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Verfahren und Einrichtung zur Anzeige von Undichtheiten an Lagerbehältern,
Rohrleitungen oder sonstigen Gefäßen für Plüssigkeiten oder Gase Die Erfindung bezieht-sich
auf ein Verfahren zur Anzeige von Undichtheiten an Lagerbehältern oder sonstigen
Gefäßen für Flüssigkeiten oder Gase, deren Außen-oder Innenfläche oder zu überwachende
Teile gasdicht mit Zwischenraum bemantelt sind, wobei in diesem Zwisohenraum, im
folgenden kurz Testraum genannt, ein vom Atmosphärendruck und vom Behälter-bzw.
Rohr-oder GefaBinnendruok abweichender Druck herrscht, der von einer dauernd an
den Testrauni angeschlossenen Luftpumpe in einem Solldruckbereich erhalten wird,
wobei Mittel vorgesehen sind, die eine Änderun der Leistungsaufnahme des Luftpumpenantriebs
als Kriterium einer Undichtheit anzeigen, sowie-eine Einriohtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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In einer erweiterten Ausführung dieses Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen
Einrichtung wird die Luftpumpe in vorbestimmten Intervallen in Betrieb und wieder
auler Betrieb gesetzt, wobei, falls erforderlich, Mittel vorgesehen sind, in an
sich bekannter Weise die Messung bzwo Anzeige der Undichtheiten mindestons für die
Dauer der Betriebspause der Luftpumpe, jedoch vorzugsweise geringe Zeit länger zu
unterbrecheno
Die, bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Anzeige
von Undichtheiten eines Testraumes durch Überwachung der. Erhaltung, Verzögerung.
bzw. Ausbleiben des Drucksollbereiches im Testraum sind sehr aufwendig, da man entweder
mehrere Druckschalter bzw. einen Mehrstufendruckschalter oder einen Druckschalter
und ein Zeitschaltwerk zur Lösung der gestellten Aufgabe benötigto Derartige Druckschalter
sind bei der erforderlichen Anspreohgenauigkeit und lebensdauer jedoch sehr aufwendig
und außerdem empfindlich gegen Vibrationseinflusse der Luftpumpen.
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Erfindungsgemäß läßt sich mit tragbarem Aufwand dennoch eine sehr
genaue Anzeige von Undichtheiten eines Testraumes durch uberwachen der Erhaltung
eines Solldruckbereiches im Testraum dadurch erzielent daß man die Leistungsaufnahme
der an den Testraum angeschlossenen Luftpumpe während des Pumpbetriebes selbsttätig
mißt und Anderungen der Leistungsaufnahme infolge veränderter Forderleistung der
Luftpumpe aufgrund vorhandener Undichtheiten als Zeichen dieser Undichtheiten selbsttätig
anzeigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Einrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens sind sowohl für einen Testraum mit atmosphärischem Überdruck als
auch für einen Testraum mit atmosphärischem Unterdruck geeignet. Beide
Abwandlungen
unterscheiden sich lediglich durch einige zusätzliche Maßnahmen bei der Verwendung
von Unterdruck im Testraum und die zu verwendenden luftpumpen (Vakuumpumpe oder
Druckluftpumpe).
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
stark. vereinfach veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt das grundsätzliche Verfahrensprinzip in schematischer
Darstellung.
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Fig. 2 zeigt das Leistungsaufnahme-Druckdiagramm der Luftpumpe einer
erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäBe Einrichtung bei Verwendung einer
Vakuumpumpe als Luftpumpe 6 mit intermittierendem Betrieb und Messung der Leistungsaufnahme
des Luftpumpenantriebs mittels eines Stromrelais 13.
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Fig. 4 zeigt als Beispiel der verschiedenen Möglichkeiten der Messung
der Leistungsaufnahme. des Luftpumpenantriebs sowie-Steuerung des intermittierenden
Betriebes der Luftpumpe die Messung des Spannungsabfalls am Luftpumpenantrieb 7,
der in Serie mit sinem Gleichrichter 28 geschaltet ist, und die Unterbrechung bzw.
Schließung des Luftpumpenstromkreises mittels eines berührungslos durch ein Zeitwerk
mit rotierendem Magneten-gesteuerten Magnetschalter.
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Fige 5 seigt ein Beispiel der verschiedenen Ausfthrungs möglichkeiten
des Schwimmerventils 11 der Anzeigeanordnung nach Fig. 3.
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Anhand eines Beispiels soll die Wirkungsweise des Verfahrens gemäß
der Erfindung erläutert werden.
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Bei dem in Frigo 1 dergestellten grundsätzlichen Verfahrensprinzip
wird der gegenüber der Atmosphäre und dem BehälterinnerengasdichtabgeschlossenenTestraum3&der
von der Wandung des Behälters 1 und der Ummantellung 2 als Zwischenraum gebildet
wird, über die Rohrleitung 5 durci . . . . i'b. , ? . 'r. .
