-
Gebergerät Die Erfindung betrifft ein Gebergerät zur elektronischen
Anzeige und gegebenenfalls Regelung des Flüssigkeitsstaudes in Dampfkesseln, das
aus einem etwa vertikal zu montierenden Rohr besteht mit zwei Anschlußstutzen übereinander
zur kommunizierenden Verbindung mit dem Dampfkessel und das in seinem Innern eine
langgestreckte Elektrode aufweist,, die dazu dient, bei verschiedenen Wasserständen
im Rohr den Geberkreis zu beeinflussen, und die -mittels einer Stopfbuchsendichturig
an einem Ende des Rohres in dieses eingeführt ist.
Bei einem bekannten
Gebergerät dieser Art ist die Elektrode am oberen Ende des Rohres eingeführt. Dies
hat den Nachteil, daß die Stopfbuchse sich ständig im Dampfbereich befindet und
daher besonders hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Die Dichtungsmittel der Stopfbuchse
sind auf diese Weise hochbeansprucht und neigen zum Undichtwerden. An der Elektrodenseite
des Gebergerätes unmittelbar angeschlossene Teile werden ebenfalls sehr stark erwärmt.
Durch Versuche wurde festgestellt, daß demgegenüber der Wasserbereich im unteren
Teil des Rohres sehr viel geringere Temperaturen aufweist. Diese Tatsache ist auch
schon bei mit Schwimmer arbeitenden Geräten ausgenutzt worden. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, das Gebergerät so auszubilden, daß der Vorteil der geringeren
Temperatur im Wasserbereich für ein Gerät mit Elektrode ausgenutzt wF;rd#-n kann.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Gebergercit erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß das Einführungsende, an dem die Elektrode in das Ende des Rohres
eingeführt ist, beim fertig
montierten Gebergerät das untere Ende
ist, so daß die Elektrode nach der Montage von der Stopfbuchse aus etwa vertikal
nach oben in das Rohr hineinragt-. Durch Versuche wurde festgestellt, daß beispielsweise
bei einem Dampfkessel mit 200 atü Sattdampf (das entspricht etwa 365°C) bei
einer äußeren Umgebungstemperatur von 14°C am Geberrohr im Wasserbereich nur 25°C
herrschen. Die Stopfbuchse und die Stopfbuchsendichtung sind. daher nur geringen
Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt, und die von unten nach oben ragende Elektrode
ist an ihrer Einführungsstelle ebenfalls nur-geringen Temperaturen ausgesetzt, so
daß geringe Wärmeausdehnungen gegeben sind und daher auf die Dauer eine gute Abdichtung
mit geringem Aufwand gewährleistet ist. Auch an der Elektrodenseite unmittelbar
angeschlossene Teile werden nur wenig erwärmt. Eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Gebergerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß dasjenige Ende der Elektrode, .das
nach der Montage von der Stopfbuchse aus nach unten weist, in ein mit dem Stopfbuchsenende
des Gebergerätes
mechanisch verbundenes Gehäuse mündet, das zumindest
einen Teil der elektronischen Schaltelemente enthält. Diese Ausführungsart hat den
Vorteil, daß eine ganz kurze Verbindung zwischen der Elektrode und den betreffenden
Schaltelementen möglich ist, wodurch beispielsweise ungünstig wirkende Zeitungskapazitäten
verkleinert werden können. Diese Ausführungsart ist mit Rücksicht auf die geringe
Temperatur an der Elektrodenseite auch konstruktiv besonders einfach. Eine vorteilhafte
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gebergerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß
das Rohr zwischen der Stopfbuchse und dem der Stopfbuchse zugekehrten Anschlußstutzen
und/oder die mechanische Verbindung zwischen dem Stopfbuchsenende und. dem die elektronischen
Schaltelemente enthaltenden Gehäuse zu einer Kühlvorlage verlängert ist. Hierdurch
wird erreicht, daß im Stopfbuchsenbereich und/oder im und am Gehäuse mit den Schaltelementen
ganz besonders niedrige Temperaturen gegeben sind.
