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Katalytisches Nachweisgerät für Kohlenwasserstoffgase in der Luft
Die Erfindung betrifft ein katalytisches Nachweisgerät für Kohlenwasserstoffgase
in der Luft.
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Die zur Zeit verwendeten Brennstoffgase sind fast geruchlos und farblos.
Infolgedessen kann ihre Gegenwart in tödlicher Konzentration unbemerkt bleiben,
so daß Todesfälle und auch Explosionen entstehen können.
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Es sind bereits Geräte zur Anzeige brennbarer Gase bekannt, bei denen
unmittelbar aus der Widerstandsänderung des geheizten katalytischen Drahtes der
Meßeffekt gewonnen wird. Derartige Geräte arbeiten mit einer Brückenanordnung. Die
Brückenanordnung soll auch Temperaturänderungen des umgebenden Mediums kompensieren.
Die Schwierigkeit bei der Brückenschaltung besteht darin, daß die verfügbare Leistung
recht klein ist, so daß ein sehr empfindlicher Indikator verwendet werden muß.
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Wenn anstatt eines Anzeigers ein Relais oder eine andere, zwei Zustände
definierende Vorrichtung mit ausreichenden Leistungssteuerfähigkeiten betätigt werden
soll, müßte die Erregungsspannung offenbar sehr hoch sein. Im Gegensatz zu einer
solchen Anordnung erfolgt bei dem Gerät nach der Erfindung eine direkte Betätigung
von Schalterkontakten. Eine ausreichende Energie für diesen Zweck ist durch Ausnutzung
einer Bimetalldurchbiegung vcrfügbar, die durch die Wärme beeinflußt wird, die von
kataiytischen Spulen in den geschlossenen bzw. offenen Räumen erzeugt wird. Es sind
Bimetallelemente solcher Bauart verfügbar. daß sehr bestimmte und leistungsfähig
ausnutzbare Bewegungen ansprechend auf sehr geringe Temperaturunterschiede erzielt
werden können.
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Ein katalytisches Nachweisgerät für Kohlenwasserstoffgase in der
Luft, bestehend aus Bimetallen, die in einer Hülle angeordnet sind, denen Heizspulen
zugeordnet sind und an die über elektrische Kontakte ein Steuerschalter nachgeschaltet
ist. ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallvorrichtung aus
zwei in einer Linie liegenden Bimetallstreifen besteht und daß die beiden Elemente
des einen Bimetallstreifens in bezug auf die Elemente des anderen Bimetallstreifens
eine entgegengesetzte Lage einnehmen: daß die Bimetallstreifen die gleiche Arbeitskennlinie
aufweisen und an ihren gegenüberliegenden Enden miteinander verbunden sind, eine
Vorrichtung in der Hülle dessen Inneres in zwei voneinander getrennte Räume unterteilt,
wobei die Streifen in jedem Raum untergebracht sind; daß das freie Ende des einen
Bimetallstreifens an einer der Hülle zugeordneten Haltevorrichtung befestigt ist
und daß der andere Bimetallstreifen einen Kontaktkopf trägt, der mit einem von der
Hülle getragenen Kontaktkopf in Kontakt treten kann.
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Die Unterteilvorrichtung kann aus einer elastischen Zwischenwand
bestehen, die an der Hülle befestigt ist und zusammen mit einem Abschnitt der Hülle
ein vollständig geschlossenes Gehäuse für den einen Bimetallstreifen bildet, während
der andere Abschnitt der Hülle zusammen mit der Zwischenwand für den anderen Bimetallstreifen
ein für die Atmosphäre zugängliches Gehäuse bildet.
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Zweckmäßig sind an den Bimetallstreifen angebrachte Isolierrahmen
vorgesehen, die die Heizspulen tragen.
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Die Heizspulen können auf die Isolierrahmen gewickelt sein und die
Bimetallstreifen mit Abstand umgeben.
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Nach einer Ausführungsform sind die Heizspulen freiliegende Platindrähte.
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Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung an der Hülle verstellbar angebracht
und weist eine Schraube auf, die ein Netz bildende entgegengesetzte konische Oberflächen
hat, wobei ein in dem entsprechenden Bimetallstreifen vorgesehener Schlitz genau
zum Netz paßt.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die Einfachheit und Billigkeit
der Herstellung des Gerätes.