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Bollunterdruckbereich) gehalten. Der antrieb der Luftc , ' . ° 'ia.
? von non Schwingankermoter). In Stromkrois des Luftos'Iiseuiodoro&sloF0.BfahsSjgoavQs'lS.uft
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Cs , Q a ' o F , ". 7''s. o:.'- 3 . s 't . ' 23a a Di@@er Wert ist mit bekannten
Mitteln bei jeder Art von Luftpumpen einstellbar su begre@sen, beispielsweise durch
ein,
Druck- (oder Vakuum-)-Begrenzerventil oder duroh Veränderung der meohanisohen Vorapannung
der Schwingankerfeder eines Luftpumpen-Schwingankermotorantriebes.
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Bei absolut dichtem Testraum, konstantem Vakuum, Begrenzung der Fbrderdruckhbhe
(bzw. Vakuuhöhe) auf P3 und Vernachlässigung etwaiger Temperatur-und elektrischer
Spannungsschwankungen würde das meßwerk 9 bei einem Druck P3 im Testraum statu eine
Leistungeaufnahme N3 des Luftpumpenantriebs messen und anzeigen.
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Diese Leistungsaufnahme mtiBte auoh dann-gemessen und angezeigt werden,
wenn die Luftpumpe durch den Sahalter 10 vorfibergehend ausgeschaltet war und nach
einer bestimmten Zeit wieder eingeschaltet wird. Da in jedem derartigen System zur
Uberwaohung der Undichtheit eines Testraumes mittels Druck oder Unterdruok jedooh
kleineret fUr den Normalbetrieb unwichtige Undichtheiten auftreten, beispielsweise
infolge schlecht schließender ventile usw., wird der Druck im Testraum nioht. in
n jedem Falle auf dom Wert P3 verharren, sondern je nach Größe der (betriebsmäßig
unwichtigen und natürlichen) Undiohtheiten und P derleistung der Pumpe zwischen
den Werten P2 und P-variieren, wobei die Druckdifferenz P3/P2 ein Kriterium der
natürilichen, zulässigen Undichtheiten des gesamten Systems darstellt. Die Leistungsaufnahme
würde sich entsprechend zwischen den Werten N2 und N3 bewegen.
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Bei längerer Unterbrechung des Betriebs der Luftpumpe, wie sie das
erfindungsgemäße Verfahren in mehreren Ausführungsformen durah intermittierende
Betätigung des Schalters 10 vorsieht, wird der Druck (das Vakuum) im Testraum infolge
der natürlichen Undiohtheiten schneller absinken und den Wert P2 früher erreichen
als bei laufender Pumpe. P2 kann also lso Grenze der zulässigen Druckabsenkung (Vakuumverringerung)
festgelegt werden, von der an die luftpumpe wieder in Betrieb gesetzt werden muß.
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Tritt zu der natürlichen Undiohtheit des Systems eine tuber das normale
Maß hinausgehende Undichtheit, beispielsweise ein Loch in der Ummantelung 2 des
Behälters 1, und ist die durch diese zusätzliche Undichtheit einstromende Luftmenge
größer als die Förderleistung der Luftpumpe, sinkt der Druck (das Vakuum) im Testraum
3 iiber den Wert P2 ab und erreicht schließicht den Wert P1 Dieser Druckabfall (Vakuumabfall)
auf den Wert P1 wird noch schneller erreiaht, wenn die Luftpumpe intermittierend
abgesohaltet wird, selbat wenn die Förderleistung der Luftpumpe höher ist als die
durch das loch einströmende Luftmenge. Die Betriebaruhepausen der Luftpumpe bestimmen
u. a. die Meßempfindliohkeit des Systems und müssen in einem solchan Palle ao eingeatellt
sein, daß genügend Zeit vor dem Wiedereinschalten der Luftpumpe vorhanden ist, um
den Druck (dan Vakuum) bei einem anzuzeigenden Leak auf den Wert pI oder gat noch
weiter zusammenbrechen su lassen.
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Vie aus dem Diagramm Fig. 2 hervorgeht, ist die Leistungsaufnahme
@ der luftpumpe bei einem Druck (Vakuum) der
Größenordnung r auf
den Wert N1 geslnkene Dieser Wert N1 wird von dem Meßwerk 9 gemessen und entweder
unmittelbar auf einer Skala als Kriterium einer vorhandenen, unerwünschten Undiohtheit
angezeigt oder/und in weitere Steuersignalep-beiispielaweis-e Informationen-zur
Auslösung optischer und/oder akustischer Leckage-Alarmsignale verwandelt. Die Signale
des Meßwerkes können aber auch noch andere Schaltvorgänge bewirken, beispielsweise
die Luftpumpe oder/und den bie einigen erfindungsgemäßen Ausführungen vorhandenen
Antrieb für die intermittierende Betntigung des Schalters 10, der die Luftpumpe
in vorein-. b.-, 3. . , . d : a. °' 'b schalten.