Eine zweckmäßige
Ausführungsart des erfindungsgemäßen Gebergerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode einen isolierenden Überzug bzw. Mantel hat, der auch die Endfläche
des in das Rohr hineinragenden Teiles der Elektrode umgibt. Bei dieser Ausführungsart
der Elektrode handelt es sich um eine Elektrode, die zu kapazitiven Messungen mit
Wechsel-Spannung vorzugsweise höherer Frequenz vorgesehen ist. Je nach Eintauchtiefe
ist die Kapazität verschieden groß und bewirkt eine entsprechende Änderung des Meßkreises.
Diese Änderung des Meßkreises ist nicht nur abhängig von irgendwelchen Endwerten,
sondern erfolgt von Fall zu-°Fall bereits bei einem Steigen oder Fallen des Wasserspiegels.
Auf diese Weise ist eine frühzeitige Regelung möglich, und zwar bereits lange vor
Erreichen der diesbezüglichen Endwerte. Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Gebergerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Elektrode aus einem
hitzebeständigen und gasdichten Rohr z.B. aus Aluminiumoxyd besteht, das am nach
der Montage oberen Ende geschlossen ist.
Durch Versuche wurde festgestellt,
daß ein solcher Mantel zuverlässig Dauerbeanspruchungen gewachsen ist, und zwar
auch hohen Temperaturbeanspruchungen, denen der Teil des Mantels ausgesetzt ist,
der sich jeweils im Dampfbereich befindet. Eine zweckmäßige Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Gebergerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zumindest im Bereich
der Stopfbuchse das Mantelrohr dicht ausfüllt, um den von der Stopfbuchse ausgeübten
Dichtungsdruck aufnehmen zu können. Da das Rohr aus Aluminiumoxyd nur eine begrenzte
mechanische.Festigkeit hat, ist es zweckmäßig, diesem Rohr von innen her ein Widerlager
zu geben, das die von der Stopfbuchse ausgeübten Dichtungsdrücke aufnehmen kann.
Dieses Widerlager ist zweckmäßig dadurch erzielt, daß das Mantelrohr im Bereich
der@Stopfbuchse im Innern dicht ausgefüllt ist. Eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Gebergerätes, bei der dieses erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet,
daß
die Elektrode aus einem bei etwa 300o bis 400°C schmelzbaren Material (Metall) besteht
und in das Mantelrohr eingegossen oder eingeschmolzen ist. Bei dieser Ausführungsart
ist das Mantelrohr auf seiner bunzen Länge innen dich ausgefüllt. Besonders vorteilhaft
ist das Einschmelzen. Dies geschieht dadurch, daß man ein Granulat oder Späne oder
kleine Stückchen des zu schmelzenden Metalls (z.B. Silberlot) in den Hohlraum des
Mantelrohres einbringt und das Mantelrohr danach erwärmt, bis das eingebrachte Metall
geschmolzen ist. Danach läßt.man das Ganze abkühlen, und die eingeschmolzene Elektrode
liegt innen dicht am Mantelrohr an. Bei einer solchen dicht anliegenden Elektrode
ist jedoch unter Umständen die Schwierigkeit-gegeben, daß wegen.der verschieden
großen Ausdehnungskoeffizienten des Elektrodenmetalls und des Aluminiumoxyds bei
der höheren Temperatur im Dampfbereich ungünstige mechanische Spannungen gegeben
sind. Dieser Nachteil wird vermieden bei einer Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Gebergerätes, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektrode aus einem dünnen
Stab, Nadel,
Stift od.dgl. beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht,
der in der Bohrung des Mantelrohres etwas Spiel hat und der im Bereich der Stopfbuchse
mit dem Mantelrohr eine Gießverbindung hat. Bei dieser Ausführungsart befindet sich
der dicht ausgefüllte Bereich nur im Bereich der Stopfbuchse, und diese ist nur
geringen Temperaturen und gingen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Ungleich große
Temperaturausdehnungskoeffizienten bewirken somit bei dieser Ausführungsart keine
nennenswerten mechanischen Spannungen. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Gebergerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stab od.dgl.