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Die Erfindung besitzt noch andere Vorteile, die sich aus einer Betrachtung
eines Ausführungsbeispieles ergeben. Zu diesem Zweck ist eine beispielsweise
Ausführungsform
in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung ist Fig.
1 eine im wesentlichen als Längsschnitt dargestellte Ansicht eines Gerätes nach
der Erfindung mit der elektrischen Anlage, mit der das Gerät verwendet wird, Fig.
2 ein Schnitt längs einer Ebene nach der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 eine abgebrochen
in vergrößertem Maßstab dargestellte perspektivische Ansicht eines Endteiles des
Gerätes, Fig. 4 ein vergrößert dargestellter Schnitt längs einer Ebene nach der
Linie 4-4 in Fig. 1 und Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise
der Einrichtung.
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Das Gerät weist einen hermetisch abgedichteten Raum 1 und einen Raum
2 auf, der zur Atmosphäre offen ist. Die Anordnung ist so gewählt, daß ein Alarm-
oder Kontrollsystem betätigt wird. wenn der Raum 2 einer umgebenden Atmosphäre ausgesetzt
wird, die infolge Gasausströmung ein Kohlenwasserstoff-Brennstoffgas enthält.
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Der Raum 1 ist von einer hohlen Hülle 3 begrenzt. die ein rechtes
Deckelement 4 und eine biegsame Zwischenwand 5 an ihrem linken Ende hat. Diese biegsame
Zwischenwand 5 ist als eine kreisrunde, gewellte, dünne Gummimembran ausgebildet.
deren äußerer Umfang an einem Flanschring 6 angebracht ist. Dieser Flanschring bildet
mit dem Flansch 7, der ein Stück mit der Hülle 3 bildet, eine hermetische Abdichtung.
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Der Raum 2 ist durch ein mit Entlüftungsöffnungen versehenes, hohles
Gehäuse 8 begrenzt. Sein rechter Deckel wird von der Membran 5 gebildet, und sein
linker Deckel 9 ist aus einem Stück mit den Wandungen des Gehäuses 8 dargestellt.
Die Räume 1 und 2 tragen Bimetallstreifen 10 bzw. 11, die miteinander in Tandemanordnung,
beispielsweise durch Schweißen, verbunden sind und sich an der Verbindungsstelle
18 durch die Membran 5 erstrecken.
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Die Membran 5 läßt die Biegsamkeit der Bimetalltandemkonstruktion
zu. Außerdem sind die beiden Schichten ungleicher Metalle jedes der Bimetallstreifen
10 und 11 umgekehrt mit Bezug auf die ungleichen Metalle des anderen Elementes angeordnet.
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Am linken Ende befindet sich eine geeignete Befestigungsvorrichtung
zum Tragen der Tandemkonstruktion. Zu diesem Zweck ist eine verstellbare Schraube
12 ohne Kopf verwendet, die in ein Auge 13 geschraubt ist, das sich auf der Außenseite
des Gehäuses 8 befindet. Das untere Ende der Schraube 12 hat, wie man am deutlichsten
aus Fig. 3 erkennt, einander gegenüberliegende konische Flächen 14 und 15, die einen
Hals zwischen sich bilden.
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Dieser Hals 16 paßt satt in einen Schlitz 17 in dem linken Ende des
Bimetallstreifens 11.
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Die Bimetallstreifen 10 und 11 sind zweckmäßig so ausgebildet, daß
sie die gleichen Arbeitskennlinien haben. Infolgedessen gleicht, wenn sie gleichen
Temperaturen unterworfen werden, der eine Bimetallstreifen den anderen aus, und
das obere rechte Ende bleibt im wesentlichen stationär. Diese Wirkung ist aus Fig.
5 ersichtlich. In der StellungA sind beide Streifen 10 und 11 nicht erwärmt. Infolgedessen
folgen das rechte und das linke Ende der Tandemkonstruktion einer gemeinsamen horizontalen
Linie.
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In der Stellung B sind beide Streifen 10 und 11 gleichmäßig erwärmt.
Es ist zu bemerken, daß das
rechte Ende im wesentlichen in derselben Lage bleibt
wie bei der Stellung A. Wenn jedoch der Streifen 11 stärker erwärmt wird als der
Streifen 10, dann wird das rechte Ende nach oben verschoben und kann einen Schalt-
oder Steuervorgang ausführen.
