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Vorrichtung zum Überwachen von Durchflußmengen Es sind in der Technik
eine große Anzahl von Geräten bekannt, die zur Mengenüberwachung von flüssigen oder
gasförmigen Medien dienen. Einige dieser Geräte sind mit Membranen ausgerüstet,
die den vor einer fest angeordneten Stauscheibe auftretenden Druck nach außen zur
Einwirkung auf einen elektrischen Schalter bringen. Je nach Durchflußmenge ist der
auftretende Druck größer oder kleiner, wodurch die Auslenkung der Membranen verändert
wird.
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Der in seiner Lage einstellbare Schalter wird hierdurch bei bestimmten
Durchflußmengen zum Ansprechen gebracht. Andere Geräte für den vorgenannten Zweck
verwenden an Stelle von Membranen metallische Faltenbälge. Der Nachteil dieser Geräte
liegt in erster Linie darin, daß der Druck vor der Stauscheibe im Verhältnis zum
atmosphärischen Außendruck gemessen bzw. übertragen wird. Für Verwendung in geschlossenen
Rohrsystemen mit unterschiedlichem statischem Druck sind diese Geräte nicht geeignet.
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Es sind auch andere Ausführungsformen bekanntgeworden, bei denen
ein Schleppkegel oder ein Fühist. Der Drehpunkt des Hebels befindet sich im alller
über einen Hebel mit einem Schalter verbunden gemeinen in einer gas- oder flüssigkeitsdichten
Lagerung, beispielsweise aus Gummi, so daß Druckänderungen vor dem Kegel oder Fühler
gas- und/oder flüssigkeitsdicht auf den Schalter übertragen werden.
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Auch diesen Geräten haftet der gleiche Nachteil an.
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Zusätzlich neigen diese Geräte zu Fehlschaltungen bei verschmutzten
Medien.
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Weiterhin sind Einrichtungen bekanntgeworden, die nach dem Prinzip
des Schwimmerkörpers arbeiten, wobei in einem konisch ausgebildeten Rohr ein Schwimmerkörper
durch die von unten nach oben durch das Rohr tretende Flüssigkeit oder das Gas in
der Schwebe gehalten wird. Es ist bekannt, solche Schwimmerkörper mit einem Permanentmagneten
zu versehen, der eine außerhalb des Rohres befindliche Schalteinrichtung beeinflußt.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß sie nur bei genau senkrecht angeordnetem
konischem Rohr verwendet werden kann.
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Jede Abweichung von der senkrechten Lage ergibt Fehlanzeigen, da der
Schwimmerkörper sich an einer Stelle der Innenwand des Rohres anlegt, wodurch unterschiedliche
Reibungskräfte entstehen.
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Außerdem haftet diesen Einrichtungen der Nachteil an, daß der Druckabfall
je nach Lage des Gerätes verschieden ist. Endlich können solche Geräte nicht für
stark unterschiedliche Strömungsmengen verwendet werden, da hierbei ihre axiale
Länge zu groß wird. Damit ist ein großer Raum aufwand erforderlich, der bei modernen
Rohrsystemen für Flüssigkeiten oder Gase in der Praxis meist nicht zur Verfügung
steht. Endlich sind solche Geräte großer axialer Länge mechanisch unstabil, insbesondere
hinsichtlich der Führungen für die außenliegenden Schaltorgane. Weiter treten leicht
teilweise Verstopfungen ein, da die kreisringförmigen Durchströmquerschnitte nur
so geringe Schlitzbreite haben, daß sich Hanfreste, Hammerschlag, Dichtungsmittel
oder andere Verunreinigungen -leicht in dem engen Spalt festsetzen können.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet die beschriebenen Nachteile.