aus der Stopfbuchse herausragenden Ende weitergeführt ist für den elektrischen Anschluß
der Elektrode. Als besonders günstig hat sich eine Abart des bisher beschriebenen
Gebergerätes bzw. insbesondere eine Abart der Elektrodenausbildung erwiesen. Diese
Abart ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode Mus einem Bündel
aus einer abgepaßten Anzahl dünner Drähte, vorzugsweise
aus rostfreiem
Stahl, besteht, das verhältnismäßig stramm sitzend in das Mantelrohr eingeschoben
ist. Durch Versuche wurde festgestellt, daß bei dieser Elektrodenausführung das
beispielsweise aus Aluminiumoxyd beste= hende Mantelrohr verhältnismäßig sehr große
Dichtungsdrücke seitens der Stopfbuchse aufnehmen kann, ohne daß das Mantelrohr
beschädigt wird. Die Versuche haben ferner gezeigt, daß diese Elektrodenabart im
Dauerbetrieb auch dann eine zufriedenstellende Widerstandsfähigkeit aufweist, wenn
die Dichtungsdrücke je nach Anziehen der Stopfbuchse kleiner oder größer sind. Auch
ist diese Elektrodenabart bzw. das Mantelrohr bei Verwendung dieser Elektrodenabart
relativ großen Temperaturschwankungen gewachsen, ohne daß das Mantelrohr beschädigt
wird. Die Versuche haben ferner gezeigt, daß auch Mantelrohre von etwas urrunder
Form, wie sie durch das Brennen des Aluminiumoxyds leicht gegeben ist, jeweils mit
derselben abgepaßten Anzahl dünner Drähte versehen werden können;
da in gewissen Grenzen auch bei einem urrunden Rohr der lichte Querschnitt ebenso
groß ist wie bei einem runden Rohr, wenn beide Rohre über einem Dorn vom selben
Durchmesser geformt sind. Wie groß die abgepaßte Anzahl dünner Drähte sein
muß,
damit der verhältnismäßig stramme Sitz im Mantelrohr . gegeben ist, kann somit durch
Vorversuche für ein und denselben lichten Nenndurchmesser des Mantelrohrs ein für
allemal festgestellt werden. Weiter unten wird noch im einzelnen erörtert, wie das
Einschieben des Bündels dünner Drähte in das Mantelrohr zweckmäßig vorgenommen wird.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorbeschriebenen Abart ist dadurch
gekennzeichnet, daß das Bündel an seinem Einschiebende durch Beschleifen der Enden
der-den Bündelmantel bildenden, außen liegenden Drähte etwas angespitzt ist, um
das Einschieben zu erleichtern.
-
Die beschriebene Abart kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein,
daß die Drahtenden des Bündels an dessen dem Einschiebende entgegengesetzten Ende
zur Erleichterung des Einschiebens und für den elektrischen Anschluß in einer Hülse
gefaßt sind, mit der sie zweckmäßig durch Hartlötung verbunden sind. Die beschriebene
Abart kann außerdem dadurch gekennzeichnet sein, daß im eingeschobenen Zustand die
Drähte des Bündels sich annähernd über die ganze lichte Länge des Mantelrohres
erstrecken
und der Rand der Hülse etwa anstößt an den Rand am der Hülse zugekehrten Ende des
Mantelrohres. Insgesamt ergibt sich damit der folgende zweckmäßige Einschiebvorgang.
Aus den zuletzt gemachten Angaben ergibt sich dio notwendige länge der dünnen Drähte.
Zunächst erfolgt somit das Schneiden einer größeren Anzahl der vorgesehenen dünnen
Drähte auf diese Länge. Von diesen dünnen Drähten wird die abgepaßte Anzahl, die
durch Vorversuche ermittelt worden ist, entnommen und zu einem zweckmäßig runden
Bündel zusammengefaßt. Das eine Ende dieses Bündels wird in der oben genannten Hülse
gefaßt, und die in die Hülse eingeführten Drahtenden werden zweckmäßig durch Hartlötung
mit der Hülse verbunden. Danach ist eine Art Drahtpinsel entstanden. Das offene
Ende dieses Pinsels wird beispielsweise mit einem Klemmring zusammengefaßt und gehaltert.
