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Die Erfindung betrifft eine schwimmergesteuerte elektrische Schalteinrichtung
mit einem an einem unmagnetischen Rohr befestigten Magneten, dessen Hauptfluß über
einen im Bereich eines der Magnetpole schwenkbar gelagerten, mit einer elektrischen
Schalteinrichtung gekoppelten Anker geführt und über ein innerhalb des unmagnetischen
Rohres verschiebliches, mit einem Schwimmer verbundenes Nebenschlußjoch schwächbar
ist.
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In der USA.-Patentschrift 2 142 680 wird eine derartige schwimmergesteuerte
elektrische Schalteinrichtung beschrieben, bei welcher der am unmagnetischen Rohr
befestigte Magnet im wesentlichen hufeisenförmige Gestalt hat und die Polschenkel
im wesentlichen unmittelbar durch den Anker jeweils entsprechend der Stellung des
Nebenschlußjoches mehr oder weniger überbrückt werden. Mit dieser Anordnung lassen
sich keine besonders großen Schaltkräfte erzielen, da hierfür der magnetische Kraftfluß
zu wenig konzentriert ist. Infolgedessen ist bei dieser Anordnung auch keine Einstellung
der auf den Anker einwirkenden Kräfte nötig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine bessere Konzentration des Kraftflusses
zur Erhöhung der Schaltkräfte und eine Einstellung der auf den Anker einwirkenden
Kräfte zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Magneten
jeweils dessen Polen zugeordnete Polschuhe befestigt sind, deren einer seinerseits
die Ankerschwenklagerung trägt und deren anderer von dem Anker durch einen sich
in dessen Bewegungsrichtung erstreckenden Luftspalt getrennt ist, dessen Größe mittels
einer Einstellvorrichtung einstellbar ist.
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In Weiterbildung der Erfindung weisen die, die Magnetpole bedeckenden
Polschuhe Ansatzflächen auf, welche sich innerhalb einer gemeinsamen Ebene parallel
zur Achse der Röhre jeweils in entgegengesetzten, von dem Magneten wegweisenden
Richtungen erstrecken. Diese Form der Polschuhe ist besonders platzsparend und ermöglicht
große Schaltkräfte, da die magnetischen Kräfte praktisch nur in Bewegungsrichtung
des Ankers, dagegen nicht in einer zur Ankerschwenklagerung radialen Richtung wirken.
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An der Ansatzfläche eines der Polschuhe kann ein Lagerbock für die
Lagerung des Ankers befestigt sein und an dem anderen Polschuh und an einem Gegenelement
können Anschläge zur Begrenzung der Ankerbewegungen vorgesehen sein. Die Verwendung
eines eigenen Lagerbockes und eine richtige Anordnung der Anschläge bietet den Vorteil,
daß beide Polschuhe gleiche Form haben können.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
beispielsweisen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung an Hand
der Zeichnungen. Es stellt dar F i g. 1 einen Schnitt durch eine Regelanordnung
mit einer Schalteinrichtung nach der Erfindung, F i g. 2 einen Ausschnitt aus F
i g. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine Ansicht des in Fig.2 dargestellten Ausschnittes,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Anordnung nach der Erfindung bei abgenommenem Deckel
und F i g. 5 eine Ansicht einer in F i g. 4 dargestellten Einzelheit.
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Eine Schalteinrichtung nach der Erfindung kann
insbesondere in Verbindung
mit einem Flüssigkeitsstandregler zur Regelung des Flüssigkeitsstandes in einem
Behälter Verwendung finden. Dabei ist innerhalb des Behälters ein den Flüssigkeitsstand
anzeigender Schwimmerkörper angeordnet, welcher eine außerhalb des Behälters angeordnete
magnetische Schalteinrichtung zur Steuerung des Zuflusses oder des Abflusses von
Flüssigkeit aus dem Behälter betätigt. Die Schwimmeranordnung und die magnetische
Schalteinrichtung sind voneinander durch Wandungen aus nichtmagnetischem Material
getrennt, so daß die gesamte Anordnung auch bei extremen Druck-und Temperaturbedingungen
arbeitsfähig ist und auch chemischen Einflüssen standhalten kann.