Sie stellt eine Vorrichtung zum Überwachen der Durchflußmengen von Flüssigkeiten
oder Gasen in Rohrsystemen unter Verwendung eines im Rohrsystem befindlichen Permanentmagneten
und einer außerhalb des Rohrsystems angeordneten Schalteinrichtung dar. Sie ist
dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmig ausgebildete Stauscheibe aus magnetischem
Werkstoff innerhalb eines aus unmagnetischem Werkstoff hergestellten Meßrohres angeordnet
ist.
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Diese Stauscheibe ist erfindungsgemäß gegen den Druck des strömenden
Mediums abgestützt. Die Lage der permanentmagnetischen Stauscheibe ergibt sich in
axialer Richtung in Abhängigkeit der Durchflußmenge. Die Folge hiervon ist eine
örtliche Verlegung des die unmagnetische Rohrwand durchtretenden Magnetfeldes, die
zum Ansprechen der durch das Magnetfeld gesteuerten Schalteinrichtung führt. Die
Stauscheibe nach der Erfindung kann in an sich bekannter Weise durch eine Feder
und auswechselbare Abstandsscheiben unterschiedlicher Dicke abgestützt sein.
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Erfindungsgemäß kann an Stelle der aus Magnetwerkstoff hergestellten
Stauscheibe auch eine Stauscheibe aus magnetisch durchlässigem Werkstoff, wie
Eisen,
Nickel oder deren Legierungen verwendet werden und die Anordnung der Permanentmagnete
innerhalb oder außerhalb des Meßrohres im Bereich der Stauscheibe erfolgen. Bei
axialer Verschiebung der Scheibe wird das äußere Magnetfeld verändert und die auf
diese Änderung ansprechende Schalteinrichtung betätigt. In beiden Fällen ist es
zweckmäßig, eine Bewegung der Stauscheibe in axialer Richtung des Meßrohres zuzulassen.
Es liegt jedoch auch im Sinne der Erfindung, die Stauscheibe schwenkbar auszubilden,
wobei die örtliche Lagenveränderung des Magnetfeldes durch die mengenabhängige Schwenkbewegung
erfolgt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die magnetische Stauscheibe
durch eine ringförmige, in gleicher Weise wie die Stauscheibe in entgegengesetzter
Richtung magnetisierte Scheibe mit vorzugsweise größerem Innendurchmesser als die
erste Scheibe abgestützt werden, wobei ebenfalls auswechselbare Abstandsscheiben
unterschiedlicher Dicke zusätzlich eingebaut sein können.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens
wird an Hand der A b b. l näher beschrieben. Die dort dargestellte Vorrichtung gemäß
der Erfindung besteht aus einem Meßrohr 1, in welches das zu überwachende Medium
beispielsweise über eine Verschraubung 2 in Richtung des Pfeiles 3 eintritt. Die
Stauscheibe 4 besteht aus nichtmagnetischem Werkstoff, wie beispielsweise Kupfer,
Eisen, Messing, Aluminium, austenitischem Stahl od. dgl. Auf ihrer Rückseite ist
ein axial magnetisierter Ring 5 aufgesetzt, der sich über die Feder 6 gegen den
Boden 7 des Meßrohres abstützt.
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Zur Erzeugung des erforderlichen Druckabfalles zum Bewegen der Stauscheibe
in axialer Richtung ist in die Stauscheibe das Rohr 8 eingesetzt, welches im Boden
des Meßrohres bei 9 gefiihrt wird. Die Stauscheibe 4 selbst wird auf der Innenfläche
des Meßrohres 1 ebenfalls geführt. Eine Eindrehung an der Stelle 10 verhindert ein
Ausweichen der ringförmigen Magnetscheibe entgegen der Durchflußrichtung. Außerhalb
des Meßrohres ist die Schalteinrichtung 11 angebracht, die aus einem festen Kontakt
12, einem beweglichen Kontakt 13 und den Zuführungen 14 und 15 zu diesen Kontakten
besteht, Der bewegliche Kontakt 13 ist aus magnetisch durchlässigem Werkstoff hergestellt,
er kann mit einem gut leitenden metallischen Überzug versehen sein. Dieser Schalter
ist in einem Isoliergehäuse 16, welches in Richtung des Pfeiles 17 verschiebbar
ist, angeordnet. Die Verschiebbarkeit sichert eine Einstellung des Schaltpunktes
bei einer wählbaren Durchflußmenge.