Zweckmäßig ist der Klemmring etwas entfernt vom offenen Ende aufgesetzt.
über den Klemmring hinausgehende Ende des Bündels wird durch Beschleifen gegebenenfalls
halbkugelförmig gerundet, wenn beispielsweise das geschlossene Ende des Mantelrohres
einen halbkugelförmigen Abschluß hat. Darüber hinaus wird das Bündel an
über den Klemmring hinausgehenden Ende durch weiteres Beschleifen etwas
angespitzt.
Auf diese Weise kann das Bündel leicht ein gewisses Stück in die Öffnung am offenen
Ende des Mantelrohres eingeschoben werden. Nachdem dies erfolgt ist, kann der Klemmring
entweder ganz entfernt oder auf dem Bündel ein gewisses Stück in Richtung auf die
Hülse zu entlang geschoben werden. Danach kann man das Bündel in Abschnitten nacheinander
weiter in der Mantelrohr hineinschieben, indem man es j weils kürz vor der Öffnung
des Mantelrohres mit der Hand ergreift und weiterschiebt. Das Mantelrohr selbst
wird dabei zweckmäßig mit der anderen Hand ständig in der Nähe der Einschieböffnung
festgehalten. Durch Versuche wurde festgestellt, daß trotz des angestrebten strammen
Sitzes beim Einschieben nur einige Kilogramm Kraft anzuwenden sind, die ohne weiteres
von Hand aufgebracht werden können. irgendwelche Gleitmittel haben sich bei Verwendung
von dünnen Drähten aus rostfreiem Stahl als nicht nötig erwiesen. Auf die geschilderte
Weise wird das Bündel immer weiter in das Mantelrohr eingeschoben, bis schließlich
der Rand am offenen Ende des Mantelrohres anstößt an den Rand der Hülse. Eine weitere
Ausbildung der beschriebenen Abart km-n noch dadurch gekennzeichnet sein, daß die
Hülse an ihrem dem Mantelrohr
abgekehrten Ende einen Steckkontakt
für den elektrischen Anschluß der Elektrode hat.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf diese Ausführungsbeispiele
bzw. auf die .Zeichnung, Sie beinhaltet aber zugleich eine weitere allgemeine Darstellung
der
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt von einem Ausführungsbeispiel
des
erfindungsgemäßen Gebergerätes und Fig. 2 in größerem Maßstabe einen Längsschnitt
durch eine einbaufertige Elektrode, die aus einem Bündel dünner Drähte besteht,
das verhältnismäßig stramm sitzend in das Mantelrohr eingeschoben ist.
-
Das Rohr 1 ist mittels der Anschlußstutzen 4 und 5 kommunizierend
mit dem (nicht dargestellten) Dampfkessel verbunden. Im Rohr 1 stellt sich daher
beim Betrieb des Dampfkessels ein Flüssigkeitsstand ein, der mit dem des Dampfkessels
übereinstimmt. Entsprechend der Flüssigkeitshöhe wird die
Elektrode
2 mehr oderweniger hoch von Flüssigkeit umspült. Die Elektrode 2 hat den hitzebeständigen,
isolierenden Mantel 3,-s0 daß die Elektrode 2 mit der Flüssigkeit im Rohr 1 eine
elektrische Kapazität bildet, die um so größer ist, je höher die Flüssigkeit im
Rohr 1 steht. Dabei ist angenommen, daß die Flüssigkeit im Rohr 1 wenigstens eine
gewisse elektrische Zeitfähigkeit hat. Dies ist bei Dampfkesselwasser im allgemeinen
zutreffend.
-
Die Kapazitätsänderung mit der Änderung der Wasserspiegelhöhe bewirkt
über elektronische Schaltungen ein Zu- oder Abschalten der Wasserspeisepumpe.