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Nach F i g. 1 ist eine Schalteinrichtung 5 nach der Erfindung in
eine dafür vorgesehene Öffnung eines Flüssigkeitsbehälters T eingesetzt. Die Schalteinrichtung
5 bewirkt über erforderliche elektrische Anschlüsse eine Steuerung des Durchflußreglers
6 zur Regelung des Flüssigkeitszuflusses und Flüssigkeitsabflusses in bzw. aus dem
Behälter. Die Schalteinrichtung 5 ist in einen, im wesentlichen becherförmigen Unterteil
10 eingebaut, welcher nach oben offen ist und in seiner Bodenfläche 14 eine mittige
Öffnung 12 aufweist. Zur Verbindung des Unterteils 10 mit einem in den Behälter
T eingesetzten Anschlußstück 18 dient eine hohle Muffe 16.
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In die Bohrung der Muffe 16 ist eine Röhre 22 aus nichtmagnetischem
Material dicht eingesetzt, beispielsweise durch Schweißen, und das obere Ende dieser
Röhre 22 ist durch einen Stopfen 24 abgeschlossen. Ein becherförmiger Oberteil 28
ist mittels einer in den Stopfen 24 eingedrehten Schraube 26 festgezogen. Das Oberteil28
bildet zusammen mit dem Unterteil 10 das Gehäuse für die Schalteinrichtung.
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Die verschiedenen Teile einer magnetischen Schalteinrichtung nach
der Erfindung sind nach F i g. 2 auf der Röhre 22 fest aufgeklemmt. Für die Schalteinrichtung
findet vorzugsweise ein Permanentmagnet 32 mit kreisringförmiger Gestalt Verwendung,
dessen Bohrung über die Röhre 22 geschoben werden kann. Die beiden einander gegenüberliegenden
Kreisringflächen 34 und 36 des Magneten 32 bilden die Polflächen desselben. An den
Polflächen 34 und 36 ist jeweils ein Polschuh 38 bzw. 40 aus einem magnetisch weichen
Material befestigt. Die beiden Polschuhe bestehen vorzugsweise aus rechteckförmigen
Platten. An jedem Polschuh ist eine Ansatzfläche42 bzw. 44 unter einem rechten Winkel
abgebogen. Zum Aufstecken auf die Röhre 22 weist jeder Polschuh eine mittige Bohrung
auf. Zur Befestigung der Polschuhe 38 und 40 an dem Magneten 32 dienen mehrere Mutter-Schraubenverbindungen
46.
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Über die Röhre 22 sind zwei Bunde 48 bzw. 50 geschoben, welche jeweils
fest mit der jeweiligen Außenfläche eines Polschuhs 38 bzw. 40 verbunden sind. Die
Ansatzflächen 42 und 44 erstrecken sich innerhalb einer gemeinsamen Ebene parallel
zur Achse der Röhre 22 jeweils in entgegengesetzten, von dem Magneten wegweisenden
Richtungen. Die beiden Ansatzflächen 42 und 44 entsprechen einander spiegelbildlich.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anker 30 an den oberen Polschuh
angelenkt. Selbstverständlich kann jedoch auch der untere Polschuh 40 zur Lagerung
des Ankers dienen.
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Ein im wesentlichen U-förmiger Lagerbock 52 besteht
aus
einem Mittelteil 53 und zwei einander gegenüberstehenden Ansätzen 54, welche jeweils
eine Lagerbohrung 56 zur Aufnahme eines Drehzapfens 58 aufweisen. Der Mittelteil
53 des Lagerbockes 52 ist mittels der Schrauben 60 an der nach oben gerichteten
Ansatzfläche 42 des oberen Polschuhes 38 angeschraubt. Die Ansätze 54 stehen jeweils
zu beiden Seiten der Ansatzfläche 42 ab. Der Anker 30 besteht aus einer Ankerplatte
62 und einem Gegenelement 64, welche durch Schrauben 63 miteinander verschraubt
und mittels des Drehzapfens 58 an dem oberen Polschuh 38 drehbar gelagert sind.