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Durch das deckelförmige Gehäuse 18 ist die Schalteinrichtung nach
außen geschützt.
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Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In einem Meßrohr 21, das von dem zu überwachenden Medium in Richtung des Pfeiles
23 durchströmt wird, ist wiederum eine Stauscheibe 24 angeordnet, die auf ihrer
Rückseite einen permanentmagnetischen Körper25 trägt. Das Medium wird über eine
Zuleitung 22 zugeführt. Auf dem Boden 27 des Meßrohres ist eine entgegengesetzt
magnetisierte Lochscheibe 26 aufgesetzt, die die Stauscheibe 24 gegen den Druck
des strömenden Mediums abstützt. In die Stauscheibe 24 kann ein Rohr 28 eingesetzt
werden, welches im Boden des Meßrohres bei 29 geführt wird. Durch Nocken an der
Stelle 30 wird verhindert, daß die Stauscheibe entgegen der Durch-
flußrichtung ausweichen
kann. An Stelle der Nocken können auch drei Stifte eingesetzt werden, oder es kann
ein dünnwandiges Rohr in das Meßrohr auf einen Teil der Gesamtlänge eingezogen sein.
Außerhalb des Meßrohres ist die Schalteinrichtung 31 vor gesehen, die in diesem
Fall aus zwei in ein Glasrohr vakuumdicht eingeschmolzenen Kontakten 32 und 33 besteht.
Diese Kontakte sind aus magnetisch durchlässigem Werkstoff, wie beispielsweise Eisen,
Nickel od. dgl. hergestellt. Bei Auftreten eines Magnetfeldes genügender Stärke
schließen diese Kontakte. Sie sind in einem Gehäuse untergebracht, oder sie können
auch in eine Einfräsung des Meßrohres 36 eingeklemmt werden. Die beiden Enden der
Kontakte sind über Zuleitungen 34 und 35 mit einer Anschlußklemme verbunden. Zur
Einstellung des Schaltpunktes auf eine wählbare Durchflußmenge ist das Glasrohr
in Achsrichtung gemäß Pfeil 37 verschiebbar.
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Das Verschieben erfolgt einmalig beim Justieren, worauf die endgültige
Lage des Glasrohres durch Klemmen, Vergießen, Kleben od. dgl. gesichert wird. Es
kann jedoch auch eine nicht dargestellte Vorrichtung angebracht werden, die das
Verschieben des Glasrohres während des Betriebes zur Wahl unterschiedlicher Ansprechpunkte
gestattet. Das Gehäuse 36 wird auf dem Meßrohr aufgeschraubt. An Stelle der in den
beiden Ausführungsbeispielen A b b. 1 und 2 gezeigten axial magnetisierten Scheiben
können auch solche Scheiben verwendet werden, die in radialer Richtung magnetisiert
sind.
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Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens können an Stelle
der ringförmig ausgebildeten Magnetscheiben Einzelmagnete verwendet werden, die
beispielsweise auf den Umfang der nicht magnetischen Stauscheibe verteilt sind.
In vielen Fällen genügt es auch, nur einen Kleinmagneten - vorzugsweise aus Oxit
- in Form eines Butzens in die Stauscheibe an ihrer der äußeren Schalteinrichtung
benachbarten Fläche einzulassen. Endlich ist es möglich, die Stauscheibe aus magnetisch
durchlässigem Werkstoff herzustellen und innerhalb oder außerhalb des Meßrohres
einen oder mehrere Permanentmagnete anzuordnen, dessen bzw. deren Feld durch die
magnetisch durchlässige Stauscheibe ganz oder zum Teil abgeschirmt wird.
