DE1084042B - Vorrichtung zum Einstellen des Fluessigkeitsstandes in einem Gefaess - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Flüssigkeitsspiegels in einer hydraulischen Anlage bei begrenzten Änderungen des Flüssigkeitsvolumens. Für dieses Einstellen eines Flüssigkeitsstandes in einem Gefäß sind bereits einfache Vorrichtungen, wie z. B. ein durch einen Schwimmer und einen überlauf gesteuerter Hahn bekannt sowie auch schon verschiedene mit Hilfsmotoren oder mit Pumpen arbeitende und eine äußere Energiequelle erfordernde Regelsysteme. Diese Vorrichtungen sind im allgemeinen nicht umkehrbar. Weiterhin ist auch eine als hydraulischer Speicher wirksame Vorrichtung bekannt, welche in einer hydraulischen Anlage die erheblichen Druckunterschiede beseitigt, die durch die Unterschiede in der Augenblicksleistung bei den die Anlage und die Energieverbraucher speisenden Pumpen bedingt sind. Diese aus einem gewichtsbelasteten Kolben bestehende Vorrichtung kann infolge der Reibungen in der Stopfbüchse nicht für die genaue Aufrechterhaltung eines ao konstanten Flüssigkeitsspiegels verwendet werden.

Ferner ist es bei selbsttätig arbeitenden Gasanalysatoren bekannt, einen Hilfsbehälter mittels einer auf ihn wirkenden Kraft derart zu steuern, daß die Flüssigkeit in einem Meßgefäß periodisch auf eine bestimmte Spiegelhöhe gebracht wird. Demgegenüber handelt es sich nach der Erfindung um die Lösung der Aufgabe, den Flüssigkeitsstand in einem Behälter ständig aufrechtzuerhalten. Ebenso hat man nicht zu diesem Zweck, sondern lediglich zum Messen des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter bereits einen Tauchkörper vorgeschlagen, der zum Gewichtsausgleich unter der Wirkung einer Feder steht und sich entsprechend der Änderung der vom Flüssigkeitsstand abhängigen Auftriebskraft verschiebt.

Nach der Erfindung wird eine genau und rasch arbeitende Vorrichtung zum Einstellen des Flüssigkeitsstandes in einem Gefäß unter Verwendung eines mit diesem kommunizierenden Hilfsbehälters oder eines in die Flüssigkeit im Gefäß teilweise hineinragenden Tauchkörpers und mit selbsttätiger Änderung des Flüssigkeitsstandes im Gefäß infolge Höhenverstellung des Hilfsbehälters oder des Tauchkörpers dadurch geschaffen, daß eine an dem Hilfsbehälter oder dem Tauchkörper, angreifende und gegensinnig zu dessen Gewicht wirkende Kraft um einen dem Absinken der Flüssigkeit in dem Hilfsbehälter oder dem Verschieben des Tauchkörpers entsprechenden Betrag zunimmt und umgekehrt, so daß der Flüssigkeitsspiegel in dem Gefäß aufrechterhalten wird.

Die an dem Hilfsbehälter oder Tauchkörper angreifende Gegenkraft kann durch eine Feder mit linearer Charakteristik ausgeübt werden. Statt dessen kann sie auch durch eine mit Gegengewicht arbeitende Vorrichtung zum Einstellen des Flüssigkeitsstandes in einem Gefäß

Anmelder:

Compagnie Francaise Thomson-Houston, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. C. elemente, Patentanwalt, Deggendorf, Krankenhausstr. 26

Beanspruchte Priorität: Frankreich, vom 9. Februar 1955

Charles Beurtheret, St. Germain-en-Laye (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

Hängewippe erzeugt sein, bei welcher der Hilfsbehälter oder Tauchkörper an einem Kabel aufgehängt ist, das auf einer Kreisscheibe abläuft, die mit einer Kurvenscheibe gekuppelt ist, die ein Kreisevolventenprofil aufweist, auf dem ein in ein Gegengewicht endendes Kabel geführt ist.

Die Zeichnung zeigt in mehreren Ausführungsbeispielen die Vorrichtung nach der Erfindung.

Abb. 1 und 2 veranschaulichen schematisch in allgemeiner Form das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip.

Abb. 1 läßt die daraus sich ergebende hydrostatische Wirkungsweise bei Verwendung eines mit dem Flüssigkeitsgefäß kommunizierenden verschiebbaren Hilfsbehälters und

Abb. 2 bei Benutzung eines in die Flüssigkeit im Gefäß teilweise hineinragenden Tauchkörpers erkennen;

Abb. 3, 4 und 5 stellen drei einfache Verwirklichungen der an dem Hilfsbehälter, oder Tauchkörper angreifenden Gegenkraft dar;

Abb. 6 zeigt schematisch die Verbindungen des verschiebbaren Hilfsbehälters mit der hydraulischen Anlage für den Fall, daß diese vollständig geschlossen ist;

Abb. 7 und 8 veranschaulichen schematisch zwei abgeänderte Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung.

