maßhaltigkeit.
Insbesondere dann, wenn Rückstellkräfte eines
Rohrfedermanometers auf den Balg wirken, ist ein im Sinn der Federhärte weicher
Balg von Vorteil, da dieser durch geringe Eigenkräfte die
Rohrfeder wenig beeinflusst.
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Das
Innere des Balgs bildet mit der Anschlussbohrung in dem einen Anschlusselement
einen Raum, der zur Aufnahme eines Fluids geeignet ist. Eine temperaturbedingte Änderung
des Fluidvolumens bewirkt eine Ausdehnung oder eine Kontraktion
des Balgs in Längsrichtung,
wobei diese Längenänderung
die gewünschte
Kompensatorwirkung ist.
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Bevorzugte
Verfahren zur Ausbildung des Balgs können dabei galvanisches Abscheiden,
eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Sputtern sein.
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Ein
bevorzugtes Metall zur Herstellung des Balgs kann zum Beispiel Nickel
sein. Alternativ kann aber auch jedes andere zum Einsatz mit einem
der oben genannten Verfahren genannte Metall zur Herstellung des
Balgs eingesetzt werden.
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Der
erfindungsgemäße Kompensator
kann vorteilhaft an den beiden Anschlusselementen einen Befestigungsflansch
aufweisen. Die Befestigungsflansche dienen zur Befestigung an einem
Gerät,
in das der Kompensator eingebaut werden kann, wie z. B. einem Dichtewächter.
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Die
Anschlussbohrung in dem einen Anschlusselement kann vorteilhaft
zum Anschließen
eines Kapillarrohrs vorgesehen sein.
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Vorteilhaft
kann der Balg mittels Weichlötung fluiddicht
mit den Anschlusselementen verbunden sein. Bei einer Weichlötung liegt
die Verflüssigungstemperatur
des Lots bei maximal 450°.
Alternativ eignet sich auch z. B. Laserschweißen.
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Anstelle
der Weichlötung
oder des Laserschweißens
können
auch andere Verbindungsarten wie z. B. Wolfram-Inertgas-Schweißen oder
Kleben eingesetzt sein, um die Verbindung des Balgs mit den Hülsen sicherzustellen.
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Die
Wandstärke
des Balgs kann vorteilhaft zwischen 0,02 und 0,07 mm liegen. Diese
Wandstärke
stellt ausreichend geringe Eigenstellkräfte bei hinreichender mechanischer
Stabilität
und Dichtigkeit sicher. Vorteilhaft kann die Länge des Balgs außerdem in
einem Bereich von 8 bis 10 mm und der Durchmesser des Balgs in einem
Bereich von 5 bis 7 mm liegen.
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Erfindungsgemäß kann auch
ein Kapillarrohr mit der Anschlussbohrung verbunden sein, das an seinem
von dem Kompensator entfernten Ende einen Fühler aufweist. Innerhalb des
Fühlers,
des Kapillarrohrs und des Kompensators befindet sich hierbei eine
Flüssigkeit.
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Ein
erfindungsgemäßer Dichtewächter weist einen
Außenanschluss
zum Anschließen
an einen zu überwachenden
Raum und eine zwischen dem Außenanschluss
und einer Anzeigeeinrichtung angeordnete Messeinrichtung auf, die
eine Dichte oder einen Druck in dem zu überwachenden Raum anzeigen
oder messen. Zwischen dem Außenanschluss und
der Anzeigeeinrichtung ist ein erfindungsgemäßer Kompensator vorgesehen,
wie er vorstehend beschrieben wurde.
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Vorteilhaft
kann das Innere des Balgs über ein
Kapillarrohr mit einem Fühler
in Verbindung stehen. Der Fühler
ist in dem zu überwachenden
Raum anbringbar. Der Balg des Kompensators, das Kapillarrohr und
der Fühler
können
hierzu vollständig
mit einer Flüssigkeit
gefüllt
sein.
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Der
Balg des Kompensators kann vorteilhaft über Befestigungsflansche drehgelenkig
an der Messeinrichtung bzw. an der Anzeigeeinrichtung gelagert sein.
Wenn eine der beiden Befestigungen lös- und verstellbar ist, kann
dies ein einfaches und genaues Einstellen des Kompensators ermöglichen.
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Bevorzugt
kann bei dem Dichtewächter
als Messeinrichtung ein C-förmiges Rohrmanometer (23)
eingesetzt sein.
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Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
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In
den Figuren zeigt:
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1 eine
geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Kompensators;
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2 eine
ungeschnittene Ansicht des Kompensators;
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3 eine
teilweise geschnittene Ansicht eines Dichtewächters, in dem ein Kompensator
eingesetzt ist;
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4 eine
geschnittene Ansicht eines mit dem Kompensator verbundenen Kapillarrohrs
mit einem Fühler;
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5 eine
ungeschnittene Ansicht eines mit dem Kompensator verbundenen Kapillarrohrs
mit einem Fühler;
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6 einen
Dichtewächter
mit einem gasgefüllten
Kompensator gemäß dem Stand
der Technik, der beispielsweise aus einem Blech einer Kupferlegierung
gefertigt wird.
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Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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Ein
Beispiel für
einen erfindungsgemäßen Kompensator
wird mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
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Der
Kompensator besteht im Wesentlichen aus zwei als Anschlusselemente
dienenden Hülsen 1 und 3,
die mittels eines Balgs 15 miteinander verbunden sind.
Der Balg 15 ist mittels eines galvanischen Abscheidungsverfahrens
aus Nickel hergestellt. Der Balg 15 ist durch eine Weichlötung, bei
der das Lot eine Temperatur von maximal 450° erreicht, mit den Hülsen 1, 3 verbunden.