Der Drehzapfen 58 liegt innerhalb einer Nut 66 in dem Gegenelement 64 und reicht
jeweils in die einander gegenüberliegenden Lagerbohrungen 56. Der Drehzapfen 58
ist durch die Ankerplatte 62 in der Nut 66 festgehalten.
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Die bisher beschriebenen Teile der Schalteinrichtung ermöglichen
es, daß der Anker 30 unter dem Einfluß des magnetischen Hauptflusses in den Polschuhen
38 und 40 an die Ansatzfläche 44 angezogen wird. Ein wesentlicher Teil des magnetischen
Flusses fließt durch die Ansatzflächen 42 und 44 der Polschuhe 38 und 40. In diesen
magnetischen Kreis ist zwischen der Ankerplatte 62 und der Ansatzfläche 44 ein einstellbarer
Luftspalt 41 eingefügt.
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Das Gegenelement 64 weist zwei Seitenflansche 70 auf. Jeweils eine
Einstellschraube72 kann in einen jeden Seitenflansch 70 eingesetzt werden. Als Anschläge
für die Bewegung des Ankers dienen zwei Einstellschrauben 74 bzw. 76, welche jeweils
in das Gegenelement 64 bzw. in die Ansatzfläche 44 des unteren Polschuhs 40 eingesetzt
sind. Die F i g. 2 und 4 zeigen eine Klemmverbindung 78, deren beide Klemmschuhe
80 und 82 durch Schrauben 84 aneinander gehalten sind. Zwischen die Klemmschuhe
80 und 82 ist ein Klemmring 88 eingesetzt, so daß sich eine sichere Festklemmung
auf dem Rohr 22 ergibt.
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Die Magnetanordnung ist mittels zweier Schraubverbindungen 90 und
mittels zweier Abstandsglieder 92 von der Klemmverbindung 78 gehalten. An gegenüberliegenden
Seiten der Klemmverbindung 78 sind jeweils mittels Schrauben 96 zwei Haltebleche
94 angesetzt, welche sich im wesentlichen parallel zu der Röhre 22 erstrecken. Die
Haltebleche 94 tragen jeweils ein Schaltglied 98, welches mittels Schrauben 100
befestigt ist. Die Einstellschrauben 72 in den Ansatzflächen 70 dienen als Schaltfinger
für Schaltglieder 98, welche dieselben jeweils entsprechend der Ankerstellung betätigen.
Jeweils nach Wunsch ist eines der Schaltglieder 98 entbehrlich.
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In die Klemmverbindung 78 sind weiterhin zwei Stellschrauben 104
mit Anschlagflächen 108 für jeweils eine Rückstellfeder 102 eingesetzt. Die Rückstellfedern
102 liegen an Gegenflächen des Gegenelementes 64 an. Die Rückstellfedern 102 erzeugen
ein im Uhrzeigersinn um den Drehzapfen 58 auf den Anker 30 wirkendes Drehmoment.
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Innerhalb der Röhre 22 ist eine verschiebbare Anordnung 110 zur Änderung
eines magnetischen Streuflusses vorgesehen, welche einen Kolben 112, eine Kolbenstange
114 und eine Gegenmutter 116 umfaßt.
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Der Kolben 112 besteht aus einem eisenhaltigen Material und ist vorzugsweise
becherförmig gestaltet, wobei in die obere Deckfläche ein Gewinde zur Aufnahme eines
Endgewindes der Kolbenstange 114 eingedreht ist. Zur Sicherung der Anordnung dient
die Gegenmutter 116. Die Länge des Kolbensll2 ent-
spricht im wesentlichen dem axialen
Abstand der einander gegenüberliegenden Endflächen der Bunde 48 und 50. Das untere
Ende der Kolbenstange 114 ist an eine um eine horizontale Achse drehbare Schwimmeranordnung
angelenkt, so daß der Kolben 112 innerhalb der Röhre 22 in Abhängigkeit von der
dem Flüssigkeitsstand innerhalb des Behälters T folgenden Schwimmerbewegung verstellt
wird. Derartige Schwimmeranordnungen sind an sich bekannt, so daß sich eine ins
einzelne gehende Beschreibung erübrigt.