Gemäß Abb. 1 dient der bewegliche Hilfsbehälter 1 zur Aufrechterhaltung eines konstanten Flüssigkeitsspiegels 2 in dem Gefäß 3, das mit ihm durch zwei biegsame Rohre 4 und 5 · in Verbindung steht, von

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denen das Rohr 5 für den Fall vorgesehen ist, daß die hydraulische Anlage ganz geschlossen ist und in ihr ein von der Atmosphäre verschiedener Druck herrscht oder die Berührung der Flüssigkeit mit der Atmosphäre verhindert werden soll. Wie Abb. 2 zeigt, kann an Stelle des mit dem Gefäß 3 kommunizierenden Hilfsbehälters auch im Inneren des Gefäßes 3 ein Tauchkörper 1' angeordnet sein, der teilweise in die Flüssigkeit im Gefäß 3 hineinragt.

Wenn Φ die an dem Behälter 1 angreifende hydrostatische Kraft, P das Gewicht des Behälters 1, F die Gegenkraft, S der Querschnitt des Behälters 1 in der Ebene des Flüssigkeitsspiegels 2, S' die freie Flüssigkeitsoberfläche in der ganzen hydraulischen Anlage und D die Dichte der Flüssigkeit sowie Z-Z' die Verschiebungsrichtung des Hilfsbehälters 1 oder Tauchkörpers 1' ist, so wird bei einer Vergrößerung des Gesamtvolumens V der Flüssigkeit um den Wert AV

der Flüssigkeitsspiegel um den Wert — A% = —ψ- ansteigen, und die auf den Behälter 1 wirkenden hydrostatischen Kräfte werden nach der Gleichung zunehmen:

ΔΦ =

S'

■ Δ V = — At ■ S ■ D .

deren sie unter der. Einwirkung des Leergewichtes P des Hilfsbehälters 1 eine Teilverlängerung

erleidet. Dann wird, wenn der Hilfsbehälter 1 mit einer Flüssigkeitsmenge vom Gewicht Φ und der Dichte D gefüllt ist, die Feder 13 bei linearer Charakteristik zusätzlich um den Betrag verlängert:

. Φ

^{ä 1e}

Nach Abb. 4 wird die Gegenkraft F durch einen mit lotrechter Achse angeordneten Zylinder 16 vom Quer-

schnitt S"' ausgeübt, der den Hilfsbehälter 1 trägt und in eine in einem Gefäß 15 enthaltene Flüssigkeit von der Dichte d taucht. Der Zylinder 16 erfährt unter der Gewichtszunahme A P des Behälters 1 eine lotrechte Verschiebung von der Größe As. Wenn das Gefäß 15 über seine ganze Höhe einen konstanten Querschnitt 6"' aufweist, wird in ihm das Eintauchen des Zylinders 16 zunächst eine Flüssigkeitsmenge S'" - A ζ verdrängen, so daß der Flüssigkeitsspiegel um den Wert

Das Gleichgewicht ist demnach gestört. Es wird dadurch wiederhergestellt, daß im Falle einer Anordnung nach Abb. 1 der Hilfsbehälter sich nach unten und im Falle einer Anordnung nach Abb. 2 der Tauchkörper 1' sich nach oben verschiebt. Ändert sich dabei der Querschnitt S, so ändern sich die hydrostatischen Kräfte Φ und die Gegenkräfte F entsprechend.

Wenn nach der Erfindung die Gegenkraft F der Gesetzmäßigkeit AF= -D-S-Al gehorcht, wird das Gleichgewicht der Kräfte sich wieder einstellen, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Gefäß 3 seine Ausgangsstellung wieder erreicht hat. Die gleichen Erscheinungen werden in entgegengesetzter Richtung auftreten, wenn das Volumen V eine Verminderung erfährt, d. h. der Flüssigkeitsspiegel absinkt.

Hat der Hilfsbehälter 1 über seine Höhe einen gleichbleibenden Querschnitt S, ist er z. B. zylindrisch oder prismatisch ausgebildet, und wird seine Achse durch eine nicht dargestellte Vorrichtung lotrecht gehalten, so gilt für die an dem Hilfsbehälter 1 angreifende Gegenkraft allgemein die Beziehung: F = —const · ι. Diese hält der Summe aus dem Leergewicht P des Hilfsbehälters 1 in Abb. 1 und dem Gewicht φ der in diesem befindlichen Flüssigkeit oder der Summe aus dem Gewicht des Tauchkörpers 1' in Abb. 2 und dem Gewicht der durch diesen verdrängten im Gefäß 3 befindlichen Flüssigkeit das Gleichgewicht, und der Flüssigkeitsspiegel 2 bleibt in seiner Höhe im Raum unabhängig von der Lage des längs seiner AchseZ-Z' verschiebbaren Hilfsbehälters 1 oder Tauchkörpers 1' bestehen.