-
Im Dampfbereich oben im Rohr 1 herrscht eine hohe Temperatur. Im Wasserbereich
unten im Rohr 1 herrscht nur eine geringe Temperatur. Am Einführungsende 7 für die
Elektrode 2 herrschen nur maximal ca. 300C. Die von hier vertikal nach oben in das
Rohr 1 hineinragende Elektrode 2 ist als:: gerade an den empfindlichen Dichtungsstellen,
die durch die Stopfbuchse 8 gegeben sind, nur geringen Temperaturen ausgesetzt.
Die geringe Höhe dieser Temperaturen ist zum Teil auch gewährleistet.durch die Verlängerung
des Rohres 1 zu einer Kühlvorlage 9.
Wegen der geringen Temperaturen
am unteren Ende kann auch das Gehäuse 11, das zumindest einen Teil der elektronischen
Schaltelemente enthält, mit dem Stopfbuchsenende 7, 8 des Gebergerätes mechanisch
verbunden werden, ohne daß im Gehäuse 11 unzulässige Temperaturen auftreten. Diese
mechanische Verbindung bietet sowohl elektrisch wie auch konstruktiv erhebliche
Vorteile. Gegebenenfalls kann zwischen dem Gehäuse 11 und der Stopfbuchse 8 ebenfalls
eine Kühlvorlage 10 vorgesehen sein, die der noch weiteren Herabsetzung der Temperatur
im Gehäuse 11 dient.
-
Die Elektrode 2 ist beim in fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
mit ihrem aus der Stopfbuchse 8 herausragenden Ende 12 weitergeführt für den elektrischen.Anschlußder
Elektrode 2 an die Schaltelemente im Gehäuse 11. Durch diese Anordnung können ungünstig
wirkende Zeitungskapazitäten verkleinert werden, ohne daß dabei die Schaltelemente
im. Gehäuse 11 einer unzulässigen Erwärmung ausgesetzt sind: Am Rohr 1 kann in üblicher
Weise ein Ablaßventil 6 vorgesehen sein.
Fig. 2 zeigt die oben
beschriebene Elektrode aus einem Bündel 13 aus einer abgepaßten Anzahl dünner Drähte,
das verhältnismäßig stramm sitzend in das Mantelrohr 3 eingeschoben ist. Die Drähte
bestehen zweckmäßig aus rostfreiem Stahl und können beispielsweise einen Durchmesser
von etwa 0,5 mm haben. Am einen Ende sind die Drähte in der Hülse 14 gefaßt und
zweckmäßig durch Hartlötung mit ihr verbunden. Die Hülse 14 kann vorteilhafterweise
ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehen. Am dem Mantelrohr 3 abgekehrten Ende kann
die Hülse 14 einen Steckkontakt 15 für den elektrischen Anschluß der Elektrode haben.
Das Mantelrohr 3 kann beispielsweise einen Innendurchmesser von etwa 10 mm haben
und besteht zweckmäßig aus einem hitzebeständigen und gasdichten Aluminiumoxyd (A1203).
Es ist vorgesehen, daß die Stopfbuchse das Mantelrohr 3 in einiger Entfernung von
der Hülse 14 umschließt. Ein relatives Maß für diese Entfernung kann aus der Fig.
1 abgelesen werden. Durch Versuche wurde festgestellt, daß bei der beschriebenen
Elektrodenabart gemäß Fig. 2 der Stopfbuchsendichtungsdruck ohne weiteres als für
die Dichtung ausreichend gewählt werden kann, ohne daß dabei das Mantelrohr 3 in
irgendeiner Weise beschädigt wird.
Alle Merkmale, die in der vorstehenden
Beschreibung erwähnt und/oder in der Zeichnung dargestellt sind, sollen, sofern
der bekannte Stand der Technik dies zuläßt, für sich allein oder in beliebigen Kombinationen
oder Teilkombinationen als erfindungswesentlich angesehen werden, auch wenn sie
in den Ansprüchen nicht enthalten sind.