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Für die Wirksamkeit des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßenTerfähr@n@istGSobmoBedenac@er
Testraum durch Vakuum oder durch Überdruck üborwacht irdpsolangekeinsFlüssigkeitindesiS'eß'&s'mm<3.m?eh
ein Leck eindringen kann. Die erforderlichen Werte für den Solldruckbereich im Testraum
müssen lediglich se gea. . . ct.. . Q . c le , t. . im Behälter, der Rohrlietung,
des Gefäßen oder außerhalb deren Ummantelung0 ein Druckabfall oder Abfall des Vakuums
und damit ein deutliches Sinken des Leitsungebedarfes bei Vorhandensein einer unerwünschten
Undichthoit bis zum Auslösen eines alrarm- oder sonstigen Stouersignals
Besteht
jedoch die Möglichkeit, daß Flüssigkeit durch eine Undichtheit in der Testraumwandung
in den Testraum eindringen kann, beispielsweise flüssiges Lagergut oder Grundwasser,
zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine weitere Lösung auf (siehe
Fig. 3).
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Der Testraum 3 wird in diesem Falle, beispielsweise durch eine Vakuumpumpe
überwacht. In der Leitung 5 ist zwischen Vakuumpumpe und Testraum ein im Normalbetriebszustand
offenes Ventil 11 (vorzugsweise ein Schwimmerventil) angeordnet, daB sich selbsthaltend
(selbstsperrend) schließt und nicht mehr ohne fremden Eingriff öffnet, wenn Flüssigkeit
in das Ventil oder die Leitung 5 eindringtg Gleichzeitig wird erfindungsgemäß bei
dieser An- -ordnung in der Leitung 5 zwischen Vakuumpumpe und Ventil eine definierte
künstliche Undichtheit 12 zur Atmosphäre hergestellt, beispielsweise durch Anbringung
eines Sintermetallfilters zwischen Leitung 5 und Atmosphäreo Solange keine Flüssigkeit
in den Testraum oder die Leitung zwischen Testraum und Vakuumpumpe eindringen kann,
das System also dicht ist, gilt für die Funktion des erfindungsgemäBen Verfahrens
im Solldruckbereich das in den vorstehenden Absätzen Gesagte. Das Vakuum wird sich
also immer im Solldruckbereich bewegen. Tritt jedoch eine Undichtheit ein, durch
die Flüssigkeit in den Testraum gelangt, wird sich dieser langsam auffüllen, bis
die Fliissigkeit das Ventil 11 erreicht und voriibergehend, jedoch
für
längere Zeit, oder dauerhaft schließt. Durch die kunstliche definierte Undiohtheit12wird
der Unterdruck in der Leitung 5 in den Betriebspausen der Vakuumpumpe zusammenbrechen
und die Leistungsaufnahme beim Anlauf der Vakuumpumpe so hoch sein, daß die erfindungsgemäßen
Alarm-und/oder Steuersignale ausgelbat werden. Bei einer. zu kurzen Leitungslänge
und einem zu kleinen Querschnitt der Leitung 5 ist erfindungsgemäß die Zwischenanordnung
eines kleinen Rezipienten zwischen Vakuumpumpe und Ventil vorgesehen, um ein größeres
Luftvolumen für die Vakuumpumpe und damit ein längeres Verweilen im Bereich höherer
Leistungsaufnahme bei einem VerschluB des Sohwimmerventils 11 zur sicheren Auslö-
-sung der Alarm-und/oder Steuersignale zu bewirken.
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Um zu verhindern, daB die Unterbrechung des Stromkreises des Pumpenantriebs
bei intermittierendem Betrieb, insbesondere bei Messung der Stromaufnahme des Pumpenantriebs
als Kriterium einer Undichtheit, das Alarmsignal auslöst, sind gemäß dem Erfindungsverfahren
weitere Mittel vorgesehen, beispielsweise ein zusätzlicher Schalter 29, der im Stromkreis
der Alarmvorrichtung angeordnet ist und der diesen Stromkreis mindestens für die
Dauer der Betriebspause der Luftpumpe, jedoch vorzugsweise geringe Zeit länger unterbricht.