Die Gegenkraft F kann auf verschiedene Weise unter Zuhilfenahme der in der Mechanik hierfür zur Verfügung stehenden technischen Mittel erzeugt werden. Beispielsweise ist nach Abb. 3 eine Feder 13 zur Erzielung der Gegenkraft F verwendet, welche im unbelasteten und in dem durch das Leergewicht des Hilfsbehälters 1 bzw. in dem durch dieses und das Flüssigkeitsgewicht belasteten Zustand in Abb. 3 veranschaulicht ist.

Da die Kraft F einer Feder in den normalen Beanspruchungsgrenzen sich nach der Gleichung F=- kl ändert, so genügt es, eine Feder 13 zu wählen, welche die erforderliche Gesamtverlängerung 3 erfahren kann und dabei eine Kraft auszuüben vermag, auf Grund Ah =

S'" -Az

Q/f Ο'"

steigt.

Die Gesamtänderung der, Eintauchtiefe des Zylinders 16 in die Flüssigkeit des Behälters 15 beträgt somit / S'" Az+ Ah = AzIl -\

und bewirkt eine Vergrößerung der an dem Zylinder 16 angreifenden Auftriebskraft:

AF = S'"d-[i +

Durch Verbindung des Behälters 1 vom Querschnitt 6* mit dem Zylinder 16 vom Querschnitt S'" und durch Verwendung eines Tauchgefäßes 15 mit konstantem Querschnitt S" erhält man somit eine Vorrichtung nach der Erfindung, wenn die Querschnitte so gewählt werden, daß AP = AF, also

ist.

Eine nicht dargestellte axiale Führungsvorrichtung gewährleistet die lotrechte Lage des aus dem Behälter 1 und dem Zylinder 16 bestehenden beweglichen Gesamtkörpers. Der Teil des Zylinders 16, welcher unter dem Leergewicht P₀ eingetaucht bleibt, kann mit irgend einem Querschnitt ausgeführt sein, welcher zweckmäßig dem Querschnitt S" des Gefäßes 15 ziemlich nahe kommen kann.

Gemäß Abb. 5 ist die Gegenkraft F durch eine mit Gegengewicht arbeitende Hängewippe verwirklicht, welche die gewünschte Proportionalität zwischen der Gegenkraft und der Verschiebung gewährleistet. Zu diesem Zweck ist nach Abb. 5 der Behälter 1 von konstantem Querschnitt 6* an einem Kabel 6 aufgehängt, das über eine Kreisscheibe 7 mit dem Radius R läuft, und diese ist mit einer Kurvenscheibe 8 gekuppelt, die als Führungsscheibe für ein Kabel 9 dient, das ein Gegengewicht 10 von der Größe Q trägt.

Die Vorrichtung nach Abb. 5 arbeitet erfindungsgemäß, wenn das Drehmoment Q · χ dem Drehmoment (P + Φ) R das Gleichgewicht bei einem Flüssigkeitsspiegel 2 von der gewünschten Höhe hält. Diese Be-

dingung wird mit einer Kurvenscheibe 8 erfüllt, deren Profil sich als Kreisevolvente mit dem Kreisradius

D · 5 · .R²

ergibt, wobei vS* der Querschnitt des Behälters 1 und D die Dichte der darin enthaltenen Flüssigkeit ist. Die Höhe des festgelegten Flüssigkeitsspiegels 2 kann man entweder durch Veränderung der Länge des Kabels 6 oder durch Veränderung des Leergewichtes P des Behälters 1 festlegen.

Die Vorrichtung nach Abb. 5 kann auch zu einem einfachen Alarmsystem, das ohne Berührung mit dem Wasser arbeitet, mit Hilfe von einem oder mehreren elektrischen Kontakten ausgebildet werden, deren Schließung bzw. öffnung von der Lage von beweglichen Teilen der Vorrichtung, wie des Behälters 1, des Gegengewichts 10, der Nockenscheibe 8 oder der Scheibe 10, abhängig ist. Beispielsweise ist in Abb. 5 ein Kontakt 14 vorgesehen, der am Ende des Hubes der Nockenscheibe 8 durch diese geöffnet wird.