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Bei einer Bewegung der Stauscheibe wird der Abschirmungsgrad verändert,
so daß sich im Bereich der magnetisch durchlässigen Kontakte eine Feldveränderung
ergibt, die zum Ansprechen oder Abfallen dieser Kontakte ausgenutzt wird.
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An Stelle nur eines Kontaktes können auch zwei oder mehrere Kontakte
angeordnet werden, die unabhängig voneinander bei unterschiedlichen Stellungen der
Stauscheibe öffnen oder schließen. Diese Kontakte können aus magnetisch durchlässigem
Werkstoff wie in A b b. 2 hergestellt sein, oder es können auch solche Kontakte
verwendet werden, bei denen Fahnen, Bänder, Federn oder Streifen aus magnetisch
durchlässigem Werkstoff die Bewegung des aus Kupfer oder Silber hergestellten Kontaktes
bewirken.
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Es hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, Kontakte
zu verwenden, die unter Vakuum oder Schutzgas betrieben werden. Diese meist in Glasrohren
eingeschmolzenen Kontakte haben den Vorteil, daß sie vom Verschmutzungsgrad der
Umgebung und vom Feuchtigkeitsgehalt der umgebenden Atmosphäre unabhängig sind.
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Die Wahl des Schaltpunktes für die Kontakte kann durch axiales oder
radiales Verschieben erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, durch die Formgebung
der magnetisch beaufschlagten Teile der Kontakte eine Unterschiedlichkeit der Einschalt-
und Ausschaltpunkte herbeizuführen.
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Um mit dem gleichen Gerät die verschiedensten Mengenbereiche überwachen
zu können, ist es gemäß der Erfindung möglich, auswechselbare Abstandsscheiben unterschiedlicher
Dicke hinter der Druckfeder 6 bzw. der Magnetscheibe 26 anzubringen. Hierdurch wird
die Vorspannung der Stauscheibe verändert und damit ein anderer Mengenbereich eingestellt.
Eine wählbare Veränderung des Mengenbereiches kann auch durch Verwendung von Rohren
unterschiedlicher Innendurchmesser (8 bzw. 28) erreicht werden. Endlich ist es möglich,
außerhalb des Meßrohres einen oder mehrere zusätzliche Permanentmagnete anzubringen,
die vorzugsweise in Achsrichtung des Meßrohres verschoben werden können.
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Hierdurch wird die abstützende Kraft, die auf die Stauscheibe einwirkt,
verändert, und damit werden die Ansprechpunkte der Schaltkontakte bei Verschiebung
der Zusatzmagnete in einen anderen Mengenbereich verlagert.
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Um eine Beeinflussung der Schalteinrichtung durch äußere Magnetfelder
zu vermeiden, kann die Einrichtung im Bereich der in oder außerhalb des Meßrohres
angeordneten permanentmagnetischen Teile durch eine magnetische Abschirmung geschützt
werden. Diese magnetische Abschirmung, die außerhalb des Gerätes angeordnet wird,
sorgt dafür, daß permanent- oder elektromagnetische Fremdfelder die Wirkungsweise
des Gerätes nicht beeinflussen können.
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Die Erfindung ist an Hand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert.
Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. An Stelle der dargestellten
axial verschiebbaren Stauscheiben können auch Drosselklappen verwendet werden, die
um einen innerhalb des Meßrohres befindlichen Drehpunkt schwenken. Auch hierdurch
wird das permanentmagnetische Feld im Bereich der Kontakte bei Änderung der Durchflußmenge
verändert, wodurch die Kontakte zum Ansprechen oder Abfallen gebracht werden. Es
ist weiterhin möglich, die in den beiden dargestellten Beispielen gegebenen Lösungsformen
zu kombinieren.
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In jedem Fall liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in der Unabhängigkeit der Ansprechpunkte vom Verhältnis des statischen Innendruckes
zum atmosphärischen Außendruck, in der einfachen Wirkungsweise sowie der Unempfindlich-
keit
gegen Verschmutzung, Verstopfung oder sonstige Störungen.