Beispielsweise wird dieser Schalter 29 wenige Sekunden nach dem Sehlleßen des Schalters
10 geschlossen und wenige Sekunden vor dem Öffnen des Sohalters 10 geöffnet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß Fig. 3 ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Testraum 3 durch eine Vakuumpumpe als Luftpumpe 6. überwacht wird. In der
Leitung 5 ist zwischen Vakuumpumpe und Testraum ein im Normaletriebszustand offenes
Ventil 11, vorzugsweise ein Schwimmerventil gemäß Fig. 5 angeordnet, das sich selbsthaltend
(selbstsperrend) schließt und nicht mehr ohne fremden Eingriff öffnet, wenn Flüssigkeit
in das Ventil oder in die Xeitung 5 eintritt. In der Leitung 5 befindet sich die
definierte künstliche Undichtheit 12 gegenUber der Atmosphäreo Im Stromkreis des
Luftpumpenantriebs 7 befinden sich die Stromquelle 8, das Stromrelais 13 so- :-wie
der Schalter 10. Das Stromrelais 13 steuert den Stromkreis der Alarmvorrichtung
18, in dem sich außer der Stromquelle 8 auch der Schalter 29 befindet. Die Alarmvorrichtung
18 kann so ausgelegt werden, daß das von ihr abgegebene Alarmsignal nur durch fremden
Eingriff wieder ausgeschaltet werden kann. Der Einfachheit halber ist in der Zeiahnung
Fig. 3 diese Anordnung nicht mit angegeben ; dem Fachmann dürfte eine solche Xaßnahme
jedoch bekannt sein. Die Schalter 10 + 29 werden durch das Zeitwerk 17 und die gemeinsame
Antriebswelle 27 über die Nooken 14 + 25 derart intermittierend betätigt, daß der
Schalter 10 jeweils frEher geschlossen und apäter geöffnet wird als der Schalter
29. Das Stromrelais 13 kann auch als Relais mit Selbsthaltekontakt oder Kipprelais
ausgebildet werden.
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Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei
der unter Fortfall des Stromrelais im Stromkreis des Luftpumpenantriebs ein Spannungsrelais
parallel zum Luftpumpenantrieb angeordnet ist.
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Bei dieser Anordnung verhalten sich Druck bzw. Unterdruckwerte reziprok
zu der Größe des Spannungsabfalls am Luftpumpenantrieb9 d. h., bei hohem Druck im
Testraum während des Normalbetriebszustandes ist die Spannung am Relais niedriger
als bei niedrigem Druck im Testraum infolge einer unerwünschten Undichtheit.
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Im Stromkreis des Luftpumpenantriebs 7 befindet sich der Gleichrichter
28, (wie bei einigen handelsüblichen Schwinganker-Luftpumpen vorgesehen) die Stromquelle
8 und der Magnetschalter 10. Das Zeitwerk 17 treibt über die Antriebswelle 27 den
rotierenden Magneten 15 an der den Schalter 10 intermittierend öffnet und schließt.
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Im Normalbetriebszustand schließt das Spannungsrelais 16 den Stromkreis
des Zeitwerkes 17 bei Auftreten einer Undichtheit und bei Ansprechen des Spannungsrelais
16 wird der Stromkreis des Zeitwerkes 17 geöffnet und der Stromkreis der Alarmvorrichtung
18 dauerhaft-und nur durch fremden Eingriff löschbar-geschlossen. Das Spannungsrelais
16 kann auch als Relais mit Selbsthaltekontakt oder Kipprelais ausgebildet werden.
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Bei allen vorstehend beschriebenen Anordnungen wird die Luftpumpe
6 durch den Luftpumpenantrieb 7 über die Verbindung. 26, beispielsweise eine rotierende
Achse oder ein schwingendes Gestänge oder eine ähnlich wirksame Vorrichtung angetrieben.
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Bei-dem Schwimmerventil gemäB Fig. 5 handelt es sich um eine erfindungsgemäße
Ausführung des Ventils 11.
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Im Schwimmerraum 24 des Ventils 11 befinden sich der Schwimmer 23,
der leicht in vertikaler Richtung beweglich ist, mit der Dichtung 21, dem Ventilsitz
22 und einer Eisenscheibe 19 sowie der Ringmagnet 20. Anstelle der Eisens¢heibe
19 kann auch dort ein Magnet angeordnet sein. Ebenfalls kann anstelle des Ringmagneten
20 eine Eisenscheibe angebracht werden, wenn anstelle der Eisenscheibe 19 ein Magnet
am Schwimmer angebracht ist.
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Werden zwei Magneten gleideeitig verwendet, ist die Polung so vorzunehmen,
daß sich beide anziehen. In keinem Fall, weder bei Verwendung von zwei Magneten,
noch bei Verwendung von einem Magneten und einer Eisenscheibe darf die Anziehungskraft
so groß sein, daß der Schwimmer hochgezogen wird, ohne daß Flüssigkeit in das Schwimmergehäuse
eindringt. Beim Aufsohwimmen des Schwimmers 23 wird die Dichtung 21 gegen den Ventilsitz
22 gedrückt und zusätzlich durch Magnetkraft gehalten, damit schließt das Ventil
dicht ab.