Falls die Flüssigkeit der zu regelnden hydraulischen Anlage vollständig gegen die Atmosphäre abgeschlossen bleiben soll, kann man gemäß Abb. 6 den Behälter 1 und das Gefäß 3 nicht nur in ihrer unteren, Flüssigkeit enthaltenden Hälfte durch ein Rohr 4, sondern auch in ihrer oberen Hälfte durch ein Rohr 5 verbinden und die beiden Rohre 4 und 5 zur Ermöglichung der lotrechten Verschiebung des Behälters 1 biegsam ausbilden. Das biegsame Rohr 4 gewährleistet die Aufrechterhaltung des gleichen Flüssigkeitsspiegels 2 im Behälter 1 und im Gefäß 3.

Gemäß Abb. 7 ist der verschiebbare Tauchkörper 1' so belastet, daß sein Gewicht stets die hydrostatischen Kräfte übersteigt. Dabei taucht er in die Flüssigkeit im Gefäß 3, das einen Teil der hydraulischen Anlage bildet. Der Tauchkörper 1' ist im Gleichgewicht unter dem Einfluß seines Gewichts und der hydrostatischen Kräfte sowie einer ähnlich wie bei Abb. 5 durch eine Wippe 7, 8 mit Gegengewicht Q erzeugten gegensinnig wirkenden Kraft F.

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 8 greift an dem unteren Ende des Tauchkörpers 1', der teilweise in die Flüssigkeit im Gefäß 3 hineinragt und dessen Gewicht stets geringer als die hydrostatischen Kräfte ist, ein Kabel an, das über Führungsrollen läuft sowie an einem Punkt des Umfangs der Scheibe 7 an seinem anderen Ende befestigt ist und auf den Tauchkörper 1' einen abwärts gerichteten Zug ausübt. Wenn das ganze Wasservolumen eine Vermehrung um AV erfährt, steigt der Flüssigkeitsspiegel an, und die hydrostatischen Kräfte nehmen um den Wert

S'

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zu. Der. verschiebbare Tauchkörper 1' geht in die Höhe, bis seine Bewegung angehalten wird, wenn sie um einen Betrag angestiegen ist, der gleich ist

jede hydraulische Anlage, in welcher die Flüssigkeitsmenge Schwankungen unterworfen ist, und insbesondere auch für mit Wasserverdampfung arbeitenden Kühleinrichtungen von Elektronenröhren, bei denen die verdampfte Flüssigkeit durch Kondensation in geschlossenem Kreislauf zurückgewonnen wird, wie sie in den französischen Patentschriften 1060 761, 061 610 und 1 042 632 näher beschrieben sind.

Wenn auch der Hilfsbehälter 1 vorzugsweise mit konstantem Querschnitt auszuführen sein wird, so hindert jedoch nichts, gegebenenfalls einen Behälter 1 zu verwenden, bei dem sich der Querschnitt nach einem bestimmten Gesetz mit seiner Höhe ändert. Man muß dann in den angeführten Gleichungen die Veränderlichkeit des Wertes 6¹ berücksichtigen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Einstellen des Flüssigkeitsstandes in einem Gefäß, das mit einem Hilfsbehälter kommuniziert und dessen Flüssigkeitsstand durch Höhenverstellung des Hilfsbehälters oder eines teilweise in die Flüssigkeit im Gefäß hineinragenden Tauchkörpers selbsttätig geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine an dem Hilfsbehälter (1) oder, dem Tauchkörper (1') angreifende, dessen Gewicht (P) entgegenwirkende Kraft (F) um einen dem Absinken der Flüssigkeit in dem Hilfsbehälter (1) bzw. dem Verschieben des Tauchkörpers (1') in der Flüssigkeit des Gefäßes (3) entsprechenden Betrag (s) zunimmt und umgekehrt, so daß der Flüssigkeitsspiegel in dem Gefäß (3) aufrechterhalten wird (Abb. 1 oder 2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft (F) durch eine Feder (13) mit linearer Charakteristik ausgeübt wird (Abb. 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft (F) durch eine mit Gegengewicht (10) arbeitende Hängewippe (6 bis 10) erzeugt wird (Abb. 5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsbehälter (1) oder der Tauchkörper (1') an einem Kabel (6) aufgehängt ist, das auf einer Kreisscheibe (7) abläuft, die mit einer Kurvenscheibe (8) gekuppelt ist, die ein Kreisevolventenprofil aufweist, auf dem ein in ein Gegengewicht (10) endendes Kabel (9) geführt ist (Abb. 5).

5. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei der Verdampfungskühlung von Elektronenröhren mit Rückgewinnung der verdampften Flüssigkeit durch Kondensation in geschlossenem Kreislauf, um einen gleichbleibenden Flüssigkeitsspiegel im Kühlmittelgefäß aufrechtzuerhalten.

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Wie die Ausführungsbeispiele der Zeichnung zeigen, eignet sich die Vorrichtung nach der Erfindung für In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 610 635, 622 137,
600.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 009 547/110 6.60