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In dem Diagramm in Fig. 5 ist mit dem Bezugszeichen 5 die biegsame
Membran bezeichnet, die es ermöglicht, daß sich die Verbindungsstelle 18 zwischen
den Streifen 10 und 11 ganz frei bewegt, wie dies durch die relative Erwärmung der
Streifen 10 und 11 erforderlich ist.
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In dem Beispiel bewirkt die ungleichmäßige Erwärmung der Bimetallstreifen
10 und 11 die Steuerung eines Stromkreises. Zu diesem Zweck ist ein Kontaktkopf
19 an dem rechten Ende der Tandemkonstruktion angeordnet. Dieser Kontaktkopf arbeitet
mit einem stationären Kontaktkopf 20 zusammen, dessen Halteanschlußbolzen 21 isoliert
von der oberen Wandung der Hülle 3 getragen wird. Eine Verbindung des beweglichen
Kontaktkopfes 19 wird mittels eines ähnlichen isoliert getragenen Anschlußbolzens
22 hergestellt.
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Wenn der Bimetallstreifen 11 auf eine höhere Temperatur als der Bimetallstreifen
10 erwärmt wird, berührt der bewegliche Kontaktkopf 19 den Kontaktkopf 20. Ein Stromkreis
wird dann über eine Relaisspule 24 zu den Speiseleitungen 23 geschlossen. Die Speiseleitungen
23 können mit einer Niederspannungsquelle von z. B. 24 V verbunden sein, die gewöhnlich
für Kontrollsysteme benutzt wird.
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Das Relais 24 steuert einen Stromkreis 25, um ein Alarm- oder Kontrollelement
zu erregen.
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Es sind Vorkehrungen getroffen, um eine ungleichmäßige Erwärmung
der Bimetallstreifen 10 und 11 ansprechend darauf zu erhalten, daß der Bimetallstreifen
11 einer Kohlenwasserstoffgasatmosphäre ausgesetzt wird. Dies wird mittels der bekannten
Erscheinung erreicht, gemäß der die katalytische Wirkung von erwärmtem Platin in
Kontakt mit einer solchen Gasatmosphäre einen Erwärmungseffekt an dem Platin erzeugt.
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Somit trägt jeder Bimetallstreifen 10 und 11 ein elektrisches Heizelement,
das von exponiertem Platindraht gebildet wird. Das dem Bimetallstreifen 11 zugeordnete
Heizelement wird von einem Rahmen getragen, der aus einem oberen Rahmenelement 26
und einem unteren Rahmenelement 27 besteht, die auf dem Bimetallstreifen 11 angeordnet
sind oder von diesem getragen werden (Fig. 3). Die Rahmenelemente bestehen aus Isolierstoff
und bilden eine Stütze für die exponicrte Platindrahtspule 28. Auf diese Weise umschließt
die Spule 28 den Bimetallstreifen 11 und dient als elektrisches Heizelement für
den Bimetallstreifen 11.
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Ein gleichartiges exponiertes Platindrahtheizelement oder eine -spule
29 umgibt den rechten Bimetallstreifen 10 und wird von diesem in geeigneter Weise
getragen. Diese Elemente 28 und 29 haben gleiche Heizwirkung, so daß bei deren gleichmäßiger
Erregung die Bimetallstreifen 10 und 11 sich gleichmäßig in entgegengesetzten Richtungen
durchbiegen, so daß die Wirkung der Stellung B in Fig. 5 hergestellt wird. Zu diesem
Zweck sind die Spulen 28 und 29 mittels des leitenden Stabes 30 in Reihe geschaltet.
der durch die Membran 5 verläuft. Anschlußbolzen 31 und 32 dienen dazu, die Elemente
28 und 29 in Reihe an die Speiseleitungen 23 anzuschließen.
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Wenn jedoch die in das mit Entlüftungsöffnungen versehene Gehäuse
8 eintretende umgebende Atmosphäre Kohlenwasserstoffgas enthält, bewirkt die katalytische
Wirkung, daß das Platindrahtelement 28 erwärmt wird. Der Bimetallstreifen 11 wird
daher in größerem Maße nach oben gebogen als der Bimetallstreifen 10. der von der
umgebenden Atmosphäre getrennt ist. Infolgedessen wird ein Stromkreis zwischen den
Kontaktköpfen 19 und 20 geschlossen.
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Dies verursacht, wie vorher bemerkt, das Ertönen eines Signals oder
einer Alarmmeldung.