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Die
Hülsen 1, 3 weisen
jeweils einen Flansch 9 und 11 auf, der dazu dient,
den Kompensator bei dem Einbau in ein beliebiges Gerät wie z.
B. einen Dichtewächter
zu montieren. Durch entsprechende Bolzen, Schrauben usw. ist somit
eine lösbare
und drehgelenkige Befestigung des Kompensators an dem Gerät möglich, in
das er eingebaut wird.
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In
der einen Hülse 1 befindet
sich eine Anschlussbohrung 13, die in einem inneren Bereich
der Hülse
erweitert ist. In der zweiten Hülse 3 befindet sich
ein Sackloch 7. Es ist bevorzugt, diese Löcher so klein
wie möglich
zu gestalten, da das Innere des Kompensators ein möglichst
kleines Aufnahmevolumen haben soll.
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Als
Aufnahmevolumen des Kompensators ist der freie Raum innerhalb des
Kompensators zu verstehen, der bei der Verwendung des Kompensators mit
einem Fluid befüllbar
ist. Durch ein möglichst
kleines Aufnahmevolumen wird erreicht, dass eine geringe Volumenänderung
ein gutes Ansprechen des Kompensators und eine große Verstärkung ermöglicht.
Bevorzugt wird als Fluid eine weitgehend inkompressible, für einen
großen
Temperaturbereich viskos vorliegende Flüssigkeit wie z. B. Silikonöl oder Xylol
eingesetzt.
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3 zeigt
einen Dichtewächter
mit dem soeben beschriebenen Kompensator. Der Kompensator ist dabei über den
ersten Flansch 9 und einen Bolzen an einem als Rohrbiegefeder
ausgeführten C-förmigen Druckfühler 23 des
Dichtewächters
drehgelenkig angebracht. Das Manometer dient als Druckmesseinrichtung
und ist über
einen Außenanschluss 21 mit
einem nicht dargestellten, zu überwachenden
Raum verbunden. Eine Änderung
des Drucks bzw. der mit dem Druck zusammenhängenden Dichte in dem zu überwachenden
Raum bewirkt dabei eine Änderung
der Form der Biegefeder 23.
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Der
zweite Flansch 11 des Kompensators ist über eine Schraube lösbar mit
einem in einem Zahnradsegmenthebel 27 einer Anzeigeeinrichtung 25 vorgesehenen
Langloch 29 verbunden. Durch das Lösen der Schraube und Verschieben
der Schraube in dem Langloch 29, kann die Lage des Zahnradsegmenthebels,
Anlenkungspunkt bezüglich
des Endes der Rohrbiegefeder 23 eingestellt werden.
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Die
Anschlussbohrung 13 des Kompensators ist mit einem in 4 und 5 gezeigten
Kapillarrohr 17 verbunden, an dessen zweitem Ende sich
ein Fühler 19 zum
Fühlen
einer Temperatur befindet. Das Kapillarrohr 17 und der
Fühler 19 entsprechen
im Wesentlichen den aus dem Stand der Technik der 6 bekannten
Bauteilen und werden daher nicht genauer beschrieben.
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Der
Fühler 19 ist
in dem zu überwachenden Raum
angeordnet. Außerdem
sind der Fühler 19,
das Kapillarrohr 17 und der Aufnahmeraum des Balgs 15 vollständig mit
einer Flüssigkeit
wie Xylol oder Silikonöl
gefüllt.
Das Kapillarrohr 17 weist dabei eine Länge auf, die einem Abstand von
dem mit einem unter Überdruck
stehenden Gas befüllten,
zu überwachenden
Raum zu einem Kontroll- und Steuerraum entspricht, in dem der Dichtewächter angeordnet
ist.
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Zum
Einsatz des Dichtewächters
wird der Fühler 19 in
dem zu überwachenden
Raum montiert. Eine Änderung
der Temperatur in dem zu überwachenden
Raum bewirkt eine Änderung
des Gasdrucks in dem zu überwachenden
Raum und damit eine Auslenkung der Rohrbiegefeder 23, obwohl
sich immer noch dieselbe Menge Gas in dem zu überwachenden Raum befindet.
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Durch
die Änderung
der Temperatur in dem zu überwachenden
Raum ändert
sich jedoch auch die Temperatur in dem Fühler 19, sodass sich
die Flüssigkeit
in dem Fühler
bei einer Temperaturerhöhung
ausdehnt und bei einem Sinken der Temperatur zusammenzieht, d. h.
das Volumen der Flüssigkeit
in dem Fühler 19,
dem Kapillarrohr 17 und dem Aufnahmevolumen des Kompensators
d. h. im Balg. Diese Änderung
des Flüssigkeitsvolumens
wird durch ein im Wesentlichen lineares Ausdehnen bzw. Zusammenziehen
des Balgs 15 aufgenommen. Idealerweise wird hierfür der Balg
so befüllt,
dass er über
den gesamten Bereich der Arbeitstemperatur einen positiven, elastischen
Gegendruck auf die Flüssigkeit ausübt.
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Die
Längenänderung
des zwischen der Rohrbiegefeder 23 und dem Zahnradsegmenthebel 27 angeordneten
Balgs 15 gleicht die Auslenkung der Rohrbiegefeder 23 durch
die temperaturbedingte Änderung
des Drucks aus, sodass im Ergebnis keine Änderung der Anzeige auftritt.
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Durch
die Kompensation mit dem Kompensator gemäß der Erfindung, ist sichergestellt,
dass sich die Anzeige des Dichtewächters nur bei Änderung
der Gasmenge, Gasdichte oder einem tatsächlichen Austreten des Gases
aus dem zu überwachenden
Raum ändert
und entsprechende Alarme ausgelöst
werden können.
Dies geschieht beispielsweise durch nicht dargestellte Auswertungen
am Zeigerwerk des Dichtewächters.