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An Stelle einer um eine horizontale Achse drehbaren Schwimmeranordnung
kann auch jede andere an sich bekannte Schwimmeranordnung Verwendung finden.
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Ein Teil des magnetischen Kraftflusses des Magneten 32 schließt sich
über den Luftspalt 41 zwischen dem drehbaren Anker 30 und den Ansatzflächen 42 und
44. Der relative Anteil dieses magnetischen Kraftflusses kann durch jeweilige Verstellung
des Kolbens 112 innerhalb der Röhre 22 geregelt werden, je nachdem, ob der Kolben
112 mehr oder weniger in das Kraftfeld des Magneten 32 hineinragt. Der Kolben 112
erzeugt ein magnetisches Streufeld, welches als Nebenschluß zu dem magnetischen
Hauptfeld in dem Luftspalt 41 wirkt. Im Maße einer Vergrößerung des magnetischen
Streufeldes wird das Magnetfeld in dem Luftspalt41 kleiner, so daß sich der Anker
unter dem Einfluß der Rückstellfedern 102 im Sinne einer Verbreiterung des Luftspaltes
verschiebt.
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Die jeweiligen elektrischen Anschlüsse sind mittels einer Durchführung
120 in das Gehäuseunterteil 10 eingeführt.
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Eine Schalteinrichtung nach der Erfindung arbeitet in folgender Weise:
Zwischen dem Schwimmerkörper 118 und der Kolbenstange 114 ist ein geeigneter Bewegungsübertragungsmechanismus
angeordnet. Bei einem Heben des Schwimmers 118 infolge eines ansteigenden Flüssigkeitsspiegels
senkt sich der Kolben 112 innerhalb der Röhre 22 ab. Wenn der Schwimmerkörper 118
an seinen oberen Grenzpunkt ansteigt, liegt der Kolben 112 innerhalb der Röhre 22
unterhalb des Magneten 32. In diesem Fall erreicht der über den Luftspalt 41 geschlossene
Anteil des magnetischen Kraftflusses des Magneten 32 seinen Größtwert. Infolgedessen
dreht sich der Anker 30 entgegen der Wirkung der Rückstellfedern 102 um den Lagerzapfen
58, wobei gleichzeitig durch die Schaltfinger 72 eine Betätigung der Schaltglieder
98 erfolgt. Dadurch wird der Durchflußregler 6, beispielsweise ein Magnetventil,
so betätigt, daß es den Flüssigkeitszustrom in dem Behälter T absperrt und der Flüssigkeitsstand
nicht weiter ansteigt.
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Sobald aus dem Behälter Flüssigkeit abströmt, sinkt der Flüssigkeitsstand
ab und der Schwimmer 118 bewegt sich abwärts. In entsprechendem Maße verschiebt
sich der Kolben 112 innerhalb der Röhre 22 nach oben. Der Kolben kommt dabei in
den Bereich des Magneten 32 und ein Teil des magnetischen Kraftflusses wird von
dem als Nebenschluß wirkenden Kolben 112 aufgenommen, so daß sich der über den Luftspalt
schließende Hauptfluß verringert. Bei weiterer Aufwärtsbewegung des Kolbens 112
erreicht in einer bestimmten Stellung desselben der in dem Nebenschlußzweig fließende
Streufluß einen solchen Wert, daß der magnetische Kraftfluß in dem Luftspalt 41
so weit vermindert wird, daß der Anker 30 unter der Wirkung der Rückstellfedern
102 abfällt.
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Dabei erfolgt wiederum eine Betätigung der Schaltglieder
98
und eine Verstellung des Durchflußreglers 6 so, daß der Behälter wieder aufgefüllt
wird.
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Die jeweilige Empfindlichkeit der Schalteinrichtung ist durch die
als Anschlag wirkende Einstellschraube 74 bestimmt, welch letztere bei Anzug des
Ankers an den ihm zugeordneten Polschuh die Länge des von ihm zurückgelegten Weges
festlegt.
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Dies hat den Vorteil, daß innerhalb des weiten Bereiches der zur
Verfügung stehenden Schaltkräfte eine feinere Unterteilung vorgenommen werden kann.